Parte 1: Estrategias de neuroprotección contemporáneas durante la cirugía cardíaca: revisión del estado del arte

ali.ma@wecistanche.com

Palesa Motshabi-Chakane 1, Palesa Mogane 1 , Jacob Moutlana 1, Gontse Leballo-Mothibi 1, Sithandiwe Dingezweni 1 , Dineo Mpanya 2 y Nqoba Tsabedze2,*

Departamento de Anestesiología, Facultad de Ciencias de la Salud, Escuela de Medicina Clínica,

Universidad de Witwatersrand, Johannesburgo 2193, Sudáfrica; Palesa.Motshabi@wits.ac.za (P.M.-C.); moganep@gmail.com (P.M.); drhlamatsi@gmail.com (J.M.); gleballomothibi@gmail.com (G.L.-M.); sdingezweni@ymail.com (S.D.)

Departamento de Medicina Interna, División de Cardiología, Facultad de Ciencias de la Salud,

Escuela de Medicina Clínica, Universidad de Witwatersrand, Johannesburgo 2193, Sudáfrica;

Dineo.Mpanya@wits.ac.za

Correspondencia: Nqoba.Tsabedze@wits.ac.za

Citación: Motshabi-Chakane, P.; Mogane, P.; Moutlana, J.;

Leballo-Mothibi, G.; Dingezweni, S.; Mpanya, D.; Tsabedze, N. ContemporáneoNeuroprotecciónEstrategias durante la cirugía cardíaca: revisión del estado del arte. Int. J. Environ. Salud Pública 2021, 18, 12747. https://doi.org/10.3390/ ijerph182312747

Editor académico: Paul B. Tchounwou

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Abstracto: La cirugía a corazón abierto es la principal causa de lesión neuronal en el estado perioperatorio, con algunos pacientes que se complican con accidentes cerebrovasculares y delirio. Las consecuencias neurológicas suponen una inmensa carga para el bienestar psicológico de la persona afectada, su familia y el sistema de salud. Varios ensayos controlados aleatorios (ECA) han intentado identificar estrategias terapéuticas e intervencionistas que reducen la tasa de morbilidad y mortalidad en pacientes que experimentan complicaciones neurológicas perioperatorias. Sin embargo, todavía no hay consenso sobre la mejor estrategia que produzca mejores resultados para los pacientes, de modo que se estandaricenneuroprotecciónlos protocolos no existen en un número significativo de departamentos de anestesia. Esta revisión tiene como objetivo discutir la evidencia contemporánea para prevenir y manejar los factores de riesgo de lesión neuronal, los mecanismos de lesión yneuroprotecciónintervenciones que conducen a mejores resultados para los pacientes. Además, se examina un resumen de los ECA existentes y los estudios observacionales grandes para determinar qué estrategias están respaldadas por la ciencia y cuáles carecen de evidencia definitiva. Se ha establecido que la evidencia general de farmacológicaneuroprotecciónes débil. La mayoría de las estrategias neuroprotectoras se basan en estudios en animales, que no se pueden extrapolar completamente a la población humana, y todavía no hay consenso sobre el óptimo.neuroprotectorestrategias para pacientes sometidos a cirugía cardíaca. Todavía se requieren grandes estudios multicéntricos que utilicen definiciones universales estandarizadas de consecuencias neurológicas para evaluar los efectos beneficiosos de los efectos beneficiosos existentes.neuroprotectortécnicas.

Palabras clave: neuroprotección; cerebrovascular; delirio; cirugía cardíaca; anestesia cardíaca

1. Introducción

Neuroprotecciónabarca estrategias que preservan la estructura y función neuronal. Las consecuencias neurológicas deben prevenirse en todos los pacientes sometidos a cualquier forma de cirugía, particularmente aquellos referidos para cirugía cardíaca. Por ejemplo, en un estudio que involucró a 10,250 pacientes que se sometieron a cirugía cardíaca, 221 (2%) experimentaron un accidente cerebrovascular postoperatorio, y la duración de la hospitalización fue significativamente más larga en estos pacientes en comparación con aquellos sin accidente cerebrovascular postoperatorio (10 vs. 16 días, p< 0.001)="" [1].="" numerous="" randomized="" controlled="" trials="" (rcts)="" have="" investigated="" the="" efficacy="" of="" pharmacological="" and="" non-pharmacological="" interventions="" that="" reduce="" neurological="" injury="" during="" and="" after="" cardiac="" surgery="" [2–4].="" however,="" there="" is="" still="" controversy="" on="" the="" optimal="">neuroprotecciónestrategia que conduce a mejores resultados para los pacientes.

