Recommendations for the use of multimodal monitoring in the neurointensive care unit.

PURPOSE OF REVIEW: Multimodal monitoring (MMM) is routinely applied in neurointensive care. Unfortunately, there is no robust evidence on which MMM-derived physiologic variables are the most clinically relevant, how and when they should be monitored, and whether MMM impacts outcome. The complexity is even higher because once the data are continuously collected, interpretation and integration of these complex physiologic events into targeted individualized care is still embryonic. RECENT FINDINGS: Recent clinical investigation mainly focused on intracranial pressure, perfusion of the brain, and oxygen availability along with electrophysiology. Moreover, a series of articles reviewing the available evidence on all the MMM tools, giving practical recommendations for bedside MMM, has been published, along with other consensus documents on the role of neuromonitoring and electroencephalography in this setting. SUMMARY: MMM allows comprehensive exploration of the complex pathophysiology of acute brain damage and, depending on the different configuration of the pathological condition we are treating, the application of targeted individualized care. Unfortunately, we still lack robust evidence on how to better integrate MMM-derived information at the bedside to improve patient management. Advanced informatics is promising and may provide us a supportive tool to interpret physiologic events and guide pathophysiological-based therapeutic decisions.

Normobaric Hyperoxia is Associated with Increased Cerebral Excitotoxicity After Severe Traumatic Brain Injury.

BACKGROUND: Normobaric oxygen therapy is frequently applied in neurocritical care, however, whether supplemental FiO2 has beneficial cerebral effects is still controversial. We examined in patients with severe traumatic brain injury (TBI) the effect of incremental FiO2 on cerebral excitotoxicity, quantified by cerebral microdialysis (CMD) glutamate. METHODS: This was a retrospective analysis of a database of severe TBI patients monitored with CMD and brain tissue oxygen (PbtO2). The relationship of FiO2-categorized into four separate ranges (<40, 41-60, 61-80, and >80 %)-with CMD glutamate was examined using ANOVA with Tukey's post hoc test. RESULTS: A total of 1,130 CMD samples from 36 patients-monitored for a median of 4 days-were examined. After adjusting for brain (PbtO2, intracranial pressure, cerebral perfusion pressure, lactate/pyruvate ratio, Marshall CT score) and systemic (PaCO2, PaO2, hemoglobin, APACHE score) covariates, high FiO2 was associated with a progressive increase in CMD glutamate [8.8 (95 % confidence interval 7.4-10.2) µmol/L at FiO2 < 40 % vs. 12.8 (10.9-14.7) µmol/L at 41-60 % FiO2, 19.3 (15.6-23) µmol/L at 61-80 % FiO2, and 22.6 (16.7-28.5) µmol/L at FiO2 > 80 %; multivariate-adjusted p < 0.05]. The threshold of FiO2-related increase in CMD glutamate was lower for samples with normal versus low PbtO2 < 20 mmHg (FiO2 > 40 % vs. FiO2 > 60 %). Hyperoxia (PaO2 > 150 mmHg) was also associated with increased CMD glutamate (adjusted p < 0.001). CONCLUSIONS: Incremental normobaric FiO2 levels were associated with increased cerebral excitotoxicity in patients with severe TBI, independent from PbtO2 and other important cerebral and systemic determinants. These data suggest that supra-normal oxygen may aggravate secondary brain damage after severe TBI.

Implications of ischemic penumbra for the diagnosis of brain death

The data reviewed here suggest the possibility that a global reduction of blood supply to the whole brain or solely to the infratentorial structures down to the range of ischemic penumbra for several hours or a few days may lead to misdiagnosis of irreversible brain or brain stem damage in a subset of deeply comatose patients with cephalic areflexia. The following proposals are advanced: 1) the lack of any set of clinically detectable brain functions does not provide a safe diagnosis of brain or brain stem death; 2) apnea testing may induce irreversible brain damage and should be abandoned; 3) moderate hypothermia, antipyresis, prevention of arterial hypotension, and occasionally intra-arterial thrombolysis may contribute to good recovery of a possibly large subset of cases of brain injury currently regarded as irreversible; 4) confirmatory tests for brain death should not replace or delay the administration of potentially effective therapeutic measures; 5) in order to validate confirmatory tests, further research is needed to relate their results to specific levels of blood supply to the brain. The current criteria for the diagnosis of brain death should be revised.

