Deep hypothermia

Hipotermia profunda
Ricardo Poveda Jaramillo
Fellow Anestesia Cardiovascular
Universidad CES

Indicaciones
① Como una medida neuroprotectora durante cirugías
cardíacas (Bigelow et al., 1950, Nathan et al. 2001; Aydemir
et al. 2012).
② Cirugía de bypass coronario (Boodhwani et al., 2007)
③ Reparación quirúrgica de aneurismas toracoabdominales
(Bush et al., 1995; Griepp & Di Luozzo 2013) e
intracraneales (Todd et al., 2005, Nguyen et al)
④ Tromboendarterectomía pulmonar (Conolly et al., 2010)
⑤ Cirugía para malformaciones arteriovenosas cerebrales
(Conolly et al. 2010)
⑥ Operaciones de switch arterial en neonatos (Aydemir et al.,
2012).
Otto KA. Therapeutic hypothermia applicable to cardiac surgery. Vet Anaesth Analg. 2015 Nov;42(6):559-69.

The brain is the organ most
susceptible to ischemia during
circulatory arrest
(Conolly et al. 2010)

Fisiología del cerebro
① El cerebro en el adulto humano comprende 4-5% del
peso corporal (aproximadamente 1400 g).
② El flujo cerebral es 750 ml/min a 37ºC, representando
aproximadamente el 16% del gasto cardíaco total
③ Perfusión cerebral = 55 mL/min/100 g de tejido
cerebral.
④ En normotermia, el consumo de oxígeno del cerebro
es 2,90 ml/g/min (20% del consumo total de oxígeno
corporal)
⑤ 40% de su consumo de energía es utilizado en la
preservación de la integridad celular y el 60% en la
transmisión de los impulsos nerviosos.

Durante la isquemia
Reducción del
suministro de
oxígeno y sustrato
que es insuficiente
para satisfacer las
demandas
metabólicas
La
concentración
intracelular de
ATP disminuye
El metabolismo
celular pasa a
ser anaeróbico
Aumenta el
hidrógeno, los
fosfatos
inorgánicos y
iones lactato
Acidosis
intracelular
Falla de la
bomba
Na+K+ATPasa
Eflujo de K+;
influjo de Na+
& Ca2+
Lisis de astrocitos

El Ca2+
Reducción
de ATP
Reducción de
la recaptación
presináptica
de glutamato
El glutamato
facilita la
afluencia de
Ca2+ a través
del receptor
NMDA
Activación de
fosfolipasas y
proteasas
Hidrólisis de
las
membranas
plasmática y
mitocondrial

Hipotermia: definición
La hipotermia en seres humanos se ha
definido como una temperatura corporal
<36°C (Hart et al., 2011)

Hipotermia: mecanismos de
acción
① Reducción de la tasa metabólica cerebral y agotamiento
energético
② Disminución de la liberación del neurotransmisor excitador
③ Inhibición de apoptosis
④ Reducción de la generación de radicales libres
⑤ Reducción del flujo iónico
⑥ Atenuación de la respuesta neuroinflamatoria (reducciones de la
permeabilidad vascular, formación de edema y barrera
hematoencefálica)(Churn et al., 1990, Colbourne et al., 1997;
Ahmad et al. 2014)
⑦ Preservación de la integridad del colágeno (Ning et al., 2007) y la
función miocárdica(Dae et al, 2002, Zhao et al., 2008).

Reducción de la tasa metabólica cerebral y
la energía de agotamiento
Ralentiza la actividad enzimática y
ayuda a conservar los depósitos ATP

En resumen… piensa en The Matrix cuando
pienses en hipotermia profunda

…pero… la disminución de la
CMRO2 no es lineal (Svyatets et al., 2010):
• Entre 37°C y 22°C, CMRO2 se reduce 5%
por 1°C de disminución de la temperatura.
• Entre 19°C y 21°C, una disminución del
20% por 1°C
• Entre 1°C y 18°C, 17% de disminución por
1°C de disminución de la temperatura (Kimura
et al., 1994; Yenari et al. 2008).

Disminución de la liberación del transmisor
excitatorio
① Disminución de la glicina->No activación
de los receptores NMDA->No influjo de
Ca+2 (Johnson & Ascher 1987; Baker et al. 1991)
② Disminuye liberación de glutamato-> No
hiperexcitabilidad (Takata et al. 2005;Campos et al. 2012)

Inhibición de la apoptosis
①Disminución de la expresión de caspasa-
3
②Aumento en la expresión de la proteína
Bcl-2 (Ding et al., 2014)

Reducción de la generación de radicales
libres
① La hipotermia atenúa el consumo de antioxidantes endógenos (por
ejemplo ascorbato, glutatión)indicando una menor síntesis de
radicales libres
② Atenuación de la formación de óxido nítrico inducida por isquemia
-> bloqueo de la síntesis de OH- (Kader et al., 1994) -> reducción en la
concentración intracelular de iones Ca2+ -> disminución del estrés
oxidativo mitocondrial (Colbourne et al., 1997)
③ Atenúa la sobrecarga intracelular de Ca2+ -> disminución de la
actividad de las fosfolipasas involucrados en la formación de
radicales libres de oxígeno (Lei et al. 1994).
④ Disminuye la actividad de superóxido dismutasa-> disminuye
generación de peróxido de hidrógeno y radicales hidroxilo ->
disminuye peroxidación lipídica (Smith y Hall 1996).

