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Gli ossimetri cerebrali consentono un monitoraggio continuo e non invasivo dell’ossigenazione cerebrale.
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Ossimetri cerebrali utilizzano principi fisici simili a pulsossimetri.
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Gli ossimetri cerebrali utilizzano la legge di Beer-Lambert e la risoluzione spaziale per fornire stime della saturazione di ossigeno dell’emoglobina cerebrale.
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I valori basali di ossimetria cerebrale devono essere ottenuti prima dell ‘induzione dell’ anestesia.
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I valori di ossimetria cerebrale rappresentano un equilibrio tra erogazione e consumo di ossigeno cerebrale.
Il mantenimento di un adeguato apporto di ossigeno ai tessuti e agli organi, in particolare al cervello, è un obiettivo fondamentale del processo anestetico. I pericoli di ipossia prolungata e ridotto apporto di ossigeno al cervello sono ben documentati; tuttavia, il cervello rimane uno degli organi meno monitorati durante l’anestesia.1
Gli ossimetri cerebrali sono dispositivi di monitoraggio continuo non invasivi, utilizzati per monitorare un’adeguata ossigenazione cerebrale. Essi utilizzano principi fisici simili a pulsossimetri. I primi ossimetri cerebrali disponibili in commercio sono stati utilizzati negli 1990; tuttavia, Jobsis2 ha introdotto per la prima volta il concetto di utilizzo della spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) per misurare l’ossigenazione cerebrale nel 1977. Sebbene la maggior parte dei dati pubblicati sull’ossimetria cerebrale abbia dimostrato risultati migliori tra i pazienti cardiochirurgici, stanno emergendo studi che identificano risultati migliori nella popolazione chirurgica non cardiaca.3 Studi hanno dimostrato un aumento dell’incidenza di esiti perioperatori avversi in pazienti che dimostrano una sostanziale desaturazione dell’ossigeno cerebrale durante l’intervento chirurgico.4
Questo articolo mira a spiegare i principi fisici sottostanti che circondano l’ossimetria cerebrale e valutare le prove a sostegno del loro uso in diverse situazioni cliniche.
- Fisica
- Legge della birra
- Legge di Lambert
- Interpretazione clinica delle misure di ossimetria cerebrale
- Limitazioni nelle misurazioni ossimetriche cerebrali
- Applicazioni cliniche
- Cardiochirurgia
- Intervento di bypass coronarico
- Arresto circolatorio ipotermico profondo
- Chirurgia vascolare
- Endoarterectomia carotidea
- Sindrome da iperperfusione endoarterectomia carotidea
- Pediatria
- Usi aggiuntivi
- Conclusione
- Dichiarazione di interesse
- MCQs
- Podcast
Fisica
Gli ossimetri cerebrali utilizzano il NIRS per ottenere misurazioni continue non invasive dei valori di ossigenazione cerebrale.5 Ossimetri cerebrali sono costituiti da un monitor che è collegato a sonde ossimetro. I cuscinetti adesivi attaccano le sonde al cuoio capelluto del paziente. Le sonde sono più comunemente applicate al cuoio capelluto sovrastante il lobo frontale. Le sonde contengono una sorgente luminosa a fibre ottiche e rivelatori di luce.6 Sorgenti luminose rilasciano luce nella gamma infrarossa attraverso un processo di emissione stimolata di radiazioni o attraverso diodi emettitori di luce.7 La luce emessa nell’intervallo infrarosso è in grado di penetrare nel cranio per raggiungere il tessuto cerebrale sottostante. Il cranio è trasparente alla luce nel vicino infrarosso.1 La luce emessa viene assorbita, reindirizzata, dispersa o riflessa.8 Quando la luce infrarossa entra in contatto con l ‘ emoglobina, si verifica un cambiamento nello spettro luminoso, a seconda dello stato di ossigenazione della molecola di emoglobina.8 La luce riflessa ritorna verso la superficie e viene rilevata dai rivelatori di luce all’interno delle sonde ossimetriche.8
Gli ossimetri cerebrali calcolano l’ossigenazione cerebrale usando la legge di Beer–Lambert.9 La legge di Beer-Lambert è una combinazione di due leggi fisiche.
Legge della birra
L’intensità della luce trasmessa diminuisce esponenzialmente all’aumentare della concentrazione di una sostanza attraverso la quale la luce passa.
Rappresentazione schematica della legge della Birra.
Rappresentazione schematica della legge della Birra.
