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ORIGINAL ARTICLE

Brain protection during total circulatory arrest at 28°C

Carlos Luiz FILGUEIRAS0; Maurício EDE0; Lowrence Ryner0; Jian YE0; Alex ARONOV0; Piotr KOZLOWSKI0; Jiankang SUN0; Loujia YANG0; John K. Saunders0; Roxane DESLAURIERS0; Tomas A Salerno0

DOI: 10.1590/S0102-76381997000200014

ABSTRACT

Aortic surgical treatment of aneurysms is time dependent on the hypothermic circulatory arrest. Many techniques have been proposed to improve brain protection and increase safe time of ischemia (45 minutes in deep hypothermia). Brain protection during two hours of hypothermic circulatory arrest was studied in twenty-three animals that were divided in four groups. In the control groups, eight animals were submitted to anesthesia (group I) and extracorporeal circulation alone (group II). The other two groups underwent circulatory arrest associated with antegrade brain perfusion at 28°C (group III) and hypothermic circulatory arrest with retrograde brain perfusion at 28°C (group IV). Brain protection was evaluated by the histologic study and by the cellular brain metabolism which was studied by 31P Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy. During circulatory arrest with antegrade brain perfusion at 28°C, the cellular metabolism remained normal during all the experiments and the brain structures were preserved. In the circulatory arrest with retrograde brain perfusion at 28°C, the intracellular brain pH, phosphocreatine (PCr) and adenosine triphosphate (ATP) decreased during the circulatory arrest period, and did not recover normal levels during reperfusion, the brain remained in severe intracellular acidosis. We conclude that during two hours of hypothermic circulatory arrest, antegrade perfusion at 28°C provides adequate brain protection. The hypothermic circulatory arrest associated with retrograde perfusion at 28°C does not protect the brain, from a metabolic and histologic point of view.

RESUMO

As operações de aneurismas do arco aórtico dependem do tempo de parada circulatória hipotérmica total (PCH). Diversas técnicas têm sido propostas para melhorar a proteção do cérebro e estender o tempo seguro de isquemia (45 minutos em hipotermia profunda). A proteção cerebral durante duas horas de parada circulatória hipotérmica foi estudada em 23 suínos, divididos em quatro grupos. Nos grupos de controle, 8 animais foram submetidos a anestesia (Grupo 1) e a circulação extracorpórea (Grupo 2). Os outros dois grupos foram à PCH associada à perfusão cerebral anterógrada a 28°C (Grupo 3) e a PCH associada a perfusão retrógrada do cérebro a 28°C (Grupo 4). A proteção cerebral foi avaliada pelo estudo histológico e pelo metabolismo celular cerebral estudado pela espectroscopia por ressonância nuclear magnética (RNM). Durante a PCH associada à perfusão cerebral anterógrada a 28°C, o metabolismo cerebral manteve-se normal durante todo o experimento e houve preservação das estruturas cerebrais no estudo histológico. Na PCH com a perfusão cerebral retrógrada a 28°C, o pH intracelular, a fosfocreatina (PCr) e o trifosfato de adenosina (ATP) diminuíram durante o período de parada circulatória e não retornaram aos seus níveis normais durante a reperfusão, permanecendo o cérebro em grave acidose intracelular. Concluímos que, durante duas horas de PCH, a perfusão anterógrada a 28°C proporcionou uma adequada proteção ao cérebro. A PCH associada à perfusão retrógrada em hipotermia moderada a 28°C não proporcionou proteção cerebral, no estudo metabólico e histológico.
INTRODUÇÃO

A perfusão cerebral retrógrada pela veia cava superior associada a parada circulatória total em hipotermia profunda tem sido recentemente utilizada como meio de proteção do cérebro nas operações do arco aórtico (1). A perfusão cerebral retrógrada associada a parada circulatória em hipotermia profunda é fácil e segura de se estabelecer e pode melhorar a proteção cerebral durante a parada circulatória (2, 3). Estudos experimentais têm relatado que o suprimento de glicose e oxigênio não são suficientes para manter o metabolismo cerebral, o qual pode causar edema cerebral durante a reperfusão (4). Outros estudos em suínos (5) mostram o desaparecimento dos níveis de ATP e PCr durante a parada circulatória, mas recuperaram-se totalmente durante a reperfusão, mostrando certo grau de proteção, pois, com a parada circulatória com hipotermia profunda, o metabolismo cerebral não se recupera, permanecendo o cérebro em grave acidose metabólica no final da reperfusão.

