Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG - Brasil
A circulação extracorpórea é hoje uma tecnologia em constante evolução, com princípios básicos já bem estabelecidos. Seus efeitos sobre o organismo humano ainda não estão inteiramente definidos, assim como é especulativa a fisiopatologia de diversas reações do organismo a esse procedimento1.
Por ser uma tecnologia que não mantém princípios da fisiologia normal, sua utilização rotineira estimulou análise das complicações associadas2,3 a ela. Inúmeros pesquisadores referem que os efeitos deletérios da CEC estão relacionados com o desenvolvimento da "Síndrome de Resposta Inflamatória Sistêmica", caracterizada pelo comprometimento pulmonar, renal, cerebral e cardíaco3-6.
O efeito da CEC sobre o sistema nervoso deve ser considerado. No transcurso da perfusão pode ocorrer um aumento da pressão arterial, principalmente em idosos, que com facilidade desenvolvem edema e hemorragia cerebral. Na hipotensão, a hipóxia induz à injúria tissular, sendo esta mais grave no tecido cerebral1. Além disso, a CEC pode ocasionar processos embólicos com danos cerebrais irreversíveis7.
Os progressos da tecnologia extracorpórea e das técnicas de cirurgia, anestesia e pós-operatório contribuíram para reduzir a incidência de eventos indesejáveis relacionados ao sistema nervoso1. Porém, as complicações neurológicas ainda ocorrem e, frequentemente, são consideradas entre os mais importantes agravos, pois determinam taxas de sobrevida e produzem grande impacto na qualidade de vida do paciente e de sua família.
Atualmente, a CEC precisa ter um objetivo que vai além da substituição das funções cardiopulmonares, devendo garantir a integridade celular e a estrutura e função dos órgãos e sistemas durante o tempo necessário para o desenvolvimento das cirurgias. É complexo atribuir uma determinada alteração a um único procedimento, porém, alguns autores colocam a CEC como variável independente para ocorrência de disfunções neurológicas7-9. No entanto, há estudos que mencionam outros fatores como causadores das lesões cerebrais, tais como: idade avançada, gravidade da doença, ato anestésico-cirúrgico etc10,11.
Considerando a frequente utilização da CEC e o pressuposto de que complicações neurológicas comprometem a qualidade de vida, faz-se necessária uma apreciação dos indícios de disfunção cerebral no manuseio da CEC. Pretende-se também identificar fatores de risco inerentes à CEC e intervenções que minimizem a incidência e gravidade das lesões, considerando o grau de segurança deste procedimento.
Trata-se de um estudo de revisão integrativa sobre o tema complicações neurológicas no uso da CEC. A revisão integrativa possibilita a síntese e a análise do conhecimento científico já produzido sobre o tema investigado, exigindo os mesmos padrões de rigor e clareza utilizados nos estudos primários12. Esse tipo de revisão permite analisar estudos com abordagens metodológicas diferentes, mas que contemplam o tema em questão. Os resultados dos estudos selecionados nesse tipo de revisão levam à construção de um corpo de conhecimento necessário para o aperfeiçoamento técnico-científico da assistência prestada.
A análise considerou a classificação da força da evidência elaborada por Stetler e cols., proposta por níveis para as principais fontes de evidência científica13. O nível I engloba as revisões sistemáticas com metanálise e os estudos nível VI são baseados em opiniões de especialistas ou de órgãos de regulamentação ou legais, conforme
O levantamento bibliográfico de publicações indexadas foi realizado no período de janeiro de 1998 a setembro de 2008, nas seguintes bases de dados: Literatura Latino-Americana e do Caribe em Ciências de Saúde (LILACS), Index Medicus Eletrônico da
Após pesquisa nos bancos de dados, foram selecionados e incluídos artigos das bases de dados MEDLINE e LILACS, adotando os seguintes critérios: artigos que abordassem os temas "circulação extracorpórea" e "complicações neurológicas", restritos aos últimos 10 anos, nos idiomas português, inglês e espanhol. Também foi utilizado como fonte de pesquisa livro com importância reconhecida e de relevância para o estudo.
Ao selecionar o período de interesse, o quantitativo foi reduzido para 20 estudos na base de dados LILACS e 184 estudos na MEDLINE. Após a leitura e análise dos 204 trabalhos selecionados, verificou-se que 27 artigos abordavam direta ou indiretamente os temas de interesse. Os artigos foram solicitados na íntegra, através da Biblioteca do
Para facilitar a coleta de dados dos estudos selecionados, foi elaborado um instrumento contendo itens para análise e síntese dos dados do conteúdo das publicações conforme
A amostra foi composta por: um livro amplamente referenciado nessa área temática, um estudo experimental realizado
Os países que mais se destacaram em quantidade de publicações de artigos foram os Estados Unidos da América (30%), Brasil (19%), Inglaterra (15%), Espanha (11%) e Japão (11%). Dentre os idiomas selecionados, 66,7% dos estudos utilizaram a língua inglesa, 18,5% foram publicados na língua portuguesa e 14,8% dos trabalhos usaram o espanhol em sua publicação.
Desde a introdução da circulação extracorpórea até os tempos atuais, não há uma época específica para o aumento do número de publicações. Na amostra, percebe-se a distribuição praticamente homogênea dos periódicos, sendo que 14 trabalhos foram publicados nos últimos 5 anos e 13 foram publicados no intervalo de 5 a 10 anos anteriores. Esse fato demonstra o constante interesse pelo tema, contribuindo decisivamente para a construção do conhecimento específico.
Em relação à profissão dos autores, 4 estudos citaram diretamente médicos como autores. Seis estudos têm profissionais com título de doutorado ou mestrado em sua autoria. A maioria da amostra referiu seus autores como membros vinculados às instituições hospitalares e universitárias (não citando profissão e graduação), sendo que 37% dos trabalhos foram vinculados somente às universidades, 30% vinculados somente às instituições hospitalares, 26% vinculados a ambos os estabelecimentos e 7% não referiram a instituição que os autores fazem parte.
Na identificação das fontes para localização dos artigos, 81,5% são provenientes do MEDLINE e 18,5% foram localizados na base de dados da LILACS.
Dentre os trabalhos publicados, nenhum artigo científico foi produzido com base em dissertações ou teses e dois artigos utilizaram o delineamento experimental ou o semiexperimental. Apesar de os experimentos apresentarem algumas limitações de caráter ético, devido a variáveis manipuláveis, tecnicamente, são estes estudos que melhor respondem ao teste das hipóteses causais15.
No que se refere ao procedimento ético em pesquisas envolvendo seres humanos, 6 pesquisas descritivas correlacionais, três estudos de caso e um estudo semiexperimental não referiram os aspectos éticos do trabalho. Esses trabalhos representam 55,5% da amostra de estudos envolvendo seres humanos. Constata-se na Declaração de Helsinque16 e na Resolução do Conselho Nacional de Saúde nº 19617 que a afirmação de obediência aos preceitos éticos deve constar no protocolo de pesquisa, gerando margens à interpretação de não obrigatoriedade desta no discurso do estudo concluído.
Ao se analisar o conjunto da amostra, verifica-se que o tema do presente estudo não é específico de periódicos referentes à cirurgia cardiovascular ou à área de cardiologia. A maioria dos artigos foi publicada em periódicos gerais de medicina e saúde e revistas de neurologia e anestesiologia, o que compromete também a rápida atualização do conhecimento.
Na análise estrutural, percebe-se que em poucos casos não há o estabelecimento de prioridades de pesquisa conforme se preconiza. É importante destacar que 100% dos artigos apresentaram um quadro teórico para fundamentar o objeto de estudo e as demais etapas do processo de pesquisa. Os quadros teóricos foram variados, extraídos da bibliografia nacional e internacional, representando grande parte da amostra de estudo do presente trabalho.
De acordo com a amostra de 28 trabalhos, 51,7% referem-se diretamente à ocorrência de complicações neurológicas em procedimentos que utilizam a circulação extracorpórea, sendo que apenas um destes trabalhos menciona que essa associação é relativa18. Todas as revisões de literatura e os demais trabalhos que se referem indiretamente ao tema correlato evidenciaram, no fundamento teórico, a possibilidade de agravo cerebral desse procedimento.
Na análise dos trabalhos, identificam-se grupos de pacientes de maior risco para a realização de CEC. Neonatos, idosos, hipertensos, diabéticos, obesos e pacientes com história de acidente vascular cerebral possuem reconhecidamente uma maior suscetibilidade ao desenvolvimento de complicações neurológicas.
Quando os pacientes são avaliados prospectivamente, por uma equipe de especialistas, utilizando tecnologia avançada e testes refinados e específicos, podem ser identificadas alterações neurológicas, temporárias ou não, em mais de 70% dos pacientes1.
