FISIOLOGIA Y METABOLISMO CEREBRAL Dra. Zoraide Denisse Garcia Viera. Residente anestesiologia
Objetivo
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Explicar brevemente de manera grafica los afluentes circulatorios y los drenajes liquidos del cerebro sano.
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Estructura rígida no distensible Continente: tejido cerebral cerebral (86%), sangre (4%) y líquido cefalorraquídeo cefalorraquíd eo (10%). La interacción de estos 3 componentes dentro del cráneo ejerce una presión que se denomina presión intracraneal (PIC). PIC en un adulto sano es de 10 mm Hg y no debe ser mayor de 15 mm Hg.
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Constituye 2% del peso corporal, pero es el elemento con mayor volumen intracraneal (86%) Contiene 75% de agua y está formado por neuronas y glia.
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Son aproximadamente 10000 millones Función: regular toda la actividad sensorial, motora y neurovegetativa del organismo, a través de la generación, conducción y transmisión de impulsos eléctricos.
Señal aferente
Señal eferente
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Es el conjunto de neuronas del SNC sostenidas por algunas variedades de células no excitables. Cuatro tipos principales de células neurogliales: astrocitos, oligodendrocitos, microglia y el epéndimo.
Objetivo
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Explicar el sistema de aporte y consumo de oxigeno – energetico de un cerebro sano
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Es un convertidor de energía y un importante consumidor de energía. Utilizada una cuarta parte de la glucosa consumida por el organismo. Conservador de energía: controlado por la actividad de las células.
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FUNDAMENTALMENTE: Los requerimientos energéticos del SNC provienen, casi exclusivamente, de la glucogenolisis del glucógeno almacenado en el hígado y el músculo.
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el tejido cerebral necesita grandes cantidades de energía para su funcionamiento normal. Esta energía le permite regular las múltiples conexiones sinápticas, los canales iónicos voltaje-dependientes y agonistas dependientes, así como la síntesis, transportación, almacenamiento y liberación de diversas sustancias
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Los requerimientos de energía del SNC son importantes. Sin embargo sus depósitos de sustratos generadores de energía (glucógeno, glucosa, oxígeno) son pequeños Por tanto el funcionamiento normal del SNC depende del equilibrio entre el aporte y la demanda de sustratos energéticos, así como de la adecuada eliminación de los productos de deshecho originados por su metabolismo
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La principal fuente de energía del SNC es la hidrólisis de moléculas de ATP. A su vez, el mecanismo más importante para la producción de ATP en el SNC es el metabolismo de la glucosa.
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Transportada por un mecanismo de difusión facilitada desde la sangre hacia el SNC, el cual es competitivo y saturable. En reposo, el cerebro extrae aproximadamente alrededor de 10% de la glucosa transportada por la sangre.
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El metabolismo de la glucosa se realiza mediante dos fases:
1. Fase anaeróbica (citoplasma), que lleva a la producción de ácido pirúvico y ácido láctico 2.Fase aeróbica (mitocondrial) que caracteriza el metabolismo del ácido pirúvico a través del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y de la cadena respiratoria
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La via principal para metabolizar la glucosa en el humano es la GLUCOLISIS.
METABOLISMO DE LA GLUCOSA 1. Fase anaeróbica citoplasma (Glicolisis anaeróbica) Glucosa ’Piruvato’Lactato = 2 ATP 2. Fase aeróbica en las mitocondrias (Glicolisis aeróbica) GLucosa’ Ac. Pirúvico = 36 ATP
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Se ha encontrado actividad Glucosa 6 FDH en astrocitos. El cerebro usa el 20% de la glucosa total metabolizada principalmente a través de la glucólisis acoplada al ciclo de los Ácidos Tricarboxilicos (ATC) y al ciclo de las pentosas.
o Vía ATC: genera energía o Ciclo de las pentosas: genera sustratos escenciales Ribosa
5 fosfato NADPH
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La glucosa es el principal precursor de piruvato mitocondrial Durante el ayuno prolongado y el desarrollo temprano el Lactato, los cuerpos cetónicos y la glutamina pueden ser usados como precursores de Piruvato. El complejo Piruvato deshidrogenasa cataliza la conversión de piruvato a Acetil CoA (irreversible y anaerobio)
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La glucosa que viene del glucógeno hepático o cerebral no satisface los requerimientos energéticos, por tanto, otros sustratos pueden sustituir a la glucosa= LACTATO.
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Es mas un sustrato neuronal
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Reduce la toxicidad por glutamato
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Su protección de atribuye a su habilidad para satisfacer la demanda incrementada de energía por las neuronas expuestas a altas concentraciones de glutamato.
Via Oxidativa Lactato DH lactato
PIRUVATO
MITOCONDRIA ACETIL CoA
SE OBTIENEN 34 ATP
SE INCORPORA AL CICLO DEL ATC
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Otra vía diferente a la oxidativa para utilizar Lactato es la síntesis de Ácidos Grasos.
