TCD E TRAUMA CRANICO

Il Doppler transcranico (TCD) è uno strumento di diagnostica non invasiva che consente di valutare le caratteristiche emodinamiche delle arterie della base cranica. Tale dispositivo, che sta acquistando sempre maggiore importanza nel trattamento del paziente con patologia encefalica acuta, sfrutta l’effetto Doppler per misurare le caratteristiche cinetiche del flusso nelle arterie cerebrali di maggiore calibro.

L’effetto Doppler descrive il comportamento di una sorgente d’onda in movimento. Quando la sorgente si avvicina all’osservatore, la frequenza dell’onda rilevata aumenta proporzionalmente alla velocità d’avvicinamento. All’inverso, se la sorgente si allontana dall’osservatore, la frequenza dell’onda rilevata si riduce proporzionalmente alla velocità d’allontanamento. La sonda del TCD è

in grado di emettere un’onda ultrasonora avente una frequenza nota (fem). Quando l’onda emessa

incontra i globuli rossi che scorrono nei vasi cerebrali, viene da questi riflessa e rilevata dalla sonda stessa. Se il flusso ematico s’avvicina alla sonda, la frequenza dell’onda riflessa sarà maggiore di quella emessa dalla sonda. Se il flusso s’allontana, la frequenza dell’onda riflessa sarà minore. La differenza tra frequenza emessa e frequenza rilevata è denominata Doppler frequency

shift (DFS) e rende possibile la stima della velocità (V) d’avvicinamento del corpo riflettente al

rilevatore secondo la seguente formula:

𝐷𝐹𝑆 =2 × 𝑓𝑒𝑚 × 𝑉 × 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑐

L’equazione sopra riportata incorpora anche la velocità di propagazione del suono (c) e il coseno dell’angolo di incidenza () dell’ultrasuono sul vaso insonato.

La differenza fra velocità stimata e velocità reale è tanto più grande quanto maggiore è .

Insonando con incidenza ortogonale al vaso, la velocità stimata sarà nulla. Se l’angolo d’incidenza è 0°, la velocità stimata sarà pari alla velocità di scorrimento dei globuli rossi nel vaso insonato. Le precedenti considerazioni rendono evidente che la velocimetria Doppler sia gravata da un rischio di sottostima, mai di sovrastima, delle velocità di flusso. Ecco perché il segnale considerato ottimale è quello caratterizzato da velocità maggiori. E’ comunque importante rilevare che angoli di incidenza compresi fra 0 e 30 gradi sono accettabili: la differenza fra la velocità misurata e la velocità reale è, in questi casi, inferiore al 13%.

Il ritardo dell’ultrasonografia transcranica rispetto alle metodiche Doppler applicate alla circolazione sistemica è dovuto alla presenza dell’ostacolo osseo alla propagazione degli ultrasuoni all’interno del cranio. Esso, infatti, attenua in modo marcato l’onda ultrasonora ad alta frequenza e rende impossibile misurare la velocità del flusso ematico nelle arterie intracraniche attraverso gli strumenti Doppler convenzionali, che operano con frequenze comprese fra 5 e 10 MHz. L’uso di basse frequenze, tipicamente inferiori a 2 MHz, consente di ridurre l’attenuazione che l’onda ultrasonora subisce da parte della teca ossea. Un altro espediente per ottimizzare la rilevazione del segnale risiede nella particolare costruzione delle sonde che contengono una lente acustica in grado di concentrare il segnale ultrasonoro. Nonostante questi accorgimenti, il cranio rimane una barriera considerevole alla trasmissione degli ultrasuoni e l’esecuzione di un esame TCD può essere effettuata solo in corrispondenza delle cosiddette finestre acustiche: transtemporale, transorbitale e suboccipitale. Il minor spessore dell’osso a livello della regione temporale rende quest’area particolarmente adatta a essere utilizzata come finestra acustica. La finestra transtemporale è localizzata in corrispondenza della porzione sottile dell’osso temporale, fra il limite esterno dell’orbita e il trago, sopra l’arcata zigomatica. Attraverso tale finestra è

possibile insonare l’arteria cerebrale media (MCA), l’arteria cerebrale anteriore (ACA), l’arteria cerebrale posteriore (PCA) nonché, con qualche difficoltà, il tratto terminale della carotide interna (t‐ICA).