A deficiência cognitiva é referida em 16 estudos da amostra (55%), cuja incidência relatada varia entre 2 e 80% dos casos19-21. Alterações do nível de atenção, do ciclo vigia-sono, da marcha e da memória, desorientação simples, confusão de suave à extrema e agitação psicomotora com comportamento psicótico mais grave estão entre as disfunções orgânicas relatadas. Tais disfunções são referidas geralmente como alterações funcionais difusas e reversíveis (na maioria dos casos) do metabolismo oxidativo cerebral e de transmissão tanto das vias adrenérgicas quanto das colinérgicas22,23.
A incidência de complicações neurológicas graves, como hemorragia intracraniana em neonatos (9,9 a 31%) e adultos (3,4 a 18,9%), infarto ou morte cerebral (11%), é citada em alguns artigos de nível IV de Força de Evidência Científica20,24,25.
Alguns estudos Nível III, ou com o mesmo nível de evidência dos trabalhos supracitados, supõem a associação de disfunção cerebral no manuseio da CEC em sua fundamentação teórica, porém não evidenciaram esta complicação neurológica em seus resultados devido à amostra ou aos mecanismos de monitorização insuficientes para a análise de tal tipo de complicação4,26-28.
O estabelecimento súbito de perda visual insensível, uni ou bilateral, diagnosticado como "Neuropatia Isquêmica Óptica Anterior", e a paralisia ocular têm sido discutidos com crescente frequência como complicações depois de cirurgia com circulação extracorpórea23,25,29. A neuropatia isquêmica óptica descreve um defeito no nervo ótico, cuja fisiopatologia do processo não está elucidada, e leva a perda irreversível da visão na maioria dos casos. As tentativas terapêuticas têm falhado, logo, medidas de profilaxia transoperatórias de possíveis causas, tais como hipotensão prolongada ou vasoconstrição induzida por catecolaminas, são sugeridas como único modo de prevenir essa complicação29.
Os mecanismos de lesão cerebral mais frequentemente relatados nos estudos foram os relacionados à ocorrência de microembolias (17 estudos) e a baixa perfusão cerebral (16 estudos), correspondendo a 63 e 59,3% dos estudos que descrevem o desenvolvimento de lesões cerebrais, respectivamente. Dentre eles, 24 (89%) dos 27 trabalhos referiram-se a pelo menos um dos eventos supracitados.
Esses dois mecanismos de lesão podem precipitar uma cascata de eventos bioquímicos celulares induzidos por isquemia cerebral. Um estudo semiexperimental, nível II de evidência científica, demonstra que valores menores de 40% de saturação de oxigênio alteram o desempenho cognitivo dos pacientes analisados, indicando circulação cerebral insuficiente para as demandas metabólicas19. As alterações do fluxo de distribuição sanguínea durante o estado não fisiológico que ocorre na CEC, a resposta individual do paciente a estas alterações e a concomitante redução do fluxo de bomba para facilitar o reparo cirúrgico podem afetar adversamente a reperfusão cerebral regional e global30.
O mecanismo fisiopatológico do dano cerebral requer estudo minucioso. Pode existir uma vulnerabilidade seletiva à hipóxia prolongada em determinados núcleos neuronais do tronco encefálico23. A entrega inadequada de oxigênio induz à morte celular por falta de energia e à modulação de uma resposta excitotóxica pelas células parcialmente perfundidas. As células isquêmicas liberam uma variedade de receptores que causam um incremento de cálcio e sódio intracelular. Simultaneamente, o glucamato estimula os receptores que induzem à formação de inosol, trifosfato e diacilglicerol, que causam aumento da sensibilidade das aminas excitatórias. No estado final, as enzimas ativadas pelo cálcio degradam o ácido araquidônico que, junto com o fator ativador de plaquetas, causa vasoconstrição, oclusão de vasos e, desta forma, aumenta a isquemia30.
O cérebro está sujeito a uma contínua exposição de microêmbolos durante a CEC. A morbidade neurológica e a magnitude da disfunção estão relacionadas com o tamanho e o número de êmbolos difundidos na circulação cerebral. Os êmbolos são produzidos por diferentes fontes: microembolias de ar, detritos ateromatosos e trombos intracardíacos na circulação cerebral5,30,31.
A microembolia aérea é causada por várias situações propensas durante o uso da CEC: 1) durante o manuseio da aorta ascendente por ocasião do pinçamento e despinçamento; 2) inversão do fluxo para o ventrículo esquerdo e aorta; 3) contração inesperada do coração ainda aberto com aorta sem pinçamento; 4) retirada de ar inadequada antes de restabelecer a circulação; e 5) situações de baixo nível sanguíneo no reservatório da CEC5,30,31.
Há fortes indícios de que as microbolhas também podem ser oriundas do movimento rápido da prótese valvar especificamente mecânica. Essa cria um fluxo local de inclinações de alta pressão que podem causar cavitações, especialmente durante o fechamento, gerando efeito de descompressão durante o desvio cardiopulmonar31.
A disfunção cerebral também está intrinsecamente relacionada à pressão intra-abdominal (IAP). O aumento da IAP pode resultar em falência dos sistemas renal, circulatório, respiratório e nervoso. Um decréscimo no retorno do sangue venoso do sistema nervoso central (SNC) resulta em hipertensão venosa cerebral e consequente hipertensão intracraniana, edema cerebral e infarto. A alta pressão intra-abdominal aumenta a pressão pulmonar e a pressão venosa central (PVC), portanto, pode-se presumir que o aumento da PVC influencia a homeostase do SNC32.
Apesar de inúmeros fatores de risco relacionados à CEC, deve-se considerar que o mecanismo de lesão cerebral é complexo e frequentemente influenciado por causas independentes, tais como: extremos de idade, história prévia de enfermidade cerebrovascular, hipóxia, gravidade da doença, uso de bicarbonato e de drogas inotrópicas vasopressoras e urgência cirúrgica23,24,33,34.
A resposta inflamatória sistêmica (SIRS) também é referida como fator em potencial para complicações pós-operatórias, sobretudo pulmonares, renais, hematológicas e neurológicas. O mecanismo fisiopatológico desse processo é descrito em poucos estudos dessa amostra sendo relacionado pelo uso da CEC por influência de vários fatores. Contudo, é importante destacar que o desenvolvimento da SIRS ocorre em outros procedimentos cirúrgicos que não utilizam o desvio cardiopulmonar35-37.
A CEC impõe alterações importantes com o estresse mecânico sobre os elementos figurados durante a mudança do regime do fluxo sanguíneo. Nesse processo, muitas interleucinas são liberadas, sendo a IL-8 a mais ativa no SNC. Essa sofre ação da endotelina, atraindo células polimorfo-nucleadas, ativadas pela resposta humoral e celular, responsáveis pela injúria cerebral por isquemia e reperfusão38,39.
O conhecimento sobre o sincronismo do sistema nervoso central com relação à iniciação de circulação extracorpórea é desconhecido, mas essencial a fim de compreender os mecanismos fisiopatológicos do desenvolvimento dessas complicações neurológicas40.
Várias estratégias têm sido empregadas para diminuir as alterações neurológicas associadas à circulação extracorpórea. O uso de glicocorticoides, anestésicos, barbitúricos, oxigenadores de membrana, câmeras hiperbáricas, hipotermia, hemofiltração, circuitos revestidos de heparina e a manutenção da temperatura, do PH e da volemia têm sido recomendados pela literatura1,5,30.
O fator de proteção cerebral da hipotermia é relativo. Essa permite prolongar o tempo de parada cardíaca, diminuindo a necessidade de oxigênio no cérebro e evitando dano neurológico. Por outro lado, quando profunda, requer aumento do tempo total da CEC, sendo considerado um fator de risco para sequelas neurológicas. Além disso, a hipotermia favorece a hemoconcentração e o aumento da viscosidade sanguínea, o que pode provocar alterações na função plaquetária, favorecendo dano cerebrovascular. O padrão considerado seguro seria de 12 a 28º C segundo alguns estudos1,23.
Mecanismos de monitorização também são sugeridos na prevenção e redução da extensão do dano cerebral, pois permitem diagnóstico precoce de possíveis alterações, especialmente em pacientes que são propensos à injúria neurológica durante a CEC28,32. Na análise do estudo, os mecanismos de monitorização mais comumente citados são os que obtêm dados de pressão intracraniana, PVC, IAP e métodos de imagem, como eletroencefalograma, ultrassom uni e bilateral e doppler transcraniano.
Além dos mecanismos de monitorização, o desenvolvimento de dispositivos de segurança é essencial para a CEC. A linha de filtro arterial ganhou grande popularidade pela sua habilidade de remover com a mesma eficácia microêmbolos e grandes êmbolos de ar, no caso de um acidente de perfusão.
