Efectos de la anestesia con propofol en la relación entre presión

Efectos de la anestesia con propofol en la relación entre presión arterial y frecuencia cardiaca:
comparación entre pacientes hipertensos y no hipertensos.
Guadalupe Dorantes Méndez
Politecnico di Milano
INTRODUCCIÓN
El baroreflejo (BR) arterial constituye un sistema de control a corto plazo de gran importancia en el
mantenimiento de la estabilidad cardiovascular (CV). La evaluación de la ganancia del BR se realiza
a través de técnicas bien establecidas y es considerada una herramienta importante en la práctica
clínica en la evaluación del control autónomo del sistema CV en sujetos enfermos y sanos [1]. Esta
evaluación contribuye a entender la hemodinámica de los efectos secundarios de los anestésicos,
causados por acción directa en el corazón y en la vasculatura periférica o por alteraciones en la
regulación CV. Sin embargo, a pesar de la importancia de entender los mecanismos fisiológicos y su
valor clínico, la cuantificación de los efectos de los anestésicos en el control CV durante la anestesia
general no está completamente establecida.
La respuesta del BR durante la anestesia con propofol ha sido analizada por varios autores, quienes
han reportado que los mecanismos simpáticos y vagales permiten una frecuencia cardiaca (FC) baja
a pesar de una presión arterial (PA) baja. Estos resultados fueron interpretados como un reset o ajuste
del BR sin que se haya demostrado la alteración en el sistema BR.
En contraste, otras investigaciones han reportado una inhibición de la actividad nerviosa simpática
en la periferia y una disminución de la sensibilidad del BR durante la anestesia con propofol.
Sin embargo, estos estudios fueron realizados en voluntarios sanos o durante cirugías menores y en
la mayoría de estos trabajos el BR fue evaluado a través de métodos basados en lazo abierto, donde
el intervalo RR se considera la salida y la PA se considera la entrada al modelo. Por lo tanto,
solamente fueron considerados los efectos de la PA sobre el RR y los efectos del RR sobre la PA no
fueron tomados en cuenta.
En el sistema de circulación una contribución importante en la variabilidad CV son los efectos
causales del intervalo RR hacia la presión sistólica (PS), dichos efectos han sido detectados en
sujetos sanos y se han definido como feedforward (FF). La influencia directa del intervalo RR sobre
la PS está relacionada con una perturbación mecánica y no con el control autónomo, es decir,
cambios de la PA ocasionados por modificaciones del RR dependen de 2 mecanismos: ley de
Starling (un RR aumentado ocasiona un incremento en el volumen diastólico final del ventrículo
izquierdo y un mayor volumen de eyección) y diastolic runoff (un mayor RR ocasiona un mayor
decaimiento de la presión diastólica (PD), por lo tanto, una menor PS, manteniendo las otras
variables constantes como el volumen de eyección).
La coherencia es una herramienta clásica utilizada para cuantificar el acoplamiento lineal entre PS y
RR. Sin embargo, este análisis no es confiable si la PS interactúa fuertemente con el intervalo RR
en un lazo cerrado. Algunos modelos que toman en cuenta la causalidad han demostrado que
proporcionan información adicional en el control cardiovascular.
En este trabajo el baroreflejo fue evaluado por medio de métodos basados en lazos abiertos y
cerrados. El objetivo es cuantificar las interacciones entre RR y PA en pacientes con anestesia
general durante cirugías mayores, en particular durante la inducción de la anestesia con propofol y
evaluar los posibles efectos del propofol en el control autónomo de la PA.
MÉTODO
A) Adquisición de datos
Se adquirieron datos de 17 pacientes hipertensos (H) y no hipertensos (NH) que fueron sometidos a
cirugías mayores con ventilación mecánica. Los pacientes fueron clasificados de acuerdo a la
Sociedad Americana de Anestesiólogos (ASA) con calificación 2 y 3. La anestesia general fue
inducida a través de bolos de propofol (2mg/kg) y mantenida por anestesia total intravenosa (TIVA,
6-8 mg /(kg hr)).
Los datos fueron adquiridos utilizando un software desarrollado en Labview 2009©, a través del cual
se pueden adquirir, interpretar y visualizar los datos. Todos los dispositivos desempeñan una
conversión A/D interna y transmiten los datos (interfaz RS232) muestreados a frecuencias
heterogéneas.
La PA fue adquirida de forma invasiva por medio de un catéter arterial situado en la arteria braquial
a través de GE S/5 Avance Carestation © con frecuencia de muestreo de 100 Hz. Las cirugías se
realizaron en el Hospital Universidad Tor Vergata en Roma, Italia. El estudio fue aprobado por el
comité local de ética y los pacientes dieron su consentimiento informado por escrito para participar.
B) Pre-procesamiento y análisis espectral de datos.
Se seleccionaron señales de PA libres de artefactos antes y después de la administración del bolo de
propofol para inducir la anestesia general. Se analizaron tres épocas: 1) control, periodo previo a la
inducción, cuando el paciente está consciente; 2) sedación, el periodo inmediato después de la
inyección del anestésico; 3) post-intubación, el periodo después de la intubación y simultáneo al
inicio de la ventilación mecánica.