A perfusão seletiva das carótidas tem sido relatada como a técnica mais segura para proteger o metabolismo cerebral durante a hipotermia profunda em suínos. Grupos japoneses (6,7) têm empregado esta técnica com sucesso em humanos, canulando os vasos cefálicos diretamente pelo interior do aneurisma, ou realizando a dissecção cervical dos vasos cefálicos. Sua proteção é superior à perfusão retrógrada. A proposta de nosso estudo é avaliar o uso da perfusão cerebral retrógrada e anterógrada durante a parada circulatória total em hipotermia moderada a 28°C, utilizando modelo suíno. Usamos a ressonância nuclear magnética para avaliar o metabolismo celular cerebral e o estudo histopatológico para avaliar as alterações anatômicas.

MATERIAL E MÉTODOS

O nosso estudo experimental foi realizado em suínos Yorkshire, no Instituto de Biodiagnóstico, do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, na Cidade de Winnipeg, Manitoba. Os cuidados com os animais foram de acordo com o "Guia Para o Uso de Animais em Experiência", publicado pelo Canadian Council on Animal Care (8).

Utilizamos 23 porcos de ambos os sexos, com 8 a 12 semanas e peso corporal variando entre 19kg e 38kg. Os animais foram divididos em 4 grupos, conforme a técnica de proteção cerebral empregada (Tabela 1). Todos os animais foram pré-anestesiados com uma solução intramuscular de ketamina (10 mg/kg EV), xilazina (2,2 mg/kg) e atropina (0,03 mg/kg). Uma veia auricular foi puncionada e uma solução salina a 0,9% mantida em gotejamento para a administração de medicação endovenosa (EV). A anestesia foi induzida com pentobarbital (10 mg/kg). Os animais foram posicionados na mesa operatória, em decúbito dorsal, com os membros fixados em extensão. Após a intubação orotraqueal, a ventilação artificial foi instalada com uma mistura de oxigênio (40%) e ar ambiente em respirator de volume, tipo Omega 7800. A freqüência respiratória e o volume (10 a 15 ml/kg) foram ajustados para manter uma PaCO2 em aproximadamente 40 mmHg. A anestesia foi mantida com isoflurane (1,5%). O pancurônio (0,05 mg/kg/h) foi administrado por via endovenosa, como relaxante muscular.



Uma veia cervical foi dissecada e cateterizada para a infusão venosa e para a monitorização da pressão venosa central. A artéria carótida direita foi puncionada para a monitorização da pressão arterial e para a colheita de amostras sangüíneas para exames de laboratório seriado. Para o acompanhamento da pressão, utilizamos o polígrafo Gould Electronic modelo GSP 6612. As amostras sangüíneas foram colhidas em seringas heparinizadas para a avaliação do pH, PO2, PCO2, bicarbonato, saturação da hemoglobina, hematócrito, hemoglobina, sódio, potássio, cloro, cálcio, glicose e osmolaridade. Um eletrodo esofagiano foi introduzido para medir a temperatura durante todas as fases dos experimentos. Uma sonda vesical foi colocada na bexiga por via transuretral ou por cistostomia, para a monitorização do débito urinário.

Técnica Cirúrgica

Todos os animais foram submetidos a esternotomia mediana, sendo o pericárdio aberto longitudinalmente. A aorta ascendente foi cuidadosamente dissecada e isolada com um cadarço de algodão. Foram realizadas duas suturas em bolsa com fio de Poliester 2-0, na aorta ascendente, para a canulação arterial e duas suturas em bolsa, com fio de Poliester 2-0, na parede atrial e na aurícula direitas, para as canulações venosas. Nos grupos com perfusão retrógrada, a veia cava superior foi dissecada e contornada por um cadarço de algodão, o qual passou por dentro de um tubo de borracha, criando-se um torniquete, para permitir a oclusão temporária, quando necessária. Um outro torniquete foi colocado na porção proximal da artéria branquiocefálica, para oclusão temporária, nos grupos com perfusão cerebral anterógrada. Após o término de todas as dissecções e suturas, o tempo de coagulação ativado (TCA) foi avaliado e a heparina injetada por via endovenosa (500 Ul/kg). As doses subseqüentes foram controladas pelo TCA. Uma cânula de 19F foi introduzida na aorta ascendente, para o retorno arterial, durante a circulação extracorpórea (CEC). Duas cânulas separadas (24F e 28F) foram introduzidas nas veias cavas superior e inferior, através da parede lateral de átrio direito e da aurícula direita, respectivamente. Dosagens seriadas dos gases arteriais, eletrólitos e do hematócrito foram realizadas em cada hora. Não adicionamos CO2 ao sistema durante a hipotermia profunda, mantendo-se o pH do sangue arterial mais alcalino durante a hipotermia. Sangue homólogo foi adicionado ao sistema, com hematócrito abaixo de 15%.