Esta revisión tiene como objetivo discutir la evidencia contemporánea para prevenir y manejar los factores de riesgo de lesión neuronal, los mecanismos de lesión yneuroprotecciónintervenciones que conducen a mejores resultados para los pacientes.

2. Materiales y métodos

Datos sobre ECA mediante variosneuroprotectorSe obtuvo después de realizar una búsqueda sistemática de literatura en PUBMED, Scopus y Google Scholar. Se utilizó la siguiente cadena de búsqueda: (neuroprotecciónestrategias OneuroprotecciónO terapia farmacológica O terapia no farmacológica) Y (cirugía cardíaca O cirugía de derivación cardiopulmonar) Y (disfunción cognitiva postoperatoria O accidente cerebrovascular O delirio O convulsiones) Y pacientes adultos. Se incluyeron ensayos controlados aleatorios, revisiones sistemáticas y metanálisis publicados en los últimos 15 años. La búsqueda bibliográfica se centró en lo farmacológico y no farmacológico.neuroprotectorestrategias (Tabla 1). Cuando se dispuso de revisiones sistemáticas o metanálisis de los ECA de las intervenciones, se informaron preferentemente sobre estos en lugar de los ECA individuales.

Tabla 1. Resumen de los ensayos controlados aleatorios que compararon las intervenciones con el tratamiento estándar paraneuroprotecciónen cirugía cardíaca.

Abreviaturas: ECA, ensayo control aleatorio; CPB: bypass cardiopulmonar; POCD: disfunción cognitiva postoperatoria; MM-RR, relación riesgo Mantel-Haenszel; IC: intervalos de confianza; O, odds ratio; TIVA: anestesia intravenosa total; DMP: diferencia de medias ponderada; POD: delirio postoperatorio; CABG: injerto de derivación de la arteria coronaria; MAP: presión arterial media; DE: desviación estándar. Bolo de lidocaína* de 1–1,5 mg/kg. Infusión de 2-4 mg/kg/hora: dependiente del protocolo de los centros. Las concentraciones plasmáticas de lidocaína oscilaron entre 7 y 30 μmol/L. Dosis de magnesio* de al menos 2 g dentro de las 24 h de paro cardíaco o cirugía cardíaca. Rivastigmina*, dosis de 1,5 mg 8 por hora, desde la noche preoperatoria; un total de 22 dosis (hasta el día 6 postoperatorio). Paro circulatorio hipotérmico profundo (DHCA) con perfusión cerebral retrógrada (RCP)*, enfriado a temperaturas nasofaríngeas de 14,1 o C a 20 o C. Preacondicionamiento isquémico remoto (RIPC)* mediante el uso de manguito de PA en el miembro superior con tres ciclos alternos de inflado (200 mmHg durante 5 min) y deflación durante 5 min (reperfusión). Monitorización de la oxigenación cerebral*: Episodios de desoxigenación cerebral< 60%="" for="">60 s.

3. Incidencia y prevalencia del déficit neurológico después de la cirugía cardíaca

El Código Internacional de Nomenclatura recomienda el término "trastornos neurocognitivos perioperatorios" para describir tanto el delirio postoperatorio (POD) como la disfunción/deterioro cognitivo postoperatorio (POCD), y este último no tiene un criterio de diagnóstico y estadístico del Manual de Trastornos Mentales 5 (DSM5) para el diagnóstico [14,15]. Otra terminología amplia utilizada es "lesión neurológica post-cirugía cardíaca". El accidente cerebrovascular perioperatorio, el delirio y la encefalopatía son algunas de las secuelas neurológicas de la cirugía cardíaca [16]. El riesgo de accidente cerebrovascular varía según el tipo de cirugía realizada [17]. Por ejemplo, la cirugía de válvula doble o triple se asocia con un riesgo del 10% de accidente cerebrovascular, mientras que el riesgo es menor en los pacientes referidos para "latido del corazón", también conocido como cirugía de injerto de derivación de la arteria coronaria (CABG) "fuera de la bomba" [17].

En un metanálisis que involucró a 174,969 pacientes remitidos para cirugía cardíaca, la tasa de eventos agrupados para accidentes cerebrovasculares tempranos y tardíos fue cada uno inferior al 1% [18]. Además, el delirio es común en los ancianos, con una mayor incidencia del 12% [19]. Hay una escasez de estudios que informen complicaciones neurológicas después de la cirugía cardíaca en pacientes que residen en países de ingresos bajos y medios (LMIC). En un análisis retrospectivo de 1218 pacientes consecutivos remitidos para cirugía CABG en Johannesburgo, la tasa de accidente cerebrovascular perioperatorio fue del 1,2% [20]. Además, un año después del inicio de un accidente cerebrovascular, el costo anual en libras esterlinas por persona se estima en GBP 18,081, aumentando a GBP 22,961 en pacientes mayores de 84 años [21]. Estos altos costos de atención médica requieren una necesidad urgente de estrategias que reduzcan la carga del accidente cerebrovascular después de la cirugía cardíaca.