Se obtuvieron las series de tiempo de PS, PD, presión arterial media (PM) y presión de pulso (PP). El
periodo cardiaco se evaluó como el intervalo de tiempo entre 2 inicios consecutivos de la PD y fue
utilizado como sustituto del intervalo RR y en el futuro se refiere al periodo cardiaco como RR.
Todas las series de tiempo fueron pre-procesadas con un filtro adaptable para remover artefactos y
latidos ectópicos. Se aplico una prueba de estacionaridad (Dickey-Fuller test) con la finalidad de
seleccionar series de tiempo de 2 minutos para cada variable de PA y RR para cada época. Se
eliminó la tendencia de las series de tiempo y se remuestrearon a 1 Hz, para generar series de tiempo
con media cero y aplicar el análisis espectral. El espectro de potencia se calculó a través de un
modelo autoregresivo (AR) para obtener la potencia en alta frecuencia (HF, 0.15 < f < 0.4 Hz) y baja
frecuencia (LF, 0.04 < f < 0.15 Hz). El orden del modelo AR fue determinado por el criterio de
Akaike en el rango entre 8 y 12.
C) Índices de la sensibilidad del BR.
La sensibilidad del BR se evaluó a través de un análisis espectral y además se analizó la relación
causal de la PS hacia el RR (mecanismo de retroalimentación FB Feedback) y del RR hacia la PS
(mecanismo FF) a través del algoritmo de causalidad de Granger y un modelo de lazo cerrado, como
se describe a continuación.
El BR se estimó a través del siguiente análisis espectral:
I. La raíz cuadrada de la razón del espectro de potencia entre RR y PS en las bandas LF y HF,
siempre que la coherencia entre las dos señales fuera mayor de 0.5. Estos índices fueron
nombrados α LFy α HF.
II. Función de transferencia (FT), determinada por el espectro cruzado entre PS y RR dividido por
el auto espectro de la PS. Se estimó la ganancia promedio de la FT entre PS y RR en las bandas
de LF y HF con alta coherencia (≥0.5).
III. La sensibilidad del BR se calculó a través de un modelo bivariado considerando la relación
causal de PS hacia RR (mecanismo FB) y del RR hacia la PS (mecanismo FF). La relación
PS→RR representa el BR cardiaco y la relación RR→PS representa la influencia directa del RR
sobre la PS, es decir, la sensibilidad del acoplamiento mecánico de lazo cerrado entre RR y PS.
Se evaluó un modelo bivariado AR de orden p=8, como muestra la siguiente ecuación:
p
Y n   Ak Y n  k   W n
k 1
donde
 a k  a12 k 
 W n 
 HPn 
Ak    11
, Yn  
, Wn   HP 


 ABPn
a21 k  a22 k 
W ABP n
(1)
(2)
Los coeficientes bivariados se utilizaron para analizar simultáneamente las ganancias y fases
para las funciones de transferencia que se muestran a continuación:
GPSRR  f  
A12  f 
1 A11  f 
GRRPS  f  
A21  f 
1 A22  f 
(3)
p
donde
Aij  f    aij k e  j 2fk
(4)
k 1
La ganancia y fase se calcularon considerando los valores máximos de coherencia entre las
señales de RR y PS en las bandas LF y HF [2].
D) Prueba de causalidad de Granger.
Una serie de tiempo u={u(i), i=1,..,N} causa en el sentido Granger a la serie de tiempo
y={y(i), i=1,..,N} (u→y), donde N es el tamaño de la serie de tiempo, si la predicción del
valor actual de y basado en valores pasados de u y y es mejor significativamente que la
predicción basada solo en valores pasados de y. En este caso, los valores pasados de u
contienen información útil para predecir y(i+1) que no se encuentra en los valores pasados de
y.
Asumiendo que las variables u y y son estocásticas y estacionarias, la causalidad de Granger
se puede implementar a través del F-test. En el cual un modelo AR de y más una entrada
exógena u (ARX), se compara con el modelo AR solo de y y se estima la media del error
cuadrado de predicción (MSPE). La hipótesis nula es que el modelo ARX no disminuye el
MSPE con respecto al modelo AR y se prueba utilizando una prueba estadística con
distribución F [4].
Se realizó un análisis de variancia de una vía (ANOVA) para muestras repetidas y una
comparación post-hoc para verificar diferencias significativas entre épocas. Se compararon
pacientes hipertensos y no hipertensos utilizando una prueba T-test para cada época. Se
consideraron diferencias significativas para un valor de p <0.05.
RESULTADOS
La FC no presentó diferencias significativas durante las 3 épocas en ningún grupo de pacientes y no
se presentaron diferencias significativas de FC entre grupos.
El valor medio de PS en pacientes H y NH disminuyó significativamente después de la inducción
del anestésico y de la intubación en comparación con los valores de control. La PD disminuyo
significativamente después de la intubación en ambos grupos, y fue significativamente menor solo
en pacientes NH después de la inducción de la anestesia.