Enchemos o sistema de circulação extracorpórea com 1500ml de Ringer lactato, 250 ml de manitol e 5000Ul de heparina. Após o estabelecimento da CEC, os animais foram esfriados até a uma temperatura esofagiana de 15°C, procurando-se manter um gradiente de até 10°C entre o sangue e água do termopermutador. A ventilação mecânica foi descontinuada durante a CEC. Utilizamos uma bomba de roletes da divisão de laboratórios hospitalares Cobe, Lakewood, Colorado, Estados Unidos), oxigenador de membrana, reservatório de cardiotomia, filtro arterial infantil e termopermutador. Os tubos para o circuito de CEC foram de 1/4 e 3/8 de polegada.

Os Grupos 1 e 2 foram os grupos de controle. Os animais do Grupo 1 foram apenas anestesiados durante 300 minutos. As pressões arterial e venosa foram monitorizadas e as amostras sangüíneas foram colhidas em cada hora. O estudo do metabolismo cerebral foi realizado pela RNM, durante 210 minutos. No final, o crânio foi removido para o estudo histológico.

Os animais do Grupo 2 foram colocados em CEC. Após a realização de todas as canulações, os animais foram colocados no aparelho de RNM, para o estudo da imagem. Ao final do mesmo, a CEC foi iniciada e o metabolismo cerebral estudado pela espectroscopia, durante 210 minutos. Durante os primeiros 30 minutos, a CEC foi mantida para esfriar os animais. A CEC hipotérmica foi mantida durante 120 minutos. Ao final, os animais foram reaquecidos e permaneceram em CEC normotérmica durante 60 minutos. Ao final, o crânio foi removido para o estudo histológico.

Nos outros dois Grupos 3 e 4, o procedimento realizado no Grupo 2 se repetiu. Exceto quando a temperatura esofagiana diminuiu a 28°C, a bomba de CEC foi desligada e os animais foram exangüinados, com a drenagem de todo o sangue para o reservatório. A parada circulatória em hipotermia moderada foi mantida durante 120 minutos, e uma técnica de proteção cerebral foi utilizada durante este período. Ao final, os animais foram reaquecidos durante uma hora de reperfusão. No término da reperfusão, o crânio foi removido para o estudo histológico.

No Grupo 3, após a bomba de CEC ser interrompida, iniciamos imediatamente a perfusão sangüínea oxigenada anterógrada do cérebro. Durante as duas horas de PCH, a perfusão cerebral anterógrada a 28°C foi realizada através de uma cânula introduzida na artéria subclávia direita, com a ligadura distal da mesma e com a oclusão temporária da porção proximal do tronco arterial braquiocefálico (Figura 1). Após as duas horas de parada circulatória, a CEC foi restabelecida para reperfusão e reaquecimento durante 60 minutos.


Fig. 1 - Canulação da artéria subclávia direita para a perfusão cerebral anterógrada.

Para a realização da perfusão cerebral anterógrada, uma conecção em Y foi instalada na linha arterial, a qual foi dividida em dois tubos: CEC normal e circulação cerebral anterógrada. Durante a CEC, o sangue arterial proveniente da bomba retornou ao animal em direção à aorta (Figura 2, A). Na parada circulatória, o sangue arterial proveniente da bomba de CEC voltou ao animal em direção à artéria subclávia, para perfusão cerebral anterógrada (Figura 2, B). A mudança do fluxo sangüíneo arterial se fez somente pela troca da posição da pinça localizada em um dos tubos de CEC.


Fig. 2 - Sistema de circulação extracorpórea utilizado no grupo 3. Em A, o sistema de CEC antes e após a PCH. Em B, o sistema de CEC utilizado durante a PCH com perfusão cerebral anterógrada.