Detection of acute cerebral hemorrhage in rabbits by magnetic induction

Acute cerebral hemorrhage (ACH) is an important clinical problem that is often monitored and studied with expensive devices such as computed tomography, magnetic resonance imaging, and positron emission tomography. These devices are not readily available in economically underdeveloped regions of the world, emergency departments, and emergency zones. We have developed a less expensive tool for non-contact monitoring of ACH. The system measures the magnetic induction phase shift (MIPS) between the electromagnetic signals on two coils. ACH was induced in 6 experimental rabbits and edema was induced in 4 control rabbits by stereotactic methods, and their intracranial pressure and heart rate were monitored for 1 h. Signals were continuously monitored for up to 1 h at an exciting frequency of 10.7 MHz. Autologous blood was administered to the experimental group, and saline to the control group (1 to 3 mL) by injection of 1-mL every 5 min. The results showed a significant increase in MIPS as a function of the injection volume, but the heart rate was stable. In the experimental (ACH) group, there was a statistically significant positive correlation of the intracranial pressure and MIPS. The change of MIPS was greater in the ACH group than in the control group. This high-sensitivity system could detect a 1-mL change in blood volume. The MIPS was significantly related to the intracranial pressure. This observation suggests that the method could be valuable for detecting early warning signs in emergency medicine and critical care units.

Cerebral edema and acute liver failure : pathophysiological mechanisms and new therapeutic approaches

L’encéphalopathie hépatique (EH) se développe chez les patients atteints d’une maladie du foie et se caractérise par de nombreuses anomalies neuropsychiatriques. L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par une perte progressive de l’état de conscience, par une augmentation rapide de l’œdème cérébral et une augmentation de la pression intracrânienne entraînant une herniation cérébrale et la mort. Plusieurs facteurs sont responsables du développement de l’EH mais depuis une centaine d’années, l’hyperammonémie qui peut atteindre des concentrations de l’ordre de plusieurs millimolaires chez les patients atteints d’IHA aux stades de coma est considérée comme un facteur crucial dans la pathogenèse de l’EH. La présente thèse comprend 4 articles suggérant l’implication de nouveaux mécanismes pathogéniques dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA et tente d’expliquer l’effet thérapeutique de l’hypothermie et de la minocycline dans la prévention de l’EH et de l’œdème cérébral: 1. L’IHA induite par dévascularisation hépatique chez le rat se caractérise par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (IL-6, IL-1, TNF-). Cette observation constitue la première évidence directe que des mécanismes neuro-inflammatoires jouent une rôle dans la pathogenèse de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA (Chapitre 2.1, articles 1 et 2). 2. L’activation de la microglie telle que mesurée par l’expression de marqueurs spécifiques (OX42, OX-6) coïncide avec le développement de l’encéphalopathie (stade coma) et de l’œdème cérébral et s’accompagne d’une production accrue de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (Chapitre 2.1, article 1 et 2). 3. Un stress oxydatif/nitrosatif causé par une augmentation de l’expression de l’oxyde nitrique synthétase et une augmentation de la synthèse d’oxyde nitrique cérébral participe à la pathogénèse des complications neurologiques de l’IHA (Chapitre 2.3, articles 3 et 4). 4. Des traitements anti-inflammatoires tels que l’hypothermie et la minocycline peuvent constituer de nouvelles approches thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA (Chapitre 2.1, article 1; Chapitre 2.2, article 2). 5. Les effets bénéfiques de l’hypothermie et de la minocycline sur les complications neurologiques de l’IHA expérimentale s’expliquent, en partie, par une diminution du stress oxydatif/nitrosatif (Chapitre 2.3, article 3; Chapitre 2.4, article 4).

