Paro circulatorio con hipotermia profunda

El paro circulatorio hipotérmico profundo ( PCHP ) es una técnica quirúrgica en la que la temperatura corporal desciende significativamente (entre 20 °C (68 °F ) y 25 °C (77 °F)) y se detiene la circulación sanguínea durante un máximo de una hora. Se utiliza cuando es necesario interrumpir la circulación sanguínea al cerebro debido a una cirugía delicada dentro del cerebro o debido a una cirugía en los grandes vasos sanguíneos que conducen hacia o desde el cerebro. El PCHP se utiliza para proporcionar un mejor campo visual durante la cirugía debido al cese del flujo sanguíneo. ^{[ 1 ]} El PCHP es una forma de muerte clínica cuidadosamente controlada en la que cesan los latidos del corazón y toda la actividad cerebral.    

Cuando la circulación sanguínea se detiene a la temperatura corporal normal (37  °C), se produce daño permanente en tan solo unos minutos. El daño aumenta después de que se restablece la circulación. Reducir la temperatura corporal prolonga el intervalo de tiempo durante el cual se puede sobrevivir a dicha detención. ^{[ 2 ]} A una temperatura cerebral de 14  °C, la circulación sanguínea se puede detener de forma segura durante 30 a 40 minutos. ^{[ 3 ]} Existe una mayor incidencia de daño cerebral en tiempos superiores a 40 minutos, pero a veces se utiliza el paro circulatorio hasta por 60 minutos si la cirugía de emergencia lo requiere. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Los lactantes toleran períodos más prolongados de DHCA que los adultos. ^{[ 6 ]}

Las aplicaciones de la DHCA incluyen reparaciones del arco aórtico , reparaciones de los grandes vasos de la cabeza y el cuello , reparación de grandes aneurismas cerebrales , reparación de malformaciones arteriovenosas cerebrales , tromboendarterectomía pulmonar y resección de tumores que han invadido la vena cava . ^{[ 7 ] [ 2 ]}

El uso de la hipotermia con fines médicos se remonta a Hipócrates, quien abogaba por aplicar nieve y hielo en las heridas para reducir la hemorragia. El origen de la hipotermia y la neuroprotección también se observó en lactantes expuestos al frío debido al abandono y a la prolongada viabilidad de estos bebés. ^{[ 8 ]}

En las décadas de 1940 y 1950, el cirujano canadiense Wilfred Bigelow demostró en modelos animales que el tiempo que el cerebro podía sobrevivir a la interrupción de la circulación sanguínea podía extenderse de 3 minutos a 10 minutos enfriándolo a 30  °C antes de detener la circulación. ^{[ 9 ]} Descubrió que este tiempo podía extenderse a 15 a 24 minutos a temperaturas inferiores a 20  °C. ^{[ 10 ]} Además, descubrió que a una temperatura de 5  °C, las marmotas podían soportar dos horas de interrupción de la circulación sanguínea sin efectos adversos. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Esta investigación fue motivada por el deseo de detener el corazón el tiempo suficiente para realizar una cirugía cardíaca mientras permanecía inmóvil. Dado que las máquinas de circulación extracorpórea, también conocidas como derivación cardiopulmonar (CPB), aún no se habían inventado, detener el corazón significaba detener la circulación sanguínea a todo el cuerpo, incluido el cerebro.

La primera cirugía cardíaca que utilizó hipotermia para proporcionar un tiempo más prolongado durante el cual la circulación sanguínea a través de todo el cuerpo pudiera detenerse de forma segura fue realizada por F. John Lewis y Mansur Taufic en la Universidad de Minnesota en 1952. ^{[ 13 ]} En este procedimiento, la primera cirugía a corazón abierto exitosa , Lewis reparó un defecto del tabique auricular en una niña de 5 años durante 5 minutos de paro circulatorio total a 28  °C. Muchos procedimientos similares fueron realizados por el cirujano cardíaco soviético , Eugene Meshalkin, en Novosibirsk durante la década de 1960. ^{[ 14 ]} En estos procedimientos, el enfriamiento se logró externamente mediante la aplicación de agua fría o hielo derretido a la superficie del cuerpo.

La llegada de la circulación extracorpórea a Estados Unidos durante la década de 1950 permitió detener el corazón para realizar cirugías sin interrumpir la circulación sanguínea al resto del cuerpo. Ya no era necesario enfriar el corazón más de unos pocos grados para las cirugías cardíacas. A partir de entonces, las únicas cirugías que requerían detener la circulación sanguínea en todo el cuerpo ("paro circulatorio total") eran las que afectaban al suministro de sangre al cerebro. Las únicas cirugías cardíacas que seguían requiriendo un paro circulatorio total eran las reparaciones del arco aórtico .

