El edema cerebral, asociado a diferentes enfermedades del Sistema Nervioso Central, es uno de los elementos importantes a considerar en los mecanismos de daño cerebral y por ende de la disminución drástica de la calidad de vida y el riesgo de mortalidad de estas enfermedades. Es importante en estos casos la medición de su magnitud con el fin de adoptar conductas terapéuticas adecuadas. La Bioimpedancia Eléctrica ofrece estas facilidades al ser sensible para de una forma no invasiva, rápida, repetitiva e itinerante realizar la determinación de la distribución del agua. El estudio realizado consistió en el examen de la impedancia cerebral en 31 individuos sanos, a fin de establecer la técnica de medición, evaluar la factibilidad del método y la sensibilidad del equipo, comparando los resultados con lo reportado por otros estudios realizados internacionalmente.
Estudio de bioimpedancia cerebral en individuos sanos. Estudio preliminar
Lena Pérez Font (1), Miriam Marañón Cardonne (1), Noel Pérez García (1), José Castillo Bonne (1), Antonio J. Sosa Montano (1), Alcibiades Lara Lafargue (1,2), Ana I. Núñez Bouron (3), Ana Román Montoya (3), Ricardo Morales Larramendi (3)
1. Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado.
2. Departamento de Física. Universidad de Oriente.
3. Hospital Provincial “Saturnino Lora”
Resumen:
El edema cerebral, asociado a diferentes enfermedades del Sistema Nervioso Central, es uno de los elementos importantes a considerar en los mecanismos de daño cerebral y por ende de la disminución drástica de la calidad de vida y el riesgo de mortalidad de estas enfermedades. Es importante en estos casos la medición de su magnitud con el fin de adoptar conductas terapéuticas adecuadas. La Bioimpedancia Eléctrica ofrece estas facilidades al ser sensible para de una forma no invasiva, rápida, repetitiva e itinerante realizar la determinación de la distribución del agua. El estudio realizado consistió en el examen de la impedancia cerebral en 31 individuos sanos, a fin de establecer la técnica de medición, evaluar la factibilidad del método y la sensibilidad del equipo, comparando los resultados con lo reportado por otros estudios realizados internacionalmente.
Para la medición de bioimpedancia se utilizó el Analizador de Bioimpedancia BioScan, los electrodos receptores se colocaron bajo la línea del foramen mágnum y los inyectores sobre los párpados cerrados, se garantizó previamente la limpieza de la piel. Se tomaron dos lecturas, la inicial al comenzar la medición y una segunda luego de 2 minutos de la primera lectura. Se realizó previamente la medición de un phantom (modelo eléctrico) diseñado para comprobar la calidad de las mediciones. Las variables bioeléctricas principales fueron procesadas estadísticamente y comparadas con los estudios previos. Como resultado se pudo corroborar que el equipo BioScan es suficientemente sensible como para medir cambios en la resistencia, no siendo así con la reactancia, los resultados son comparables con los de los estudios utilizados como referencia y no se reportó ninguna reacción adversa, por lo que se recomienda el estudio de pacientes con patologías asociadas.
Palabras clave: bioimpedancia cerebral, edema cerebral,
Introducción
En nuestros días las enfermedades cerebrovasculares (ECV) se han convertido en la tercera causa de muerte en varios países del mundo y entre ellos Cuba (1).La comunidad científica ha mostrado gran interés en la búsqueda de nuevos métodos que permitan un diagnóstico precoz en pacientes con afecciones de este tipo. La Bioimpedancia Eléctrica parece reunir las condiciones para cumplir con este objetivo, es este un método muy usado en la medición de composición corporal, incluyendo distribución de líquidos, con gran eficacia debido a que es un método rápido, portátil, no invasivo (2), e imperceptible para el paciente, pues la corriente que se inyecta al tejido no alcanza niveles tales que estimule tejidos excitables como el cardíaco o el nervioso lo que permite su uso en pacientes con diferentes afecciones e incluso en infantes y neonatos (3). La bioimpedancia en esencia cuantifica el grado de oposición del organismo, un segmento del mismo o un tejido específico (según sea el objeto y la técnica de medición) al paso de la corriente eléctrica, de ahí que sea posible detectar cambios en la distribución de líquido, contenido de electrolitos e integridad del tejido.