No Grupo 4 (perfusão cerebral retrógrada), após o esfriamento, iniciamos imediatamente a perfusão sangüínea oxigenada retrógrada do cérebro a 28°C pela veia cava superior (Figura 3). A veia ázigos foi ligada em todos os animais submetidos aos dois grupos. Durante a parada circulatória, a drenagem venosa foi realizada pela aorta e pela veia cava inferior. Após as duas horas de PCH, a CEC foi restabelecida para reperfusão e reaquecimento durante 60 minutos.


Fig. 3 - Canulação da veia cava superior para a perfusão cerebral retrógrada. O fluxo retrógrado é distribuído pelas veias subclávias, cervicais e jugulares.

O circuito da circulação extracorpórea foi modificado usando conectores em Y para permitir a interposição de duas linhas entre o circuito arterial e venoso (Figura 4). Para a realização da perfusão retrógrada, a linha arterial, conectada à aorta, foi pinçada e a conecção com a veia cava superior foi aberta para a perfusão arterial, através da veia cava superior. Simultaneamente, a conecção entre veia cava superior e inferior foi ocluída e a conecção entre a aorta e a veia cava inferior foi aberta para a drenagem venosa proveniente da aorta (Figura 4, B). A veia cava superior foi ocluída proximalmente com a ajuda de um torniquete (Figura 3). Após duas horas de PCH e perfusão cerebral retrógrada, a CEC foi restabelecida com a mudança na oclusão das linhas de CEC para a posição normal (Figura 4, A). A temperatura esofagiana inicial dos animais foi em média de 38,05°C, variando-se entre 36,87 e 38,61°C.


Fig. 4 - Sistema de CEC utilizado no grupo 4. Em A, o sistema de CEC antes e pós a PCH. Em B, o sistema de CEC utilizado durante a PCH com perfusão cerebral retrógrada.

Durante as operações a pressão arterial média foi mantida em 81,75 ± 11,36 mmHg. No período de CEC, a pressão arterial média foi mantida entre 67,81 ± 10,64 mmHg. O fluxo sangüíneo, durante a CEC, foi de 60 a 100 ml/kg/min. Durante a parada circulatória e perfusão cerebral anterógrada, o fluxo sangüíneo arterial manteve-se entre 180 e 220 ml/min e a pressão média na artéria carótida foi de 90,04 ± 5,25 mmHg e de 88,57 ± 4,91 no Grupo 3. O fluxo sangüíneo durante a parada circulatória e perfusão cerebral retrógrada variou entre 300 e 500 ml/min e a pressão média de perfusão na veia cava superior foi de 30,1 ± 3,7 mmHg e de 30,7 ± 3,4 mmHg no Grupo 4.

A pressão parcial de oxigênio arterial foi mantida acima de 120 mmHg e a PCO2 manteve-se entre 36 e 45 mmHg durante a operação. Durante a hipotermia mantivemos a PCO2 mais baixa, procurando manter o pH sangüíneo mais alcalótico. Combatemos a hipotensão com infusão volêmica, evitando-se o uso de drogas vasopressoras. A pressão arterial e venosa, pH, PCO2, PO2, SO2, Na, K, Ca++, hematóccrito, hemoglobina e temperaturas foram obtidos durante as diferentes fases dos experimentos, em cada grupo.

Estudo da Ressonância Nuclear Magnética

Foi desenvolvido um modelo experimental para o estudo, in vivo, da energética cerebral em suínos. Os animais foram colocados em posição supino, no interior de um cilindro de polivinil, que se ajustou perfeitamente ao diâmetro livre do magneto (30cm). A cabeça foi fixada à sonda de radiofreqüência, a qual foi presa ao cilindro semicircular.

Nos Grupos 1 e 2, a espectroscopia localizada foi realizada a cada intervalo de 30 minutos, durante 210 minutos. Os dados da RNM espectroscópica foram obtidos durante as três fases do protocolo cirúrgico nos grupos experimentais (Grupos 3 e 4). O período de CEC pré-isquêmico foi definido como os primeiros 30 minutos após o início da CEC e do completo esfriamento do animal. Durante este período, um spectrum do cérebro foi obtido antes da parada circulatória. Durante as duas horas de parada circulatória e uma hora de reperfusão, um estudo de espectroscopia cerebral foi realizado a cada 30 minutos.

