NIRS, fNIRS y sus aplicaciones en Neurotrauma.

01/12/2023 at 04:12:51

Traumatismo Encefalocraneal y cuidados en Neurotrauma.

El traumatismo encefalocraneal (TEC) en una lesión que ocurre a nivel del cráneo, originada por una fuerza externa; muchas veces esta fuerza está ocasionada por un evento traumático como un accidente de tránsito, caídas de altura o golpes directos en la cabeza. En el ámbito clínico, suele clasificarse según el estado neurológico del paciente, utilizando la Escala del Coma de Glasgow (GCS, por sus siglas en inglés) en leve, moderado y severo.

El TEC leve suele tratarse como una entidad aparte, ya que su fisiopatología y hallazgos imagenológicos difieren en gran medida de las afectaciones encontradas en el TEC moderado y severo. Estas últimas dos clasificaciones, por lo general, implican lesiones estructurales a nivel cerebral que explican la afectación del estado neurológico, como las lesiones primarias y secundarias que pueden diagnosticarse mediante los estudios de neuroimagen rutinarios.

Muchas veces, las personas que sufren un TEC moderado o severo, deben recibir cuidados neurointensivos especializados, como cirugías cerebrales, ventilación mecánica y monitorización invasiva, requiriendo técnicas y equipos especiales. La neuroimagen es una herramienta crucial en el manejo de estos pacientes y son múltipes las tecnologías emergentes que ayudan a complementar la monitorización y el diagnostico en este campo de la medicina y las neurociencias.

NIRS y la detención de hemorragias intracraneales.

Las lesiones cerebrales traumáticas primarias son producto de un traumatismo craneal, ocurren en el momento del traumatismo y no pueden ser prevenidas por el personal de salud; estas pueden causar otras lesiones (secundarias) a nivel cerebral, como la isquemia o el edema.

Estas lesiones primarias comprenden la bóveda craneal y su contenido, pueden ser clasificadas de diversas formas (según su localización o sus características imagenológicas). Sin embargo, para simplificar, se pueden mencionar algunas como las fracturas y las hemorragias intracraneales.

Dentro de las hemorragias intracraneales postraumáticas, destacan los hematomas epidural, subdural e intracerebral. Muchas veces, estas lesiones comprometen la vida de las personas y constituyen verdaderas emergencias neuroquirúrgicas.

Son diversos los métodos diagnósticos para evaluar las lesiones cerebrales, pero es la tomografía computarizada simple (sin contraste) el estándar utilizado a nivel mundial para la evaluación inicial del TEC.

Existen otras tecnologías que permiten un diagnóstico rápido y sencillo, además de no invasivo, que evalúan la presencia de sangre en la bóveda intracraneal, como la espectroscopia infrarroja cercana (NIRS, Near Infrared Spectroscopy).

NIRS es una técnica mediante la cual puede medirse cuantitativamente la interacción entre la luz en el espectro infrarrojo cercano y la materia para proporcionar información sobre un cromóforo (molécula que absorbe ciertas longitudes de onda de luz visible y transmite o refleja otras en particular).

El estudio sobre la aplicación clínica de NIRS para traumatismo encefalicraneal (TEC) comenzó en la década de los noventas, con informes tempranos sobre la capacidad de detectar hematomas intracraneales. Estudios más recientes evalúan estas técnicas, así como la aplicación clínica de NIRS en la presión intracraneal y la medición de la oxigenación cerebral.

¿Cómo se detectan los hematomas mediante tecnología NIRS?

Los hematomas epidural y subdural se encuentran ubicados a nivel extraaxial (por fuera del parénquima cerebral) en la bóveda craneal, lo cual significa que su ubicación es subyacente al hueso del cráneo. Esto permite que los haces de luz infrarroja penetren el cráneo y detecten la presencia de la sangre (más de 3,5 cc de volumen) que está en la periferia del cerebro, a aproximadamente 2,5 cm de profundidad en el parénquima (o 3,5 cm desde la piel).

El método básico para la detección de hematomas intracraneales con NIRS se basa en la absorción de luz diferencial asociada con las partes lesionadas versus no lesionadas del cerebro.