Dados estos estamentos, se reportan experiencias de su uso exitoso en la evaluación de la composición cerebral, específicamente, para la detección de edema cerebral. En esta situación, donde un incremento del contenido de agua del tejido, de magnitud suficiente para provocar síntomas clínicos, puede ser detectado a través de la técnica descrita, dada la naturaleza conductora del líquido. Ello facilitaría un diagnóstico más rápido y efectivo, con el consiguiente tratamiento de la enfermedad.
El método de bioimpedancia se basa en la inyección de una corriente eléctrica alterna de baja intensidad, y la evaluación de la tensión eléctrica resultante; como consecuencia de las diferencias en la capacidad de conducción eléctrica de los tejidos en dependencia de su composición. Los tejidos tienen la propiedad de comportarse semejante a un circuito eléctrico de parámetros concentrados donde las membranas celulares actúan como un capacitor y los fluidos extra e intracelulares actúan como resistores, la oposición al flujo de la corriente eléctrica a través del fluido celular se comporta como una resistencia (R). Las membranas, con la capacidad que se le asocia, aportan la reactancia (XC), responsable del desplazamiento de fase de la señal de salida respecto a la de entrada y del comportamiento del tejido ante estímulos de diferente frecuencia (6)
El uso de otros métodos como tomografía axial computarizada (TAC) y la Resonancia Magnética Nuclear (RMN), resultan ser muy costosos y causan molestias al paciente que en estado crítico deben trasladarse para realizar estos exámenes, además de que no se pueden utilizar de forma repetitiva, como es el caso de la bioimpedancia (6).
Son pocos los trabajos que se han llevado a cabo sobre la medición de bioimpedancia cerebral, pero con resultados importantes.
Lingwood y cols., han utilizado la bioimpedancia para el estudio del edema cerebral en cerdos neonatos.(3,8,9), Grasso G et al (7) y Bartosz Sokol et al (5) utilizaron el método para determinar el contenido de agua cerebral en diferentes patologías.
Seoane, en su tesis (10) estudió la distribución de corriente en el cerebro y su influencia en la sensibilidad de la medición de bioimpedancia, como conclusiones de su estudio plantea que contrariamente a lo que se cree los huesos del cráneo no constituyen una capa aislante que dificulte la medición de bioimpedancia y plantea que en dependencia del estudio a realizar existe un modelo y configuración optima de configuración y emplazamiento de electrodos así como de los modelos y técnicas de medición, sus resultados son importantes como herramienta para la estandarización de las técnicas de medición.
El presente documento presenta los resultados de un estudio en el que se examinó la impedancia en pacientes supuestamente sanos; con el fin de obtener data de un grupo de referencia supuestamente sano, a fin de evaluar la factibilidad del método, así como la sensibilidad del equipo, permitiéndonos de esta forma, estimar las potencialidades del método para el diagnóstico de enfermedades cerebrovasculares.
Metodología
Se estudió una muestra de 31 voluntarios aparentemente sanos, 8 mujeres y 23 hombres, con edades entre 23 y 64 años. A todos los sujetos se les explicaron los objetivos y características del estudio, y de estar de acuerdo, firmaron su consentimiento informado en la planilla de recolección del dato primario, la cual consta en el expediente del estudio.
El personal que ejecutó el estudio cuenta con la preparación y experiencia necesaria para su realización.
A todos los sujetos se les midió la circunferencia craneana con el objetivo de evaluar la posible influencia de las características morfológicas del individuo en los resultados de la medición. Estudios anteriores han demostrado que los parámetros normalizados son más robustos desde el punto de vista estadístico que aquellos que no lo son (7)
Se utilizó un analizador de bioimpedancia, marca BioScan 98 de la firma española Biológica, que inyecta una corriente eléctrica de de 800 μA, la medición se realizó a la frecuencia de 50 KHz. Diariamente, antes de comenzar y al finalizar las mediciones, se comprobó el buen funcionamiento del equipo a través de la medición de un dispositivo de parámetros eléctricos conocidos (phantom) diseñado específicamente para este estudio.
Para la medición de la Bioimpedancia Cerebral (BIC) se colocó al paciente sentado, garantizando previamente la limpieza de la piel de los párpados con agua y jabón, una vez seca se procedió a colocar los electrodos pregelificados según el método tetrapolar. Los electrodos inyectores se situaron sobre los párpados cerrados coincidiendo con la órbita de los ojos y los receptores en la región suboccipital, bajo la proyección del foramen mágnum (7), estos se colocaron con una separación de no menos de 3 cm, previamente se limpió la zona con alcohol.(es muy importante retirar todo resto de grasa para evitar resistencias parásitas al paso de la corriente).
