Bloeddrukregulatie bij intracraniële bloeding

Factoren die de oxygenatie van het brein beïnvloeden¹

1. Onder normale omstandigheden gaat 15% van de cardiac output (CO) in rust naar het brein (50-65 ml/100 gr breinweefsel). Dit is nodig voor een adequate cerebrale bloeddoorstroming (Cerebral Blood Flow = CBF). De CBF is afhankelijk van de volgende factoren:
   1. Hartpompfunctie (resulterend in goede CO) is belangrijk. Omdat per liter bloed slechts een bepaalde hoeveelheid zuurstof aanwezig is, dient er een voldoende aantal liters per minuut bloed te circuleren om voldoende zuurstof naar het brein te transporteren.
   2. De verdeling van bloedstroom naar het brein en de rest van het lichaam is afhankelijk van de verhouding tussen de vaatweerstanden van beide gebieden. De bloeddoorstroming van het brein kan opgehoogd worden door enerzijds vasodilatatie van cerebrale vaten en anderzijds door vasoconstrictie van de systemische bloedvaten.

                        i.         De cerebrale vaatweerstand reageert:

• Op neuronale breinactiviteit: hoe meer activiteit, hoe meer metabolisme, hoe meer flow nodig, des te lager is de cerebrale vaatweerstand
• Op pH veranderingen van het bloed via CO₂ transfer door de bloed-hersenbarrière. Hoe hoger de CO₂, hoe lager de pH, wat leidt tot een lagere cerebrale vaatweerstand. Bij hyperventilatie, een vroeger vaak toegepaste behandeling bij TBI, ontstaat er cerebrale vasoconstrictie, die secundair tot cerebrale ischemie kan leiden.
• Op bloeddrukschommelingen (deze regulatie staat bekend als autoregulatie), de autoregulatie kan de CBF van 50-65 ml/100 gr breinweefsel handhaven bij een gemiddelde bloeddruk (MAP) van 60 tot 140 mm Hg. Met andere woorden binnen een groot bereik van perfusiedrukken (MAP ? ICP, ICP = intracranial pressure) is de bloeddoorstroming van het brein constant. Binnen dit bereik van gemiddelde bloeddrukken, zorgt de autoregulatie voor gepaste CBF naar metabole behoefte van het brein.
• Op zuurstofspanning in hersenweefsel (PbrO₂). De normale PbrO2 is 4.7 tot 5.3 kPa. Vasodilatatie van cerebrale vaten treedt op wanneer de PbrO2 daalt onder 4 kPa.

1. Zuurstoftransport naar het brein wordt beïnvloed door:²

                        i.         Hemoglobine gehalte (Hb).

                       ii.         PaO₂ en Hb saturatie.

                     iii.         Utilisatie coëfficiënt. Het percentage bloed dat zuurstof afgeeft aan het hersenweefsel.

• Dit neemt toe bij acidose en PCO₁ stijging. Het effect van Bohr: rechtsverschuiving van de Hb-zuurstofdissociatiecurve. Bijvoorbeeld bij respiratoire en metabole acidose. En neemt af bij hyperventilatie met de daarbij behorende hypocapnie en respiratoire alkalose.
• Neemt ook toe bij het stijgen van bloedtemperatuur en toename van 2,3-bifosfoglyceraat (BPG). BPG wordt gevormd bij de ?alternative pathway? van de glycolyse (de Rapoport-Luebering-Cyclus), bijvoorbeeld bij hypoxie, hyperthyreoïdie en anemie, lichamelijke inspanning.
• Neemt toe bij afname van de bloedstroom snelheid, dus bij afname van CBF. Hierbij spelen CO, cerebrale vaatweerstand, en ?low shear rate? (LSR) viscositeit van het bloed (=viscositeit bij lage bloedstroomsnelheden inde weefselvaten) een belangrijke rol. LSR is wordt voornamelijk bepaald door aanwezigheid erytrocyten en andere cellen in het bloed.

