Amy Gnagey RN, CRNA, MNA

At the end of this presentation the participant will be able to describe the hypothalamic‐pituitary adrenal axis.At the end of this presentation the participant will be able to discuss anesthetic considerations for 5 disorders related to the hypothalamic‐pituitary adrenal axis.

ROLE:Regulate cellular and organ functions with hormone messengers that affect target cell activityClosely regulated to maintain homeostasis

Three basic components:Endocrine GlandsHormonesTarget Organ

GLANDSHypothalamusPituitaryThyroid PancreasAdrenalThymusReproductive: ovaries and testes

HormonesClassified by their chemical structure

Protein or Peptide Hormones (e.g. insulin, glucagon, ACTH)Steroid Hormones  (e.g. testosterone)Amino acid derivatives (catecholamines)

Structure dictates hormone receptor locationStructure influences half‐life of hormone

Control of hormone releaseNeural ControlHormonal Control

Nutrient or Ion Control

Abnormal Endocrine functionAbnormal production of hormoneDecreased receptor number or function

Interpretation of Hormone Levels

Pituitary Hormone Level

Target Hormone Level Low Normal High

HighPrimary failure of target endocrine organ

Autonomous secretion of pituitary hormone or resistance to target hormoneaction

Normal Normal range

Low Pituitary failureAutonomous secretion by target endocrine organ

HypothalamusNew “Master” gland

Pituitary GlandDuring embryonic development, forms from a fusion of endocrine and neural tissue

Pituitary  GlandAdenohypophysis – anterior pituitary

ACTH – adenocorticotropic hormone or corticotropinGH – growth hormoneTSH – thyroid stimulating hormoneFSH – follicle stimulating hormoneLH – luteinizing hormoneProlactinMSH – melanocyte stimulating hormone

Neurohypophysis – posterior pituitaryOxytocinADH – anti‐diuretic hormone

Hypothalamus

Anterior Pituitary

GnRH GHRH SSTRH DA CRH

FSH and LH

Growth Hormone

TSHProlactin ACTH

GonadsGerm Cell            Secrete HormonesDevelopment     Female         MaleFemale  Male                                  

Estradiol,      Testos‐Ovum   Sperm progesterone  terone

Liver andOthercells

SecreteIGF‐1

Many organs and tissuesProtein 

synthesis, carb. and lipid 

metabolism

ThyroidSecretes thyroxine, 

triiodothyronine

BreastsBreast dev. and milk 

production.In males may facilitate 

reproductive function

Adrenal cortexSecretes cortisol

Located in the neck, anterior to and straddling the trachea, just below the larynxProduces hormones

Thyroxine (T4)Triiodothyronine (T3)Calcitonin

Actions of thyroid hormonesMetabolic actions

Increases metabolic rateHeat production

Permissive actionsCatecholamines

Growth and developmentProduction of growth hormoneNerve/muscle reflexesNormal cognitionFetal life – CNS development

Located at the superior pole of each kidneyContains 2 endocrine organs

Adrenal medulla ‐‐‐ “fight or flight”Secretes Catecholamines

Epinephrine NorepinephrineDopamine

Adrenal Cortex Secretes Steroid Hormones

CortisolCorticosteroneAldosteroneAndrogens

Effects of Epinephrine and Norepinephrine Metabolic effectsIncrease alertness

Epinephrine ‐ anxiety and fearIncrease secretion of insulin and glucagonMyocardial effectsNorepinephrine – vasoconstrictionEpinephrine – total PVR drops

Zona glomerulosaZona fasciculataZona reticularis

Sodium retentionPotassium secretionMaintains intravascular volumeRenin‐angiotensin‐aldosterone system

Physiologic effectsIncreased protein catabolismIncreased hepatic glycogenesis and gluconeogenesisAnti‐inflammatory actionsAnti‐immune functions

In fetal and neonatal life:Proper differentiation of tissues and glandsSurfactant production

Physiologic effectsPermissive actions

For glucagon and catecholamines to  exert their calorigenic effects For catecholamines to exert their lipolytic effectsFor catecholamines to produce pressor responses and bronchodilation

Resistance to Stress

4 year old boy109 cm, 18.6 kg6 month history of diaphoresis and reddening of skin as day goes onTachypnea and tachycardiaReferred to your facilityAny guesses???