O estudo de Whitaker e colaboradores com delineamento caso-controle, nível III de força de evidência científica, define deficiência cognitiva pela redução do desempenho neurológico em 9 testes, aplicados em uma amostra de 110 pacientes, divididos em dois grupos que utilizaram filtros de CEC distintos. O resultado desse trabalho demonstra que ambos os filtros foram eficientes na remoção de macro e microêmbolos durante a perfusão, com resultados semelhantes em relação à ocorrência de disfunção cognitiva41.
O benefício de proteção cerebral da insuflação de CO2 no campo operatório, no caso de ocorrência de entrada de ar na linha venosa da CEC, foi demonstrado por Martens e colaboradores, em estudo experimental
Outro método muito utilizado é o da perfusão cerebral retrógrada (RCP), em que o sangue oxigenado é bombeado retrogradamente pela veia cava superior. Esse método possui vantagens se comparado a técnicas convencionais, pois possibilita manter uniformizada a hipotermia com método diferenciado de administração do perfusato. Possui também mecanismo de abastecimento de oxigênio e substratos metabólicos e atua na remoção de metabólitos tóxicos e dióxido de carbono, além de prevenir embolização cerebral por ar, placas ateromatosas, trombos ou outros restos celulares e
A circulação extracorpórea hoje é uma tecnologia amplamente utilizada. No mundo, anualmente, são realizados em média 1.200.000 procedimentos cardíacos com circulação extracorpórea. Somente nos Estados Unidos, cerca de 700.000 cirurgias cardíacas são realizadas por ano44. No Brasil, aproximadamente 40.000 operações com circulação extracorpórea são feitas a cada ano. Estima-se que esses números serão maiores futuramente, em função de necessidades ainda não atendidas da população1.
A circulação extracorpórea é um procedimento técnico influenciado pelo emprego de numerosos dispositivos mecânicos e por respostas variáveis dos pacientes. A falta de padronização das técnicas e materiais utilizados na CEC é observada através das variações das formulações do perfusato, dos sistemas de monitorização intraoperatória, das técnicas de administração da cardioplegia e dos oxigenadores usados nos circuitos. Isto pode levar a intercorrências no transoperatório que afetarão diretamente a recuperação do paciente após a cirurgia.
A segurança dos pacientes em uso de CEC constitui um tema de destaque entre as pesquisas. Porém, poucos são os trabalhos que descrevem as intercorrências frequentemente encontradas na prática da CEC na atualidade. Mejak e cols.45 avaliaram 671.290 procedimentos cardíacos realizados em 797 hospitais que utilizam circulação extracorpórea, durante dois anos. Nesse estudo, foram registrados 4.882 intercorrências, correspondendo à ocorrência de um incidente a cada 138 perfusões.
O estudo identificou os 10 tipos de intercorrências mais comumente encontradas: 1º) reações à protamina; 2º) discrasias sanguíneas; 3º) falhas da bomba d'água; 4º) ar no circuito; 5º) coágulos no circuito; 6º) dissecção arterial; 7º) falhas nos oxigenadores; 8º) trocas de oxigenadores; 9º) falhas mecânicas nas bombas; e 10º) falhas das bombas e consequente uso de manivelas45.
Além disso, nessa pesquisa, foram identificados alguns pacientes que apresentaram acidente vascular encefálico, classificado como injúria grave. Outras ocorrências menos frequentes, porém graves, foram a embolia aérea massiva (23 ocorrências e 6 óbitos) e 11 transfusões incompatíveis, com dois óbitos. As intercorrências que resultaram em injúria importante ou óbito ocorreram em uma a cada 1.482 perfusões. Esse número significa que houve progressos desde a década de 80, quando ocorria uma injúria grave ou óbito a cada 1.000 perfusões45.
Medidas preventivas para redução da incidência das complicações foram sugeridas em alguns dos trabalhos selecionados, contudo, deve-se dar ênfase sobre a importância da qualidade do trabalho realizado pela equipe durante o ato cirúrgico. A experiência demonstra que os eventos ocorridos na sala de operações são os que definem o resultado final do tratamento cirúrgico. A contribuição do pós-operatório é importante, mas, ao mesmo tempo, relativa, pois frequentemente é incapaz de reverter alterações graves resultantes de um ato operatório inadequadamente realizado.
A equipe de cirurgia cardiovascular é numerosa e multidisciplinar, e seu núcleo se constitui essencialmente de cirurgião, anestesista e perfusionista. A supervisão geral da equipe, bem como o inter-relacionamento com os demais especialistas, em todas as circunstâncias, é da responsabilidade do cirurgião1. No entanto, é incoerente considerar que o cirurgião, a um só tempo, realiza o ato cirúrgico e atua como fiscal das atividades de outro profissional, de cujo desempenho depende a vida do paciente.
A participação do perfusionista na segurança da CEC não pode ser ignorada. Esse profissional desempenha um papel primordial na segurança dos procedimentos de CEC, seja por ação dos equipamentos ou aparelhos sob o seu controle, seja por sua ação direta1. Além disso, a desatenção, durante o procedimento de qualquer que seja o membro da equipe, seja por negligência ou por exaustão devido a uma carga excessiva de trabalho, pode estar na origem de eventos de extrema gravidade.
Os hospitais que realizam esse tipo de procedimento e as instituições de ensino devem criar um sistema articulado capaz de oferecer educação continuada, além de outros mecanismos de incentivo pela melhoria da assistência prestada. Entretanto, nenhum dispositivo de segurança substitui a comunicação constante entre os membros da equipe, desde o planejamento, até a execução e o término do procedimento. A CEC é determinada pelo trabalho em equipe e este deve ser fundamentado na adesão de todos os profissionais que participam do procedimento.
A partir da análise criteriosa dos dados levantados, pode-se concluir que a CEC oferece riscos cerebrovasculares comumente esperados em cirurgias de grande porte. Porém, suas peculiaridades favorecem significativamente a ocorrência de complicações neurológicas, fazendo jus a tal relação frequentemente encontrada no fundamento teórico de artigos correlatos.
A metodologia aplicada para seleção dos estudos não contempla a análise acerca das complicações neurológicas no perioperatório não relacionadas ao uso da CEC, pois destoa em parte do objeto desta pesquisa. Portanto, é importante ressaltar que este estudo identifica a ocorrência de complicações neurológicas e os principais mecanismos responsáveis pela injúria cerebral influenciados pela CEC, conforme a amostra pesquisada.
As especificidades desse procedimento levantadas neste trabalho que reforçam a incidência de lesões neurológicas por isquemia e reperfusão foram:
alterações do fluxo de distribuição sanguínea;
hipóxia prolongada possibilitada parcialmente com o advento da CEC, que intensifica uma cascata de eventos induzindo mais vasoconstrição;
SIRS induzida pela liberação de mediadores inflamatórios após estresse mecânico sobre os elementos figurados, durante a mudança do regime do fluxo sanguíneo;
microembolias de detritos ateromatosos, trombos intracardíacos e ar.
Esta última especificidade pode ser oriunda de várias situações incluídas no manuseio da CEC já referidas.
Após a coleta e análise da amostra pesquisada, consideramos que os efeitos da CEC sobre o organismo humano, entre eles os que determinam as complicações neurológicas, ainda não estão inteiramente elucidados. Novos estudos fisiopatológicos são necessários para consolidar essa área do conhecimento e permitir o surgimento de técnicas capazes de reduzir a incidência e a extensão das lesões neurológicas.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Este artigo é parte de tese de especialização de Natia de Freitas Barbosa pela Universidade Federal de Minas Gerais.
Correspondência: Natia de Freitas Barbosa Rua Edson Silveira, 29, Casa 05 - São Gabriel 31980-120 - Belo Horizonte, MG - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 11/03/09; revisado recebido em 03/09/09; aceito em 15/12/09.
Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG - Brazil
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Extracorporeal circulation is currently an ever-changing technology with well-established basic principles. Its effects on the human body are not yet fully defined; likewise, the pathophysiology of several body reactions to this procedure remains a speculation1.
Because it is a technology in which the principles of normal physiology are not followed, its routine use has encouraged the analysis of associated complications2,3. Innumerous researchers report that the deleterious effects of ECC are related to the development of the "Systemic Inflammatory Response Syndrome", characterized by pulmonary, renal, cerebral and cardiac involvement3-6.
The effect of ECC on the nervous system should be considered. During perfusion, there can be blood pressure elevation, especially in the elderly, who easily develop cerebral edema and hemorrhage. In the presence of hypotension, hypoxia induces tissue damage, this being more severe in the cerebral tissue1. Also, ECC may lead to embolic processes with permanent cerebral damage7.
The advances in the technology of extracorporeal circulation and surgical techniques, anesthesia and postoperative care have contributed to reduce the incidence of undesirable events related to the nervous system1. However, neurological complications still occur and are frequently included among the most important events, because they determine survival rates and have a great impact on the quality of life of patients and their families.