                      iv.         De gedachte is dat bloedverdunning (=hemodilutie, zoals vaak gebeurt in een Intensive care door ?vullen) leidt tot lagere Hb en hematocriet. Het gevolg is dat de hoeveelheid zuurstofmoleculen per ml bloed is afgenomen. Maar door de verdunning is ook de LSR viscositeit afgenomen waardoor het bloed ?makkelijker? stroomt. Dit faciliteert het hart om de CO te verhogen ter compensatie van de bloedverdunning. Met als gevolg netto beter zuurstoftransport ondanks het lager Hb-gehalte. Dit gaat helaas niet op indien er tegelijkertijd een (al dan niet neurogeen veroorzaakte) hartpompfalen bestaat.

Hersenschade en bloeddruk

Er zijn drie belangrijke cardiovasculaire gevolgen van schedelhersenletsel (Traumatic Brain Injury =TBI) en van subarachnoidale bloeding (SAB):

1. Ischemische reactie van het centrale zenuwstelsel (CZS) van het type ?CUSHING?.³
2. Invloed van pijn en stress op de bloeddrukregulatie.⁴
3. Dysfunctie van de autoregulatie.³
4. Post-catecholamines storm (massale intracardiale catecholamines secretie) met catecholamines geïnduceerde myocard dysfunctie, ritmestoornissen, en serum hart-enzym stijging.⁵

De eerste drie onderwerpen worden in deze presentatie behandeld. Het derde onderwerp wordt separaat behandeld in een andere presentatie van Venticare 2014 (Djo Hasan: ?Neurogeen hartfalen bij SAB?).

Ischemische reactie van het centrale zenuwstelsel (CZS) van het type ?CUSHING?.³

1. Acute en ernstige intracraniële druk (ICP) verhoging kan leiden tot zodanige afname van CBF dat cerebrale ischemie ontstaat. De vasoconstrictie en cardio-accelerator neuronen in de vaso-motore centra (in de pons en medulla oblongata) worden onmiddellijk geactiveerd. Hierdoor nemen cardiac output (CO) en systemische vaatweerstand toe waardoor hypertensie met hoge CO ontstaat. Door de hypertensie, worden baroreceptoren in de aortaboog geactiveerd. Dit leidt tot activatie van de nervus Vagus en reactieve bradycardie.
2. Er bestaat een zeer hoog serum catecholamines-gehalte vanuit de bijnieren en hoge intracardiale weefselcatecholamines door secretie uit de ortho-sympathische zenuwuiteinden in het hart. Dit leidt tot neurogeen hartfalen, zie presentatie van Venticare 2014 van Djo Hasan: ?Neurogeen hartfalen bij SAB?.
3. Indien de CBF door deze maatregelen hersteld is, dan ontstaat er een nieuw evenwicht. Maar als de ICP heel hoog is kan dit leiden tot extreem hoge bloeddrukken. De bloeddruk kan zo hoog zijn dat er een zodanige afterload in het linker ventrikel ontstaat dat de hartpompfunctie niet toereikend is.
4. Door de hypertensie, worden baroreceptoren in de aortaboog geactiveerd. Dit leidt tot activatie van nervus Vagus en reactieve bradycardie.

Pijn^3,4

1. Er is bij acute ICP verhoging reeds sprake van overmatige activiteit van het ortho-sympathisch systeem.
2. Pijn, vooral hoofdpijn, geeft extra activatie van het ortho-sympathisch systeem.
3. Als neveneffect kan deze extreme stresssituatie leiden tot bijnierinsufficiëntie.⁶

Dysfunctie van de autoregulatie³

1. Autoregulatiedysfunctie ontstaat bij ischemie en traumatische schade van het brein.
2. Dat betekent dat CBF afhankelijk is van de perfusiedruk van het brein. Onder een bepaalde waarde van perfusiedruk (bijvoorbeeld 50 mm HG) ontstaat er ischemie en daarboven (bijvoorbeeld 80 mm Hg) ontstaat hersenoedeem.

