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1 REFLEXIONES DE LA HIPOXIA CEREBRAL EN EL PACIENTE TRAUMATIZADO DE CRANEO GRAVE Dr. Rodrigo Covarrubias Ganderats 1 Dr. Bernardo Chávez Plaza 2 Resumen: Por muchos años, el estado de la perfusión cerebral se ha evaluado según la PPC, pero este parámetro no indica si el flujo sanguíneo cerebral es adecuado a las necesidades metabólicas. Por ello, en las últimas décadas, la valoración de la relación entre flujo y metabolismo cerebral considerado la saturación venosa yugular. Sin embargo, la SjO2 no puede detectar todas las causas de hipoxia tisular, por lo que la monitorización de oximetría tisular cerebral ha cobrado un papel relevante en este aspecto. En esta revisión, se pretende resumir brevemente algunas consideraciones del metabolismo cerebral y las diferentes causas de hipoxia cerebral haciendo hincapié en la clasificación propuesta por Siggaard-Andersen y su eventual repercusión en el manejo del paciente neurocrítico. l tejido cerebral es extremadamente dependiente de oxígeno y glucosa para su metabolismo. Es conocido que el cerebro, a pesar de su reducido tamaño relativo, consume aproximadamente un 25% de la glucosa total del organismo, con un consumo de oxígeno similar, necesitando para esto alrededor de un 20% del gasto cardiaco (1,2) . La cantidad de glucosa consumida por el encéfalo es de 0.25-0.29 uml/gr/min, con un consumo metabólico cerebral de O 2 de 3 ml/100gr/min, y un valor de flujo sanguíneo cerebral (FSC) de 50 ml/100 grs. Tejido/ min. (2) . Dada la carencia de reservas de O 2 y glucógeno cerebral, una disminución del aporte conlleva a un deterioro de las funciones celulares con una incapacidad neuronal para mantener los gradientes iónicos transmembrana, lo que se traduce en una depolarización celular con activación de canales de Ca+ voltaje dependientes y liberación masiva de aminoácidos exitotóxicos. El evento final del daño isquémico es un masivo incremento del Ca+ citosólico que activa enzimas proteolíticas y fosfolipasas, produciendo una degradación de las proteínas que conforman el citoesqueleto tales con actina y espectrina. Fosfolipasas y ciclooxigenasas generan radicales libres que contribuyen al mayor daño de la membrana celular y gatillan fenómenos de inflamación y muerte celular programada (apoptosis) (1) . 1 Departamento Neurocirugía. Clínica Reñaca. Viña del Mar 2 Unidad Neurocirugía. Hospital FFAA. Punta Arenas Correspondencia: Dr. Rodrigo Covarrubias G. Anabaena 336. Jardín del Mar. Viña del Mar F: 32-658000 [email protected] E

Reflexiones de Hipoxia Cerebral Dr. Covarrubias Dr. Chavez

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REFLEXIONES DE LA HIPOXIA CEREBRAL EN EL PACIENTETRAUMATIZADO DE CRANEO GRAVE

Dr. Rodrigo Covarrubias Ganderats1

Dr. Bernardo Chávez Plaza2

Resumen:Por muchos años, el estado de la perfusión cerebral se ha evaluado según laPPC, pero este parámetro no indica si el flujo sanguíneo cerebral es adecuado alas necesidades metabólicas. Por ello, en las últimas décadas, la valoración de larelación entre flujo y metabolismo cerebral considerado la saturación venosayugular. Sin embargo, la SjO2 no puede detectar todas las causas de hipoxiatisular, por lo que la monitorización de oximetría tisular cerebral ha cobrado unpapel relevante en este aspecto.En esta revisión, se pretende resumir brevemente algunas consideraciones delmetabolismo cerebral y las diferentes causas de hipoxia cerebral haciendohincapié en la clasificación propuesta por Siggaard-Andersen y su eventualrepercusión en el manejo del paciente neurocrítico.

l tejido cerebral es extremadamente dependiente de oxígeno y glucosa parasu metabolismo. Es conocido que el cerebro, a pesar de su reducidotamaño relativo, consume aproximadamente un 25% de la glucosa total del

organismo, con un consumo de oxígeno similar, necesitando para esto alrededorde un 20% del gasto cardiaco (1,2).