Las máquinas de derivación cardiopulmonar fueron esenciales para el desarrollo del paro circulatorio hipotérmico profundo (DHCA) en humanos. ^{[ 15 ]} Para 1959, se sabía, gracias a los experimentos con animales de Bigelow, Andjus y Smith , Gollan, el colega de Lewis, Niazi y otros, que  los mamíferos podían sobrevivir a temperaturas cercanas a 0 °C, ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} y que una temperatura más fría permitía que el cerebro sobreviviera a tiempos de paro circulatorio más prolongados, incluso más de una hora. ^{[ 19 ]} Los humanos habían sobrevivido a un enfriamiento a 9  °C y a un paro circulatorio de 45 minutos, utilizando únicamente enfriamiento externo. ^{[ 20 ]} Sin embargo, alcanzar temperaturas tan bajas mediante enfriamiento externo era difícil y peligroso. A temperaturas inferiores a 24  °C, el corazón humano es propenso a la fibrilación y a detenerse. ^{[ 21 ]} Esto puede iniciar un paro circulatorio antes de que el cerebro haya alcanzado una temperatura segura. Las máquinas de derivación cardiopulmonar permiten que la circulación sanguínea y el enfriamiento continúen por debajo de la temperatura a la que el corazón deja de funcionar. Al enfriar la sangre directamente, la derivación cardiopulmonar también enfría a las personas más rápido que la refrigeración superficial, incluso si el corazón no funciona.

En 1959, utilizando derivación cardiopulmonar (CPB), Barnes Woodhall y sus colegas del Duke Medical Center realizaron la primera cirugía cerebral con DHCA, una resección tumoral, a una temperatura cerebral de 11  °C y una temperatura esofágica de 4  °C. ^{[ 22 ]} Esto fue seguido rápidamente por el uso de DHCA por Alfred Uihlein y otros cirujanos para el tratamiento de grandes aneurismas cerebrales , otro procedimiento neuroquirúrgico , para el cual la DHCA todavía se utiliza hoy en día. ^{[ 23 ]} En 1963, Christiaan Barnard y Velva Schrire fueron los primeros en utilizar DHCA para reparar un aneurisma aórtico , enfriando al paciente a 10  °C. ^{[ 13 ]} A Randall B. Griepp , en 1975, generalmente se le atribuye haber demostrado la DHCA como un enfoque seguro y práctico para la cirugía del arco aórtico. ^{[ 24 ] [ 13 ]}

Las células requieren energía para el funcionamiento de las bombas de iones de membrana y otros mecanismos de homeostasis celular . El frío reduce la tasa metabólica de las células, lo que conserva las reservas de energía ( ATP ) y el oxígeno necesario para producir energía. Por lo tanto, el frío prolonga el tiempo durante el cual las células pueden mantener la homeostasis y evitar la hipoxia dañina y la glucólisis anaeróbica, al conservar los recursos locales cuando la circulación sanguínea se detiene y no puede suministrar oxígeno y glucosa frescos para producir más energía. ^{[ 25 ]}

Normalmente, el 60% de la utilización de oxígeno cerebral (CMRO2) consiste en la generación de energía para los potenciales de acción neuronales de la actividad eléctrica cerebral . ^{[ 26 ]}

Un principio clave de la DHCA es la inactivación total del cerebro mediante enfriamiento, verificada por un EEG isoeléctrico plano , también llamado silencio electrocerebral (ECS). En lugar de una disminución continua de la actividad a medida que el cerebro se enfría, la actividad eléctrica disminuye en pasos discontinuos. En el cerebro humano , un tipo de actividad reducida llamada supresión de ráfagas ocurre a una temperatura media de 24  °C, y el silencio electrocerebral ocurre a una temperatura media de 18  °C. ^{[ 27 ]} El logro del silencio electrocerebral medido se ha considerado una guía segura y confiable para determinar el enfriamiento necesario para cada paciente, ^{[ 28 ]} y la verificación del silencio electrocerebral es necesaria antes de detener la circulación sanguínea para comenzar un procedimiento de DHCA. ^{[ 29 ]}