Estudo Histopatológico

Ao final do estudo pela RNM, o animal foi retirado do aparelho de ressonância magnética e as artérias carótidas foram dissecadas e canuladas. Em seguida, o cérebro foi perfundido com 6 l de solução salina a 0,9% e 10.000 Ul de heparina, com uma pressão de infusão variando entre 90 e 120 mmHg e com um fluxo de 200-300 ml/min. Durante a infusão da solução salina, a cabeça do animal foi seccionada. Após a infusão salina, iniciamos a infusão de 4 l de formalina a 10% para a fixação do tecido cerebral. A cabeça foi mantida no refrigerador a 4°C e o cérebro foi retirado por craniotomia em 24h. Em seguida, ele foi colocado em uma solução de formalina a 10%, para a fixação durante 14 dias. Após a fixação, o cérebro foi cortado em pequenas fatias para a coloração com hematoxilina-eosina (5,8).

Para o estudo histológico foi convencionada uma graduação (Tabela 2) que correspondeu à porcentagem de lesão celular, encontrada nas seguintes áreas estudadas: núcleo caudado, putame, giro do cíngulo, córtex do lobo temporal, tálamo, cerebelo (células de Purkinje), ponte, mesencéfalo e hipocampo.



Estudo Estatístico

Os resultados do pHi foram expressos como valores médios, mais ou menos o desvio padrão da média. Comparações do pHi cerebral, entre os grupos, foram realizadas usando a ANOVA (Análise de Variância) com uso adicional do teste de Kruskal-Wallis e do teste de Tukey. Comparações do pHi cerebral, obtidas antes e depois da parada circulatória dentro de cada grupo, foram realizadas usando o teste T de Student e o teste de Wilcoxon. Valores foram considerados estatisticamente significantes, se o valor de probabilidade (p) foi menor que 0,05 (p<0,05).

RESULTADOS

As Figuras 5 e 6 apresentam os spectra representativos da RNM do átomo de fósforo do cérebro dos suínos, estudados nos diferentes grupos, em diferentes fases de cada experimento. Na Figura 5, encontramos o spectrum durante a CEC, antes da PC. A Figura 5, A representa os spectra por RNM do cérebro de animais submetidos a anestesia (Grupo 1). Encontramos cada spectrum durante os intervalos de 30 minutos, num total de 210 minutos. Observa-se que os níveis fosfato inorgânico, fosfocreatina e os três grupamentos (a, b e g) do ATP permanecem normais. O pico de Pi é baixo, enquanto que os picos dos fosfatos de alta energia (PCr e ATP) são elevados. A Figura 5, B representa o estudo da RNM dos animais submetidos a circulação extracorpórea (Grupo 2). Os níveis de Pi, PCr e de ATP permanecem normais durante todo o estudo. O resultado do pH intracelular cerebral nestes dois grupos de controle variou de 7,1 e 7,3 (Tabela 3). O resultado do estudo histopatológico está na Tabela 4.


Fig. 5 - Estudo representativo da espectroscopia por RNM do átomo de fósforo 31 do cérebro de um animal submetido ao grupo 1 (anestesia) e 2 (CEC).


Fig. 6 - Estudo representativo da espectroscopia por RNM do átomo de fósforo 31 do cérebro de animais dos grupos 3 (A) e 4 (B).





O estudo da RNM do cérebro dos animais submetidos aos grupos experimentais está na Figura 4. O primeiro spectrum corresponde aos primeiros 30 minutos de circulação extracorpórea. Os quatro spectra seguintes correspondem aos intervalos de 30 minutos durante as 2 horas de parada circulatória e os dois últimos spectra correspondem aos dois intervalos de 30 min da reperfusão.

No Grupo 3, os níveis intracelulares de ATP e PCr permaneceram normais durante a circulação extracorpórea, as 2 horas de parada circulatória e durante os 60 minutos de reperfusão (Figura 6, A). Os picos do Pi permaneceram baixos até o final da reperfusão. O pHi cerebral permaneceu dentro dos valores normais (7,1 e 7,2) durante todo o estudo (Tabela 3 e Gráfico 1). O estudo histológico do cérebro dos animais pertencentes ao Grupo 3 mostrou preservação da estrutura celular (Tabela 4).

GRÁFICO 1
pHi DE CÉREBRO DE SUÍNOS PERTENCENTES AOS GRUPOS 1, 2, 3 E 4.