Reducción de la inflamación
①Hipotermia post-traumática-> Atenúa el
aumento habitual en IL-1b (Goss et al., 1995) e IL-6
las cuales, a su vez, aumentan la
proteína del choque térmico 70 (Chen et al., 2005).
②IL-10 aumenta durante el enfriamiento->
modular el sistema
inmunitario/inflamatorio post-shock
mediante el bloqueo de la IL-6 (Chen et al., 2005).

Preservación de la integridad del colágeno y
función miocárdica
• La hipotermia aumenta las proteínas de
supervivencia y promueve la señalización
para la supervivencia celular (Ning et al., 2007).
• Aumento el flujo sanguíneo miocárdico (Chien et al.
1994; Hamamoto et al. 2009) y mejora la integridad
microvascular (Hamamoto et al., 2009)
• Incluso una pequeña disminución (1°C) en la
temperatura puede mejorar el flujo sanguíneo
microvascular y el rescate miocárdico (Hamamoto et
al., 2009).

Coagulopatía
①Disfunción plaquetaria
②Aumento de la actividad fibrinolítica
③Disminución de la actividad de las
enzimas de la cascada de la coagulación
(Patt et al., 1988, Danzl y Pozos 1994)

Arritmias
• Las manifestaciones electrocardiográficas:
ondas J (Osborn), prolongación de los
intervalos PR, QRS, QT
• Arritmias auriculares, taquicardia sinusal
seguido por bradicardia (Danzl & Pozos 1994; Kabon et al. 2003),
y asistolia prolongada (Danzl & Pozos 1994; Tiainen et al. 2009).

Disminución de la función cardiaca
① Alteraciones en
el acoplamiento
excitación-
contracción y la
interacción
actina-miosina
(Tveita et al., 1998)
② Reducción de los
mecanismos de
transporte activo
responsables de
la concentración
citoplasmática
del Ca2+ (Schroder et al.,
1994)
Hipotermia suave a
moderada (32-33ºC) puede
reducir el gasto cardíaco y
el volumen sistólico en un
33% y 23%,
respectivamente

Infecciones
①Suprime la respuesta inflamatoria
②Inhibe la adhesión de los neutrófilos
③Vasoconstricción termorreguladora con
hipoperfusión cutánea
④Disminución de la producción de
citoquinas (Hildebrand et al. 2005; Hart et al. 2011).

Alteraciones de la función renal &
hepática
① Filtración glomerular reducida
② Disminución del flujo sanguíneo renal y
hepático
③ Acidosis metabólica
④ Trastornos electrolíticos
⑤ Disminución del aclaramiento de fármacos
⑥ Resistencia a la insulina (Aslam et al. 2006; Conolly et al. 2010;
Hart et al. 2011)

Reducción de la adaptabilidad a la
hipoxia
Hipotermia leve
duradera (28-32°C)
desde 4-24 horas
reducirá el Hypoxia-
inducible factor 1-
alpha [HIF-1a] (Tanaka et al.,
2010).

Alteración electrolítica
Marcada
hipokalemia

Categorías
①Leve: 33-36°C
②Modesta: 32-34°C
③Moderada: 28-32°C
④Severa: 16-28°C
⑤Profunda: <15°C
* (Inamasu & Ichikizaki 2002, Kwon et al., 2008, Levi et al. 2009)

“Although more recent studies revealed mild
hypothermia to have numerous beneficial effects in
comparison with moderate to profound TH, DHCA
(18 °C) is still favoured as the method of choice in
aortic arch replacement surgeries and in elective
surgeries shows a mortality rate of only 2%” (Corvera
& Fehrenbacher 2012; Ziganshin & Elefteriades 2013).

Técnicas de enfriamiento y
recalentamiento
① Enfriamiento de superficie: ice packs,
alcohol baths, mantas de enfriamiento,
cooling pads o lavado gástrico con solución
salina helada (Jordan & Carhuapoma 2007; Ahmad et al. 2014)
② Infusión de solución salina helada
intravenosa o por medio de circulación
extracorpórea en conjunción con un
dispositivo de refrigeración/calentamiento
(Rajek et al., 2000, Ziganshin & Elefteriades 2013)

Velocidad
Infusión de 40 ml/kg
de solución salina a
4°C en la vena cava
superior
Disminución de la
temperatura media
de 35.7 a 33.1°C
al final del período
de infusión de 30
minutos (Rajek et al. 2000).