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El tejido cerebral metaboliza activamente Acetato in vivo. Es metabolizado por el ATC. El punto principal de entrada del acetato es su conversión a Acetil CoA el cual entra al ATC por condensación con OAA para formar citrato Finalmente el Acetato es metabolizado a Glutamina Puede ser incorporado en los procesos de oxidación y lipogénesis. El acetato es mejor sustrato oxidativo que la glucosa y es mas activo e importante en Astrocitos tipo I que en neuronas
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3 Hidroxibutirato y Acetoacetato Pueden reemplazar a la glucosa como el mejor recurso energético del cerebro en situaciones como inanición y el desarrollo.
En desnutricion cronica: pasa a ser el soporte principal del metabolismo oxidativo cerebral. Una vez dentro de la celula cerebral los CC tienen dos destinos: La oxidación y la sintesis de ácidos grasos y colesterol.
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Los CC pueden actuar como factores de protección contra la apoptosis. El cerebro no puede tolerar la hipoglucemia; un aporte adicional de glucosa es necesario
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El tejido cerebral es obligadamente aerobio, no cuenta con depósitos de O2 y sus altos requerimientos metabólicos consumen de 40 a 70 ml de O2/minuto (3 a 5 ml de O2/100 g/min) y 5 mg/100 g/ minuto de glucosa. Afortunadamente bajo condiciones normales, existe un margen de seguridad puesto que el transporte de oxígeno es considerablemente mayor que la demanda.
DEMANDA DE OXIGENO: 3 a 5 ml por 100 g de tejido cerebral por minuto (40 a 70 ml por minuto) •
TRANSPORTE DE OXIGENO 20 ml por 100 ml de sangre 50 ml de sangre por 100 g de tejido cerebral por minuto (15 a 20% del gasto cardiaco) •
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Cualquier disminución en el transporte (no asociado con una disminución en la demanda) puede ser compensada, por lo menos inicialmente, con un aumento en la cantidad de oxígeno extraído de la sangre. Este mecanismo compensatorio temporal preserva el metabolismo aeróbico y las funciones del SNC.
QUE OCURRE CON LAS DEMANDAS DE O2 EN SITUACIONES DE EMERGENCIA: •
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En hipoxia cerebral, las demandas energéticas están aumentadas, existen reacciones de emergencia para suplir las necesidades de energía. Se puede producir ATP a partir de dos moléculas de ADP, mediante una reacción en la que participa la enzima adenilciclasa. Es posible obtener energía a partir de la fosfocreatina (PCr), que puede considerarse en cierta forma como un depósito de ATP
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Estos mecanismos de emergencia para obtener energía con moléculas de ATP, se pueden representar como sigue: ADENILCICLASA ADP + ADP = ATP + AMP CREATINQUINASA PCr + ADP + H+ ATP + Cr
¿Qué Ocurre si disminuye la Concentración de ATP? •
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Se produce un aumento de las concentraciones de ADP y fosfato lo que estimula a las mitocondrias a producir más ATP para restaurar el potencial de fosfatos (PF) y de esta manera mantener la CEC. La CEC junto con la producción anaeróbica (ciclo de Embden-Meyerhof) puede mantener al cerebro sin daño hasta cinco minutos si se suspende completamente el flujo cerebral
Objetivo
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Explicar los mecanismos de autorregulacion de la presion perfusion cerebral en el adulto sano, varacion con la edad y enfermedad vascular cronica.
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El SNC ha desarrollado un sistema de regulación rápido y preciso del FSC, por el cual incrementos repentinos en la demanda metabólica pueden ser rápidamente cubiertos mediante un aumento del FSC y con ello aportar un mayor substrato metabólico
AUTORREGULACIÓN del FSC •
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El mecanismo que mantiene constante el FSC entre un nivel de presión arterial media (PAM) de 50 a 150 mg Hg. La autorregulación del FSC asegura el suministro metabólico continuo al SNC en estados de hipotensión, hipertensión, PIC elevada, etc. La autorregulación depende de la capacidad de las arteriolas cerebrales para modificar su calibre en respuesta a los cambios de la PAM.
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El principal suministro al cerebro está constituido por la circulación anterior, que comprende las dos arterias carótidas y sus divisiones.
El flujo arterial por vías colaterales es el mecanismo principal en la compensación del FSC durante la isquemia.
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El FSC es por lo tanto, grande, recibe casi el 20% del gasto cardiaco, aunque sólo representa el 4% del volumen intracraneal. Valores del flujo sanguíneo cerebral (FSC) EDAD ml/100 g/min Niños prematuros 30 a 40 Lactantes y preescolares 60 a 100 Adultos 50 Ancianos (80 años) 25
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En condiciones normales, el FSC está determinado por la relación entre la presión de perfusión cerebral y la resistencia vascular cerebral. la PPC es resultado de la diferencia entre la presión arterial media (PAM) y la presión intracraneana (PIC)
teoría metabólica teoría miogénica
Se han emitido varias teorías tratando de explicar los posibles mecanismos que permiten la auto-rregula auto-rregulación ción del FSC.
teoría neurógena
el FSC es susceptible de presentar modificaciones con los cambios en la PaO2, PaCO2, PAM y la temperatura corporal.