4. Factores de riesgo asociados con el deterioro neurológico

Además del tipo de cirugía, el riesgo de accidente cerebrovascular aumenta en pacientes con enfermedad cerebrovascular existente, enfermedad vascular periférica, diabetes, hipertensión, antecedentes de cirugía cardíaca previa, infección preoperatoria, cirugía urgente, bypass cardiopulmonar (CPB) de más de 2 h, necesidad de hemofiltración intraoperatoria y altos requisitos de transfusión [18]. Los factores de riesgo para el deterioro cognitivo después de la cirugía cardíaca son multifactoriales (Figura 1). Los resultados neurológicos son diversos y se han clasificado previamente como Tipo I (incluye accidente cerebrovascular fatal o no fatal, estupor o coma al alta) y Tipo II, que incluye deterioro de la función cognitiva, déficit de memoria o convulsiones [22].

Figura 1. Factores de riesgo de lesión neuronal antes, durante y después de la cirugía cardíaca.

La evaluación de la función cognitiva debe realizarse preoperatoria y postoperatoriamente utilizando una herramienta de evaluación de prueba cognitiva validada. Además, el momento de las pruebas afecta la tasa de diagnóstico de lesiones neurológicas después de la cirugía cardíaca [23]. Las pruebas de diagnóstico realizadas dentro de los 30 días posteriores a la operación tienen factores de confusión como el dolor postoperatorio, y el uso de medicamentos puede afectar la puntuación de la evaluación [15]. El delirio de emergencia ocurre antes, durante o después del despertar de la anestesia, mientras que el delirio postoperatorio ocurre 24-72 h después, y el deterioro cognitivo postoperatorio ocurre semanas o meses después de la operación [15,24]. La mayoría de los factores de riesgo para POCD están relacionados con su potencial para interferir con los principios básicos de protección de órganos, como el suministro de oxígeno, la perfusión de órganos, los requisitos nutricionales de los órganos, las reservas de órganos preexistentes y cualquier exposición tóxica durante la cirugía [25]. La prevención de la POCD después de la cirugía cardíaca está dirigida a comprender y manejar estos factores de riesgo.

5. Mecanismo de la lesión cerebral

El mecanismo de la lesión cerebral relacionada con la cirugía cardíaca es complejo y multifactorial. El mecanismo más común resulta de causas isquémicas que conducen a hipoperfusión cerebral y embolia [26,27]. Además de las causas isquémicas, también se han implicado la respuesta inflamatoria, la hipertermia cerebral, la hiperglucemia, la anemia perioperatoria y la fibrilación auricular (Figura 2) [27].

Figura 2. Mecanismos de la lesión cerebral.

5.1. Perfusión cerebral alterada

Los efectos de la cirugía cardíaca y la CPB sobre la perfusión cerebral se pueden clasificar en hipoperfusión cerebral y reperfusión. La hipoperfusión cerebral resultante de la reducción del flujo sanguíneo cerebral (CBF) durante la CPB es la causa principal de la lesión cerebral isquémica. Esta forma de lesión puede exacerbarse aún más por el deterioro del aclaramiento de los microembolos durante los períodos de reducción de la CBF. La edad avanzada, la enfermedad cerebrovascular extensa y los antecedentes de accidente cerebrovascular aumentan el riesgo de hipoperfusión cerebral [26]. El período temprano de CPB generalmente se asocia con episodios de presión arterial media baja (PAM) durante las inserciones de cánulas y la manipulación de los vasos grandes del corazón. Como resultado, puede ocurrir hipoperfusión cerebral, y el flujo sanguíneo en las regiones de la cuenca del cerebro puede reducirse críticamente. Hacia el final de la CPB, se produce la reperfusión cerebral, lo que resulta en la generación de radicales libres de oxígeno [28]. Durante la lesión por isquemia / reperfusión, se inician varios mecanismos secundarios y, en última instancia, conducen a la muerte de las neuronas.