Se tomó una primera medida de R (RI) y Xc (XI), y luego de 2 min se realizó una segunda medición (R, Xc). Se calculó una R normalizada respecto a la circunferencia craneana con el cociente de estas dos magnitudes (Rcc)
El procesamiento estadístico de los datos se realizó con el paquete estadístico SPSS V 11.5. Se utilizaron estadísticos descriptivos para el análisis de las mediciones in vivo.
Los datos obtenidos a partir de las mediciones de la muestra certificada se organizaron en tablas de contingencia y se procesaron calculando el error porcentual a partir de:
E= [(Vm-Vn)]*100/Vn
(1). Donde Vm y Vn son la media de los valores medidos y teóricos respectivamente. (10)
Resultados y Discusión
Verificación del modelo eléctrico (Phantom)
Los resultados de la medición del phantom (Tabla 1) muestran la estabilidad del equipo para reproducir las magnitudes medidas.
Tabla 1. Resultados de la medición del phantom
P=0.05
Al realizar la comparación de estos resultados con los valores nominales del phantom por el método propuesto por Lara y cols., (11) se comprobó que el equipo reproduce la medida de la resistencia. No siendo así con la reactancia capacitiva por lo que esta no se utilizó en la interpretación de los resultados del estudio.
Resultados de las mediciones In Vivo
A diferencia de lo que ocurre con las mediciones de bioimpedancia corporal total, para las mediciones de bioimpedancia cerebral no se encontraron diferencias significativas entre los resultados por sexo como se aprecia en la tabla siguiente:
Tabla 2. Resultados de la medición por sexo
Debido a que la muestra de mujeres es pequeña, la desviación estándar y los errores típicos (ET) para este grupo son mayores que el de los hombres. (Tabla 3)
Tabla 3. Resultados del análisis estadístico por sexo
En el resumen general presentado en la tabla 4 se aprecia claramente que la calidad de los resultados mejora ostensiblemente al utilizar la resistencia normalizada respecto a la circunferencia craneana. Otro elemento importante a señalar es que los mayores errores se cometen en la primera medición de R y estos mejoran luego de transcurridos dos minutos de la primera medición, ello se corresponde con las observaciones experimentales de que luego de una medición inicial los valores de R disminuían progresivamente hasta alcanzar un valor de meseta estable que fue la medición de R tomada para el estudio, este transiente de la R, a criterio de los autores, puede estar dado en el hecho que, para la toma de las medidas de los parámetros eléctricos se colocaron los electrodos con los ojos cerrados, encima de los parpados, según lo descrito en la metodología de referencia (5), por tanto, inmediatamente que cesa el estímulo luminoso, en el aparato óptico ocurre la adaptación de los fotorreceptores lo que conlleva a una serie de reacciones bioquímicas, dadas por el hecho de que bajo estas condiciones circula constantemente una corriente iónica a través de estas células, que se mantiene, por el transporte activo de Na+- K+ a través de los canales selectivos para estos iones, que se mantienen abiertos.
El mecanismo que explica la apertura de todos los canales Na+ en ausencia del estímulo luminoso es la alta producción de energía en forma de GMPc donde la unión de varias de estas moléculas, crea un mecanismo de compuerta que permite el paso selectivo de este ion a favor de su gradiente de potencial electroquímico hacia el segmento interno del fotorreceptor y a su vez se produce un eflujo de K+ a favor de su gradiente de potencial electroquímico hacia el segmento externo del fotorreceptor. Inmediatamente al estímulo luminoso el GMPc se convierte en 5´GMPc lo que trae consigo el cierre de estos canales (12).
Tabla 4. Resultado de la medición de la R inicial y luego de establecerse el valor de meseta. Influencia de normalizar respecto a la circunferencia craneana.
Al comparar estos resultados con los obtenidos por Sokół, (5) estudio previo tomado como referencia, se observó que no existen diferencias significativas entre los resultados obtenidos en nuestro estudio y los reportados en dicho trabajo como media de los sujetos sanos, tal como se aprecia en la tabla siguiente, las diferencias están dadas por la precisión del BioScan que es de 1 Ohm.