Le rôle de l’inflammation dans le développement des complications neurologiques associées à l’insuffisance hépatique aiguë chez la souris

L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par la perte soudaine de la fonction hépatique résultant de la nécrose massive des hépatocytes en l’absence de pathologie hépatique préexistante. L’IHA s’accompagne de perturbations métaboliques et immunologiques qui peuvent entraîner l’apparition de complications périphériques et cérébrales telles qu’un syndrome de réponse inflammatoire systémique (SIRS), une encéphalopathie hépatique (EH), un œdème cérébral, une augmentation de la pression intracrânienne, et la mort par herniation du tronc cérébral. Les infections sont une complication fréquente de l’IHA et elles sont associées à un risque accru de développer un SIRS et une aggravation subséquente de l’EH avec un taux de mortalité augmenté. L’ammoniaque joue un rôle majeur dans les mécanismes physiopathologiques qui mènent au développement de l’EH et de l’œdème cérébral, et des études récentes suggèrent que les cytokines pro-inflammatoires sont également impliquées. Le but de cette thèse est d’étudier le rôle des cytokines pro-inflammatoires circulantes et cérébrales dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral lors d’IHA. Dans l’article 1, nous démontrons que l’inhibition périphérique du facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α) par l’etanercept retarde la progression de l’EH en diminuant le dommage hépatocellulaire, réduisant l’inflammation périphérique et centrale ainsi que le stress oxydatif/nitrosatif hépatique et cérébral associé chez la souris avec une IHA induite par l’azoxyméthane (AOM). Ces résultats démontrent un rôle important du TNF-α dans la physiopathologie de l’EH lors d’IHA d’origine toxique et suggèrent que l’etanercept pourrait constituer une approche thérapeutique dans la prise en charge des patients en attente de transplantation hépatique. Dans l’article 2, nous simulons la présence d’une infection chez la souris avec une IHA induite par l’AOM pour mettre en évidence une éventuelle augmentation de la réponse inflammatoire. Nous démontrons que l’endotoxémie induite par le lipopolysaccharide (LPS) précipite la survenue du coma et aggrave la pathologie hépatique. Les cytokines pro-inflammatoires systémiques et cérébrales sont augmentées de façon synergique par le LPS lors d’IHA et résultent en une activation accrue de la métalloprotéinase matricielle-9 cérébrale qui s’accompagne d’une extravasation d’immunoglobulines G (IgG) dans le parenchyme cérébral. Ces résultats démontrent une augmentation majeure de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) qui contribue à la pathogenèse de l’EH lors d’IHA en condition infectieuse. Les résultats de l’article 3 démontrent que l’augmentation de la perméabilité de la BHE lors d’IHA induite par l’AOM en condition non infectieuse ne résulte pas de l’altération de l’expression des protéines constitutives de la BHE. Dans l’article 4, nous démontrons que l’exposition d’astrocytes en culture à des concentrations physiopathologiques d’ammoniaque ou d’interleukine-1β résulte en l’altération de gènes astrocytaires impliqués dans la régulation du volume cellulaire et dans le stress oxydatif/nitrosatif. Un effet additif est observé dans le cas d’un traitement combiné au niveau des gènes astrocytaires impliqués dans le stress oxydatif/nitrosatif. L’ensemble des résultats de cette thèse démontre un rôle important de l’inflammation périphérique et cérébrale dans la survenue des complications neurologiques lors d’IHA et une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués pourrait contribuer à la mise en place de stratégies thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA en attente de transplantation.

Increased extracellular brain glutamate in acute liver failure: decreased uptake or increased release?

Glutamatergic dysfunction has been suggested to play an important role in the pathogenesis of hepatic encephalopathy (HE) in acute liver failure (ALF). Increased extracellular brain glutamate concentrations have consistently been described in different experimental animal models of ALF and in patients with increased intracranial pressure due to ALF. High brain ammonia levels remain the leading candidate in the pathogenesis of HE in ALF and studies have demonstrated a correlation between ammonia and increased concentrations of extracellular brain glutamate both clinically and in experimental animal models of ALE Inhibition of glutamate uptake or increased glutamate release from neurons and/or astrocytes could cause an increase in extracellular glutamate. This review analyses the effect of ammonia on glutamate release from (and uptake into) both neurons and astrocytes and how these pathophysiological mechanisms may be involved in the pathogenesis of HE in ALF.

Mild hypothermia in the prevention of brain edema in acute liver failure: mechanisms and clinical prospects.