No Grupo 4, os picos dos Pi, PCr e ATP são normais antes da parada circulatória (Figura 6, B). Durante os primeiros trinta minutos de parada circulatória, os níveis de PCr de ATP diminuíram e desapareceram (Figura 6). O Pi aumentou muito durante este período. Durante a reperfusão (Figura 6), os níveis dos FAE intracelulares e do pHi cerebral permaneceram muito baixos e o fosfato inorgânico manteve-se elevado, indicando não recuperação do metabolismo celular. O pHi cerebral (Gráfico 1 e Tabela 3) tornou-se muito acidótico durante a parada circulatória (6,2) e não se recuperou durante a reperfusão (6,4), mostrando significativa diferença com os Grupos de controle (1 e 2) e com os seus valores iniciais, antes da parada circulatória (p<0,05). O estudo histológico do cérebro dos animais pertencentes ao Grupo 4 mostrou lesões difusas em todos os animais avaliados (Tabela 4).

Estudos para avaliar a temperatura em vários locais periféricos têm se mostrado inconsistentes. Em lactentes, onde as temperaturas esofagiana e retal são monitorizadas, a temperatura retal é usualmente vários graus maior que a temperatura esofagiana, no fim do esfriamento. Coselli et al. (10), em estudo clínico, mostraram variações nos locais periféricos e o silêncio no EEG. Nas temperaturas nasofaringiana, esofagiana e retal, o silêncio no EEG ocorreu nas temperaturas de 10,1° a 24,1°C, de 7,2° a 23,1°C e entre 12,8° a 28,6°C, respectivamente. A temperatura esofagiana correlaciona extremamente bem com a temperatura intracerebral (11). A temperatura timpânica tem sido também utilizada para a monitorização da temperatura durante CEC (12). Em nossas pesquisas em suínos, os eletrodos de temperatura retal e timpânica, inicialmente utilizados, apresentaram interferência com a energia magnética, prejudicando o estudo da espectroscopia. Por isso, os dois locais de estudo da temperatura foram abandonados, permanecendo somente a temperatura esofagiana, como o local de avaliação da temperatura corporal. As temperaturas esofagiana e venosa apresentaram excelente correlação com a temperatura cerebral, em estudos realizados durante a preparação de nosso protocolo. Estes dois locais de estudo da temperatura apresentaram diferenças entre ± 1,5°C com a temperatura cerebral durante esfriamento e reaquecimento. Durante a PCH, quando esta diferença manteve-se somente entre ± 0,5°C, a temperatura retal mostrou maiores diferenças com a temperatura cerebral (± 7°C).

Para que haja a completa recuperação de todos os órgãos, ainda não foi estabelecido qual é a mais adequada temperatura profunda (13). MUJSCE et al. (14) relatam um estudo em cães com parada circulatória durante 105 minutos a 24°, 20° e 16°C. Dos 20 animais estudados, 4 (20%) apresentaram mortalidade cirúrgica. Os outros 16 foram sacrificados, no final de 8h de pós-operatório, para estudo histopatológico. Encontraram maior lesão celular na substância cinzenta do córtex cerebral no grupo de 24°C e melhor proteção no grupo de 16°C. No núcleo amigdalóide, a lesão celular mais importante foi encontrada na temperatura de 24°C. Os outros dois grupos não apresentaram diferença significativa. No núcleo caudado, o dano histológico foi similar nos três grupos estudados. Em nosso estudo, utilizamos a temperatura esofagiana de 28°C, como temperatura para interromper a circulação. No grupo com perfusão cerebral retrógrada a 28°C, encontramos lesões difusas em todo o cérebro, tronco cerebral e cerebelo (Tabela 4).

O esfriamento de superfície tem sido utilizado para esfriamento e manutenção da temperatura cerebral durante a PCH (16). Não utilizamos o esfriamento de superfície em nosso estudo, porque houve interferência com a bobina utilizada para o estudo da RNM. Mantivemos a temperatura ambiente em 22°C, procurando manter a temperatura cerebral em 28°C.