Currently, the objective of ECC must go beyond the replacement of cardiopulmonary functions, and should ensure cellular integrity, as well as the structure and function of organs and systems during the time required for the performance of surgeries. To attribute one given alteration to a single procedure is a complex idea; however, some authors classify ECC as an independent variable for the occurrence of neurological dysfunctions7-9. Nonetheless, some studies mention other factors as the cause of cerebral lesions, namely: advanced age, severity of disease, anesthetic-surgical procedure, and others10,11.
Given the frequent use of ECC and the assumption that neurological complications affect the quality of life, it is necessary to consider the evidences of cerebral dysfunction in the management of ECC. Risk factors inherent to ECC and interventions that minimize the incidence and severity of the lesions should also be identified, taking into account the level of safety of this procedure.
This is an integrative review on neurological complications caused by the use of ECC. Integrative reviews permit the synthesis and analysis of the scientific knowledge already produced on the subject investigated, meeting the same standards as primary research in terms of clarity and rigor12. This type of review permits the analysis of studies that have different methodological approaches, but address the subject at issue. The outcomes of the studies selected in this type of review lead to the construction of a body of knowledge necessary for the technical and scientific improvement of the care provided.
The analysis was based on the classification of strength of evidence elaborated by Stetler et al, who proposed levels for the main sources of scientific evidence13. Level I encompasses systematic reviews with meta-analysis, and level VI studies are based on the opinions of experts or of legal or regulatory agencies, as shown in
The bibliographic survey of indexed publications was carried out in the period between January 1998 and September 2008, in the following databases:
After search in the databases, manuscripts from MEDLINE and LILACS databases were selected and included, based on the following criteria: manuscripts addressing the themes "extracorporeal circulation" and "neurological complications", restricted to the past 10 years, in the Portuguese, English and Spanish languages. One book of acknowledged importance and relevance for this study was also used as a research source.
When the period of interest was selected, the number of manuscripts was reduced to 20 in the LILACS database and to 184 in MEDLINE. After reading and analyzing the 204 manuscripts selected, we verified that 27 articles directly or indirectly addressed the issues of interest. The full-text articles were ordered through
In order to facilitate data collection from the studies selected, an instrument containing items for the analysis and synthesis of data from the content of the publications was elaborated, as shown in
The sample comprised one widely referenced book on this theme, one in vitro experimental study, three studies with a case-control design, one quasi-experimental study with a single group with pre and post-test, 14 cohort or case report observational descriptive studies, and eight literature reviews.
The countries with the largest number of publications were the United States of America (30%), Brazil (19%), England (15%), Spain (11%), and Japan (11%). As regards the languages selected, 66.7% of the studies were published in English, 18.5% in Portuguese, and 14.8% in Spanish.
From the introduction of extracorporeal circulation to the present day, there has been no specific time for the increase in the number of publications. In this sample, the distribution of periodicals is practically homogeneous, with 14 studies published in the past 5 years, and 13 in the previous 5 to 10 years. This shows the constant interest in the theme, which contributes decisively for the construction of a specific knowledge.
In relation to the authors' professions, four studies directly cited doctors as the authors. The authors of six studies icluded professionals with a doctorate or masters degree. Most of the sample mentioned that their authors were affiliated members of hospital institutions or universities (but did not mention their profession or titles), and 37% of the studies were linked exclusively to universities, 30% only to hospital institutions, 26% to both, and 7% did not mention the authors affiliations.
In the identification of the sources for manuscript search, 81.5% were from MEDLINE and 18.5% were found in the LILACS database.
Among the studies published, no scientific article was produced based on dissertations or theses, and two used an experimental or quasi-experimental design. Although the experiments had some limitations regarding ethical aspects due to manipulable variables, they are technically the studies that best respond to the test of causal hypotheses15.
As regards the ethical procedure in researches involving humans, six correlational descriptive studies, three case studies and one quasi-experimental study did not mention the ethical aspects of the study. These studies account for 55.5% of the study sample involving humans. The Declaration of Helsinki16 and Resolution no. 196 of the National Health Council17 establish that the compliance to ethical principles should be stated in the study protocol, but there is room for the interpretation that this statement is not mandatory in the final text of the studies.
When the whole sample was analyzed, we could observe that the theme of the present study is not specific to periodicals related to cardiovascular surgery or cardiology. Most of the manuscripts were published in general medical and health periodicals and neurology and anesthesiology journals, and this can also hinder a rapid update of knowledge.
In the structural analysis, we observed that only in a few cases the research priorities are not established as recommended. It is important to point out that 100% of the studies provided a background to support their objective and the other phases of the research process. The background was varied, extracted from national and international references, and represented a great part of the sample of the present study.
Of the 28 studies analyzed, 51.7% are directly related to the occurrence of neurological complications in procedures using extracorporeal circulation, and only one of these studies mentions that this association is relative18. The background of all literature reviews and other studies that indirectly refer to the subject at issue showed the possibility of cerebral damage resulting from this procedure.
In the study analysis, patient groups at a greater risk for the performance of ECC were identified. Neonates, elderly, hypertensive, diabetic and obese patients, as well as those with history of stroke are known to be more susceptible to the development of neurological complications.
When patients are prospectively evaluated by an expert team using advanced technology, as well as refined and specific tests, neurological alterations, whether temporary or not, can be identified in more than 70% of them1.
Cognitive impairment is reported in 16 studies of the sample (55%), with an incidence ranging from 2 to 80% of the cases19-21. Disorders of the level of attention, wake-sleep cycle, gait and memory; simple disorientation; mild to severe confusion; and psychomotor agitation with more severe psychotic behavior are among the organ dysfunctions reported. These dysfunctions are usually described as diffuse and reversible functional changes (in most of the cases) of the cerebral oxidative metabolism and of transmission, both in the adrenergic and cholinergic pathways22,23.
The incidence of severe neurological complications such as intracranial hemorrhage in neonates (9.9 to 31%) and adults (3.4 to 18.9%), cerebral death or infarction (11%) is cited in some of the Strength of Scientific Evidence level IV articles20,24,25.
The occurrence of cerebral dysfunction during the handling of ECC is presumed in the background of some level III or level IV studies; however, these studies did not show this neurological complication in their results due to the sample size or to the insufficient monitoring mechanisms for the analysis of this type of complication4,26-28.
Sudden onset of painless loss of vision, whether uni or bilateral, diagnosed as "anterior ischemic optical neuropathy" and ocular palsy have been discussed with increasing frequency as complications following surgeries with extracorporeal circulaton23,25,29. Ischemic optical neuropathy is a defect in the optical nerve; its pathophysiology is not yet clear, and leads to irreversible loss of vision in most of the cases. Therapeutic attempts have failed. Thus, prophylactic transoperative measures targeting the possible causes, such as prolonged hypotension or catecholamine-induced vasoconstriction, have been suggested as the only means to prevent this complication29.
The mechanisms of brain lesion more frequently reported in the studies were those related to the occurrence of microembolism (17 studies) and low cerebral perfusion (16 studies), corresponding to 63 and 59.3% of the studies describing the development of brain lesions, respectively. Twenty four (89%) out of the 27 studies reported at least one of these events.
These two mechanisms of lesion may precipitate a cascade of cellular biochemical events induced by cerebral ischemia. A scientific evidence level II quasi-experimental study showed that values lower than 40% of oxygen saturation are able to cause cognitive impairment in the patients analyzed, indicating insufficient cerebral circulation for the metabolic demands19. Changes in blood flow distribution during the non-physiological state seen in ECC, the patient's individual response to these changes, and the concurrent reduction of pump flow to facilitate surgical repair may adversely affect regional and global cerebral reperfusion30.
The pathophysiological mechanism of brain damage requires a detailed study. There may be a selective vulnerability to prolonged hypoxia in certain neuronal nuclei of the brainstem23. Inadequate oxygen delivery induces cell death due to lack of energy and to the modulation of an excitotoxic response by partially perfused cells. The ischemic cells release a variety of receptors that cause elevation of intracellular calcium and sodium. Simultaneously, glucamate stimulates the receptors that induce the formation of inosol, triphosphate and diacylglycerol, which lead to increased sensitivity of excitatory amines. In the final state, calcium-activated enzymes degrade arachidonic acid, which, together with platelet activating factor, lead to vasoconstriction, vessel occlusion, and thus aggravate ischemia30.
The brain is subject to continuous exposure to microemboli during ECC. Neurological morbidity and the magnitude of dysfunction are related to the size and number of emboli spread in the cerebral circulation. Emboli are produced by different sources: gaseous microemboli, atheromatous material, and intracardiac thrombi in the cerebral circulation5,30,31.
Gaseous microembolism is caused by several situations created during the use of ECC: 1) during manipulation of the ascending aorta while clamping and unclamping; 2) flow switch to the left ventricle and aorta; 3) unexpected heart contraction while it is still open, with unclamped aorta; 4) inadequate air removal before reestablishing circulation; and 5) situations of low blood level in the ECC reservoir5,30,31.