Como consecuencia de la conservación de los recursos energéticos locales mediante la ralentización del metabolismo y la inactivación cerebral, la hipotermia también protege al cerebro de lesiones causadas por otros mecanismos durante la interrupción de la circulación sanguínea. Estos incluyen la reducción de radicales libres y de procesos inmunoinflamatorios. ^{[ 25 ]}

La hipotermia leve (32  °C a 34  °C) y la hipotermia moderada (26  °C a  31  °C) ^{[ 30 ]} están contraindicadas para el paro circulatorio hipotérmico porque el 100 % y el 75 % de las personas, respectivamente, no alcanzarán el silencio electrocerebral en estos rangos de temperatura. ^{[ 31 ]} En consecuencia, los tiempos seguros de paro circulatorio para la hipotermia leve y moderada son solo 10 y 20 minutos, respectivamente. ^{[ 32 ]} Si bien la hipotermia moderada puede ser satisfactoria para cirugías cortas, la hipotermia profunda (20  °C a 25  °C) brinda protección durante 30 a 40 minutos en el extremo inferior de este rango de temperatura.

La hipotermia profunda (< 14  °C) no suele utilizarse clínicamente. Es objeto de investigación en animales y ensayos clínicos en humanos. Hasta 2012, la temperatura corporal más baja jamás alcanzada por un ser humano fue de 9  °C (48 °F ) como parte de un experimento de parada circulatoria hipotérmica para tratar el cáncer en 1957. ^{[ 33 ] [ 34 ]} Esta temperatura se alcanzó sin cirugía, utilizando únicamente enfriamiento externo. Se espera que se alcancen temperaturas bajas similares en los ensayos clínicos de preservación y reanimación de emergencia (EPR) descritos en la sección de Investigación de este artículo. 

Desde que se descubrieron los beneficios de la hipotermia, se han utilizado numerosos métodos para enfriar el cuerpo a las temperaturas deseadas. Hipócrates utilizó nieve y hielo para enfriar superficialmente a los pacientes heridos y prevenir hemorragias excesivas. ^{[ 8 ]} Este método se enmarcaría dentro de las técnicas de enfriamiento convencionales, en las que se utiliza solución salina fría y hielo picado para inducir un estado de hipotermia en el paciente. Estas técnicas son económicas, pero carecen de la precisión necesaria para mantener las temperaturas objetivo y requieren una monitorización cuidadosa. ^{[ 35 ]} Se ha demostrado que ayuda a prevenir el recalentamiento indeseado del cerebro durante la DHCA. ^{[ 30 ]} Los hospitales y los servicios médicos de emergencia suelen utilizar sistemas de enfriamiento superficial que hacen circular aire o agua fría alrededor de mantas o almohadillas. Las ventajas de este método son la precisión del enfriamiento debido al control de temperatura autorregulado, las sondas de retroalimentación, su aplicabilidad en entornos no hospitalarios y su sencillez de uso. ^{[ 8 ]} Los inconvenientes de los sistemas de enfriamiento superficial son la irritación de la piel, los escalofríos y la velocidad de enfriamiento. ^{[ 36 ]} Los sistemas de enfriamiento intravascular regulan la temperatura desde el interior de venas como la femoral, la subclavia o la yugular interna para reducir los efectos adversos que causan los métodos de enfriamiento externos. Este método es inigualable para lograr y mantener la temperatura objetivo deseada. ^{[ 8 ]} El uso de la terapia de reemplazo renal continua (TRRC) ha demostrado ser eficaz en la inducción de hipotermia como sistema de enfriamiento intravascular. ^{[ 8 ]}

