Estudio de los marcadores del metabolismo energético cerebral en el líquido cefalorraquídeo del perro

Abstract

La tendencia actual en medicina humana y medicina veterinaria es la de encontrar biomarcadores que puedan ser utilizados en la detección temprana de enfermedades. Los biomarcadores son variantes funcionales o índices cuantitativos de un proceso biológico, el cual estima la predisposición de un determinado paciente a sufrir una enfermedad, prediciendo su evolución y su respuesta al tratamiento. En medicina veterinaria disponemos de pocos estudios que establezcan rangos de referencia para diferentes biomarcadores del metabolismo energético cerebral. Además, los estudios publicados presentan una alta heterogeneidad en cuanto a protocolos anestésicos utilizados, momento y lugar de extracción de las muestras de líquido cefalorraquídeo, tratamientos previos administrados al animal, edades y razas incluidas. Para el desarrollo de esta tesis doctoral se escogieron perros de raza Beagle sanos, a los que se sometió a una primera anestesia general para extraer líquido cefalorraquídeo con el objetivo de medir niveles de lactato (1,189 mM/L), piruvato (0,0577 mM/L) y ratio lactato/piruvato (44,247) en muestras extraídas en cisterna cerebelomedular. Tras obtener los niveles basales de estos biomarcadores, evaluamos el efecto de la suplementación de la dieta con nutracéuticos. Para ello, los animales fueron anestesiados en dos ocasiones, con una separación de 50 días, tiempo durante el cual estuvieron tomando el suplemento nutricional. Obtenemos muestras de líquido cefalorraquídeo antes y después del tratamiento para medir proteínas totales (21 g/dL), recuento de células nucleadas (< 5 células/μL), glucosa (59 mg/dL), sodio (151 mM/L), cloro (132 mM/L), potasio (2,96 mM/L), lactato (1,53 mM/L), piruvato (0,028 mM/L) y su ratio (16,2). Tras el tratamiento observamos que los niveles de sodio (160 mM/L) y glucosa (73 mg/dL) aumentaron significativamente a la vez que disminuyeron los valores de lactato (1,21 mM/L) y el ratio lactato/piruvato (9,9), poniendo de manifiesto la mejoría en el estado oxidativo del encéfalo. Para valorar el efecto de los agentes anestésicos y el tiempo de duración de la anestesia en los biomarcadores del metabolismo energético cerebral, sometimos a todos los animales a dos anestesias, una exclusivamente con isofluorano y otra con propofol. Medimos valores de lactato, piruvato, glutamato, glucosa, creatin kinasa, proteínas totales y electrolitos en dos tiempos diferentes, una vez a los 15 minutos de la inducción anestésica (T0) y por segunda vez a las 3 horas de la inducción (T3). Observamos que los valores de lactato en el grupo anestesiado con propofol fueron significativamente más bajos en T3 (1,02 mM/L) que en T0 (1,4 mM/L). Sin embargo, en el grupo de perros anestesiados exclusivamente con isofluorano, los valores de lactato en T3 (1,58 mM/L) mostraron una tendencia a aumentar con el tiempo anestésico (T0 = 1,43 mM/L). Finalmente, para valorar el efecto del lugar de extracción del líquido cefalorraquídeo, llevamos a cabo la medición de lactato en cisterna cerebelomedular y cisterna lumbar. Para la extracción de líquido cefalorraquídeo empleamos el mismo procedieminto anestésico descrito en el párrafo anterior. Observamos resultados significativamente mayores de lactato en cisterna lumbar (1,58 mM/L) en comparación con los obtenidos en cisterna magna (1,44 mM/L). De esta forma se corrobora el flujo rostrocaudal del líquido cefalorraquídeo en el sistema nervioso central del perro, al igual que en humanos y en el caballo. Los datos obtenidos en nuestro estudio ponen de manifiesto la importancia de la medición de los valores de determinados biomarcadores bajo condiciones controladas de anestesia, tiempos de duración previos a la extracción de la muestra y lugar de extracción. Los estudios publicados hasta la fecha no establecen rangos de referencia bajo condiciones similares a las de nuestro estudio. La falta de determinación de rangos fisiológicos puede conllevar al veterinario clínico a errores en la interpretación de los resultados, dando lugar a errores diagnósticos. Por ello, conocer la influencia de los agentes anestésicos, el tiempo y lugar de extracción y el posible tratamiento previo de los animales resulta fundamental para la correcta interpretación analítica de los biomarcadores del metabolismo energético cerebral.