Mild hypothermia (32 degrees C-35 degrees C) reduces intracranial pressure in patients with acute liver failure and may offer an effective adjunct therapy in the management of these patients. Studies in experimental animals suggest that this beneficial effect of hypothermia is the result of a decrease in blood-brain ammonia transfer resulting in improvement in brain energy metabolism and normalization of glutamatergic synaptic regulation. Improvement in brain energy metabolism by hypothermia may result from a reduction in ammonia-induced decrease of brain glucose (pyruvate) oxidation. Restoration of normal glutamatergic synaptic regulation by hypothermia may be the consequence of the removal of ammonia-induced decreases in expression of astrocytic glutamate transporters resulting in normal glutamate neurotransmitter inactivation in brain. Randomized controlled clinical trials of hypothermia are required to further evaluate its clinical impact.

Hypothermia in acute liver failure.

The development of encephalopathy in patients with acute liver injury defines the occurrence of liver failure. The encephalopathy of acute liver failure is characterized by brain edema which manifests clinically as increased intracranial pressure. Despite the best available medical therapies a significant proportion of patients with acute liver failure die due to brain herniation. The present review explores the experimental and clinical data to define the role of hypothermia as a treatment modality for increased intracranial pressure in patients with acute liver failure.

Brain edema in acute liver failure and chronic liver disease: Similarities and differences.

Hepatic encephalopathy (HE) is a complex neuropsychiatric syndrome that typically develops as a result of acute liver failure or chronic liver disease. Brain edema is a common feature associated with HE. In acute liver failure, brain edema contributes to an increase in intracranial pressure, which can fatally lead to brain stem herniation. In chronic liver disease, intracranial hypertension is rarely observed, even though brain edema may be present. This discrepancy in the development of intracranial hypertension in acute liver failure versus chronic liver disease suggests that brain edema plays a different role in relation to the onset of HE. Furthermore, the pathophysiological mechanisms involved in the development of brain edema in acute liver failure and chronic liver disease are dissimilar. This review explores the types of brain edema, the cells, and pathogenic factors involved in its development, while emphasizing the differences in acute liver failure versus chronic liver disease. The implications of brain edema developing as a neuropathological consequence of HE, or as a cause of HE, are also discussed.

Solución salina hipertónica para tratamiento del trauma craneoencefálico en niños: revisión sistemática de la literatura

Introducción La hipertensión endocraneana es la principal causa de morbimortalidad en trauma craneoencefálico. Objetivo Evaluar si el uso de la solución salina hipertónica en niños con trauma craneoencefálico moderado a severo disminuye la lesión secundaria. Materiales y métodos Revisión sistemática de la literatura donde se buscaron ensayos clínicos controlados y cohortes prospectivas. Se utilizó la escala de Jadad para la calificación de los estudios. 3 estudios cumplieron los criterios de inclusión. Resultados La solución salina hipertónica logró una disminución de la presión intracraneana (PIC) con aumento de la volemia y la presión de perfusión cerebral (PPC) más efectiva comparada con otros líquidos utilizados en reanimación como manitol y lactato ringer (p<0,01). Se encontró que estos pacientes tuvieron una menor estancia en UCIP y requirieron menos intervenciones para disminuir la PIC (p<0,04). Conclusiones La solución salina hipertónica como tratamiento de la hipertensión endocraneana secundaria a trauma craneoencefálico en niños ha mostrado beneficios importantes como aumento de la volemia y consecuentemente de la PPC, disminución de la respuesta inflamatoria, estancia en UCIP y la cantidad de intervenciones necesarias para disminuir la PIC. Se necesitan más ensayos clínicos aleatorizados controlados en niños que soporten su uso como primera línea en trauma craneoencefálico. Palabras clave: Solución hipertónica, trauma craneoencefálico, presión intracraneana, niños, lesión cerebral

Descripción del comportamiento basal y transoperatorio de los nivels de NIRS cerebral en pacientes con cardiopatias congenitas cianosantes sometidos a cirugia paliativa o correctiva y su correlación con las variables fisiologicas determinantes del flujo sanguineo cerebral