De behandeling

De behandeling van een dergelijke situatie is niet altijd even simpel. Domweg de hypertensie behandelen met ACE-remmers, vasodilatatoren zoals nitroprusside is geen optie. Indien de bloeddruk door deze behandeling daalt, treedt onmiddellijk cerebrale ischemie op en dit leidt tot verdere hersenschade.

In eerste instantie is de behandeling er op gericht de cerebrale oxygenatie te verbeteren en de oorzaak van de hoge ICP te verwijderen.

1. 1.     Algemene goede medische behandeling waarbij de ?normale? CO en de bloeddruk gehandhaafd worden, pijn epileptische insulten, koorts (ook de oorzaken ervan) bestreden worden, en adequate voeding gegeven wordt.
   1. Adequate pijnbestrijding

                        i.         Vaak wordt pijnbehandeling ?vergeten? bij TBI.

                       ii.         Pijn geeft een extra release van cathecholamines en verhoogt (onnodig) te bloeddruk.⁴

                     iii.         Derhalve is adequate pijnbestrijding van zeer groot belang bij TBI.

1. Eventuele bijnierinsufficiëntie, epileptische insulten, infectie en koorts dienen op tijd opgespoord en behandeld te worden.
2. Adequate voeding is essentieel bij TBI en SAB.
3. In geval van SAB, met name als er sprake is van vaatspasme, wordt de ?triple-H? therapie toegepast: Hypertensie, hypervolume en hemodilutie.^7,8

                        i.         De gedachte is dat:

• De kunstmatige hypertensie de perfusiedruk van de cerebrale vaten zou verhogen;
• De hypervolemie de CO zou verhogen;
• En de hemodilutie zou de cerebrale doorstroming verbeteren door lage viscositeit.

                       ii.         In de praktijk zijn de resultaten van deze behandeling fors tegengevallen.

• De hypertensie geeft een hogere kans op cerebrale hemorragische infarcten.
• 20 tot 30% van SAB-patiënten hebben neurogeen bepaalde wandbewegingsstoornissen van het hart met daarbij horend hartpompfunctiefalen.^5,9 Het verhogen van de bloeddruk en hypervolemie bij deze groep kan leiden tot een op astma cardiale lijkend acuut hartfalen met laag CO en longoedeem met hypoxie.
• Tevens kan het falend hart de benodigde CO toename bij hemodilutie niet opbrengen, waardoor hemodilutie niet gevolgd wordt door CBF toename en tot zuurstof tekort leidt.⁹

1. In geval van TBI dient de bloeddruk en oxygenatie te allen tijde normaal gehouden worden.^10,11

                        i.         Eenmalige tensiedaling en/of bloed saturatie daling kan tot een veel slechtere prognose leiden.¹⁰

                       ii.         Verhogen van de bloeddruk is slechts tot zekere hoogte een optie: een perfusiedruk van >50 mm Hg is aanbevolen, maar het effect ervan op de uitkomst is niet bevestigd. Verhoging van de CPP is bovendien niet gemakkelijk realiseerbaar, daar dit bijna altijd gevolgd wordt door ICP verhoging.

1. 2.     Indien mogelijk, dient de boosdoener zo snel mogelijk weggehaald worden.
   1. In geval van verhoogde liquordruk door hydrocefalus is dit relatief eenvoudig door het inbrengen van een liquordrain.
   2. In geval van een gelokaliseerd cerebraal hematoom, ook bij aneurysmatische SAB, dient men te overwegen om dit hematoom te verwijderen.^12,13,14,15
   3. In geval van massaal subarachnoïdaal gelokaliseerd bloed bij aneurysmatische SAB is dit niet mogelijk.
   4. Bij traumatisch hersenoedeem is het verlagen van ICP niet zo eenvoudig:

                        i.         Kunstmatige hypocapnie kan de ICP verlagen ten koste van vasoconstrictie in de cerebrale vaten van het gezonde deel van het brein, waar de autoregulatie intact is en dus niet van het zieke deel waar de autoregulatie disfunctioneert.¹⁶ Daarnaast ontstaat er door de hogere bloed pH een linksverschuiving van de Hb-zuurstofdissociatiecurve dat leidt tot cerebrale ischemie vooral van het gezonde deel van de hersenen.