La cantidad de glucosa consumida por el encéfalo es de 0.25-0.29uml/gr/min, con un consumo metabólico cerebral de O2 de 3 ml/100gr/min, y unvalor de flujo sanguíneo cerebral (FSC) de 50 ml/100 grs. Tejido/ min. (2). Dada lacarencia de reservas de O2 y glucógeno cerebral, una disminución del aporteconlleva a un deterioro de las funciones celulares con una incapacidad neuronalpara mantener los gradientes iónicos transmembrana, lo que se traduce en unadepolarización celular con activación de canales de Ca+ voltaje dependientes yliberación masiva de aminoácidos exitotóxicos. El evento final del daño isquémicoes un masivo incremento del Ca+ citosólico que activa enzimas proteolíticas yfosfolipasas, produciendo una degradación de las proteínas que conforman elcitoesqueleto tales con actina y espectrina. Fosfolipasas y ciclooxigenasasgeneran radicales libres que contribuyen al mayor daño de la membrana celular ygatillan fenómenos de inflamación y muerte celular programada (apoptosis)(1).

1Departamento Neurocirugía. Clínica Reñaca. Viña del Mar2Unidad Neurocirugía. Hospital FFAA. Punta ArenasCorrespondencia: Dr. Rodrigo Covarrubias G.

Anabaena 336. Jardín del Mar. Viña del Mar F: 32-658000 [email protected]

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Un muy importante concepto introducido en la fisiopatología del dañoisquémico es el de "penumbra isquémica", definida como el área perilesional detejido cerebral que está funcionalmente inactiva pero estructuralmente intacta, conmetabolismo parcialmente preservado pero en riesgo de daño irreversible si lareperfusión no es restaurada a tiempo(3). En el ambiente del paciente contraumatismo de cráneo grave, se debe tener en consideración otro conceptoanálogo al de penumbra isquémica, que es la "penumbra traumática", definidacomo áreas de tejido injuriado pero aún viable dentro del encéfalo. Fuerzasmecánicas que se producen en el momento del impacto producen una destruccióndirecta del tejido cerebral (daño primario), pero así como ocurre con las zonas depenumbra isquémica, se describen zonas alrededor de esta destrucción tisular enlas que el tejido dañado es aún viable. En ambos tipos de penumbra (quefrecuentemente coexisten), las anormalidades bioquímicas que acontecen sonidénticas (1).

Hace tres décadas el más importante factor asumido en el daño sufrido porlos pacientes con TEC fue el Primario, sin embargo, la importancia fisiopatológicade este tipo de lesión se derivó hacia el daño que, a pesar de comenzar en elmomento del impacto, se desarrolla durante horas o días y que por lo tanto essusceptible de medidas terapéuticas (daño Secundario). En 1990 se introduce elllamado Daño Terciario, definido como los eventos celulares inducidos por eltrauma y que incluyen alteraciones en la función de neurotransmisores, disfunciónde los canales iónicos, actividad de membrana y diferentes vías metabólicas (1).Aunque el límite de las lesiones secundarias y terciarias no es definido, esteconcepto ha logrado avances en el entendimiento e investigación de los complejosprocesos fisiopatológicos en la neuroinjuria.

Desde los estudios de Graham (4,5) que mostraban una incidencia del 80 a90% de daño isquémico histológico de pacientes que mueren por TEC, es que seha desarrollado la línea de tratamiento para estos pacientes en base almantenimiento del FSC, el que a su vez depende de las presiones de entrada(PAM) y de salida (PIC), además de la resistencia vascular cerebral (RVC), y quesegún la Ley de Hagen-Poiseuille es:

FSC=PAM-PIC= PPC RVC= 8·n·LRVC RVC π·r4

FSC= PPC · π· r48·n·L

π: Pir: radio del vason: viscosidad del fluidoL: longitud del vaso

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El concepto de PPC (presión de perfusión cerebral) es uno de los másutilizados hoy en día para la evaluación de una "buena " irrigación cerebral (6,7,8).Los estudios de Chesnut(9,10) demostraron un aumento del 150% en lamorbimortalidad de pacientes que sufrían algún episodio de Hipotensión (PAS <90 mmHg), por lo que el mantener una buena hemodinamia y PPC es uno de lospilares en el tratamiento del TEC grave (terapia de Rosner (11)). El fundamentodetrás de este concepto es el que la autorregulación cerebral se encuentrapreservada después del TEC pero que sus límites superior e inferior están“desviados a la derecha”, siendo necesario aumentar la PPC para mantener unóptimo FSC y VSC (39). En consulta, el 97% de los neurocirujanos EEUU y 69%anestesiólogos Germanos usa PPC entre 70 y 90 mmHg (12,13), lo que se condicecon las pautas para el manejo de este tipo de enfermos dictada por la BTF en1995 revisadas en el 2000 (14,15,16)