Tabla 5. Comparación de medias con estudio de referencia
Cuando se analizó la diferencia de medias se obtuvo: Para los hombres p: 0,1905 y para las mujeres p: 0,3999, considerando una p: 1,0000
Conclusiones y Recomendaciones
Se comprobó que el Analizador de Bioimpedancia BioScan puede ser utilizado para la medición de bioimpedancia cerebral con el propósito de estimar la magnitud del edema cerebral. Para una buena calidad de las mediciones es necesario tomar el valor estable de la resistencia y puede ser importante normalizar las mediciones respecto a la circunferencia craneana.
Dadas las limitaciones del presente estudio y los hallazgos que este arrojó es recomendable estudiar con mayor profundidad el período de estabilización de la medición de R ya que puede aportar información sobre el sistema objeto de estudio.
Se recomienda estudiar individuos con patologías asociadas y evaluar la influencia de la configuración de electrodos y modelo de medición.
Agradecimientos
Los autores del trabajo agradecen a todos los voluntarios que aceptaron someterse al presente estudio por su decisiva participación en el logro de los objetivos propuestos y al Dr. Fidel Gilart por su colaboración en la terminación del mismo.
Referencias bibliográficas
1. Cap. Carlos Jorge Hidalgo Mesa,Cap. Ivonne Cepero Rodríguez, My. Jorge Eduardo Berrios Águila, My. Félix Orestes Ulloa Quintanilla, Cap. Frank Polanco Rodríguez. Infarto cerebral: complicaciones y causas de muerte. Rev Cubana Med Milit 2005;34(1)
2. Ricardo Morales Larramendi, Alcibíades Lara Lafargue, Miriam Marañón Cardonne, Lexa Nescolarde Selva, Ana Román Montoya, Ana I. Nuñez Bouron, José Castillo Bonne. Monografía Impedância Bioeléctrica
3. Barbara E. Lingwood, Kimble R. Dunster, Paul B. Colditz, Leigh C. Ward. N oninvasive measurement of cerebral bioimpedance for detection of.cerebral edema in the neonatal piglet. Brain Research 945 (2002) 97– 105.
4. José J. Jaramillo-Magaña, Eduardo Hernández Bernal. Fisiopatología del Edema cerebral y Manejo de Líquidos en el Paciente Neuroquirúrgico. Rev. Anestesia en Cirugía Neurológica, nov 2008.
5. Bartosz Sokół, Stanisław Nowak, Roman Jankowski. Assessment of cerebral bioelectrical impedance in patients with intracranial pathologies. University of Medical Sciences in Poznan, Poland.Department and Clinic of Neurosurgery and Neurotraumathology. http://www. eit.org.uk/ EIT_PAPERS /Assessment %20of%20 cerebral %20 impedance %20Bartosz %20 Sokol.doc. Revisado 2008
6. Lexa D.Nescolarde Selva, Alcibíades Lara Lafargue, Ricardo Morales Larramendi, Martha E. Fajardo Puig, Gisela Benítez Alcántara. Evaluación de los parámetros bioeléctricos en una población adulta sana, escogida al azar, por el método de bioimpedancia Estudio preliminar 1.Memorias II Congreso Latino Américano de Ingienería Biomédica, Hab 2001.
7. Grasso G, Alafaci C, Passalacqua M,morabito A,Buemi M, Salpietro FM, Tomasello F.assesment of human brain water contentby cerebral bioelectrical impedance analysis: a new technique and its applications to cerebral pathological conditions.Neurosurgery. 2002 May; 50 (5):1064-72
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9. Barbara E. Lingwood, Kimble R. Dunster, Genevieve N. Healy, Leigh C. Ward,Paul B. Colditz.Cerebral Impedance and Neurological outcome folowing a mild or severe hypoxic/ischemic episode in neonatal piglets.Brain Research 969 (2003) 160-167.
10. Seoane Martinez, F. Electrical Bioimpedance Cerebral Monitoring:Fundamental Steps Towards Clinical Application. Thesis for the degree of doctor of philosophy. Department of Signals And Systems. Division Of Biomedical Engineering. Chalmers University Of Technology, Göteborg, & School Of Engineering. University College Of Borås. ISBN: 978-91-7291-971-6. Sweden, 2007.
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12. Coro, F. et al. Fisiología Celular: Un enfoque biofísico. 315-319. 1996. Ed. Pueblo y Educación. La Habana. Cuba.