Las personas que se someten a una cirugía DHCA se colocan en derivación cardiopulmonar (CPB), un procedimiento que utiliza una máquina externa de corazón-pulmón que puede reemplazar artificialmente la función del corazón y los pulmones. ^{[ 37 ]} Una porción del suministro de sangre circulante se extrae y se almacena para su posterior reemplazo, y la sangre restante se diluye con líquidos añadidos con el objetivo de reducir la viscosidad y la tendencia a la coagulación a bajas temperaturas. ^{[ 38 ] [ 39 ]} La sangre diluida restante se enfría mediante la máquina de corazón-pulmón hasta que la hipotermia hace que el corazón deje de latir normalmente, después de lo cual la bomba de sangre de la máquina de corazón-pulmón continúa la circulación sanguínea por el cuerpo. Los corticosteroides se administran generalmente de 6 a 8 horas antes de la cirugía, ya que se ha demostrado que tienen propiedades neuroprotectoras para disminuir el riesgo de disfunción neurológica al disminuir la liberación de citocinas inflamatorias. ^{[ 2 ]} Se elimina la glucosa de todas las soluciones intravenosas para reducir el riesgo de hiperglucemia . ^{[ 30 ]} Para una monitorización hemodinámica precisa, la monitorización arterial se coloca típicamente en la arteria femoral o radial . ^{[ 2 ]} La temperatura tomada de dos sitios separados, típicamente la vejiga y la nasofaringe, se utiliza para estimar las temperaturas cerebral y corporal. ^{[ 2 ]} Se pueden administrar fármacos cardiopléjicos para asegurar que el corazón deje de latir por completo ( asistolia ), lo que protege tanto al corazón como al cerebro cuando la circulación se detiene posteriormente. ^{[ 40 ]} El enfriamiento continúa hasta que el cerebro se inactiva por el frío y se alcanza el silencio electrocerebral (EEG plano). Luego se apaga la bomba de sangre y comienza el intervalo de paro circulatorio. En este momento se drena más sangre para reducir la presión arterial residual si se va a realizar una cirugía de aneurisma cerebral para ayudar a crear un campo quirúrgico sin sangre. ^{[ 41 ]}

Después de que la cirugía se completa durante el período de parada circulatoria fría, estos pasos se invierten. El cerebro y el corazón reanudan naturalmente la actividad a medida que avanza el calentamiento. La primera actividad del corazón en calentamiento es a veces fibrilación ventricular que requiere cardioversión para restablecer un ritmo de latido normal. ^{[ 42 ]} Excepto por el período de inactivación completa justo antes y durante el intervalo de parada circulatoria, se utiliza infusión de barbitúricos para mantener el cerebro en un estado de supresión de ráfagas durante todo el procedimiento DHCA hasta la recuperación de la anestesia. ^{[ 43 ]} La perfusión hipotérmica se mantiene durante 10-20 minutos mientras está en CPB antes del recalentamiento para reducir el riesgo de aumento de la presión intracraneal . ^{[ 2 ]} El calentamiento debe hacerse con cuidado para evitar sobrepasar la temperatura corporal normal. Se recomienda que el recalentamiento se detenga una vez que el cuerpo se haya calentado a 37  °C. ^{[ 30 ]} La hipertermia postoperatoria se asocia con resultados adversos. ^{[ 44 ]} Los pacientes se recalientan completamente antes de interrumpir la CCE, pero la temperatura permanece lábil a pesar de los esfuerzos de recalentamiento, lo que requiere una monitorización estrecha en la UCI. ^{[ 2 ]}

El uso de hipotermia tras un paro cardíaco muestra una mayor probabilidad de supervivencia. Es el período de recalentamiento el que, si no se controla adecuadamente, puede tener efectos perjudiciales. La hipertermia durante el período de recalentamiento muestra resultados neurológicos desfavorables. Por cada grado que el cuerpo se calienta por encima de 37  °C, existe una mayor asociación con discapacidad grave, coma o estados vegetativos. ^{[ 8 ]} El recalentamiento excesivo con temperaturas superiores a 37  °C puede aumentar el riesgo de isquemia cerebral secundaria al aumento de la demanda de oxígeno que se produce con el recalentamiento rápido. ^{[ 2 ]} Se han propuesto varias teorías, una de las cuales es que durante el recalentamiento, el cuerpo libera catecolaminas en aumento, lo que incrementa la producción de calor y conduce a una pérdida de la termorregulación. ^{[ 8 ]} La hipertermia en el período de preperfusión también puede ser causada por un aumento en la producción de radicales de oxígeno, que influye en el metabolismo cerebral. ^{[ 8 ]} Estos radicales de oxígeno atacan las membranas celulares, lo que conduce a una alteración de los orgánulos intracelulares y la posterior muerte celular. ^{[ 30 ]}

Prácticamente todos los pacientes sometidos a DHCA desarrollan alteraciones en el metabolismo de la glucosa y requieren insulina para controlar la glucemia. ^{[ 2 ]} La trombocitopenia y las deficiencias de factores de coagulación constituyen una causa importante de muerte prematura tras la DHCA. Es necesario un control riguroso durante y después del procedimiento. ^{[ 2 ]}