A la luz de los conocimientos actuales, se debe formular la pregunta: ¿essuficiente garantía el tener una "buena" PPC para lograr una oxigenación tisularque evite el daño hipóxico?.Para responder a esta pregunta nuevamente se debe mirar a los eventosfisiopatológicos involucrados en la oxigenación tisular.

El cerebro, como cualquier otro órgano de la economía, utiliza glucosacomo sustrato para la síntesis de ATP, oxidado en la cadena fosforilativa utilizandola llamada vía aeróbica (Fig. 1).

Fig. 1: Durante la glicolisis normal la glucosa esdegradada mdediante la vía de los ácidos Tricarboxílicos en presencia de O2, siendo elprincipal aporte de ATP para la célula.

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El transporte de O2 desde el ambiente (alveolar) a la sangre y desde allí adonde se utiliza (mitocondria) pasa por diferentes pasos de difusión. La fuerza deempuje del O2 hacia este organelo es la gradiente de tensión de O2 que permiteque en la mitocondria se encuentren +1mmHg de O2

(17,18). En ambientehiopóxico, con bajas tensiones de O2 el metabolismo se deriva vía anaeróbica conla producción de acido láctico disminuyendo el Ph (Fig. 2).

En condiciones normales, el O2 transportado en unión a la hemoglobina(Hb), es descargado en los tejidos de acuerdo a la curva de disociación de ésta. Elcerebro puede extraer alrededor de un tercio del O2 unido a Hb., y teóricamente sepuede esperar una relación lineal entre la tensión arterial de O2 y la PtiO2 debido aque, de acuerdo a la ley de Fick, la tasa de difusión es proporcional al gradiente deconcentración (19).

Fig. 2: Durante isquemia se desvía la producción de ATPpor vía anaeróbica. Más lactacto es formado para generar NAD+ el que es necesario para mantener laglicolisis anaerobia, como resultado existe un incremento en el índice lactato/piruvato y una disminución delPh.

El gráfico 1 descrito por Siggaard-Andersen (20) muestra la curva de O2

sanguínea desde el O2 inspirado(I), pasando por el Alveolar (A), el árbol arterial(PaO2), a sangre venosa (v) y mitocondria (m). La abscisa está representada enescala logarítmica de PO2, la ordenada de la derecha muestra la concentracióntotal de O2 sanguíneo y la ordenada de la izquierda la concentración de Hb. Deello se desprende que, para obtener una adecuada oxigenación mitocondrial, sedebe pasar por esta curva de oxigenación en donde también se consideranvariables como la concentración de Hb (incluyendo meta y carboxi Hb).

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Graf:1. Gradientes de difusión de O2.La marca Px indica la tensión de extracción de O2, que es definida como la tensión de O2 arterial(a temperatura actual del paciente), después de la extracción de 52 ml de O2 por litro de sangre.Esta Px indica la capacidad de extracción de 5,2 volúmenes % de O2 de un tejido.

En relación a estas consideraciones es que Siggaard-Andersen clasifica lahipoxia tisular en 7 acápites diferentes:

1.-HIPOXIA ISQUÉMICA: Es debido a una disminución del gasto cardiaco. Esto puede producir un incremento en la extracción de O2 arteriovenoso(DAVO2), al disminuir FSC.

2.- HIPOXIA POR BAJA EXTRACTIBILIDAD: En esta situación existe una disminución del Px, y puede ocurrir con DAVO2 enrangos normales. Se distinguen 3 tipos de esta hipoxia:

a) Hipoxia hipoxémica: se debe a una disminución de PO2 arterial.b) Hipoxia anémica: por baja cHb.c) Hipoxia por alta afinidad: caracterizada por una disminución de P50, quepuede deberse a diferentes causas:• Aumento pH ( hipocapnia)• Disminución de 2,3difosfoglicerato• Carboxi o metahemoglibina• Hipotermia

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P50

Pxvm

IA

a

CtO2Mmol/L

PO2 kPa

CHb(mmol/L)

5 20

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3.- HIPOXIA POR SHUNT: Es posible con PO2 venosa normal o alta, a pesar de baja tensión de O2

capilar. La baja de O2 capilar reduce la gradiente de difusión desde el eritrocitoa la mitocondria. Sus causas son:

• Apertura de anastomosis A-V• Robo vascular• Difusión de O2 directa desde arteriola a vénula.