Estudos utilizando a espectroscopia não localizada por RNM do átomo do fósforo 31 em suínos e em carneiros têm sido usados para informar o estado metabólico dos tecidos, fornecendo informações sobre o pHi, cerebral, PCr ATP e Pi . Contudo, tais estudos não fornecem informações seguras, porque falham em distinguir entre cérebro e tecidos adjcentes, como, por exemplo, os tecidos musculares extracranianos. A solução para este problema é a espectroscopia "localizada" do cérebro, a qual pode diferenciar entre o cérebro e músculo, fornecendo informações seguras do tecido cerebral tendo sido realizada com sucesso em modelos de isquemia regional, em ratos (1). Desenvolvemos este protocolo para o estudo da energética cerebral in vivo, em animal de grande porte, para o estudo da espectroscopia localizada da RNM do fósforo 31 obtendo informações confiáveis sobre o estado metabólico do cérebro (5).

Testes neuropsicológico em pós-operatório de operações cardíacas têm mostrado bons resultados em pacientes operados com CEC normotérmica (15). Em nosso estudo, a proteção cerebral durante a parada circulatória, mostrou que a perfusão cerebral anterógrada (28°C) protege o cérebro durante as duas horas de parada circulatória e uma hora de reperfusão. Estudos preliminares em nosso laboratório também revelaram proteção satisfatória por esta técnica com a temperatura profunda de 15° (16). Estes resultados nos mostram que, quando se usa a perfusão cerebral anterógrada durante a parada circulatória, a proteção cerebral não é dependente da temperatura. Isto é importante, pois a hipotermia profunda está associada ao aumento de infecções e a discrasias sangüíneas, complicações responsáveis pelo aumento da mortalidade cirúrgica de muitos pacientes submetidos à correção das dissecções agudas da aorta.

Na perfusão retrógrada não houve recuperação do metabolismo e as lesões histológicas do encéfalo foram importantes, indicando não haver proteção com esta técnica de hipotermia moderada. Entretanto, trabalhos preliminares de nosso grupo têm mostrado recuperação metabólica e anatômica com a hipotermia profunda quando se usa a perfusão retrógrada a 15°C. A diferença de temperatura é fundamental para a preservação cerebral. Estes resultados indicam que, quando optamos pela perfusão cerebral retrógrada, é muito importante reduzir a temperatura cerebral para menos de 20°C, já que é temperatura dependente, para a proteção do cérebro.

A perfusão cerebral retrógrada é totalmente dependente do esfriamento corporal. Quando utilizamos a hipotermia moderada a 28°C (Grupo 4), os níveis intracelulares de ATP e PCr diminuem para níveis extremamente baixos durante os primeiros 30 minutos de parada circulatória. Não há recuperação do metabolismo durante a reperfusão, permanecendo o pHi (6,4 ± 0,1) com grave acidose no final de 60 minutos de reperfusão (Tabela 3 e Gráfico 1), ao contrário do que ocorre quando utilizamos a perfusão cerebral retrógrada com a hipotermia profunda, quando há recuperação total do metabolismo cerebral após a reperfusão (16).

Estes resultados indicam que a hipotermia moderada a 28oC não oferece proteção cerebral suficiente para manter a integridade dos sistemas enzimáticos durante 2 horas de parada circulatória associada à perfusão retrógrada.

KRAMER et al. (1) não encontraram recuperação do ATP no cérebro de cães, após 90 minutos de PCH. Entretanto, os seus níveis cerebrais recuperam totalmente após 30 e 60 minutos de PCH. Em nossos estudos, a proteção cerebral dada pela hipotermia moderada a 28°C, durante as 2 horas de parada circulatória (Grupo 3), não foi suficiente para manter o metabolismo e as estruturas cerebrais, permanecendo o tecido cerebral com padrão metabólico de lesão celular irreversível durante a reperfusão, com altos níveis de fosfatos inorgânicos, acidose intracelular grave (6,5 ± 0,3) e com níveis extremamente baixos de ATP e PCr (Figura 6).

Pontes arteriovenosas têm sido utilizadas conectando as linhas arterial e venosa do circuito de CEC em muitas situações, como para a recirculação do perfusato para rápido reaquecimento e esfriamento, transfusões venosas e ultrafiltração (17). O perfusionista pode retirar ar, antes e durante a CEC, resolver rapidamente situações desastrosas, em curto período de tempo. Em nosso sistema de CEC, colocamos duas pontes entre as linhas arteriais e venosas para a realização da perfusão cerebral retrógrada (Figura 4). Este sistema tornou muito simples e segura esta técnica. Com a simples manipulação das pinças, podemos rapidamente iniciar e terminar a perfusão cerebral retrógrada. Isto propicia uma perfusão contínua com baixo fluxo e baixa pressão de perfusão cerebral. O sangue que retorna durante a parada circulatória, pela artéria inominada e aorta, é escuro e insaturado, o que sugere uma substancial extração de oxigênio pelo cérebro, durante a perfusão retrógrada. Entretanto, é fundamental que o cirurgião e o perfusionista estejam familiarizados com o sistema, pois falhas no posicionamento das pinças podem resultar em fluxo sangüíneo cerebral inadequado durante a CEC.