Los dos cromóforos que absorben la mayoría del espectro de luz infrarroja cercana intracranealmente son la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina, en longitudes de onda cercanas a 700 a 900 nm. Usando detectores colocados apropiadamente en el cráneo, NIRS transcraneal pueden detectar la fuerza de absorción a través de diferentes áreas del cráneo.

Como la sangre extravascular absorbe más fuertemente la luz infrarroja cercana que la sangre intravascular, debido a la mayor proporción de hemoglobina en un hematoma que en el parénquima cerebral normal, NIRS puede usarse para la detección y localización de hematomas intracraneales.

Este método diagnóstico puede ser aplicado en situaciones donde la rápida detección de hematomas intracraneales sea necesaria para la toma de decisiones médicas, como en la atención primaria (servicios de ambulancia, rescate y atención de emergencias), en áreas rurales y de acceso remoto (donde no se cuente con métodos de neuroimagen cercanos), situaciones de combate (contexto militar), para el seguimiento de pacientes postoperados (la craniectomía facilita la lectura) y en la evaluación inicial del paciente politraumatizado con sospecha de lesión intracraneal.

Igualmente, puede ser aplicado en niños, quienes poseen una bóveda craneal menos gruesa y más pequeña, lo cual facilita la lectura del NIRS. En ellos se evitaría la exposición repetida a radiaciones implicada en la realización de tomografías seriadas, sobretodo en pequeños bajo vigilancia postoperatoria posterior a la evacuación de un hematoma cerebral.

fNIRS y su aplicación en la monitorización cerebral no invasiva.

En los pacientes con TEC moderado y severo, donde la presión intracraneal y el flujo sanguíneo cerebral tienen un papel protagónico en los mecanismos fisiopatológicos que explican el deterioro en el estado neurológico, la fNIRS (functional Near Infrared Spectroscopy) puede ser aplicada como método no invasivo de monitorización del metabolismo cerebral.

fNIRS es la aplicación de la tecnología NIRS para la neuroimagen funcional, donde la actividad cerebral se determina mediante el acoplamiento de la actividad neuronal a los cambios localizados en el flujo sanguíneo cerebral. Esto puede permitir una evaluación más portátil de la función cerebral en pacientes en condiciones críticas que no podrían someterse a una resonancia magnética funcional (fMRI, por sus siglas en inglés) o evitar medidas más invasivas, aunque el papel exacto de esta tecnología aún no está claro. Esta técnica permite realizar un mapeo de las áreas cerebrales que se activan en un momento determinado, detectando cambios en el metabolismo de la corteza cerebral que se relacionan con las funciones cerebrales.

UT-NIRS es una tecnología que permite el monitoreo continuo no invasivo del flujo sanguíneo cerebral, evitando potencialmente algunos de los factores de confusión ópticos de los NIRS tradicionales. Mediante la modulación local de la luz láser coherente con una onda de ultrasonido localizada de baja potencia (es decir, efecto acústico-óptico), se mide el efecto de los cambios Doppler en la señal, permitiendo la medición del flujo sanguíneo independientemente de la longitud de onda de luz específica y, por lo tanto, obteniendo la saturación de oxígeno.

Una tecnología emergente es el uso de NIRS para medir el metabolismo enzimático de los tejidos cerebrales. Se ha realizado un trabajo reciente en el uso de NIRS para detectar el estado de oxidación de la enzima citocromo-c-oxidasa, la cual es la enzima final en la cadena mitocondrial de transporte de electrones, la base del metabolismo oxidativo celular. NIRS puede detectar el estado de reducción de la enzima ya que su componente de cobre A (CuA) tiene absorción en el espectro infrarrojo cercano y cambia su absorción dependiendo según el estado de reducción. Por lo tanto, NIRS puede medir la utilización de oxígeno en el tejido cerebral a través de la citocromo-c-oxidasa.

Otra aplicación de fNIRS permite “leer las mentes” de personas que han sufrido lesiones cerebrales severas y que se encuentran en un estado de enclaustramiento o síndrome “locked-in”. Mediante el uso del escáner, se puede detectar la actividad cortical de estas personas al realizar preguntas simples (e imaginar la respuesta, sí o no) o al solicitar que imaginen realizar una actividad sencilla. Esta técnica, aunque aún en estudio, podría ayudar a diferenciar mejor los estados del coma del enclaustramiento y brindar información sobre la recuperación y el pronóstico de las personas con lesiones cerebrales severas.