                       ii.         Corticosteroïden zoals dexamethason, methylprednisolon, etc. hebben geen effect bij TBI.¹⁷

                     iii.         Mannitol kan tijdelijk de ICP verlagen, met gevaar voor hypovolemie en nierfunctiestoornis. De ?Brain Trauma foundation? beveelt deze therapie niet standaard aan, alleen in geval van dreigende transtentoriële herniatie of progressieve neurologische achteruitgang door hersenoedeem.¹⁸

                      iv.         Barbituraten coma wordt door de ?Brain Trauma Foundation? alleen aanbevolen bij hemodynamisch stabiele TBI-patiënten, waarbij er nog een redelijke prognose te verwachten is van het hersenletsel zelf en bij patiënten waarvan de ICP niet reageert op chirurgische ingrepen of Mannitol.¹⁹

                       v.         De resultaten van ICP verlagende maatregelen zijn in het algemeen ?matig? te noemen.

1. 3.     Immuunsysteem²⁰
   1. Microgliacellen spelen een belangrijke rol in het immuunsysteem van het CZS. Microgliacellen zijn monocyten en macrofagen die gestationeerd zijn in het CZS.
   2. Er zijn, simplistisch gezegd, twee typen macrofagen: Type M1 is pro-inflammatoir en geeft weefselschade; Type M2 is anti-inflammatoir en heeft  naast anti-inflammatoire eigenschappen ook een belangrijke rol bij de regeneratie van beschadigd weefsel.
   3. Fase na hersentrauma:²⁰

                        i.         1-2 dagen na de ictus: Fors verhoogde pro-inflammatoire mediatoren, ten teken van hoge activiteit van M1 macrofagen. Zeer hoog catecholamines gehalte zou hierbij een belangrijke rol spelen.

                       ii.         3-21 dagen na de ictus: afnemende M1 activiteit en toenemende M2 activiteit, waarbij weefselinflammatie geleidelijk afneemt.

                     iii.         Vanaf 21 dagen na de ictus: overwegend M2 activiteit met regeneratie van beschadigd weefsel.

1. Zoals eerder is genoemd hebben corticosteroïden zoals dexamethason een modulerend effect op inflammatie maar ze hebben geen effect bij TBI, waarschijnlijk omdat de anti-inflammatoire werking van dexamethason pas na dagen tot weken effect heeft.¹⁷
2. 4.     Aanvullende behandelmethoden
   1. Milde hypothermie geeft verlaging van ICP. Een goed uitgevoerde gerandomiseerde trial is (nog) niet gepubliceerd.²¹
   2. Catecholaminesantagonisten (zoals bètablokkers) zouden wel een effect kunnen hebben op de M1 activiteit en zouden gunstig kunnen zijn bij TBI.

                        i.         Vanaf 2007 zijn er publicaties over de behandeling van TBI met bètablokkers. Er is nog geen goed uitgevoerde gerandomiseerde studie hierover gepubliceerd. Maar het ziet er veelbelovend uit.²²

                       ii.         Volgens een cohortstudie uit 2014 bij 2647 patiënten, blijkt dat de mortaliteit van TBI van patiënten die propranolol kregen gereduceerd is.²³

                     iii.         De gedachte is dat d.m.v. bètablokkers de orthosympatische overactiviteit wordt geremd.²¹

• Hiermee hoopt men secundaire hartschade (aritmie, wandbeweginsstoornissen, hartpompfunctiefalen, zie separate lezing over hartfalen bij SAB) te voorkomen.