There are strong evidences that microbubbles may also originate from the rapid movement of prosthetic valves, specifically mechanical ones. These generate a local flow of high pressure inclinations that can cause cavitations, especially during closure, thus causing a decompression effect during the cardiopulmonary bypass31.
Cerebral dysfunction is also intrinsically related to the intra-abdominal pressure (IAP). IAP elevation may lead to renal, circulatory, respiratory and nervous system failure. A decrease in venous blood return from the central nervous system (CNS) results in cerebral venous hypertension and consequent intracranial hypertension, cerebral edema and infarction. High intra-abdominal pressure increases pulmonary pressure and central venous pressure (CVP); therefore we can presume that increased CVP influences CNS homeostasis32.
Despite the innumerous risk factors related to ECC, we should consider that the mechanism of brain lesion is complex and frequently influenced by independent causes such as extremes of age, previous history of cerebrovascular diseases, hypoxia, severity of disease, use of bicarbonate and vasopressor and inotropic drugs, and urgency of the surgery23,24,33,34.
The systemic inflammatory response syndrome (SIRS) is also considered a potential factor for postoperative complications, especially pulmonary, renal, hematologic and neurological complications. The pathophysiological mechanism of this process is described in only a few studies of this sample, and is related to the use of ECC and influenced by several factors. However, it is important to point out that the development of SIRS also occurs in other off-pump surgical procedures35-37.
The mechanical stress of ECC causes important changes in the formed elements during the switch in the blood flow regimen. In this process, many interleukins are released, with IL-8 being more active in the CNS. IL-8 suffers the action of endothelin, attracting polymorphonuclear cells activated by the humoral and cellular responses, which are responsible for brain injury due to ischemia and reperfusion38,39.
The synchronization of the central nervous system with the initiation of extracorporeal circulation is unknown, but essential for the understanding of the pathophysiological mechanisms of the development of these neurological complications40.
Several strategies have been used to reduce the neurological changes associated with extracorporeal circulation. The use of glucocorticoids; anesthetic agents; barbiturates; membrane oxygenators; hyperbaric chambers; hypothermia; hemofiltration; heparin-coated circuits; and maintenance of temperature, pH and blood volume have been recommended in the literature1,5,30.
The brain protection effect of hypothermia is relative. Hypothermia permits the duration of cardiac arrest to be prolonged, by decreasing the need for oxygen in the brain, thus preventing neurological damage. On the other hand, deep hypothermia requires longer total duration of ECC, and is considered a risk factor for permanent neurological damage. In addition, hypothermia facilitates hemoconcentration and increased blood viscosity, which can lead to alterations in platelet function, thus promoting cerebrovascular damage. Temperatures ranging from 12 to 28º C are considered safe according to some studies1,23.
Monitoring mechanisms are also suggested for the prevention and reduction of the extent of brain damage, because they permit an early diagnosis of possible changes, particularly in patients who are prone to neurological injury during ECC28,32. In the study analysis, the monitoring mechanisms more commonly cited were those that obtain data on intracranial pressure, CVP, IAP, and imaging methods such as electroencephalogram, uni and bilateral sonography and transcranial Doppler.
In addition to the monitoring mechanisms, the development of safety devices is essential for ECC. Arterial line filters have become popular for their ability to remove microemboli and large air emboli with the same efficacy in the case of perfusion accidents.
Whitaker et al's study with a case-control design, strength of scientific evidence level III, define cognitive impairment as a reduction in the neurological performance in nine tests administered to a sample of 110 patients divided into two groups that used different ECC filters. The results of this study showed that both filters were efficient in removing macro and microemboli during perfusion, with similar outcomes in relation to the occurrence of cognitive dysfunction41.
The beneficial effect of brain protection of CO2 insufflation into the operative field, in the event of air entering the venous line of ECC, was demonstrated by Martens et al in an in vivo experimental study classified as scientific evidence level II. Since CO2 is more soluble than room air, flow interruption or occlusion in the cerebral arteries is presumably decreased when CO2 is the blocking gas. This method is being increasingly used in open cardiac surgeries and especially minimally invasive heart valve surgeries42.
Another frequently used method is retrograde cerebral perfusion (RCP), in which oxygenated blood is pumped retrogradely through the superior vena cava. This method has advantages over conventional techniques, because it helps maintain uniform hypothermia by using a different method of perfusate administration. It also has a mechanism of oxygen and metabolic substrate supply, and acts in the removal of toxic metabolites and carbon dioxide, in addition to preventing cerebral embolization with air, atheromatous plaques, thrombi or other cell and tissue debris43.
Extracorporeal circulation is a widely used technology today. An average of 1,200,000 cardiac procedures using extracorporeal circulation is performed worldwide every year. In the United States alone, approximately 700,000 cardiac surgeries are performed per year44. In Brazil, approximately 40,000 operations using extracorporeal circulation are performed every year45. The forecast is that these figures will be higher in the future, in function of the unfulfilled needs of the population1.
Extracorporeal circulation is a technical procedure influenced by the use of numerous mechanical devices and by variable patient responses. The lack of standardization of the techniques and materials used in ECC is observed in the variations of perfusate formulations, intraoperative monitoring systems, techniques of administration of cardioplegia, and oxygenators used in the circuits. This can lead to transoperative events that will directly affect patient recovery after surgery.
The safety of patients using ECC is a key issue in the studies. However, today few studies describe the incidents commonly associated with ECC. Mejak et al45 evaluated 671,290 cardiac procedures performed during two years in 797 hospitals using extracorporeal circulation. In their study, 4,882 incidents were recorded, corresponding to one event in every 138 perfusions.
The study identified the 10 more common occurring incidents: 1st) protamine reactions; 2nd) coagulation problems; 3rd) water pump failure; 4th) air in the circuit; 5th) clots in the circuit; 6th) arterial dissection; 7th) oxygenator defects; 8th) oxygenator switch; 9th) mechanical pump failure; and 10th) pump failure and consequent use of cranks45.
In addition, in this research, some patients developed stroke, classified as a serious injury. Other less frequent incidents, albeit serious, were massive air embolism (23 incidents and 6 deaths) and 11 incompatible transfusions (two deaths). The rate of incidents resulting in serious injury or death was one in every 1,482 perfusions. This figure means that there have been advances since the 1980's, when this rate was one in every 1,000 procedures45.
Preventive measures to reduce the incidence of complications were suggested in some of the studies selected. However, the importance of the quality of the work performed by the surgical team during surgery should be emphasized. Experience shows that the incidents occurring in the operation theater are those that define the final outcome of the surgical treatment. The role of the postoperative care is important, but, at the same time, relative, because it is frequently unable to reverse serious changes resulting from a surgical procedure inadequately performed.
A cardiovascular surgery team comprises many multidisciplinary members, its core being essentially formed by a surgeon, anesthesiologist and perfusionist. The overall team supervision, as well as the interaction with the other specialists, in all circumstances, falls to the surgeon1. However, it is not reasonable to expect that the surgeon can, at the same time, perform the surgery and supervise the activity of another professional, whose performance the life of the patient depends on.
The participation of perfusionists in the safety of ECC cannot be disregarded. These professionals play a key role in the safety of ECC procedures, whether by means of the equipment and devices they control, or by their direct action1. In addition, lack of attention on the part of any team member during the procedure, whether due to negligence or to exhaustion from excessive work hours, may be the origin of very serious incidents.
Hospitals providing this type of procedure and teaching institutions should create a joint system able to offer continuing education, as well as other mechanisms to encourage improvements in the health care provided. However, no safety device can replace regular communication between team members, from the planning phase to the execution and termination of the procedure. ECC is determined by the teamwork and this should be based on cohesion among all professionals that take part in the procedure.
Based on the judicious analysis of the data obtained, we can conclude that ECC brings with it the cerebrovascular risks commonly expected in major surgeries. However, its peculiarities significantly facilitate the occurrence of neurological complications, thus justifying the theoretical background describing this correlation that is frequently found in articles on this subject.
The methodology applied for study selection did not include the analysis of the neurological complications in the perioperative period not related to the use of ECC, because it partly deviates from the scope of this study. Therefore, it is important to point out that this study identifies the occurrence of neurological complications and the main mechanisms responsible for brain injury influenced by ECC, according to the sample studied.
The specificities of ECC found in this study that contribute to the incidence of neurological lesions due to ischemia and reperfusion are:
changes in blood flow distribution;
prolonged hypoxia partly caused by the use of ECC, which intensifies a cascade of events inducing more vasoconstriction;
SIRS induced by the release of inflammatory mediators after mechanical stress on the formed elements during the switch in the blood flow regimen;
microembolism of atheromatous debris, intracardiac thrombi and air.