No se encontraron diferencias significativas de PS y PD en la etapa de control entre pacientes H y
NH, pero en la etapa de post-intubación los pacientes H presentaron valores de PS y PD
significativamente menores que los pacientes NH.
Las oscilaciones del espectro de potencia del RR y PS disminuyeron significativamente en las
etapas de sedación y post-intubación con respecto a la etapa de control. El efecto de la ventilación
mecánica se ve reflejado en la etapa de post-intubación con una fuerte componente en el espectro de
potencia del RR y PA aproximadamente en 0.2 Hz. (fig1). Por esta razón la componente de HF no
fue estimada en la etapa de post-intubación.
El espectro de potencia del RR, PS y PD en la banda LF disminuyó significativamente en las etapas
de sedación y post-intubación comparadas con la etapa de control en los 2 grupos de pacientes. La
potencia espectral en LF de la PS en pacientes H fue significativamente mayor que en pacientes NH
en la etapa de control. La potencia total del RR disminuyó significativamente después de la
inducción del propofol y post-intubación para los dos grupos de pacientes. No se encontraron
diferencias significativas de potencia total entre grupos en las diferentes épocas.
La potencia total de PS y PD en pacientes H fue significativamente menor durante la sedación
comparada con la época de control y la potencia total de PS fue significativamente menor en
pacientes NH que en pacientes H en la etapa de post-intubación.
La prueba de causalidad de Granger fue superada por los 2 grupos de pacientes y para los 2
mecanismos feedback (PS→RR) y feedforward (RR→PS) en cada etapa.
Los valores de ganancia del BR en la banda LF estimados con la FT, con el método espectral y con
el modelo bivariado (PS→RR) fueron significativamente menores en los pacientes H que en
pacientes NH.
Solo se encontraron diferencias significativas de la sensibilidad del BR en pacientes NH: α LF y la
ganancia del modelo bivariado (PS→RR) fueron significativamente menores en la banda LF en las
épocas de sedación y post-intubación.
La ganancia de la sensibilidad del BR en la banda HF se excluyó del análisis estadístico debido al
fuerte componente de la ventilación mecánica en esas frecuencias.
Sedación
70
140 80
120 70
60
100 60
100 60
80
80
1000
5
0.2
Hz
0.4
140
120
100
80
20 40 60 80 100 120
tiempo(s)
1000
10 150
500
0
20 40 60 80 100 120
tiempo(s)
160
90
140 80
120 70
80
20 40 60 80 100 120
tiempo(s)
PSD RR(ms2)
160
90
70
15
100
50
10 500
5
50
0
0.2
Hz
0.4
PS(mmHg)
160
90
Post Intubación
30
0
0.2
Hz
PSD PS(mmHg2)
FC(bpm)
Control
0.4
Fig.1 Panel superior: Frecuencia cardiaca (FC) y presión sistólica (PS), durante las etapas de control, sedación y post-intubación.
Panel inferior: Potencia espectral del RR y PS. La línea en color azul y el eje izquierdo corresponden al intervalo RR y la línea en
rojo y el eje derecho corresponden a la PS.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
El efecto de la inducción del propofol fue la vasodilatación como se esperaba, los valores medios de
la PA disminuyeron significativamente.
La gran disminución de la PA asociada con valores reducidos de la sensibilidad del BR en pacientes
H puede estar relacionada con una salida simpática alterada hacía la vasculatura en pacientes H.
La disminución de la potencia espectral del intervalo RR a pesar de que no se encontraron cambios
en el valor medio del RR puede ser debido al contrapeso entre la reducción de la salida simpática y
el efecto cronotrópico positivo del receptor GABA ocasionado por el propofol.
La tendencia decreciente de la potencia en LF de la PA refleja la disminución de la salida simpática
[3].
La prueba de causalidad de Granger prueba que el control autónomo permaneció activo y que se
mantuvo la relación causal entre RR y PA.
La disminución de la sensibilidad del BR en la banda LF durante la sedación y post-intubación
sugiere que la respuesta del BR y el control autónomo fueron ajustados para controlar la FC a
valores bajos de PA durante la fase preparatoria de la intervención quirúrgica.
Bibliografia
1. Parati G, Di Rienzo M, Mancia G. “Dynamic modulation of baroreflex sensitivity in health and disease.” Ann N Y
Acad Sci. 2001 Jun. 940:469-87.
2. Barbieri R, Parati G, Saul JP. “Closed- versus open-loop assessment of heart rate baroreflex”. IEEE Eng Med Biol.,
2001 Apr. 20: 33–42.
3. Sellgren J, Ejnell H, Elam M, Pontén J, Wallin BG. “Sympathetic muscle nerve activity, peripheral blood flows, and
baroreceptor reflexes in humans during propofol anesthesia and surgery”. Anesthesiology. 1994 Mar. 80(3):534-44.
4. Dorantes Méndez G, Aletti F, Toschi N, Dauri M, Signori MG, Cerruti S, Ferrario M, “Effects of propofol
anesthesia induction on the relationship between arterial blood pressure and heart rate” Proc. of the 34th IEEE
EMBS Conference, San Diego, California USA, 2012.