Catecholamine‐secreting tumors Arise from chromaffin cells of the sympathoadrenal system80% located in adrenal medullaPotentially lethal

Malignant hypertensionCerebrovascular accidentsMyocardial infarctions

One of the few curable causes of hypertensionMost secrete norepinephrine alone or more commonly combined with smaller amount of epinephrine – ratio of 85/15

Signs and SymptomsTriad

HypertensionHeadacheSweating

PallorPalpitationsOrthostatic hypotensionCatecholamine‐induced cardiomyopathy may occur

DiagnosisUrine testing

Anesthetic Considerations –Preoperative α – adrenergic blockade

PhenyoxybenzamineAllows re‐expansion of intravascular volume

Delay β‐blockade until α‐blockade effectiveUnopposed α stimulation 

Dangerous vasoconstriction, hypertensionβ‐blockade useful to treat dysrhythmias or tachycardia

Correct hypovolemia

Anesthetic Considerations Monitoring

Standard monitorsArterial lineCVP or PACUrinary catheter

FluidsLarge positive fluid balance is usually required to keep intravascular volumes within a normal range

Anesthetic Considerations – IntraoperativeOptimal preparation essentialGoals

Avoid drugs or maneuvers that provoke catecholamine release or potentiate catecholamine actionsMaintain cardiovascular stability 

Anesthetic ConsiderationsAvoidDrugs that cause histamine releaseSympathomimetic or vagolytic drugsSuccinylcholine (fasciculations stimulate tumor, may stimulate autonomic ganglia)Agents that cause an indirect increase in catecholamine levels Anything that stimulates catecholamine release: fear, stress, pain, shivering, hypoxia, and hypercarbia

Anesthetic Considerations – IntraoperativePeriods of Greatest DangerHypertension/ArrhythmiasInductionIntubationSurgical incisionTumor manipulation/ abdominal exploration

HypotensionLigation of tumor’s venous drainage

Anesthetic Considerations – IntraoperativeHypertension

Sodium NitroprussidePhentolamineNicardipine

ArrhythmiaEsmololLidocaine

Anesthetic Considerations – IntraoperativeHypotension

Volume expansionPhenylephrineDecrease anesthetic depth

HypoglycemiaOccurs in 10‐15% of patientsMay need glucose infusion

18 year old maleSkateboarding injury

Complex left closed femur fractureUrgent, not emergent repairNervous, agitated, restlessVS: 160/90, HR 130, Temp 37.6C

Past Medical HistoryPolysubstance Abuse

ETOH THCTobacco

Endocrine Range Result

TSH, Sensitive  0.3‐5.0 mlU/L 0.01

Thyroxine, Total 5.0‐12.5 ug/dL 25.3

Thyroxine, Free 0.8‐1.8 ng/dL 10.3

Triiodothyronine 80‐190 ng/dL 627

Free T3 2.0‐3.5 pg/mL 27.5

Exaggeration of hyperthyroidism symptomsUnrecognized and untreated is fatalAdult mortality ‐ 10‐20%Abrupt onset of signs of hyperthyroidism from sudden release of T4 and T3

TachycardiaHyperthermiaAgitationSkeletal muscle weaknessCHFShockAbdominal PainGoiterHepatic Failure

AnxietyDeliriumPsychosisStuporComa NauseaVomitingDiarrhea

Treatmentβ‐blockerThionamide (propylthiouracil or methimazole)Iodine solution (SSKI or Lugol’s solution)Iodinated radiocontrast agent (not available in US)GlucocorticoidsInfusion of cooled crystalloid solutionsTylenolAvoid Aspirin 

Displaces thyroid hormones from thyroglobulin and could aggravate the disease

ICU care

19 year old male3 week history of: 

FatigueMuscle weaknessDizziness

Fainted this am when went out to exerciseFell down stairs – fractured humerus, requires ORIF

BP 95/60, P 110Skin: cool, dry, tannedLabs: Hct 36%, glucose 62 mg/dL, Na 120 mmol/L, K 6.7 mmol/L, Cr 1.4 mg/dL, BUN 36 mg/dL 