Microembolism may result from several situations concerning the management of ECC that have been previously mentioned.
After collection and analysis of the sample studied, we consider that the effects of ECC on the human body, among which are those determining the neurological complications, are still not fully understood. Further pathophysiological studies are necessary to consolidate this area of knowledge and permit the development of techniques able to reduce the incidence and extent of the neurological lesions.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This article is part of the post-graduation dissertation by Natia de Freitas Barbosa at Universidade Federal de Minas Gerais.
Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG - Brasil
Correspondencia
La circulación extracorpórea es hoy una tecnología en constante evolución, con principios básicos ya bien establecidos. Sus efectos sobre el organismo humano aun no están íntegramente definidos, así como es especulativa la fisiopatología de diversas reacciones del organismo a ese procedimiento1.
Por ser una tecnología que no mantiene principios de la fisiología normal, su utilización de rutina estimuló análisis de las complicaciones asociadas2,3 a ella. Innúmeros investigadores refieren que los efectos deletéreos de la CEC están relacionados con el desarrollo del "Síndrome de Respuesta Inflamatoria Sistémica", caracterizada por el compromiso pulmonar, renal, cerebral y cardíaco3-6.
El efecto de la CEC sobre el sistema nervioso debe ser considerado. En el transcurso de la perfusión puede ocurrir un aumento de la presión arterial, principalmente en añosos, que con facilidad desarrollan edema y hemorragia cerebral. En la hipotensión, la hipoxia induce la injuria tisular, siendo esta más grave en el tejido cerebral1. Además de eso, la CEC puede ocasionar procesos embólicos con daños cerebrales irreversibles7.
Los progresos de la tecnología extracorpórea y de las técnicas de cirugía, anestesia y post-operatorio contribuyeron a reducir la incidencia de eventos indeseables relacionados al sistema nervioso1. Sin embargo, las complicaciones neurológicas aun ocurren y, frecuentemente, son consideradas entre los más importantes daños, pues determinan tasas de sobrevida y producen gran impacto en la calidad de vida del paciente y de su familia.
Actualmente, la CEC precisa tener un objetivo que vaya más allá de la sustitución de las funciones cardiopulmonares, debiendo garantizar la integridad celular y la estructura y función de los órganos y sistemas durante el tiempo necesario para el desarrollo de las cirugías. Es complejo atribuir una determinada alteración la un único procedimiento, sin embargo, algunos autores colocan la CEC como variable independiente para ocurrencia de disfunciones neurológicas7-9. Mientras tanto, hay estudios que mencionan otros factores como causadores de las lesiones cerebrales, tales como: edad avanzada, gravedad de la enfermedad, acto anestésico-quirúrgico, etc.10,11.
Considerando la frecuente utilización de la CEC y el presupuesto de que complicaciones neurológicas comprometen la calidad de vida, se hace necesaria una apreciación de los indicios de disfunción cerebral en el manejo de la CEC. Pretende-se también identificar factores de riesgo inherentes a la CEC y intervenciones que minimizan la incidencia y gravedad de las lesiones, considerando el grado de seguridad de este procedimiento.
Se trata de un estudio de revisión integrativa sobre el tema Complicaciones neurológicas en el uso de la CEC. La revisión integrativa posibilita la síntesis y el análisis del conocimiento científico ya producido sobre el tema investigado, exigiendo los mismos estándares de rigor y claridad utilizados en los estudios primarios12. Ese tipo de revisión permite analizar estudios con abordajes metodológicos diferentes, pero que contemplan el tema en cuestión. Los resultados de los estudios seleccionados en ese tipo de revisión llevan a la construcción de un cuerpo de conocimiento necesario para el perfeccionamiento técnico-científico de la asistencia prestada.
El análisis consideró la calcificación de la fuerza de la evidencia elaborada por Stetler y cols.et al, propuesta por niveles para las principales fuentes de evidencia científica13. El nivel I engloba las revisiones sistemáticas con metanálisis y los estudios nivel VI son basados en opiniones de especialistas o de órganos de reglamentación o legales, según
El levantamiento bibliográfico de publicaciones indexadas fue realizado en el período de ene/1998-set/2008, en las siguientes bases de datos: Literatura Latino Americana del Caribe en Ciencias de Salud (LILACS), Index Medicus Electrónico de la National Library of Medicine (MEDLINE), SciELO y Biblioteca Cochrane. También se utilizó la búsqueda reversa de estudios originales, que es un método de selección de estudios a partir de la bibliografía de trabajos primarios recuperados en la búsqueda anterior14.
Después de investigación en los bancos de datos, fueron seleccionados e incluidos artículos de las bases de datos MEDLINE y LILACS, adoptando los siguientes criterios: artículos que abordasen los temas "circulación extracorpórea" y "complicaciones neurológicas", restringidos a los últimos 10 años, en los idiomas portugués, inglés y español. También fue utilizado como fuente de investigación libro con importancia reconocida y de relevancia para el estudio.
Al seleccionar el período de interés, el cuantitativo fue reducido a 20 estudios en la base de datos LILACS y 184 estudios en la MEDLINE. Después de la lectura y análisis de los 204 trabajos seleccionados, se verificó que 27 artículos abordaban directa o indirectamente los temas de interés. Los artículos fueron solicitados íntegros, a través de la Biblioteca del Campus Salud de la UFMG, por el Sistema de Conmutación Bibliográfica, por la consulta al Portal de Periódicos de la CAPES y por la BIREME.
Para facilitar la colecta de datos de los estudios seleccionados, fue elaborado un instrumento conteniendo ítems para análisis y síntesis de los datos del contenido de las publicaciones conforme
La muestra fue compuesta por: un libro ampliamente referido en esa área temática, un estudio experimental realizado
Los países que más se destacaron en cantidad de publicaciones de artículos fueron los Estados Unidos de América (30%), Brasil (19%), Inglaterra (15%), España (11%) y Japón (11%). Entre los idiomas seleccionados, 66,7% de los estudios utilizaron la lengua inglesa, 18,5% publicaron en la lengua portuguesa y 14,8% de los trabajos usaron el español en su publicación.
Desde la introducción de la circulación extracorpórea hasta los tempos actuales, no hay una época específica para el aumento del número de publicaciones. En la muestra, se percibe la distribución prácticamente homogénea de los periódicos, siendo que 14 trabajos fueron publicados en los últimos 5 años y 13 fueron publicados en el intervalo de 5 a 10 años anteriores. Ese hecho demuestra el constante interés por el tema, contribuyendo decisivamente a la construcción del conocimiento específico.
En relación a la profesión de los autores, 4 estudios citaron directamente médicos como autores. Seis estudios tienen profesionales con título de doctorado o maestría en su autoria. La mayoría de la muestra refirió sus autores como miembros vinculados a instituciones hospitalarias y universitarias (no citando profesión y grado), siendo que 37% de los trabajos fueron vinculados solamente a universidades, 30% vinculados solamente a instituciones hospitalarias, 26% vinculados a ambos establecimientos y 7% no refirieron la institución de la que los autores hacen parte.
En la identificación de las fuentes para localización de los artículos, 81,5% son provenientes del MEDLINE y 18,5% fueron localizados en la base de datos de la LILACS.
Entre los trabajos publicados, ningún artículo científico fue producido con base en disertaciones o tesis y dos artículos utilizaron el delineamiento experimental o el semiexperimental. A pesar de que los experimentos presentaron algunas limitaciones de carácter ético, debido a variables manipulables, técnicamente, son estos estudios que mejor responden al test de las hipótesis causales15.
En lo que se refiere al procedimiento ético en investigaciones envolviendo seres humanos, 6 investigaciones descriptivas correlacionales, tres estudios de caso y un estudio semiexperimental no refirieron los aspectos éticos del trabajo. Esos trabajos representan 55,5% de la muestra de estudios envolviendo seres humanos. Se constata en la Declaración de Helsinski16 y en la Resolución del
Al analizar el conjunto de la muestra, se verifica que el tema del presente estudio no es específico de periódicos referentes a la cirugía cardiovascular o al área de cardiología. La mayoría de los artículos fue publicada en periódicos generales de medicina y salud y revistas de neurología y anestesiología, lo que compromete también la rápida actualización del conocimiento.
En el análisis estructural, se percibe que en pocos casos no hay el establecimiento de prioridades de investigación según se preconiza. Es importante destacar que 100% de los artículos presentaron un cuadro teórico para fundamentar el objeto de estudio y las demás etapas del proceso de investigación. Los cuadros teóricos fueron variados, extraídos de la bibliografía nacional e internacional, representando gran parte de la muestra de estudio del presente trabajo.
De acuerdo con la muestra de 28 trabajos, 51,7% se refieren directamente a la ocurrencia de complicaciones neurológicas en procedimientos que utilizan la circulación extracorpórea, siendo que apenas uno de estos trabajos menciona que esa asociación es relativa18. Todas las revisiones de literatura y los demás trabajos que se refieren indirectamente al tema correlato evidenciaron, en el fundamento teórico, la posibilidad de daño cerebral de ese procedimiento.