Legge di Lambert
L’intensità della luce trasmessa diminuisce esponenzialmente all’aumentare della distanza percorsa dalla luce attraverso una sostanza.
Rappresentazione schematica della legge di Lambert.
Rappresentazione schematica della legge di Lambert.
Secondo queste leggi, una quantità di una sostanza, cioè l’ossigeno, può essere determinata da quanta luce assorbe la sostanza.10
Spettri di assorbimento per emoglobina ossigenata e deossigenata. L’area A rappresenta le lunghezze d’onda della luce utilizzate dagli ossimetri cerebrali.
Spettri di assorbimento per emoglobina ossigenata e deossigenata. L’area A rappresenta le lunghezze d’onda della luce utilizzate dagli ossimetri cerebrali.
Rappresentazione schematica della Risoluzione spaziale.
Rappresentazione schematica della Risoluzione spaziale.
Gli ossimetri cerebrali utilizzano algoritmi matematici che comportano la sottrazione di valori ottenuti dagli emettitori vicini e lontani dal fotorivelatore per limitare la contaminazione da sangue extracranico e ottenere un rappresentante della lettura dei valori di ossigenazione cerebrale. Esistono numerosi dispositivi di ossimetria cerebrale disponibili in commercio per uso clinico. Esiste una variabilità tra dispositivi per quanto riguarda le misurazioni. La variabilità si verifica a causa di diverse lunghezze d’onda della luce emessa dalle sonde, diverse sorgenti luminose,4 e diversi algoritmi matematici utilizzati per ottenere valori di ossigenazione cerebrale.
I valori di ossimetria cerebrale derivano principalmente dal sangue venoso e, a differenza dei pulsossimetri, sono indipendenti dal flusso sanguigno pulsatile.12 Valori di ossimetria cerebrale riflettono un equilibrio tra il consumo di ossigeno e la consegna di ossigeno al cervello.
Interpretazione clinica delle misure di ossimetria cerebrale
I valori basali di ossimetria cerebrale devono essere ottenuti prima dell’induzione dell’anestesia. I valori normali vanno dal 60% all ‘ 80%; tuttavia, valori inferiori del 55-60% non sono considerati anormali in alcuni pazienti cardiaci.8
Un’adeguata ossigenazione cerebrale dipende da un adeguato flusso sanguigno cerebrale e dal contenuto di ossigeno. Fattori che influenzano uno di questi si tradurrà in una riduzione dell’ossigenazione cerebrale e una riduzione dei valori di ossimetria cerebrale. Variazioni anatomiche, ad esempio, un cerchio incompleto di Willis o una grave stenosi dell’arteria carotide possono creare errori nei valori di ossimetria cerebrale; pertanto, si raccomanda che l’ossimetria cerebrale venga eseguita bilateralmente. La tabella 1 riassume alcuni fattori che possono comportare una riduzione dei valori di ossigenazione cerebrale causati da alterazioni del flusso sanguigno o del contenuto di ossigeno.
Fattori che determinano una riduzione dei valori di ossigenazione cerebrale
| Flusso sanguigno cerebrale . | Tenore di ossigeno . |
|---|---|
| la gittata Cardiaca | la concentrazione di Emoglobina |
| stato Acido–base | saturazione dell’Emoglobina |
| Principali emorragia | funzione Polmonare |
| L’afflusso arterioso/venoso ostruzione del flusso | Ispirato la concentrazione di ossigeno |
| il flusso ematico Cerebrale . | Tenore di ossigeno . |
|---|---|
| la gittata Cardiaca | la concentrazione di Emoglobina |
| stato Acido–base | saturazione dell’Emoglobina |
| Principali emorragia | funzione Polmonare |
| L’afflusso arterioso/venoso ostruzione del flusso | Ispirato la concentrazione di ossigeno |
Fattori, con conseguente riduzione dell’ossigenazione cerebrale valori
| il flusso ematico Cerebrale . | Tenore di ossigeno . |
|---|---|
| la gittata Cardiaca | la concentrazione di Emoglobina |
| stato Acido–base | saturazione dell’Emoglobina |
| Principali emorragia | funzione Polmonare |
| L’afflusso arterioso/venoso ostruzione del flusso | Ispirato la concentrazione di ossigeno |
| il flusso ematico Cerebrale . | Tenore di ossigeno . |
|---|---|
| la gittata Cardiaca | la concentrazione di Emoglobina |
| stato Acido–base | saturazione dell’Emoglobina |
| Principali emorragia | funzione Polmonare |