Objetivo
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Explicar los efectos de los anestesicos inhalados sobre el flujo sanguineo cerebral y la presion intracraneana en el adulto sano.
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Los agentes anestésicos, pueden afectar de manera dosis-dependiente la fisiología cerebral y producir un desacoplamiento entre la tasa metabólica cerebral y el FSC, o influir a través de cambios significativos en la autorregulación del FSC
Oxido nitroso •
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Vasodilatacion cerebral: FSC CMRO2 : igual o disminuye Aumento PIC No se recomienda su uso en neuroanestesia.
HALOTANO
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Vasodilatacion cerebral intensa Disminucion de CMRO2. Con CAM menor de 0.6 no hay alteraciones significativas.
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Aumento de FSC de un 150% con CAM a 1.1 Aumento de la PIC. Produce mayor alteracion en neuroanestesia, sin embargo puede ser seguro a concentraciones menores de 0.6 CAM
ENFLURANO •
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CAM menor a 0.6 no alteraciones significativas CAM de 1.1: –
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FSC aumenta 40% CMRO2 disminuye un 35% hasta 50% Aumenta la PIC (por aumento de FSC y LCR)
NO utiizarse en neuroanestesia
Isoflurano •
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Vasodilatacion cerebral en menor grado. No alteracion del FSC con CAM entre 0.6-1.1, a 1.6 CAM aumenta el doble. CMRO2 disminuye de un 20-30% Niveles de ATP y pCr se mantienen constante. Aumento de la PIC (2° a aumento de FSC) No aumento de LCR Agente de eleccion en neuroanestesia
Desflurano •
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Perfil neurofarmacologico muy similar al isoflurano. Produce minia liberacion de floruro inorganico, no forma compuesto A. Estudios adicionales.
Sevoflurano
Objetivo
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Explicar los efectos de la temperatura corporal (hipotermia – hipertermia), los inductores anestesicos y los opioides en el metabolismo cerebral del adulto sano.
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La hipotermia disminuye el ritmo de todas las reacciones bioquímicas del organismo. En el SNC estas reacciones mantienen la función neuronal, la integridad de la célula así como la capacidad de síntesis, depósito y liberación de neurotransmisores.
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Por cada grado centígrado (°C) de disminución de la temperatura corporal, el consumo metabólico de O2 cerebral disminuye aproximadamente un 7%. Como resultado, el SNC consume menos energía, tiene que convertir menos sustratos metabólicos y puede, de esta manera, ser más tolerante con una disminución en el suministro
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Durante la hipertermia el SNC tiene un margen más estrecho de tolerancia. Inicialmente los efectos de la hipertermia sobre el cerebro parecen ser los opuestos a los producidos por la hipotermia. El metabolismo cerebral aumenta cuando la temperatura sube entre 40 y 42°C, el consumo metabólico de oxígeno cerebral (CMRO2) se incrementa un 50% por cada °C y la captación de oxígeno disminuye a temperaturas próximas a 43°C.
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Las alteraciones cardiovasculares (arritmias) son evidentes alrededor de los 42°C. En ausencia de disfunción cardiovascular significativa, un incremento de la temperatura (de 42°C o mayor) produce daño neuronal directamente al inactivar las proteínas enzimáticas en el SNC.
Inductores FSC
CMRO2
PIC
Neuroanestesia
Barbituricos
disminuye
disminuye
disminuye
util
Etomidato
disminuye
disminuye
disminuye
Util (similar a bbt)
Propofol
26-50%
18-36%
32%
Benzodiazepinas disminuye
disminuye
Igual o menor
Ketamina
incremento
elevacion
incremento
util No util.
Opioides •
Los analgésicos opioides no modifican el trazo de ninguna modalidad de los potenciales evocados. En general se acepta que los analgésicos opioides son agentes muy útiles en neuroanestesiología. La elección del agente se basa en consideraciones farmacocinéticas Se acepta en general que los agentes de bloqueo neuromuscular no tienen acceso al SNC y por lo tanto, no influyen sobre la fisiología cerebral.
Objetivo
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Explicar cuales son los metodos de medicion del metabolismo cerebral en un perioperatorio.
Tecnicas de medicion del FSC •
Tecnica de marcacion y medicion residual.
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Técnicas embólicas.
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Técnicas autorradiográficas.
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Tomografía por emisión de positrones.
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Ultrasonografía Doppler transcraneal.
TÉCNICAS DE MEDICIÓN DEL METABOLISMO CEREBRAL •
Diferencia del contenido arteriovenoso
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Técnica de la desoxiglucosa.