El futuro de NIRS y su papel en el Neurotrauma y Neurointensivismo.

Por su naturaleza no invasiva y su capacidad teórica para medir los cambios en el flujo sanguíneo cerebral y la oxigenación, NIRS se ha estudiado como una alternativa a los dispositivos convencionales de neuromonitorización para determinar el grado de autorregulación cerebral en los procesos fisiopatológicos del TEC.

Dado que el manejo de la presión intracraneal actualmente sirve como la base de la atención del TEC moderado y severo, la mayoría de los estudios hasta la fecha han comparado las fluctuaciones de la PIC con los parámetros NIRS, para dilucidar si existe una correlación entre ambos. Desafortunadamente, los estudios recientes aún no han mostrado predicciones de resultados independientes de las medidas de NIRS.

Sin embargo, la utilidad del NIRS para la monitorización de los cambios que ocurren con el aumento de presión intracraneal y a nivel del flujo sanguíneo cerebral, mediante el estudio del metabolismo cerebral y sus fluctuaciones en procesos fisiopatológicos como el TEC moderado y severo, aún se encuentra en desarrollo.

Por los momentos, son necesarias medidas más invasivas como los sensores intracerebrales y la oximetría yugular; el NIRS juega un papel como herramienta diagnóstica adicional y complementaria para la evaluación de la microcirculación cerebral no invasiva en pacientes con presión intracraneal elevada.

El uso de tecnología NIRS aún no es rutinario, al menos no en el contexto latinoamericano (específicamente en Venezuela); sin embargo, representa una herramienta muy útil para el rápido diagnóstico de hemorragias intracerebrales, permitiendo la oportuna derivación del paciente hacia un centro de atención apropiado. Igualmente, reduciría los costos al evitar el uso desmedido de la tomografía computarizada en casos donde no se amerite realmente, descartando de entrada la presencia de hemorragias cerebrales. Asimismo, funcionaría como una herramienta de evaluación en la cabecera del paciente postoperado y bajo cuidados neurocríticos, evitando el uso de la tomografía seriada y su consecuente exposición a las radiaciones.

Mientras surgen mejores herramientas para su estudio, se comprende mejor el mecanismo fisiopatológico detrás de las lesiones cerebrales. Aún muchos procesos son un misterio para la ciencia moderna, y aunque tecnologías como el NIRS se han estudiado desde hace aproximadamente tres décadas, aún la neurociencia debe desentrañar su papel en la monitorización del metabolismo cerebral.

Existen múltiples posibilidades para el uso de la tecnología NIRS en el ámbito del neurotrauma y neurointensivismo, muchas ideas pueden surgir para realizar experimentos en esta población de pacientes, como correlacionar los cambios de la presión intracraneal inherentes al TEC moderado y severo con los hallazgos en la monitorización fNIRS, el uso de NIRS como herramienta adicional para evaluar los estados de conciencia, detección de hematomas intracraneales y monitorización fNIRS en personas en estado pre y postquirúrgico.

En un futuro no muy lejano, NIRS podría convertirse en una herramienta muy útil y en una parte valiosa y confiable de la neuromonitorización multimodal.

Para saber más sobre la tecnología NIRS, visita https://brainlatam.com/tv/nirs-.

Referencias:

1- Clinical application of near-infrared spectroscopy in patients with traumatic brain injury: a review of the progress of the field.

https://www.spiedigitallibrary.org/journals/Neurophotonics/volume-3/issue-3/031409/Clinical-application-of-near-infrared-spectroscopy-in-patients-with-traumatic/10.1117/1.NPh.3.3.031409.full?SSO=1

2- Near-Infrared Spectroscopy in the Monitoring of Adult Traumatic Brain Injury: A Review.

https://www.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/neu.2014.3748

3- Near Infrared Spectroscopy (NIRS) in Patients with Severe Brain Injury and Elevated Intracranial Pressure.

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-7091-6837-0_35

4- Exclusive: Brain scans used to read minds of intensive care patients.

https://www.newscientist.com/article/2235266-exclusive-brain-scans-used-to-read-minds-of-intensive-care-patients/