| L’afflusso arterioso/venoso ostruzione del flusso | Ispirato la concentrazione di ossigeno |
Algoritmo di trattamento per la gestione della desaturazione cerebrale. Adattato dall’originale da Denault e colleghi.13
Algoritmo di trattamento per la gestione della desaturazione cerebrale. Adattato dall’originale da Denault e colleghi.13
Limitazioni nelle misurazioni ossimetriche cerebrali
Tutti i dispositivi di monitoraggio hanno limitazioni. Le limitazioni associate all’ossimetria cerebrale includono:
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Il sangue da una fonte extracranica può creare misurazioni erroneamente basse.4
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L’attrezzatura elettrochirurgica, cioè la diatermia, può influenzare l’accuratezza della misurazione.4
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Gli ossimetri cerebrali misurano solo l’ossigenazione cerebrale regionale. Grandi aree del cervello rimangono non monitorate.4
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Ossimetri cerebrali non sono in grado di identificare una causa per la desaturazione.14
Applicazioni cliniche
Sono state sollevate domande riguardo all’utilità clinica del monitoraggio dell’ossimetria cerebrale.1 Un numero crescente di studi sta dimostrando la capacità del monitoraggio dell’ossimetria cerebrale di rilevare episodi clinicamente silenti di ischemia cerebrale.1 Ossimetri cerebrali hanno il potenziale per essere una salvaguardia importante per la funzione cerebrale.1
Cardiochirurgia
I pazienti sottoposti a cardiochirurgia sono a rischio di eventi neurologici perioperatori avversi. Il monitoraggio dell’ossimetria cerebrale può essere utilizzato, riducendo potenzialmente l’incidenza di questi eventi devastanti.
Intervento di bypass coronarico
Sono stati condotti studi di ossimetria cerebrale in pazienti sottoposti a cardiochirurgia. Salter e colleghi15 hanno condotto uno studio su 265 pazienti sottoposti a chirurgia di bypass coronarico (CABG). I pazienti sono stati randomizzati a due gruppi. L’ossimetria cerebrale è stata utilizzata in entrambi i gruppi. Un gruppo ha ricevuto monitoraggio ossimetrico cerebrale e interventi per migliorare i valori ossimetrici cerebrali se sono diminuiti del 20% da una misurazione preoperatoria al basale. Il secondo gruppo era un gruppo di controllo. Lo studio ha trovato un’associazione tra desaturazione cerebrale e disfunzione cognitiva postoperatoria precoce. Tuttavia, lo studio non ha identificato un’associazione tra l’uso di un protocollo di intervento guidato dall’ossimetria cerebrale e una riduzione dell’incidenza della disfunzione cognitiva postoperatoria.15
La disfunzione cognitiva postoperatoria persistente dopo chirurgia cardiaca è controversa. Le meta-analisi16 hanno identificato che il declino cognitivo persistente non è così comune come si pensava in precedenza. Alcuni pazienti possono anche mostrare un miglioramento della funzione cognitiva dopo la chirurgia CABG.
Arresto circolatorio ipotermico profondo
Un certo numero di procedure chirurgiche cardiache vengono eseguite utilizzando il bypass cardiopolmonare (CPB). Alcune procedure complesse, tuttavia, richiedono una cessazione di tutto il flusso sanguigno. L’arresto circolatorio ipotermico profondo descrive la rapida riduzione della temperatura corporea del nucleo, seguita dalla cessazione del CPB. Il cervello è vulnerabile all’ischemia durante questo periodo. Il monitoraggio dell’ossimetria cerebrale può fornire un mezzo per monitorare e rilevare l’insorgenza di ischemia cerebrale.1 Tuttavia, non vi sono prove sufficienti sulla sensibilità del monitoraggio dell’ossimetria cerebrale durante l’ipotermia profonda (temperature <25°C).
Chirurgia vascolare
Endoarterectomia carotidea
L’endoarterectomia carotidea è associata a ictus postoperatorio. I dispositivi di monitoraggio sono comunemente usati per rilevare periodi di ischemia cerebrale. I dispositivi di monitoraggio comuni includono doppler transcranici, EEG e monitoraggio dei potenziali evocati somatosensoriali (SSEPs).