The current trend in both human and veterinary medicine is to find biomarkers that can be used in the early detection of diseases. Biomarkers are functional variants or quantitative indices of a biological process, which estimates the predisposition of a certain patient to suffer from a disease, predicting its evolution and response to treatment. In veterinary medicine, we have few studies that establish reference ranges for different biomarkers of brain energetic metabolism. In addition, the studies published so far show a marked heterogeneity in terms of the anesthetic protocols used, time and place of extraction of the cerebrospinal fluid samples, previous treatments administered to the animal, ages and breeds included. For the development of this doctoral dissertation, healthy Beagle breed dogs were chosen, which underwent a first general anesthesia to extract cerebrospinal fluid in order to measure lactate levels (1,189 mM/L), pyruvate levels (0,0577 mM/L), and lactate/pyruvate ratio (44,247) in samples extracted from cerebellomedullary cistern. After obtaining the basal levels of these biomarkers, we evaluated the effect of supplementing the diet with nutraceuticals. For this, the animals were anesthetized twice, 50 days apart, during which they were taking the nutritional supplement. We obtained samples of cerebrospinal fluid before and after treatment to measure total proteins (21 g / dL), nucleated cell count (<5 cells / μL), glucose (59 mg / dL), sodium (151 mM / L), chlorine (132 mM / L), potassium (2.96 mM / L), lactate (1.53 mM / L), pyruvate (0.028 mM / L), and their ratio (16.2). After treatment, a significant increase in the levels of sodium (160 mM/L) and glucose (73 mg/dL) was noticed, whereas a decrease in the lactate value (1,21 mM/L) and lactate/pyruvate ratio (9,9) was observed, showing an improvement in the oxidative state of the brain. To assess the effect of the anesthetic agents and the duration of anesthesia on the biomarkers of brain energy metabolism, all the animals were anesthetized in two periods, one of them exclusively with isoflurane, and the other, also exclusively with propofol. Values of lactate, pyruvate, glutamate, glucose, creatine kinase, total proteins, and electrolytes were measured at two different times, the first one, 15 minutes after anesthetic induction (T0), and the second one, 3 hours after induction (T3). It was observed that lactate values within the group of dogs anesthetized with propofol were significantly lower in T3 (1,02 mM/L) than in T0 (1,4 mM/L). However, in the group of dogs anesthetized exclusively with isoflurane, lactate values in T3 (1,58 mM/L) showed a tendency to increase with anesthetic time (T0 = 1,43 mM/L). Finally, in order to assess the effect of the cerebrospinal fluid extraction site, lactate values were measured in cerebellomedullary cistern as well as lumbar cistern. For the cerebrospinal fluid extraction, the same anesthetic procedure as described in the previous paragraph was used. Significantly higher lactate values were observed in the lumbar cistern (1,58 mM/L) compared to those obtained in cerebellomedullary cistern (1,44 mM/L). In this way, the rostro-caudal flow of cerebrospinal fluid in the central nervous system of dogs is corroborated, as it was in humans and horses. The data obtained in our study evidence the importance of measuring the values of certain biomarkers under controlled conditions of anesthesia, duration times prior to sample extraction, and extraction site. The studies published to date do not establish reference ranges under conditions which are similar to those of our study. The lack of determination of physiological ranges can lead the clinical veterinarian to make mistakes in the interpretation of the results, giving rise to diagnostic errors. For this reason, knowing the influence of anesthetic agents, the time and place of extraction, as well as the possible previous treatment of the animals is essential for the correct analytical interpretation of biomarkers of brain energetic metabolism.