Aunque la DHCA es necesaria para algunos procedimientos, el uso de anestesia puede proporcionar un tiempo de operación óptimo y protección de órganos, pero también puede tener impactos graves en la demanda celular, las células cerebrales y resultados inflamatorios sistémicos graves. ^{[ 45 ]} Las posibles desventajas de la DHCA incluyen alteración en las funciones de los órganos del hígado, riñón, cerebro, páncreas, intestinos y músculos lisos debido al daño celular. Se ha observado daño neurológico permanente en el 3-12% de los pacientes cuando se utiliza DHCA. ^{[ 30 ]} Se han reportado casos de pérdida motora parcial o completa de las extremidades, deterioro del lenguaje, defectos visuales y deterioro cognitivo como consecuencias de la DHCA. ^{[ 45 ]} Otras complicaciones neurológicas incluyen un mayor riesgo de convulsiones postoperatorias debido al retraso en el retorno del flujo sanguíneo celular al cerebro. ^{[ 1 ]} En comparación con la hipotermia moderada (temperatura que bajó a 26-31  °C ^{[ 30 ]} ), hubo un menor volumen de sangrado experimentado durante la cirugía, lo que llevó a un menor uso de glóbulos rojos concentrados o plasma después de la cirugía. ^{[ 45 ]} Se ha observado un tiempo de recuperación posoperatoria más prolongado con DHCA en comparación con la hipotermia moderada, pero la duración de la estancia hospitalaria y la muerte no presentan diferencias correlacionadas. ^{[ 45 ]} La mayoría de los pacientes pueden tolerar 30 minutos de DHCA sin disfunción neurológica significativa ni efectos adversos, pero después de un período prolongado de 40 minutos o más, se ha observado una mayor prevalencia de daño cerebral. ^{[ 2 ]}

Uno de los usos médicos previstos de los tiempos prolongados de paro circulatorio, o la llamada animación suspendida clínica, es el tratamiento de lesiones traumáticas. En 1984, el pionero de la RCP, Peter Safar, y el cirujano del ejército estadounidense Ronald Bellamy propusieron la animación suspendida mediante paro circulatorio hipotérmico como una forma de salvar a personas que habían sufrido una exsanguinación por lesiones traumáticas en el tronco del cuerpo. ^{[ 46 ]} La exsanguinación es una pérdida de sangre lo suficientemente grave como para causar la muerte. Hasta la década de 1980, se creía imposible reanimar a personas cuyo corazón se detenía debido a la pérdida de sangre, lo que resultaba en que estas personas fueran declaradas muertas cuando la reanimación cardíaca fracasaba. Los tratamientos tradicionales como la RCP y la reposición de líquidos o la transfusión de sangre no son efectivos cuando ya se ha producido un paro cardíaco y la hemorragia permanece incontrolada. ^{[ 47 ]} Safar y Bellamy propusieron irrigar los vasos sanguíneos de los pacientes con hemorragia mortal con una solución fría y dejarlos en un estado de paro circulatorio frío con el corazón detenido hasta que la causa de la hemorragia pudiera repararse quirúrgicamente para permitir una reanimación posterior. En estudios preclínicos realizados en la Universidad de Pittsburgh durante la década de 1990, el proceso se denominó hipotermia profunda para la preservación y reanimación , y posteriormente animación suspendida para la reanimación tardía . ^{[ 48 ]}

El proceso de enfriamiento de personas con hemorragia mortal para reparación quirúrgica y posterior reanimación se denominó finalmente Preservación y Reanimación de Emergencia para Paro Cardíaco por Trauma (EPR-CAT), o EPR. ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]} Actualmente se encuentra en ensayos clínicos en humanos. ^{[ 53 ]} En los ensayos, los pacientes que experimentan muerte clínica durante menos de cinco minutos por pérdida de sangre se enfrían desde la temperatura corporal normal de 37  °C a menos de 10 °C bombeando una gran cantidad de solución salina  helada en el vaso sanguíneo más grande del cuerpo ( aorta ). Al permanecer en paro circulatorio a temperaturas inferiores a 10 °C (50 °F) , se cree que los cirujanos tienen una ^{[ 54 ]} a dos horas ^{[ 55 ] [ 56 ]} para reparar las lesiones antes de que deba reiniciarse la circulación. Los cirujanos involucrados en esta investigación han dicho que el EPR cambia la definición de muerte para las víctimas de este tipo de trauma. ^{[ 57 ]}  

Un estudio de 2021 realizado con 101 pacientes que se sometieron a un paro circulatorio con hipotermia profunda reveló que ninguno de ellos tuvo nada que pudiera describirse como una experiencia cercana a la muerte . ^{[ 58 ]}

• Continuidad de la conciencia
• Muerte clínica
• Gestión de temperatura dirigida
• Animación suspendida
• Preservación y reanimación de emergencia