La lesión neurológica es un riesgo latente en pacientes sometidos a cirugía cardiaca, en cirugía para corrección de cardiopatías congénitas puede tener una incidencia tan alta como del 26%, por lo cual es necesario contar con herramientas cada vez más acertadas y que puedan ayudar a disminuir esta incidencia; la saturación regional cerebral medida por NIRS constituye una herramienta válida, que permite una evaluación continua y de forma no invasiva, que puede servir para este fin. El presente estudio pretende determinar una asociación entre los niveles de saturación regional de oxígeno cerebral en los pacientes con cardiopatías congénitas cianosantes y las variables fisiológicas determinantes del aporte de oxígeno, asumiendo una hipoxemia crónica para estos pacientes. Se realizó un estudio de correlación para estas variables, para lo cual se evaluaron de forma sistemática estas en pacientes sometidos a cirugía cardiaca en la Fundación Cardioinfantil Instituto de Cardiología, que cumplían con los criterios de inclusión, hasta completar una muestra de 31 pacientes, en los cuales no se realizó ninguna intervención, catalogándolo como riesgo menor que el mínimo, cumpliendo con los criterios de Helsinki.Se encontró una correlación significativa entre los valores de NIRS cerebral con los contenidos arteriales, capilares y venoso de oxígeno en el análisis bivariado, encontrándose para estos pacientes niveles más bajos de estos contenidos como también para el consumo de oxígeno, no se encontró asociación significativa con la saturación arterial ni venosa de oxígeno, parece existir una relación significativa entre los niveles más bajos de NIRS con el resultado neurológico, estos hallazgos sin embargo no fueron significativos en el análisis multivariado.

Soluciones hipertónicas en trauma craneoencefálico: revisión sistemática de la literatura

El traumatismo craneoencefálico, es la epidemia silenciosa de nuestra época, que genera gastos en salud, en países como Estados Unidos, cercanos a los 60 billones de dólares anuales, y cerca de 400 billones en rehabilitación de los discapacitados. El pilar del manejo médico del trauma craneoencefálico moderado o severo, es la osmoterapia, principalmente con sustancias como el manitol y las soluciones hipertónicas. Se realizó la revisión de 14 bases de datos, encontrando 4657754 artículos, quedando al final 40 artículos después de un análisis exhaustivo, que se relacionaban con el manejo de la hipertensión endocraneana y terapia osmótica. Resultados: Se compararon diferentes estudios, encontrando gran variabilidad estos, sin homogenización en los análisis estadísticos, y la poca rigurosidad no permitieron, la recolección de datos y la comparación entre los diferentes estudios, no permitió realizar el meta-análisis y por esto se decidió la realización de una revisión sistemática de la literatura. Se evidenció principalmente tres cosas: la primera es la poca rigurosidad con la que se realizan los estudios clínicos; la segunda, es que aún falta mucha más investigación principalmente, la presencia de estudios clínicos aleatorizados multicéntricos, que logren dar una sólida evidencia y que genere validez científica que se requiere, a pesar de la evidencia clara en la práctica clínica; la tercera es la seguridad para su uso, con poca presencia de complicaciones para las soluciones salinas hipertónicas.

Trauma craneoencefálico severo en la UCIP del Hospital de la Misericordia, 2010-2013

El Trauma Craneoencefálico (TCE) infantil constituye un motivo frecuente de consulta en Urgencias y supone la primera causa de muerte en niños, llegando a ser hasta del 50% en trauma severo. En Colombia se conocen cifras de TCE por algunos estudios descriptivos, pero no existen reportes en Bogotá ni específicamente en TCE severo. Objetivo: Caracterizar el trauma craneoencefálico severo pediátrico en la Unidad de Cuidado intensivo del Hospital de la Misericordia entre los años 2010 y 2013. Materiales y métodos: Un estudio descriptivo retrospectivo fue realizado en el Hospital de la Misericordia mediante revisión de las historias clínicas de los pacientes que ingresaron a la Unidad de Cuidado Intensivo pediátrico con diagnóstico de trauma craneoencefálico severo entre el año 2010 al 2013. Resultados: Se incluyeron 63 pacientes (71,4% hombres) con una edad mediana de 4 años (RIQ 2-8). La mayoría de los traumas fueron originados por caída o accidente de tránsito (79,4%). La principal lesión fue fractura de cráneo (79%). Casi la mitad de los pacientes sufrieron algún tipo de secuela neurológica al egreso (47,1%). La mayoría de los pacientes que murieron (19%) sufrieron choque hipovolémico (83,3%) y presentaron trauma asociado (66,7%). Conclusión: Las características y epidemiología del trauma craneoencefálico en nuestra población muestran claras similitudes con lo reportados en otras series de la literatura mundial y de Colombia, excepto por la mortalidad, que se esperaba más alta al estudiar solo pacientes con TCE severo.