, Volume 45, Issue 10, pp 960-978

Cerebral physiology in paediatric cardiopulmonary bypass

Abstract

Purpose

To analyze studies of neurological injury after open-heart surgery in infants and children and to discuss the effects of cardiopulmonary bypass, hypothermia and deep hypothermic circulatory arrest on cerebral blood flow, cerebral metabolism and brain temperature.

Source

Articles were obtained from the databases, Current Science and Medline, from 1966 to present. Search terms include cardiopulmonary bypass(CPB), hypothermia, cerebral blood flow(CBF), cerebral metabolism and brain temperature. Information and abstracts obtained from meetings on the topic of brain and cardiac surgery helped complete the collection of information.

Principal findings

In adults the incidence of neurological morbidity is between 7 to 87% with stroke in about 2–5%, whereas the incidence of neurological morbidity increases to 30% in infants and children undergoing cardiopulmonary bypass. Besides the medical condition of the patient, postoperative cerebral dysfunction and neuronal ischaemia associated with cardiac surgery in infants and small children are a combination of intraoperative factors. Deep hypothermic circulatory arrest impairs CBF and cerebral metabolism even after termination of CPB. Inadequate and/or non-homogenous cooling of the brain before circulatory arrest, as well as excessive rewarming of the brain during reperfusion are also major contributory factors.

Conclusion

Newer strategies, including the use of low-flow CPB, pulsatile CPB, pH-stat acid-base management and a cold reperfusion, are being explored to ensure better cerebral protection. Advances in monitoring technology and better understanding of the relationship of cerebral blood flow and metabolism during the different modalities of cardiopulmonary bypass management will help in the medical and anaesthetic development of strategies to improve neurological and developmental outcomes.

Résumé

Objectif

Examiner les études portant sur les atteintes neurologiques survenues après une chirurgie à cœur ouvert chez les bébés et les enfants et discuter des effets de la circulation extracorporelle, de l’hypothermie et de l’arrêt circulatoire sous hypothermie profonde sur le débit sanguin cérébral, sur le métabolisme cérébral et sur la température du cerveau.

Sources documentaires

Des articles ont été choisis à partir de bases de données, Current Science et Medline, de 1966 à aujourd’hui. Les mots-clés utilisés étaient: circulation extracorporelle (CEC), hypothermie, débit sanguin cérébral (DSC), métabolisme cérébral et température du cerveau. Les informations et les résumés obtenus à la suite de séminaires sur le cerveau et la chirurgie cardiaque ont permis de compléter la cueillette de données.

Données principales

Chez les adultes, l’incidence de morbidité neurologique avec accident vasculaire est de 7 à 87 % dans 2 à 5 % des cas tandis que l’incidence de morbidité neurologique augmente à 30 % chez les bébés et les enfants subissant une circulation extracorporelle. La condition médicale du patient mise à part, le dérèglement cérébral postopératoire et l’ischémie neuronale associés à la chirurgie cardiaque chez les enfants et les nouveau-nés sont une combinaison de facteurs peropératoires. L’arrêt circulatoire sous hypothermie profonde altère le DSC et le métabolisme cérébral même après la CEC. Un refroidissement du cerveau incomplet et/ou non homogène avant l’arrêt circulatoire, de même qu’un réchauffement excessif du cerveau pendant la reperfusion, constituent également des facteurs importants.

Conclusion

Des stratégies nouvelles comprenant la CEC à faible débit, la CEC pulsatile, le traitement acidobasique par pH-stat et une reperfusion froide sont à l’étude pour assurer une meilleure protection cérébrale. Des progrès dans la technologie du monitorage et une meilleure connaissance de la relation entre le débit sanguin cérébral et le métabolisme cérébral pendant les différentes étapes de la circulation extracorporelle pourront favoriser l’élaboration de stratégies médicales et anesthésiques visant à diminuer les atteintes neurologiques et à améliorer le développement de l’enfant.