4.-HIPOXIA POR DISPERFUSION: Es debido a un aumento del diámetro de difusión del O2 desde el eritrocito ala mitocondria, lo que disminuye el gradiente de O2 entre estos, según lasiguiente fórmula:

nO2flux=k·a2·pO2 cap- pO2celL

nO2flux=gradiente de difusión de O2

k= constante de permeabilidad capilara2= área de difusiónpO2cap= presión de O2 capilarpO2cel= presión de O2 celularL= distancia capilar-célula

Un aumento del área de difusión debido a edema celular o intersticial, o elaumento de la longitud por cierre capilar debido a aumento de presión tisular omicroémbolos también puede producir este tipo de hipoxia.

5.- HIPOXIA HISTOTÓXICA: En esta situación, el aporte de O2 a la célula puede ser normal, pero la tasade consumo de O2 disminuye. Puede ser provocado por agentes tóxicos queinhiben los citocromos necesarios para la reducción del O2 en la mitocondria(ej: cianidas).

6.. HIPOXIA POR DESACOPLE: Es debido a algunas sustancias que interfieren con el acoplamiento entre lareducción del O2 y la síntesis de ATP ( ej: dinitrofenol, cumarínicos, etc).

7.-HIPOXIA HIPERMETABÓLICA: En este tipo de hipoxia, se produce una mayor hidrólisis del ATP debido alaumento de las demandas metabólicas, pero sin un balance en la síntesis delmismo. Esto puede suceder en circunstancias de requerimientos aumentadoscomo actividad muscular (temblores, convulsiones), alza térmica y ciertashormonas como tiroxina y catecolaminas.

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Es Posible cuantificar la oximetría tisular al lado de la cabecera del pacientemediante dos formas, Oximetría de Bulbo Yugular y Oximetría tisular.

La monitorización de SjO2 es un arma valiosa en el manejo del pacienteneurocrítico y ayuda al tratamiento de la HTE, ya que en tiempo real, los valoresobtenidos colaboran en el uso de la PaCO2 optimizada evaluando el estado dereactividad al CO2 y autorregulación, diferenciar estados de hiperemia uoligohemia, vasoespasmo y estimación indirecta del FSC, así como ayuda en lavaloración de otros parámetros metabólicos (lactato, LOI, DAVO2). Sin embargo,no se debe olvidar que se trata de una valoración global que puede no detectarisquemias focales cerebrales, y puede estar influida por contaminación venosaextracraneal, anomalías del drenaje venoso y efecto Bohr entre otros.

Para la monitorización del O2 in vivo se utiliza el método polarográfico deClark en el que se introduce un microcatéter en el tejido a estudiar (Fig 3). Este sebasa en la disolución del oxígeno en una solución acuosa electrolítica,convirtiéndose en OH- en una cantidad mínima:

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

La reacción se produce en el cátodo (metal precioso) de un amperométricopolarizado, llamado circuito polarográfico. La corriente del catéter estácorrelacionada linealmente con la PtiO2 si la reacción del cátodo se limitaexclusivamente a la difusión de O2 a través de la membrana del catéter desde eltejido al cátodo (Fig. 4). La ventaja de este método de monitorización está enpoder detectar episodios regionales de hipoxia no reflejados en la SjO2 por seresta una medición global . Esto es más destacado cuando los pacientes sonsometidos a hiperventilación para el tratamiento de la hipertensión endocraneana,momento en el cual la vasocontricción cerebral puede causar mayor isquemia laque no siempre es detectada mediante la SjO2 ya que se producen fenómenos deredistribución del FSC, provocando efecto shunt. Más aún, cuando el flujo esausente en uno de los segmentos arteriales, no hay trasferencia de oxígeno en eltejido comprometido, y por ende, esta hipoxia regional no se ve reflejada en lasaturación de oxígeno de sangre venosa global .