1. Statines hebben onder andere een potentieel een anti-inflammatoir effect. Er zijn eerste observaties gepubliceerd waarbij statines een gunstig effect zouden hebben op TBI. Echter, effectiviteitsonderzoek bij statines is nog niet gepubliceerd. ²⁴
2. Behandeling met Magnesium is niet effectief gebleken.^25,26

Literatuur

1. Guyton AC, Hall JE. Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism. Chapter 61. In: Guyton AC, Hall JE (eds). Textbook of medical physiology (Eleventh edition). Philadelphia, Elsevier 2006: pp 761-768
2. Guyton AC, Hall JE. Transport of oxygen and carbon dioxide in blood and tissue fluids. Chapter 40. In: Guyton AC, Hall JE (eds). Textbook of medical physiology (Eleventh edition). Philadelphia, Elsevier 2006: pp 502-513
3. Guyton AC, Hall JE. Nervous regulation of the circulation, and rapid control of arterial pressure. Chapter 18. In: Guyton AC, Hall JE (eds). Textbook of medical physiology (Eleventh edition). Philadelphia, Elsevier 2006: pp 204-215
4. Goldstein DS. Adrenal responses to stress. Cell Moll Neurobiol 2010
5. Van der Bilt I, Hasan D, van den Brink R, Cramer MJ, van der Jagt M, van Kooten F, Meertens J, van den Berg M, Groen R, Ten Cate F, Kamp O, Götte M, Horn J, Groeneveld J, Vandertop P, Algra A, Visser F, Wilde A, Rinkel G; SEASAH (Serial Echocardiography After Subarachnoid Hemorrhage) Investigators. Cardiac dysfunction after aneurysmal subarachnoid hemorrhage: Relationship with outcome. Neurology 2014;82:351-358
6. Morris JA Jr, Norris PR, Waitman LR, Ozdas A, Guillamondegui OD, Jenkins JM. Adrenal insufficiency, heart rate variability, and complex biologic systems: a study of 1,871 critically ill trauma patients. J Am Coll Surg 2007;204:885-892
7. Hasan D. Triple-H therapy in aneurysmal subarachnoid haemorrhage (Editorial). Neth J Crit Care 2008;12:208-209
8. Hasan D, Van der Bilt IAC. Treat, but meanwhile do not harm. Neurogenic myocardial dysfunction and pulmonary oedema (Editorial). Neth J Crit Care 2009;13:175-177
9. Van der Bilt IA, Hasan D, Vandertop WP, Wilde AA, Algra A, Visser FC, Rinkel GJ. Impact of cardiac complications on outcome after aneurysmal subarachnoid hemorrhage: a meta-analysis. Neurology 2009;72:635-642
10. Brain Trauma Foundation; American Association of Neurological Surgeons; Congress of Neurological Surgeons; Joint Section on Neurotrauma and Critical Care, AANS/CNS, Bratton SL, Chestnut RM, Ghajar J, McConnell Hammond FF, Harris OA, Hartl R, Manley GT, Nemecek A, Newell DW, Rosenthal G, Schouten J, Shutter L, Timmons SD, Ullman JS, Videtta W, Wilberger JE, Wright DW. Guidelines for the management of severe traumatic brain injury. I. Blood pressure and oxygenation. J Neurotrauma 2007;24 Suppl 1:S7-13
11. Badjatia N, Carney N, Crocco TJ, Fallat ME, Hennes HM, Jagoda AS, Jernigan S, Letarte PB, Lerner EB, Moriarty TM, Pons PT, Sasser S, Scalea T, Schleien CL, Wright DW; Brain Trauma Foundation; BTF Center for Guidelines Management. Guidelines for prehospital management of traumatic brain injury 2nd edition. Prehosp Emerg Care 2008;12 Suppl 1:S1-52
12. Bullock MR, Chesnut R, Ghajar J, Gordon D, Hartl R, Newell DW, Servadei F, Walters BC, Wilberger JE; Surgical Management of Traumatic Brain Injury Author Group. Surgical management of acute epidural hematomas. Neurosurgery 2006;58(3 Suppl):S7-15
13. Bullock MR, Chesnut R, Ghajar J, Gordon D, Hartl R, Newell DW, Servadei F, Walters BC, Wilberger JE; Surgical Management of Traumatic Brain Injury Author Group. Surgical management of acute subdural hematomas. Neurosurgery 2006;58(3 Suppl):S16-24
