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. 2021 Jun 30;52(2):e4164800. doi: 10.25100/cm.v52i2.4800
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Damage control approach to refractory neurogenic shock: a new proposal to a well-established algorithm

El control de daños en el choque neurogénico refractario: propuesta de un nuevo algoritmo de manejo

Michael W Parra 1, Carlos A Ordoñez 2,3,4,✉, David Mejia 5,6, Yaset Caicedo 7, Javier Mauricio Lobato 8, Oscar Javier Castro 8, Jose Alfonso Uribe 8, Fernando Velásquez 8
PMCID: PMC8634278  PMID: 34908624

Abstract

Resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta (REBOA) is commonly used as an adjunct to resuscitation and bridge to definitive control of non-compressible torso hemorrhage in patients with hemorrhagic shock. It has also been performed for patients with neurogenic shock to support the central aortic pressure necessary for cerebral, coronary and spinal cord perfusion. Although volume replacement and vasopressors are the cornerstones of the management of neurogenic shock, we believe that a REBOA can be used as an adjunct in carefully selected cases to prevent prolonged hypotension and the risk of further anoxic spinal cord injury. This manuscript aims to propose a new damage control algorithmic approach to refractory neurogenic shock that includes the use of a REBOA in Zone 3. There are still unanswered questions on spinal cord perfusion and functional outcomes using a REBOA in Zone 3 in trauma patients with refractory neurogenic shock. However, we believe that its use in these case scenarios can be beneficial to the overall outcome of these patients.

Keywords: Damage Control Surgery, Neurogenic Shock, REBOA, Algorithm

Remark

1) Why was this study conducted?
The objective of this manuscript is to propose a new damage control algorithmic approach to refractory neurogenic shock that includes the use of a REBOA in Zone 3.
2) What were the most relevant results of the study?
There are still unanswered questions on spinal cord perfusion and functional outcomes with the use of a REBOA in Zone 3 in trauma patients with refractory neurogenic shock. But it is our belief that its judicial use in these case scenarios can be beneficial to the overall outcome of these patients.
3) What do these results contribute?
REBOA can be used in the management of patients with refractory neurogenic shock.
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Introduction

Neurogenic shock is a loss of vasomotor tone and sympathetic innervation to the heart and peripheral vessels due to cervical or upper thoracic spinal cord injury. (T6 and above) 1 . The resultant impairment of the descending sympathetic pathways causes vasodilatation of visceral and peripheral blood vessels, pooling of blood, and, consequently, hypotension 2 . Also, loss of sympathetic innervation to the heart can cause bradycardia and/or the inability to mount a tachycardic response to hypovolemia. The physiologic effects of neurogenic shock are usually reversed with fluid resuscitation initially, followed by the judicious use of vasopressors when needed 2 , 3 . This manuscript aims to propose a new damage control algorithmic approach to refractory neurogenic shock that includes the use of a REBOA in Zone 3. This proposal is the result of the experience earned during the past 30 years in trauma critical care management of the severely injured patient from the Trauma and Emergency Surgery Group (CTE) of Cali, Colombia, which is made up of experts from the University Hospital del Valle “Evaristo García,” the University Hospital Fundación Valle del Lili, the Universidad del Valle and Universidad Icesi, the Asociación Colombiana de Cirugía, the Pan-American Trauma Society and the collaboration of international specialists from the United States of America.

Refractory neurogenic shock

Resuscitative endovascular balloon occlusion of the aorta (REBOA) is commonly used as an adjunct to resuscitation and bridge to definitive control of non-compressible torso hemorrhage in patients with hemorrhagic shock 4 , 5 . It has also been performed for patients with neurogenic shock to support the central aortic pressure necessary for cerebral, coronary, and spinal cord perfusion 6 . Gray et al. reported a case of successful REBOA in a patient with neurogenic shock secondary to a comminuted fracture at C5 with cord contusion. This case is the first report of the use of REBOA for neurogenic shock in a trauma patient. The patient presented after a motorcycle accident with altered mental status and hypotension. The patient was initially resuscitated with blood products and vasopressors. Then, the REBOA was used as an adjunct to maintaining cardiac, cerebral and spinal cord perfusion 7 . Besides this case report, there is no clear consensus on REBOA as an adjunct for patients with neurogenic shock resulting from a traumatic spine injury. The concomitant physiological effects of the use of a REBOA in these specific case scenarios are still unclear. Although volume replacement and vasopressors are the cornerstones of the management of neurogenic shock, we believe that REBOA can be used as an adjunct in carefully selected cases to prevent prolonged hypotension and the risk of further anoxic spinal cord injury. For these reasons, we propose the following newly developed damage control stepwise approach to refractory traumatic neurogenic shock (Figure 1):

Figure 1. Refractory Neurogenic Shock Management Algorithm.