I doppler transcranici forniscono una misura indiretta del flusso sanguigno cerebrale misurando la velocità del sangue in un’arteria cerebrale. Le misurazioni sono ottenute attraverso finestre transcraniche. Le finestre transcraniche si trovano attraverso le parti più sottili del cranio—l’osso temporale, o dove l’osso è assente-l’orbita. Un quinto dei pazienti non ha una finestra transcranica e, di conseguenza, gli studi Doppler transcranici non possono essere utilizzati.1 Il monitoraggio SSEPs e EEG è influenzato da agenti anestetici e diatermia chirurgica.1 Monitoraggio ossimetria cerebrale può essere utilizzato come strumento per il rilevamento di ischemia cerebrale.
Una riduzione dei valori di ossimetria cerebrale > 12% rispetto a un valore preoperatorio basale è stata identificata come una soglia affidabile, sensibile e specifica per il rilevamento dell’ischemia cerebrale.1 Una riduzione dei valori di ossimetria cerebrale dopo il serraggio incrociato dell’arteria carotide interna può indicare la necessità di posizionare lo shunt durante la procedura. Moritz e colleghi17 hanno confrontato diverse modalità di monitoraggio per identificare l’ischemia cerebrale durante la chirurgia carotidea. I risultati hanno evidenziato una precisione simile per il rilevamento dell’insorgenza di ischemia con il monitoraggio Doppler transcranico e ossimetria cerebrale, la minima accuratezza è stata identificata per il monitoraggio SSEP.
Sindrome da iperperfusione endoarterectomia carotidea
La sindrome da iperperfusione endoarterectomia carotidea è causata da un aumento del flusso sanguigno cerebrale dopo la riparazione della stenosi carotidea. Si verifica a seguito di autoregolazione cerebrale compromessa. La sindrome è caratterizzata da cefalea, edema cerebrale, convulsioni, emorragia intracerebrale e morte.
Esiste una correlazione tra i valori di saturazione dell’ossigeno cerebrale e i cambiamenti nel flusso sanguigno cerebrale dopo il de-bloccaggio dell’arteria carotide interna.1 L’ossimetria cerebrale potrebbe essere utilizzata per identificare i pazienti a rischio di sindrome da iperperfusione cerebrale.18
Pediatria
I neonati nati prematuramente presentano una compromissione dell’autoregolazione cerebrale e sono a rischio di emorragia intraventricolare e leucomalacia periventricolare.9 Leucomalacia periventricolare viene solitamente diagnosticata mediante ecografia transcranica. Le aree di ischemia sono identificate nella sostanza bianca che circonda i ventricoli laterali. Nel momento in cui è stata fatta una diagnosi di leucomalacia periventricolare, si sono verificati danni neurologici permanenti come disturbi visivi e paralisi cerebrale. I cambiamenti nei valori di ossigeno cerebrale rilevati dagli ossimetri cerebrali forniscono una misura indiretta delle alterazioni del flusso sanguigno cerebrale. Il monitoraggio continuo dell’ossigenazione cerebrale può consentire la diagnosi precoce e la prevenzione della leucomalacia periventricolare e dell’emorragia intraventricolare.9
Usi aggiuntivi
Il monitoraggio dell’ossimetria cerebrale viene sempre più utilizzato per monitorare l’adeguatezza della perfusione di tessuti e organi quando viene posizionato su siti diversi dal cuoio capelluto.1 NIRS è in fase di studio come potenziale marker di perfusione per i tessuti epatici, renali e splancnici.1
Il NIRS è ulteriormente valutato come potenziale strumento di screening per la necessità di trasfusioni di sangue in pazienti traumatizzati a rischio di shock emorragico.1
Conclusione
L’ossimetria cerebrale è una metodologia di monitoraggio semplice e non invasiva che può migliorare l’esito del paziente in una varietà di situazioni cliniche diverse; le prove per il suo uso oltre la chirurgia cardiaca stanno emergendo continuamente. Questo articolo ha evidenziato alcuni dei ruoli e delle prove crescenti per l’ossimetria cerebrale nella pratica clinica, sono necessarie ulteriori ricerche per convalidare il monitoraggio dell’ossimetria cerebrale nel migliorare i risultati dei pazienti sia nei pazienti chirurgici cardiaci che non cardiaci.3
Dichiarazione di interesse
Nessuna dichiarazione.
MCQs
Gli MCQ associati (per supportare l’attività CME/CPD) sono accessibili a https://access.oxfordjournals.org dagli abbonati a BJA Education.
Podcast
Questo articolo ha un podcast associato a cui è possibile accedere a http://www.oxfordjournals.org/podcasts/bjaed_cerebral_oximetry.mp3.
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