14. Bullock MR, Chesnut R, Ghajar J, Gordon D, Hartl R, Newell DW, Servadei F, Walters BC, Wilberger J; Surgical Management of Traumatic Brain Injury Author Group. Surgical management of traumatic parenchymal lesions. Neurosurgery 2006;58(3 Suppl):S25-46
15. Bullock MR, Chesnut R, Ghajar J, Gordon D, Hartl R, Newell DW, Servadei F, Walters BC, Wilberger J; Surgical Management of Traumatic Brain Injury Author Group. Surgical management of posterior fossa mass lesions. Neurosurgery 2006;58(3 Suppl):S47-55
16. Brain Trauma Foundation; American Association of Neurological Surgeons; Congress of Neurological Surgeons; Joint Section on Neurotrauma and Critical Care, AANS/CNS, Bratton SL, Chestnut RM, Ghajar J, McConnell Hammond FF, Harris OA, Hartl R, Manley GT, Nemecek A, Newell DW, Rosenthal G, Schouten J, Shutter L, Timmons SD, Ullman JS, Videtta W, Wilberger JE, Wright DW. Guidelines for the management of severe traumatic brain injury. XIV. Hyperventilation. J Neurotrauma 2007;24 Suppl 1:S87-90
17. Brain Trauma Foundation; American Association of Neurological Surgeons; Congress of Neurological Surgeons; Joint Section on Neurotrauma and Critical Care, AANS/CNS, Bratton SL, Chestnut RM, Ghajar J, McConnell Hammond FF, Harris OA, Hartl R, Manley GT, Nemecek A, Newell DW, Rosenthal G, Schouten J, Shutter L, Timmons SD, Ullman JS, Videtta W, Wilberger JE, Wright DW. Guidelines for the management of severe traumatic brain injury. XV. Steroids. J Neurotrauma 2007;24 Suppl 1:S91-95
18. Brain Trauma Foundation; American Association of Neurological Surgeons; Congress of Neurological Surgeons; Joint Section on Neurotrauma and Critical Care, AANS/CNS, Bratton SL, Chestnut RM, Ghajar J, McConnell Hammond FF, Harris OA, Hartl R, Manley GT, Nemecek A, Newell DW, Rosenthal G, Schouten J, Shutter L, Timmons SD, Ullman JS, Videtta W, Wilberger JE, Wright DW. Guidelines for the management of severe traumatic brain injury. II. Hyperosmolar therapy. J Neurotrauma 2007;24 Suppl 1:S14-20
19. The Brain Trauma Foundation. The American Association of Neurological Surgeons. The Joint Section on Neurotrauma and Critical Care. Use of barbiturates in the control of intracranial hypertension. J Neurotrauma 2000;17(6-7):527-30
20. Loane DJ, Byrnes KR. Role of microglia in neurotrauma. Neurotherapeutics. 2010;7:366-77
21. Georgiou AP, Manara AR. Role of therapeutic hypothermia in improving outcome after traumatic brain injury: a systematic review. Br J Anaesth 2013;110:357-367
22. Tran TY, Dunne IE, German JW. Beta blockers exposure and traumatic brain injury: a literature review. Neurosurg Focus 2008;25:1-6
23. Schroeppel TJ, Sharpe JP, Magnotti LJ, Weinberg JA, Clement LP, Croce MA, Fabian TC. Traumatic brain injury and ?-blockers: not all drugs are created equal. J Trauma Acute Care Surg 2014 Feb;76(2):504-509
24. Jansen JO, Lord JM, Thickett DR, Midwinter MJ, McAuley DF, Gao F. Clinical review: Statins and trauma – a systematic review. Crit Care. 2013 May 29;17(3):227-236
25. Arango MF, Bainbridge D. Magnesium for acute traumatic brain injury. Cochrane Database Syst Rev 2008;4
26. Temkin NR, Anderson GD, Winn HR, Ellenbogen RG, Britz GW, Schuster J, Lucas T, Newell DW, Mansfield PN, Machamer JE, Barber J, Dikmen SS. Magnesium sulfate for neuroprotection after traumatic brain injury: a randomised controlled trial. Lancet Neurol 2007;6:29-38