Figure 1

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  • STEP 1: Attention should be directed towards identifying all immediate life-threatening injuries following the ABCDE mnemonic of ATLS 8 . General management of spine and spinal cord trauma, which includes restricting spinal motion. This is accomplished simply by laying the patient supine without rotating or bending the spinal column on a firm surface and an appropriately sized and placed rigid cervical collar.

  • STEP 2: All other types of shock must be ruled out, especially hypovolemic (hemorrhagic) because, in trauma patients, it is the most common form of shock and can be present in addition to neurogenic shock 9 .

  • STEP 3: Both careful clinical examination and thorough tomographic (Computed Tomography of the C/T/L spine) assessment are critical in identifying the level of the injury 10 .

  • STEP 4: Moderate intravenous volume replacement with intravenous fluids and/or blood products.

  • STEP 5: If the patient responds to initial fluid resuscitation, the patient should be admitted to the ICU and immediately consult the spine specialist. If the patient does not respond to initial fluid resuscitation, then judicious use of vasopressors should be initiated and atropine to counteract hemodynamically significant bradycardia. The use of a REBOA in Zone 3 may be used to aid in the stabilization of these patients, which can limit the amount of vasopressors required.

  • STEP 6: If the patient’s hemodynamics are refractory to intra-venous volume and vasopressor therapy, then a REBOA inflated in Zone 3 is recommended to aid in the resuscitation of the patient. Complete REBOA balloon inflation should not be used for more than 45 minutes. Then partial balloon inflation can be used to a maximum of 60 minutes 11 . The patient should be admitted to the ICU and immediate consult placed to the spine specialist.

Complications/Discussion

Spinal cord injury and subsequent paralysis during cross-clamping or occlusion of the thoracic aorta is a devastating complication with an overall prevalence that remains between 3 to 23 %, according to the current literature. An animal study in which Zone 1 REBOA were placed in primate models found that inflation times of 45-60 minutes resulted in significant clinical and histological spinal cord ischemia in 50 to 83% of cases. All spinal cord necrosis occurred in the lumbar region 12 . This is likely representative of the rich collateralization of vascular supply to the upper spinal cord compared to the distal 13 . It has been maintained that higher-level aortic occlusion portents higher risk of cord ischemia. Preventive measures of spinal cord ischemia have centered on the utilization of hypothermia and cerebrospinal fluid drainage. Unfortunately, most of these measures of spinal cord protection are not feasible in the acute trauma setting. Clinical evidence of spinal cord injury was completely mitigated in these animal studies by limiting the balloon inflation time in the thoracic aorta to a maximum of 30 minutes 14 . Considering all these findings, we suggest that the use of Zone 3 complete aortic occlusion with a REBOA be limited to 30 minutes in refractory cases of traumatic neurogenic shock.

Prior anatomical angiographic assessment has shown that the human body has significant intercostal-to-lumbar and/or internal mammary-to-epigastric arterial collateral blood flow and reasonable opacification of the intra-abdominal organs with a fully occlusive thoracic aortic balloon. These findings suggest the possibility of a robust collateral blood flow of the spinal cord 11 . The artery of Adamkiewicz (arteria radicularis magna) in humans may arise anywhere from T8 to L2 but is generally found in the T9-T12 distribution. Given that Zone 1 REBOA balloon inflation is commonly above this level this would make it prohibitive to use in refractory neurogenic shock cases and instead makes Zone 3 balloon inflation ideal because blood flow assurance will occur to the brain, heart and spinal cord via the artery of Adamkiewicz 15 . Zone 3 REBOA would be then protective of spinal cord injury while at the same time managing refractory hypotension from neurogenic shock.

The proposed algorithm is based on the limited evidence in the literature. Therefore, it is needed to perform research to understand the effect that REBOA can have on spinal cord perfusion and its role in the refractory neurogenic shock.

Conclusion

REBOA can be used in the management of patients with refractory neurogenic shock.