Temperatura
• La nasofaringe, el esófago y la vejiga
urinaria son las mediciones de
temperatura central más precisas (Cork et al.1983).

Tasa metabólica cerebral de
oxígeno
• CMRO2 es la tasa metabólica cerebral para el
oxígeno
• El coeficiente de temperatura Q10 describe la
disminución dependiente de la temperatura en
el metabolismo cerebral
• El Q10 para CMRO2 es la relación de dos
mediciones de CMRO2 que difieren en 10°C.
McCullough JN, Zhang N, Reich DL, Juvonen TS, Klein JJ, et al. Cerebral metabolic suppression during hypothermic circulatory arrest in
humans. Ann Thorac Surg. 1999 Jun;67(6):1895-9; discussion 1919-21.

Tasa metabólica cerebral de
oxígeno
CMRO2 = CBF x diferencia A-V de O2 cerebral/100

Pasos
1) El logaritmo natural para la CMRO2 (lnCMRO2)
es graficado Vs temperatura durante el
enfriamiento de cada paciente, y se determina la
pendiente de la línea resultante.
2) Se identifica la pendiente media de la población
(m).
3) Cualquier paciente = p, lnCMRO2(p) = a(p) +
m(t), donde t= temperatura y a(p)= lugar de
intercepción del paciente particular
4) El Q10 puede entonces ser resuelto como la
relación de la CMRO2 en una temperatura (t) y
en t- 10.

Resultados
1) La pendiente media de la población fue
0,083 ± 0,062
2) Coeficiente de temperatura (Q10) fue 2,3,
con un 95% de intervalo de confianza (2,08-
2,53)
3) El Q10 también se calculó para dos fases de
enfriamiento diferentes: el Q10 para
enfriamiento desde la línea de base hasta
15°C fue 2,05, y desde 15°C hasta 11,4 ±
1,9°C, fue 3,5.

pH-stat Vs alpha-stat
Alpha-stat
① La PaCO2 se
mantiene dentro de
su rango normal a
37°C
pH-stat
① PaCO2 se corrige a
la temperatura
central

pH-stat
① Mejor evolución
neurológica (Hindman et al. 1995;
Kurth et al. 1997; Priestley et al. 2001).
② Mejor resultado
neurológico
③ Disminución más
pronunciada de la CMRO2
a la misma temperatura
(Hindman et al. 1995)
④ Enfriamiento cerebral más
uniforme (Kurth et al.1997)
⑤ Menos discapacidad
funcional
⑥ Menos daño neuronal
(Priestley et al., 2001).
① Mayor riesgo de
microembolismo (Plochl & Cook
1999) y daño mediado por
radicales libres (Rehncrona et
al., 1989)

Electroencefalograma
El EEG se utiliza a menudo para evaluar las
consecuencias funcionales del enfriamiento
del cerebro porque un patrón de línea plana
significa quiescencia sináptica cortical.

Saturación venosa de oxígeno del
bulbo yugular
Una medida >95% usando un catéter
oximétrico representa un punto final
fisiológico alternativo para detectar la
supresión metabólica cerebral máxima para
DHCA
Augoustides JG, Pantin EJ, Cheung AT. Kaplan’s Cardiac Anesthesia: The Echo Era: Expert Consult Premium Edition - Enhanced Online
Features and Print, 6e. 6 edition. St. Louis, Mo.: Saunders; 2011. 1120 p. 637-664

Otras formas de neuroprotección

Perfusión cerebral retrógrada
① Se realiza mediante infusión de sangre
oxigenada fría por la cánula de la vena cava
superior a una temperatura de 8° a 14°C.
② La presión venosa yugular interna se mantiene
a <25 mm Hg para prevenir el edema cerebral.
③ El paciente se coloca en 10º de Trendelenburg
④ Flujo de 200 a 600 mL/min

Perfusión Cerebral Anterógrada
Selectiva
① Canulación selectiva de la arteria axilar derecha, la
arteria subclavia derecha, la arteria innominada o la
arteria carótida común izquierda
② Un círculo de Willis funcional puede proporcionar
perfusión cerebral contralateral durante la interrupción
de la perfusión anterógrada
③ Con sangre oxigenada a 10◦ a 14◦ C con flujo de 250-
1000 ml/min y una presión de perfusión cerebral de 50
a 80 mm Hg.
* El ACP selectivo debe ser considerado para las
reparaciones del arco aórtico de más de 45 minutos.

La tarea
¿Por qué no debe existir una diferencia
>10ºC entre el paciente y la sangre
perfundida?
El rápido recalentamiento puede resultar en
isquemia cerebral debido a la vasoparesis
desencadenada por el frío, que desacopla el
flujo sanguíneo cerebral y el metabolismo.

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