En el análisis de los trabajos, se identifican grupos de pacientes de mayor riesgo para la realización de CEC. Neonatos, añosos, hipertensos, diabéticos, obesos y pacientes con historia de accidente vascular cerebral poseen reconocidamente una mayor susceptibilidad al desarrollo de complicaciones neurológicas.
Cuando los pacientes son evaluados prospectivamente, por un equipo de especialistas, utilizando tecnología avanzada y tests refinados y específicos, pueden ser identificadas alteraciones neurológicas, temporarias o no, en más de 70% de los pacientes1.
La deficiencia cognitiva es referida en 16 estudios de la muestra (55%), cuya incidencia relatada varía entre 2-80% de los casos19-21. Alteraciones del nivel de atención, del ciclo vigilia sueño, de la marcha y de la memoria, desorientación simples, confusión de suave a extrema y agitación psicomotora con comportamiento psicótico más grave están entre las disfunciones orgánicas relatadas. Tales disfunciones son referidas generalmente como alteraciones funcionales difusas y reversibles (en la mayoría de los casos) del metabolismo oxidativo cerebral y de transmisión tanto de las vías adrenérgicas como de las colinérgicas22,23.
La incidencia de complicaciones neurológicas graves, como hemorragia intracraneana en neonatos (9,9-31%) y adultos (3,4-18,9%), infarto o muerte cerebral (11%), es citada en algunos artículos de nivel IV de Fuerza de Evidencia Científica20,24,25.
Algunos estudios Nivel III, o con el mismo nivel de evidencia de los trabajos supracitados, suponen la asociación de disfunción cerebral en el manejo de la CEC en su fundamentación teórica, sin embargo no evidenciaron esta complicación neurológica en sus resultados debido a la muestra o a los mecanismos de monitoreo insuficientes para el análisis de tal tipo de complicación4,26-28.
El establecimiento súbito de pérdida visual insensible, uni o bilateral, diagnosticado como "Neuropatía Isquémica Óptica Anterior", y la parálisis ocular han sido discutidos con creciente frecuencia como complicaciones después de cirugía con circulación extracorpórea23,25,29. LA neuropatía isquémica óptica describe un defecto en el nervio óptico, cuja fisiopatología del proceso no está elucidada, y lleva la pérdida irreversible de la visión en la mayoría de los casos. Las tentativas terapéuticas han fallado, por lo tanto, medidas de profilaxis transoperatorias de posibles causas, tales como hipotensión prolongada o vasoconstricción inducida por catecolaminas, son sugeridas como único modo de prevenir esa complicación29.
Los mecanismos de lesión cerebral más frecuentemente relatados en los estudios fueron los relacionados a la ocurrencia de microembolias (17 estudios) y la baja perfusión cerebral (16 estudios), correspondiendo a 63 y 59,3% de los estudios que describen el desarrollo de lesiones cerebrales, respectivamente. Entre ellos, 24 (89%) de los 27 trabajos se refirieron a por lo menos uno de los eventos supracitados.
Esos dos mecanismos de lesión pueden precipitar una cascada de eventos bioquímicos celulares inducidos por isquemia cerebral. Un estudio semiexperimental, nivel II de evidencia científica, demuestra que valores menores de 40% de saturación de oxígeno alteran el desempeñó cognitivo de los pacientes analizados, indicando circulación cerebral insuficiente para las demandas metabólicas19. Las alteraciones del flujo de distribución sanguínea durante el estado no fisiológico que ocurre en la CEC, la respuesta individual del paciente a estas alteraciones y la concomitante reducción del flujo de bomba para facilitar el reparo quirúrgico pueden afectar adversamente la reperfusión cerebral regional y global30.
El mecanismo fisiopatológico del daño cerebral requiere estudio minucioso. Puede existir una vulnerabilidad selectiva a la hipoxia prolongada en determinados núcleos neuronales del tronco encefálico23. La entrega inadecuada de oxígeno induce a la muerte celular por falta de energía y a la modulación de una respuesta excitotóxica por las células parcialmente perfundidas. Las células isquémicas liberan una variedad de receptores que causan un incremento de calcio y sodio intracelular. Simultáneamente, el glucamato estimula los receptores que inducen a la formación de inosol, trifosfato y diacilglicerol, que causan aumento de la sensibilidad de las aminas excitatorias. En el estado final, las enzimas activadas por el calcio degradan el ácido araquidónico que, junto con el factor activador de plaquetas, causa vasoconstricción, oclusión de vasos y, de esta forma, aumenta la isquemia30.
El cerebro está sujeto a una continua exposición de microémbolos durante la CEC. La morbilidad neurológica y la magnitud de la disfunción están relacionadas con el tamaño y el número de émbolos difundidos en la circulación cerebral. Los émbolos son producidos por diferentes fuentes: microembolias de aire, detritos ateromatosos y trombos intracardíacos en la circulación cerebral5,30,31.
La microembolia aérea es causada por varias situaciones propensas durante el uso de la CEC: 1) durante el manejo de la aorta ascendente por ocasión del pinzamiento y despinzamiento; 2) inversión del flujo para el ventrículo izquierdo y aorta; 3) contracción inesperada del corazón aun abierto con aorta sin pinzamiento; 4) retirada de aire inadecuada antes de restablecer la circulación; y 5) situaciones de bajo nivel sanguíneo en el reservorio de la CEC5,30,31.
Hay fuertes indicios de que las microburbujas también pueden ser oriundas del movimiento rápido de la prótesis valvar específicamente mecánica. Esta crea un flujo local de inclinaciones de alta presión que pueden causar cavitaciones, especialmente durante el cierre, generando efecto de descompresión durante el desvío cardiopulmonar31.
La disfunción cerebral también está intrínsecamente relacionada a la presión intraabdominal (IAP). El aumento de la IAP puede resultar en falla de los sistemas renal, circulatorio, respiratorio y nervioso. Una disminución en el retorno de la sangre venosa del sistema nervioso central (SNC) resulta en hipertensión venosa cerebral y consecuente hipertensión intracraneana, edema cerebral e infarto. La alta presión intraabdominal aumenta la presión pulmonar y la presión venosa central (PVC), por lo tanto, se puede presumir que el aumento de la PVC influencia la homeostasis del SNC32.
Apesar de innúmeros factores de riesgo relacionados a la CEC, se debe considerar que el mecanismo de lesión cerebral es complejo y frecuentemente influenciado por causas independientes, tales como: extremos de edad, historia previa de enfermedad cerebrovascular, hipoxia, gravedad de la enfermedad, uso de bicarbonato y de drogas inotrópicas vasopresoras y urgencia quirúrgica23,24,33,34.
La respuesta inflamatoria sistémica (SIRS) también es referida como factor en potencial para complicaciones post-operatorias, sobre todo pulmonares, renales, hematológicas y neurológicas. El mecanismo fisiopatológico de ese proceso es descripto en pocos estudios de esta muestra siendo relacionado por el uso de la CEC por influencia de varios factores. Con todo, es importante destacar que el desarrollo de la SIRS ocurre en otros procedimientos quirúrgicos que no utilizan el desvío cardiopulmonar35-37.
La CEC impone alteraciones importantes con el estrés mecánico sobre los elementos figurados durante el cambio del régimen del flujo sanguíneo. En ese proceso, muchas interleucinas son liberadas, siendo la IL-8 la más activa en el SNC. Esta sufre acción de la endotelina, atrayendo células polimorfo-nucleadas, activadas por la respuesta humoral y celular, responsables por la injuria cerebral por isquemia y reperfusión38,39.
El conocimiento sobre el sincronismo del sistema nervioso central con relación a la iniciación de circulación extracorpórea es desconocido, pero esencial a fin de comprender los mecanismos fisiopatológicos del desarrollo de esas complicaciones neurológicas40.
Varias estrategias han sido empleadas para disminuir las alteraciones neurológicas asociadas a la circulación extracorpórea. El uso de glicocorticoides, anestésicos, barbitúricos, oxigenadores de membrana, cámaras hiperbáricas, hipotermia, hemofiltración, circuitos revestidos de heparina y la manutención de la temperatura, del PH y de la volemia han sido recomendados por la literatura1,5,30.
El factor de protección cerebral de la hipotermia es relativo. Esta permite prolongar el tiempo de parada cardíaca, diminuyendo la necesidad de oxígeno en el cerebro y evitando daño neurológico. Por otro lado, cuando es profunda, requiere aumento del tiempo total de la CEC, siendo considerado un factor de riesgo para secuelas neurológicas. Además de eso, la hipotermia favorece la hemoconcentración y el aumento de la viscosidad sanguínea, lo que puede provocar alteraciones en la función plaquetaria, favoreciendo daño cerebrovascular. El estándar considerado seguro sería de 12 a 28ºC según algunos estudios1,23.