Correlazione fra velocità di flusso ematico e flusso ematico cerebrale

La velocità di flusso osservata è correlata alla reale velocità di flusso attraverso il coseno dell’angolo  di incidenza tra il fascio di ultrasuoni e il vettore della velocità:

𝐹𝑉𝑜𝑠𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑡𝑎= 𝐹𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙𝑒 × 𝑐𝑜𝑠𝜃

Pertanto, la velocità osservata al TCD non dovrebbe mai sovrastimare la reale velocità dei globuli rossi. Ad un angolo di 15° il coseno rimane maggiore di 0,96 risultando in un errore < 4% per modificazioni dell’angolo entro questo range. Tuttavia, le misurazioni della velocità di flusso sono solamente stime del CBF e le variazioni nella velocità correlano con le variazioni nel CBF solo se l’angolo di insolazione e il diametro del vaso insonato rimangono costanti. Infatti, il CBF è legato alla velocità di flusso secondo la seguente equazione:

𝐶𝐵𝐹 =𝐻𝑅 × 𝑇𝑉𝐼 × 𝐶𝑟𝑜𝑠𝑠 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑎𝑟𝑒𝑎 4

Nell’equazione: HR, frequenza cardiaca; TVI, integrale tempo-velocità (ovvero l’area sottesa alla curva tempo-velocità).

Nonostante la recente introduzione dell’eco-Doppler bidimensionale, alcune incertezze restano nell’ambito della pratica clinica relativamente alla misurazione dell’area dei vasi. Il TCD, infatti, può non essere in grado di diagnosticare la presenza di vasospasmo qualora contemporaneamente il CBF e l’area del vaso insonato siano ridotti. Tuttavia l’area della sezione dei vasi cerebrali non viene per lo più interessata nelle prime fasi del trauma cranico e ciò consente di ottenere delle stime accettabili del CBF a partire dalle velocità di flusso.

Figura 3.4. Transcranial Doppler (TCD) recordings from the middle cerebral artery after traumatic brain

injury (TBI). Normal TCD values were obtained on admission (a). Decrease in diastolic and mean blood flow velocities (FVd and FVm) with concomitant increase in pulsatility index (PI) on admission after severe TBI (b).

This change in blood flow velocity pattern reflects a rise in distal cerebrovascular resistance, which may be from increased intracranial pressure.

Il TCD rappresenta un valido strumento non invasivo per la valutazione qualitativa del CBF e per la stima della CPP. Riduzioni nella velocità di flusso dell’arteria cerebrale media (MCA) costituiscono un segno di riduzione della perfusione cerebrale nel contesto di ipertensione endocranica, tuttavia occasionali rialzi dell’ICP possono essere determinati da uno stato di iperemia, casi in cui le velocità al Doppler risultano essere aumentate. Per quanto riguarda la valutazione della CPP, all’aumentare dell’ICP la CPP si riduce. Tale fenomeno si palesa al TCD come un aumento della pulsatilità (aumento dell’indice di pulsatilità PI) del flusso (come conseguenza dell’aumento delle resistenze cerebro-vascolari) fino alla scomparsa della componente diastolica [67].

Le linee guida internazionali raccomandano di mantenere una MAP target > 90 mmHg nei pazienti con TBI prima che venga posizionato il monitoraggio dell’ICP, al fine di garantire adeguate pressioni di perfusione. Tuttavia, sebbene alcuni pazienti si giovino di MAP aumentate, in altri mantenere la pressione a livelli più bassi può prevenire lo sviluppo di edema vasogenico. A tal proposito Shafe et al. hanno dimostrato la possibilità di poter praticare un TCD all’arrivo in pronto soccorso dei pazienti con trauma cranico [68] [69].

Fino al 70% delle misurazioni Doppler in questi pazienti può essere anormale entro 3 h dal trauma, soprattutto una riduzione nella velocità media e diastolica concomitante a un incremento dell’indice di pulsatilità sono frequentemente osservati nelle prime 8 h. Il TCD in tali situazioni diventa utile guida al trattamento per l’ottimizzazione della CPP o riduzione dell’ICP indirizzando anche a un eventuale precoce approccio neurochirurgico. In questi pazienti una terapia precoce e

mirata è in grado di ridurre l’estensione del danno secondario. Inoltre le velocità di flusso determinate al Doppler possono essere utili per identificare, nei pazienti intubati e ventilati, stati di inavvertita iperventilazione che potrebbero contribuire allo sviluppo di ischemia iatrogena. L’ipocapnia è, infatti, il più frequente fattore di danno secondario dopo trauma cranico e peggiora marcatamente l’outcome di questi pazienti [70] [71].