GUILMET et al. (18) relatam que a melhor proteção cerebral, durante a parada circulatória nas operações para o tratamento de aneurisma do arco aórtico, foi a perfusão cerebral anterógrada pelas artérias carótidas. Estes resultados clínicos estão de acordo com os nossos estudos experimentais utilizando a RNM e histologia como avaliação da proteção cerebral, em suínos.

A perfusão cerebral retrógrada é um método de proteção cerebral que tem sido relatado como melhor que a parada circulatória isolada. Além disso, tem sido usada por um período acima do tempo considerado seguro de parada circulatória. Comparando os efeitos da perfusão cerebral retrógrada, anterógrada e parada circulatória isolada, em suínos, MIDULLA et al. (3) mostraram que os animais submetidos a perfusão cerebral anterógrada durante 90 minutos de parada circulatória profunda apresentaram melhor proteção cerebral, avaliada pelos dados clínicos, eletroencefalograma e pelo exame histológico do cérebro. A perfusão cerebral retrógrada protegeu melhor que a parada circulatória isolada.

A simples canulação do tronco braquiocefálico tem sido proposta para a realização de perfusão cerebral anterógrada (19). No entanto, a canulação de uma só artéria pode ser perigosa para pacientes com o círculo de Willis não funcionante. A investigação pré-operatória dos vasos intracranianos nem sempre é possível e segura. Como em nosso modelo suíno, as duas artérias carótidas internas têm origem no tronco braquiocefálico; utilizando apenas a sua canulação, perfundimos três dos quatro vasos que irrigam o cérebro (Figura 1). A perfusão cerebral pelas quatro artérias principais tem sido relatada na literatura com bons resultados clínicos (7, 20).

A perfusão cerebral anterógrada foi a técnica que proporcionou uma proteção cerebral segura e confiável do ponto de vista metabólico e histológico. Estudamos esta técnica em hipotermia moderada, cujos valores do pHi cerebral antes da parada circulatória foi de 7,0 ± 0,2, não diferindo estatisticamente dos grupos de controle (p<0,05). Durante os 120 minutos de isquemia corporal, os seus valores se mantiveram dentro dos limites da normalidade, não havendo acidose intracelular ou alterações do metabolismo anaeróbico, como o aumento dos fosfatos inorgânicos e diminuição dos FAE. Os níveis de ATP e de PCr (Figura 6) mantiveram-se normais durante as duas horas de parada circulatória e durante a reperfusão.

A perfusão cerebral anterógrada mostrou eficiente proteção das células nervosas, por preservar o metabolismo aeróbico, durante as duas horas de parada circulatória a 28°C e durante e reperfusão. Os fosfatos inorgânicos permaneceram em níveis baixos, enquanto que o pHi, ATP e PCr permaneceram normais. A segurança da proteção cerebral, proporcionada por esta técnica durante um longo tempo de exclusão da circulação, faz dela o método de escolha para pacientes que necessitem de proteção cerebral maior que 45 minutos de parada circulatória total.

CONCLUSÃO
Após estudar o cérebro de suínos pela ressonância nuclear magnética e pela histologia em animais submetidos a duas horas de parada circulatória hipotérmica, associada ou não à perfusão cerebral anterógrada ou retrógrada, concluímos que a parada circulatória, associada à perfusão cerebral retrógrada a 28°C, não preserva o metabolismo cerebral durante as duas horas de isquemia e durante a reperfusão. Lesões histológicas significativas (maiores que 50%) são encontradas no hipocampo, núcleo caudato, córtex temporal e no giro do cíngulo na perfusão retrógrada. A parada circulatória, associada à perfusão sangüínea cerebral anterógrada a 28°C, preserva o metabolismo e a histologia cerebrais durante as duas horas de parada circulatória hipotérmica e durante uma hora de reperfusão.

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