Mecanismos de monitoreo también son sugeridos en la prevención y reducción de la extensión del daño cerebral, pues permiten diagnóstico precoz de posibles alteraciones, especialmente en pacientes que son propensos a la injuria neurológica durante la CEC28,32. En el análisis del estudio, los mecanismos de monitoreo más comúnmente citados son los que obtienen datos de presión intracraneana, PVC, IAP y métodos de imagen, como electroencefalograma, ultrasonido uni y bilateral y doppler transcraneano.
Además de los mecanismos de monitoreo, el desarrollo de dispositivos de seguridad es esencial para la CEC. La línea de filtro arterial ganó gran popularidad por su habilidad para remover con la misma eficacia microémbolos y grandes émbolos de aire, en el caso de un accidente de perfusión.
El estudio de Whitaker y colaboradores con delineamiento caso-control, nivel III de fuerza de evidencia científica, define deficiencia cognitiva por la reducción del desempeño neurológico en 9 tests, aplicados en una muestra de 110 pacientes, divididos en dos grupos que utilizaron filtros de CEC distintos. El resultado de ese trabajo demuestra que ambos filtros fueron eficientes en la remoción de macro y microémbolos durante la perfusión, con resultados semejantes en relación a la ocurrencia de disfunción cognitiva41.
El beneficio de protección cerebral de la insuflación de CO2 en el campo operatorio, en el caso de ocurrencia de entrada de aire en la línea venosa de la CEC, fue demostrado por Martens y colaboradores, en estudio experimental
Otro método muy utilizado es el de la perfusión cerebral retrógrada (RCP), en que la sangre oxigenada es bombeada retrógradamente por la vena cava superior. Ese método posee ventajas si es comparado a técnicas convencionales, pues posibilita mantener uniforme la hipotermia con método diferenciado de administración del perfusato. Posee también mecanismo de abastecimiento de oxígeno y substratos metabólicos y actúa en la remoción de metabolitos tóxicos y dióxido de carbono, además de prevenir embolización cerebral por aire, placas ateromatosas, trombos o otros restos celulares y
La circulación extracorpórea hoy es una tecnología ampliamente utilizada. En el mundo, anualmente, son realizados en media 1.200.000 procedimientos cardíacos con circulación extracorpórea. Solamente en los Estados Unidos, cerca de 700.000 cirugías cardíacas son realizadas por año44. En el Brasil, aproximadamente 40.000 operaciones con circulación extracorpórea son hechas cada año. Se estima que esos números serán mayores futuramente, en función de necesidades aun no atendidas de la población1.
La circulación extracorpórea es un procedimiento técnico influenciado por el empleo de numerosos dispositivos mecánicos y por respuestas variables de los pacientes. La falta de estandarización de las técnicas y materiales utilizados en la CEC es observada a través de las variaciones de las formulaciones del perfusato, de los sistemas de monitoreo intraoperatoria, de las técnicas de administración de la cardioplegia y de los oxigenadores usados en los circuitos. Esto puede llevar a intercurrencias en el transoperatorio que afectarán directamente la recuperación del paciente después de la cirugía.
La seguridad de los pacientes en uso de CEC constituye un tema de destaque entre las investigaciones. Sin embargo, pocos son los trabajos que describen las intercurrencias frecuentemente encontradas en la práctica de la CEC en la actualidad. Mejak y cols.et al45 evaluaron 671.290 procedimientos cardíacos realizados en 797 hospitales que utilizan circulación extracorpórea, durante dos años. En ese estudio, fueron registrados 4.882 intercurrencias, correspondiendo a la ocurrencia de un incidente cada 138 perfusiones.
El estudio identificó los 10 tipos de intercurrencias más comúnmente encontradas: 1º) Reacciones a la protamina; 2º) Discrasias sanguíneas; 3º) Fallas de la bomba de agua; 4º) Aire en el circuito; 5º) Coágulos en el circuito; 6º) Disección arterial; 7º) Fallas en los oxigenadores; 8º) Intercambios de oxigenadores; 9º) Fallas mecánicas en las bombas; y 10º) Fallas de las bombas y consecuente uso de manivelas45.
Además de eso, en esa investigación, fueron identificados algunos pacientes que presentaron accidente vascular encefálico, clasificado como injuria grave. Otras ocurrencias menos frecuentes, sin embargo graves, fueron la embolia aérea masiva (23 ocurrencias y 6 óbitos) y 11 transfusiones incompatibles, con dos óbitos. Las intercurrencias que resultaron en injuria importante u óbito ocurrieron una cada 1.482 perfusiones. Ese número significa que hubo progresos desde la década de 80, cuando ocurría una injuria grave o óbito cada 1.000 perfusiones45.
Medidas preventivas para reducción de la incidencia de las complicaciones fueron sugeridas en algunos de los trabajos seleccionados, con todo, se debe dar énfasis a la importancia de la calidad del trabajo realizado por el equipo durante el acto quirúrgico. La experiencia demuestra que los eventos ocurridos en la sala de operaciones son los que definen el resultado final del tratamiento quirúrgico. La contribución del post operatorio es importante, pero, al mismo tiempo, relativa, pues frecuentemente es incapaz de revertir alteraciones graves resultantes de un acto operatorio inadecuadamente realizado.
El equipo de cirugía cardiovascular es numeroso y multidisciplinario, y su núcleo se constituye esencialmente de cirujano, anestesista y perfusionista. La supervisión general del equipo, así como la interrelación con los demás especialistas, en todas las circunstancias, es de la responsabilidad del cirujano1. Mientras tanto, es incoherente considerar que el cirujano, a un mismo tiempo, realiza el acto quirúrgico y actúa como fiscal de las actividades de otro profesional, de cuyo desempeño depende la vida del paciente.
La participación del perfusionista en la seguridad de la CEC no puede ser ignorada. Ese profesional desempeña un papel primordial en la seguridad de los procedimientos de CEC, sea por acción de los equipamientos o aparatos bajo su control, o sea por su acción direta1. Además de eso, la desatención, durante el procedimiento de cualquier miembro del equipo, sea por negligencia o por cansancio debido a una carga excesiva de trabajo, puede estar en el origen de eventos de extrema gravedad.
Los hospitales que realizan ese tipo de procedimiento y las instituciones de enseñanza deben crear un sistema articulado capaz de ofrecer educación continuada, además de otros mecanismos de incentivo para la mejora de la asistencia prestada. Entre tanto, ningún dispositivo de seguridad substituye la comunicación constante entre los miembros del equipo, desde el planeamiento, hasta la ejecución y el término del procedimiento. La CEC es determinada por el trabajo en equipo y este debe ser fundamentado en la adhesión de todos los profesionales que participan del procedimiento.
A partir del análisis criterioso de los datos levantados, se puede concluir que la CEC ofrece riesgos cerebrovasculares comúnmente esperados en cirugías de gran tamaño. Sin embargo, sus peculiaridades favorecen significativamente la ocurrencia de complicaciones neurológicas, justificando la relación frecuentemente encontrada en el fundamento teórico de artículos correlatos.
La metodología aplicada para selección de los estudios no contempla el análisis acerca de las complicaciones neurológicas en el perioperatorio no relacionadas al uso de la CEC, pues desentona en parte con el objeto de esta investigación. Por lo tanto, es importante resaltar que este estudio identifica la ocurrencia de complicaciones neurológicas y los principales mecanismos responsables por la injuria cerebral influenciados por la CEC, según la muestra investigada.
Las especificidades de ese procedimiento levantadas en este trabajo que refuerzan la incidencia de lesiones neurológicas por isquemia y reperfusión fueron:
- alteraciones del flujo de distribución sanguínea;
- hipoxia prolongada posibilitada parcialmente con la llegada de la CEC, que intensifica una cascada de eventos induciendo más vasoconstricción;
- SIRS inducida por la liberación de mediadores inflamatorios después de estrés mecánico sobre los elementos figurados, durante el cambio del régimen del flujo sanguíneo;
- microembolias de detritos ateromatosos, trombos intracardíacos y aire.
Esta última especificidad puede ser oriunda de varias situaciones incluidas en el manejo de la CEC ya referidas.
Después de la colecta y análisis de la muestra investigada, consideramos que los efectos de la CEC sobre el organismo humano, entre ellos los que determinan las complicaciones neurológicas, aun no están íntegramente elucidados. Nuevos estudios fisiopatológicos son necesarios para consolidar esa área del conocimiento y permitir el surgimiento de técnicas capaces de reducir la incidencia y la extensión de las lesiones neurológicas.
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El presente estudio no tuve fuentes de financiación externas.
Esteartículo forma parte de tesis de especialización de Natia de Freitas Barbosa, por la