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Colomb Med (Cali). 2021 Jun 30;52(2):e4164800. [Article in Spanish]

El control de daños en el choque neurogénico refractario: propuesta de un nuevo algoritmo de manejo

Contribución del estudio

1) ¿Por qué se realizó este estudio?
El objetivo de este artículo es proponer un algoritmo para el abordaje y manejo del choque neurogénico refractario que incluye el uso del REBOA en Zona III como estrategia para el control de daños.
2) ¿Cuáles fueron los resultados más relevantes del estudio?
Todavía existen interrogantes respecto a la perfusión de la médula espinal y aún se cuestionan los resultados funcionales con el uso del REBOA en pacientes con trauma y choque neurogénico refractario. No obstante, se cree que el uso adecuado del REBOA en determinados escenarios puede mejorar los resultados globales de estos pacientes.
3¿Qué aportan estos resultados?
El REBOA es una herramienta que puede ser usada en el manejo del paciente con shock neurogénico refractario a tratamiento.
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Introducción

El choque neurogénico se puede producir por una lesión de la médula espinal a nivel cervical o torácico por encima de T6, resultando en la pérdida del tono vascular y el bloqueo del sistema nervioso simpático del corazón y los vasos periféricos 1. El daño de las vías simpáticas descendentes provoca la vasodilatación de los vasos sanguíneos viscerales y periféricos, generando la acumulación de sangre y, en consecuencia, la hipotensión 2. Adicionalmente, la pérdida de la inervación simpática del corazón puede causar bradicardia e incapacidad para producir una respuesta taquicárdica a la hipotensión 3. Los efectos fisiológicos del choque neurogénico usualmente se revierten con la reanimación hídrica inicial, seguida del uso prudente de vasopresores cuando éstos se requieren 4,5. El objetivo de este artículo es proponer un algoritmo para el abordaje y manejo del choque neurogénico refractario, que incluye el uso del Balón de Resuscitación Endovascular de Oclusión Aortica (REBOA) en Zona III como estrategia para el control de daños. Esta propuesta sintetiza la experiencia adquirida durante los últimos 30 años, en el manejo y cuidado crítico del paciente con trauma severo, por el Grupo de Cirugía de Trauma y Emergencias (CTE) de Cali, Colombia conformado por expertos del Hospital Universitario del Valle “Evaristo García”, el Hospital Universitario Fundación Valle del Lili, la Universidad del Valle y la Universidad Icesi, en colaboración con la Asociación Colombiana de Cirugía, la Sociedad Panamericana de Trauma y especialistas internacionales de los EE.UU.

Choque neurogénico refractario:

El REBOA se utiliza habitualmente como complemento de la reanimación y como puente para el control definitivo de la hemorragia no compresible del torso en pacientes con shock hemorrágico 6,7. También se ha implementado en pacientes con choque neurogénico para mantener la presión aórtica central necesaria para la perfusión cerebral, coronaria y de la médula espinal 8 . Gray y colaboradores reportaron el uso exitoso del REBOA en un paciente con choque neurogénico secundario a una fractura conminuta en C5 con contusión de la médula espinal 9. Éste es el primer caso del uso del REBOA en un paciente con shock neurogénico de origen traumático.

El paciente ingresó al servicio de urgencias tras haber sufrido un accidente de tránsito, con alteración del estado mental e hipotensión. Requirió transfusión de hemoderivados y el uso de vasopresores como parte de la resucitación inicial. El REBOA fue utilizado como complemento para mantener la perfusión cardiaca, cerebral y de la médula espinal 9. No existe un consenso para el uso del REBOA como adyuvante en el manejo de pacientes con choque neurogénico secundario a una lesión traumática de la médula espinal. Además, aún se desconocen los efectos fisiológicos del uso del REBOA en este escenario específico. No obstante, aunque la reanimación hídrica y el uso de vasopresores son los pilares en el manejo del choque neurogénico, se cree que el REBOA puede utilizarse como complemento en casos cuidadosamente seleccionados para evitar la hipotensión prolongada y el riesgo de una lesión medular anóxica mayor. Por esta razón, se propone el siguiente algoritmo de manejo para el control de daños en el paciente con shock neurogénico refractario de origen traumático (Figura 1):

Figura 1. Algoritmo de manejo del choque neurogénico refractario .

Figura 1

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  • PASO 1: Los esfuerzos se deben dirigir a la identificación de todas las lesiones que potencialmente comprometen la vida siguiendo el abordaje ABCDE del ATLS 4. Se debe asegurar el manejo general del trauma de la columna vertebral y la médula espinal que incluye la inmovilización de la columna. Ésta se logra ubicando al paciente en posición supina sobre una superficie firme, sin rotar ni doblar la columna vertebral (movilización en bloque), y colocando un collar cervical rígido con la técnica y el tamaño adecuados.