Fig 3: la flecha muestra el sensorde PtiO2 junto a un captor de PIC

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Un estudio histopatológico muestra un radio de edema de 126 um conáreas de microhemorragia (37), sin embargo en la práctica clínica este métodoposee escasas complicaiones, siendo estos hallazgos poco significativos y sininfluencia en el registro de mediciones (21,26,33,36) .

Para el cerebro humano normal, se consideran valores críticos de PtiO2

entre 15 y 20 mmHg., sin embargo, después de injuria cerebral traumática,cuando el FSC y la entrega de O2 son limitadas, la PtiO2 puede ser aún menor(23),encontrándose en etapas iniciales valores bajo 20 mmHg (32),observaciones que están de acuerdo con los estudios de Bouma (34) demediciones de FSC en estadíos iniciales de TEC. Valores de PtiO2<5-10mmHghan sido considerados como valor de mal pronóstico independiente enenfermos con trauma grave (22,32).

Estudios en corteza de ratas indican que 10 al 20 % de los capilarescerebrales pueden no contener eritrocitos en un momento dado (25), por lo queel transporte de O2 No vía hemoglobina puede ser importante. Aunquealrededor del 95% del transporte de O2 ocurre ligado a HB, al aumentar la FIO2

se puede incrementar la tensión de O2 en los tejidos (Graf 2). Es posible que elmetabolismo oxidativo pueda ser mayormente influido por la tensión de O2 quepor el contenido del mismo (19,26). De esta manera, aumentar la tensión de O2

más allá del 100% de saturación de la Hemoglobina, produce un aumento en lafuerza de "empuje" de O2 desde el capilar a la mitocondria pudiendo jugar unrol fundamental en la mantención del metabolismo aeróbico y finalmente en lasobrevida neuronal . Estas hipótesis están siendo estudiadas en tratamientoscon hiperoxia normo e hiperbárica con alentadores resultados (27,28).

Fig.4: Esquema de catéter polarográfico tipoClark. 1 Membrana de difusión para eloxígeno; 2 cátodo polarográfico; 3 aislamientodel cátodo; 4 ánodo; 5 solución electrolítica.

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Graf.2: PtiO2 y SjO2 en función de PaO2

Conclusiones:

En base a la clasificación anterior, se pueden considerar varias formas deHipoxia NO Isquémica, las que deben ser cuidadosamente evaluadas ycorregidas en el paciente traumatizado de cráneo grave.

Aunque el monitoreo de presión intracraneal, PPC y SjO2 ofrecen una útilinformación respecto del potencial FSC, esta aun es insuficiente para elentendimiento de los complejos procesos fisiopatológicos de la oxigenacióncerebral. Por ejemplo, basados en SjO2 mayores del 80%, es decir,considerados hiperémicos, es posible que exista un efecto “shunt” y que elineficiente transporte de O2 resulte en hipoxia a nivel tisular; al contrario, en elcaso de muerte cerebral, se iguala la saturación arterial con la SjO2 debido a laausencia de extracción de O2 por el cerebro (21,24,32). El monitoreo de presión de Oxígeno tisular cerebral ha sido un avance en elámbito del neurointensivo entregando una herramienta más para la valoraciónde la oxigenación en el paciente neurocrítico (21,22).

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Las guías de tratamiento del paciente con TEC grave recomiendanmantener una PPC>70 mmHG y una saturación arterial periférica sobre 95%con el objetivo de mantener una adecuada perfusión y con ello oxigenación altejido cerebral. Sin embargo, en algunas oportunidades este objetivo se hacedifícil, si pensamos en los no pocos pacientes con autorregulación alterada enlos que el FSC se hace dependiente de la PAM, y aumentando esta últimamuchas veces se eleva la PIC por aumento del VSC y edema vasogénico alestar dañada la Barrera hematoencefálica (29,30,31). La experiencia con PtiO2

muestran que al disminuir la PPC bajo 60 mmHg se produce un negativo efectosobre la PtiO2 , sin embargo, a PPC mayores de 60 mmHg no se observa unamejoría significativa de la oxigenación (21), lo que ha hecho disminuir el umbralde 70 a 60 mmHg de PPC para algunos autores (21,32).

Esta clasificacion de Hipoxia puede ser útil, al poner hincapié en otrosfactores que se pueden mejorar o corregir para lograr una adecuadaoxigenación tisular, sobre todo en los casos en que no se logra la hemodinamiadeseada.

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