Primary Adrenal InsufficiencyDestruction of the adrenal cortex, manifested by absence of cortisol and aldosteroneSigns and Symptoms

Hyperpigmentation over palmar surfaces and pressure pointsPsychiatric symptomsArthralgiasMyalgias

Primary Adrenal Insufficiency 

Aldosterone DeficiencyHyponatremiaHypovolemiaHypotensionHypokalemiaMetabolic Acidosis

Cortisol DeficiencyWeaknessFatigueHypoglycemiaHypotensionWeight loss

Signs and Symptoms

Physiology

Preoperative tests: CBC, electrolytes, and glucose levelProvide corticosteroid supplementation for those patients that have been treated with corticosteroids for more than 1 month within the 6‐12 months prior to surgeryCortisol 25 mg IV at induction, then 25 mg every 4 hoursDaily maintenance dose should be given the day of surgery

ACTH dependentLoss of glucocorticoid functionIntact mineralocorticoid functionUncommon

Caused by hypothalamic/pituitary depression or absenceMost common formGlucocorticoid deficiencyCommonly caused by use of synthetic glucocorticoidsLack cutaneous hyperpigmentationMild electrolyte abnormalitiesACTH suppression from steroid treatment leads to adrenal atrophy

SurgeryActivation depends on:

Magnitude and duration of surgeryType and depth of anesthesia 

Daily secretion estimated at 5 ‐ 10 mg/m 25 to 7 mg/day of oral prednisone  20 to 30 mg/day of hydrocortisone

Cortisol synthesis can increase under conditions of stress to 100 mg/m 2/day.

Surgical Stress Corticosteroid DosageMinorInguinal Hernia RepairColonoscopy

25 mg of hydrocortisone or 5 mg of methylprednisolone IV day of procedure only

ModerateOpen cholecystectomyHemicolectomy

50‐75 mg of hydrocortisone or 10‐15 mg of methylprednisolone IV day of procedure. Taper quickly over 1‐2 days to usual dose.

SevereMajor cardiothoracic surgeryWhipple procedureLiver resection

100‐150 mg hydrocortisone or 25‐30 mg of methylprednisolone IV day of procedure.  Rapid taper to usual dose over next 1‐2 days

Hallman, MR, Head, DE, Coursin, DB, Joffe, AM. (2013). Chapter 26. When and Why Should Perioperative Glucocorticoid Replacement Be Administered? In Fleischer, LA (Ed.) Evidence Based Practice of Anesthesiology, 3e.

Schroeder, E & Wang, CCL (2013). Chapter 30 Adrenal Insufficiency. In McDermott, MT (Ed.)Endocrine Secrets. 6e.

High feverApathyConfusionAnorexiaNauseaVomiting

Untreated – coma, severe hypotension, or shock unresponsive to vasopressors may rapidly lead to deathUnder anesthesia: catecholamine‐resistant hypotension

HyponatremiaHyperkalemiaLymphocytosisEosinophiliaHypoglycemia

ManagementTreat aggressivelyDexamethasone 4 m g IVEmpiric treatment with IV hydrocortisoneIV hydrationGlucose

Anesthetic ConsiderationsGlucocorticoid replacementAvoid EtomidateUntreated AI and Emergency Surgery

Invasive monitoring (arterial line, CVC or PAC)IV corticosteroidsFluid and electrolyte resuscitationMinimal doses of anesthetic agents and drugs

26 y.o. female170 cm110 kgThin limbs, truncal obesityBuffalo hump

Problem = too much cortisolTwo types

Corticotropin‐dependent Cushing’s syndromePituitary adenomas

Corticotropin‐independent Cushing’s syndromeAdrenocortical tumors

Signs and SymptomsSudden weight gainMoon faceHTNGlucose intoleranceMuscle weakness

Anesthetic ConsiderationsPreoperative 

Evaluate BP, electrolytes, blood glucose Positioning: consider osteoporosisChoice of drugs or anesthetic technique is not influencedSkeletal muscle weakness 

Mechanical ventilationHypokalemia – influence response to NDMRs

Continuous cortisol infusions may be initiated intraoperatively