  • PASO 2: Se debe descartar la presencia de cualquier otro tipo de choque, especialmente el choque hipovolémico (hemorrágico) que es el más común en los pacientes con trauma y se puede presentar concomitantemente con el choque neurogénico 10.

  • PASO 3: Para identificar el nivel de la lesión, se requiere de un minucioso examen clínico y una detallada evaluación con Tomografía Computarizada de la Columna Vertebral Cervical / Torácica / Lumbar 11.

  • PASO 4: La reposición moderada del volumen intravascular se logra con la administración de líquidos endovenosos isotónicos, y la transfusión de sangre y de hemoderivados, cuando se requiera.

  • PASO 5: Si el paciente responde a la reanimación hídrica inicial, debe ser trasladado a la Unidad de Cuidado Intensivo y ser valorado inmediatamente por un especialista en columna. Si el paciente no responde a la reanimación inicial con líquidos, se procede a la administración de vasopresores y atropina para compensar la bradiacardia significativa. La inserción del REBOA en Zona III puede utilizarse como adyuvante en la estabilización hemodinámica de estos pacientes, lo cual puede también reducir la necesidad de vasopresores.

  • PASO 5: Si la inestabilidad hemodinámica del paciente es refractaria a la reanimación hídrica y el uso de vasopresores, se recomienda la inserción del REBOA en Zona III como complemento en la reanimación. El inflado completo del REBOA no debe ser mayor de 45 minutos, luego un inflado parcial puede realizar siendo un máximo de 60 minutos. El paciente debe ser trasladado a la Unidad de Cuidado Intensivo y ser valorado inmediatamente por un especialista en columna.

Complicaciones/Discusión

La lesión de la médula espinal y la subsiguiente parálisis durante el pinzamiento u oclusión de la aorta torácica es una complicación devastadora con una frecuencia global que se mantiene entre el 3 y el 23 %. En un estudio en modelos de primates se colocó el REBOA en Zona I y se encontró que los tiempos de oclusión entre 45 y 60 minutos resultaron en isquemia clínica e histológica de la médula espinal en el 50 y 83% de los casos, respectivamente. En todos los casos, la necrosis de la médula espinal se desarrolló en la región lumbar 12. Esto podría explicarse por la mayor vascularización colateral presente en la médula espinal proximal en comparación con la distal 13. Se ha encontrado que la oclusión aórtica a un nivel superior representa un mayor riesgo de isquemia medular. Las medidas preventivas de la isquemia medular se han centrado en el uso de la hipotermia y el drenaje del líquido cefalorraquídeo. Desafortunadamente, la mayoría de estas medidas no son factibles en el escenario agudo del trauma. En estos estudios animales, los parámetros clínicos de lesión medular se mitigaron completamente al limitar el tiempo de inflado del balón en la aorta torácica a un máximo de 30 minutos 14 . Teniendo en cuenta todos estos hallazgos, se sugiere que la oclusión aórtica completa con REBOA en Zona III se limite a 30 minutos en los casos de choque neurogénico refractario de etiología traumática.

La evaluación con angiografía previa y posterior a la oclusión completa de la aorta torácica con REBOA ha evidenciado una opacificación razonable de los órganos intraabdominales y ha demostrado que el cuerpo humano tiene un flujo sanguíneo colateral significativo desde las arterias intercostales a las lumbares y de la mamaria interna a la epigástrica. Estos hallazgos sugieren la posibilidad de un alto flujo sanguíneo colateral en la médula espinal 13. La arteria de Adamkiewicz en los seres humanos puede emerger entre T8 a L2, pero generalmente se encuentra entre T9 y T12. Dado que la oclusión aórtica con REBOA en Zona I generalmente se encuentra por encima de este nivel, está contraindicada en los casos de shock neurogénico refractario y, en su lugar, se sugiere la oclusión aórtica en Zona III pues se puede asegurar el flujo sanguíneo hacia el cerebro, el corazón y la médula espinal a través de la arteria de Adamkiewicz 15 . En consecuencia, el REBOA en Zona III protegería de las lesiones de la médula espinal y, al mismo tiempo, controlaría la hipotensión refractaria del shock neurogénico.

El algoritmo que se propone está basado en la poca evidencia de la literatura que es necesario fortalecer con investigación que permita entender mejor el efecto que puede hacer el REBOA sobre la perfusión de la medula espinal.

Conclusión

El REBOA es una herramienta que puede ser usada en el manejo del paciente con shock neurogénico refractario a tratamiento.

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