5.2. Lesión cerebral relacionada con la hipoxia

Las condiciones hipóxicas que ocurren durante los períodos de hipoperfusión cerebral dan como resultado la regulación al alza de varias moléculas, como el factor inducible por hipoxia (HIF) y la proteína del receptor de sulfonilurea 2A (SUR2A), que luego inician eventos que pueden conducir a una lesión neuronal [28]. Una caída en los niveles de oxígeno conduce a la translocación de HIF en el núcleo de la célula neuronal. HIF se compone de una subunidad de α y β. La subunidad α se expresa constitutivamente. Sin embargo, se degrada rápidamente bajo concentraciones normales de oxígeno. Además, la hipoxia se asocia con una disminución en los niveles de trifosfato de adenosina (ATP), lo que resulta en la falla de las bombas de iones dependientes de ATP, un aumento en los niveles intracelulares de sodio y calcio y, en última instancia, hinchazón citoplasmática y mitocondrial, que puede conducir a la muerte celular [28].

5.3. Lesión cerebral relacionada con la reperfusión

La fase de reperfusión se asocia con la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), predominantemente en las mitocondrias. Las ROS reaccionan con el óxido nítrico (NO) para formar peroxinitrito. Esta molécula es altamente reactiva y nitrosilata proteínas, lo que lleva a un deterioro funcional neuronal y una lesión cerebral [28].

5.4. Macro y microevolución cerebral

La cirugía cardíaca a menudo resulta en la producción de varios materiales embólicos. De acuerdo con el tamaño, los émbolos se pueden diferenciar en macroembrillos, que ocluyen el flujo en arterias con un diámetro de 200 μm o más, y microembrilos, que ocluyen arterias, arteriolas y capilares más pequeños. Las placas ateroscleróticas que surgen principalmente de la aorta constituyen macro-émbolos [26], mientras que los micro-émbolos consisten en émbolos gaseosos y agregados biológicos como trombos, agregados plaquetarios y grasa [26,28,29]. En el pasado se han notificado émbolos derivados de restos inorgánicos, como fragmentos de tubos de cloruro de polivinilo y antiespumante de silicona [29].

Aunque la máquina cpB tiene mecanismos de protección, como trampas de burbujas [28], los émbolos gaseosos aún pueden introducirse en el circuito CPB a través de la canulación venosa, la administración de medicamentos y desde las cámaras cardíacas abiertas del corazón izquierdo [26]. Además, la manipulación de la aorta durante la cirugía aumenta el riesgo de embolización a pesar de la colocación de filtros arteriales [28,30]. La microeolía cerebral como mecanismo para la disfunción cognitiva está respaldada por la presencia de una relación entre la carga cerebral macro / microémbolo durante la CPB y la disfunción cognitiva en diversos estudios [26,31-34]. Además, los macro /micro-émbolos también pueden ocurrir durante la decanulación aórtica, particularmente cuando el paciente no ha recibido suficiente terapia de anticoagulación.

5.5. Respuesta inflamatoria

Los procesos inflamatorios asociados con la CPB exacerban aún más el ingreso neuronal [27]. La interacción de la sangre del paciente con los componentes de la CPB como los tubos, los reservorios, el oxigenador y las conexiones da como resultado la activación del sistema del complemento, lo que lleva a la liberación de citoquinas proinflamatorias como la interleucina (IL)-6, IL-8, IL-10 y el factor de necrosis tumoral alfa (TNFα) [28,35]. Esta respuesta inflamatoria sistémica resulta en fuga de barrera hematoencefálica, edema cerebral y, en última instancia, trastorno cerebral [28].

5.6. Hipertermia cerebral

También se ha informado que la hipertermia causa daño cerebral en diversas condiciones clínicas y se ha demostrado que exacerba la muerte neuronal después de la isquemia. Los efectos perjudiciales de la hipertermia en el cerebro están relacionados con la hinchazón celular inducida por hipertermia y la muerte necrótica en el caso de temperaturas muy altas [36]. Durante la cirugía cardíaca en CPB, la hipertermia cerebral puede ocurrir debido a la proximidad de la cánula aórtica a los vasos cerebrales o subestimar la temperatura cerebral mediante el monitoreo estándar [27].

5.7. Hiperglucemia

La respuesta al estrés inducida por la CPB y la hipotermia durante la cirugía cardíaca conduce a niveles elevados de glucosa en suero incluso en pacientes no diabéticos [27]. La fisiopatología de la lesión cerebral inducida por hiperglucemia es multifactorial. La hiperglucemia aumenta la producción de especies reactivas de oxígeno a través de una vía mediada por la proteína quinasa C y el aumento de la producción de nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADPH) [37]. Las especies reactivas de oxígeno pueden conducir a la muerte neuronal, como se describió anteriormente. También existe una asociación bien descrita entre la hiperglucemia y el aumento de la expresión del factor nuclear kappa B [38]. Los efectos metabólicos de la hiperglucemia, como el aumento de la producción de ácido láctico con la acidosis posterior y la disfunción mitocondrial, es otro mecanismo sugerido de lesión cerebral asociada a la hiperglucemia [39].