CIRCOLAZIONE EXTRACORPOREA (CEC)

Fino agli inizi degli anni cinquanta dello scorso secolo la cardiochirurgia aveva un bagaglio molto limitato di interventi, effettuati a cuore battente e non esangue e con risultati spesso non ottimali né duraturi, finchè nel 1955 venne messa a punto da Gibbon la circolazione extracorporea, la quale ha quindi permesso l�feffettuazione della maggior parte degli interventi attualmente eseguiti. Per poter effettuare gran parte degli interventi di cardiochirurgia è necessario che il cuore sia esangue ed immobile ed i polmoni siano fermi e pertanto occorre drenare il sangue venoso del paziente, mediante appositi tubi, all�festerno del corpo, ossigenarlo e reimmetterlo nel sistema arterioso con un�fopportuna energia cinetica per garantire una corretta perfusione di tutti gli organi.

SCHEMI DI CIRCOLAZIONE EXTRACORPOREA

La circolazione extracorporea ( CEC ) serve quindi essenzialmente a due funzioni:

• funzione di pompa
• funzione respiratoria

Schematicamente essa è composta da due sezioni , una venosa e l�faltra arteriosa .

La parte venosa è costituita da tubi ( cannule ) per la cannulazione delle vene cave superiore ed inferiore, o direttamente dall�fatrio destro, e da un tubo in pvc per convogliare il sangue venoso del paziente ad un ossigenatore. La parte arteriosa del sistema inizia dall�fossigenatore, in cui il sangue venoso viene ossigenato e cede anidride carbonica e da qui convogliato mediante un tubo in pvc ad una pompa, con funzione aspirante e premente, che lo convoglia attraverso un condotto ad una cannula arteriosa, posta generalmente nell�faorta ascendente ( o in arteria femorale, ed in quest�fultimo caso il flusso è centripeto e non centrifugo) e quindi nel sistema arterioso del paziente.

Le cannule aortiche possono essere rette o curve; le cannule venose possono essere una per la vena cava superiore ed una per la cava inferiore, oppure un�funica cannula, detta �g two – stage �g, posta in atrio destro e che drena ambedue le cave: in genere negli interventi in cui si deve operare sulle valvole mitrale o tricuspide si utilizzano due cannule venose, mentre negli interventi di rivascolarizzazione miocardica o in quelli sulla valvola aortica si può utilizzare la cannula unica.

Le cannule vanno inserite previo confezionamento di borse di tabacco ( suture circolari a funzione emostatica ), singole oppure doppie e concentriche come nel caso della cannulazione aortica.

CANNULE ARTERIOSE

Nella macchina cuore – polmoni ci sono 4 moduli uguali e interscambiabili, destinati a diverse funzioni: il 1�< modulo ha funzione di pompa; il 2�< e 3�< modulo svolgono la funzione di aspiratori ( uno detto �gpericardico�h, che aspira il sangue che si raccoglie durante l�fintervento nel sacco pericardico, e l�faltro detto �gvent o aspiratore endoventricolare�h che può essere inserito in aorta ascendente, in vena polmonare o in arteria polmonare); il 4�< modulo serve ad infondere la soluzione cardioplegica .

MACCHINA CUORE - POLMONI

I circuiti della CEC sono in PVC e tra il circuito arterioso e venoso esiste un filtro detto pre by-pass che presenta una griglia a fori molto sottili ( < 5 micron ) che serve ad eliminare qualsiasi impurità e che viene rimosso prima di collegare il paziente alla macchina.

Per evitare l�fattivazione della coagulazione del sangue che passa attraverso i circuiti, si provvede preventivamente ad anticoagulare il paziente iniettando nell�fauricola destra 3 mg/Kg di eparina e controllando dopo alcuni minuti che il tempo di coagulazione attivato ( TCA ) sia tra 480 e 560. A fine intervento l�feparina viene poi neutralizzata con cloridrato di protamina, stando molto attenti ad eventuali reazioni allergiche ( essa viene somministrata in arteria o in vena molto lentamente e si neutralizzano circa i 2/3 della quantità di eparina somministrata ).

PRIMING

Allorchè si debba iniziare una CEC, è necessario che i circuiti siano riempiti di liquido ( priming ). Quando la CEC fu messa a punto si utilizzavano solo sacche di sangue da donatore con conseguenti possibili reazioni trasfusionali, complicanze infettive, carenza di fattori della coagulazione, carenza di ossigenazione per ridotto quantitativo di 2,3 DPG, ma successivamente sono utilizzate varie soluzioni cristalloidi ( soluzioni fisiologiche, soluzioni glucosate, soluzioni elettrolitiche, plasma – expanders, bicarbonato, eparina, mannitolo ) ottenendo così un�femodiluizione normovolemica. che riduce il consumo di sacche di sangue durante l�fintervento e nel contempo la viscosità del sangue stesso.

I vantaggi di quest'emodiluizione sono quelli di eliminare i rischi dovuti all�futilizzo di sacche di sangue da donatore, abbassando l�fematocrito fino anche al 20% ( con buon trasporto di O2 ), e di ridurre la viscosità del sangue con conseguente miglioramento della perfusione periferica e del microcircolo, riduzione dell�femolisi e minor rischio trombotico.

L�femodiluizione viene generalmente corretta da un'opportuna stimolazione della diuresi del paziente durante e dopo la CEC e nel decorso post - operatorio.

POMPE

Nel 1955 Kirklin e coll. dimostrarono che un flusso di 2,4 l/min/m² ed una pressione arteriosa media di 50 – 60 mm hg durante la CEC erano sufficienti ad ottenere una adeguata perfusione.

Il modulo di pompa assicura un flusso di sangue tra 2,2-2,5 l/min./mq di superficie corporea in normotermia, fino a 1,2 l/min/mq in ipotermia.

La pompa roller ha due cilindri, montati su un rotore, i quali tramite la compressione sul tubo determinano il flusso all�finterno dei circuiti, flusso che è continuo e non pulsatile come nella circolazione fisiologica, a pressioni di 60 – 90 mm hg: questa azione meccanica può causare anche emolisi ( per cercare di ridurre l�femolisi, si opera in maniera �gnon occlusiva�h ).

Le pompe roller consentono portate superiori ai 6 l/min ed un flusso indipendente dalle resistenze vascolari del paziente.

POMPA ROLLER

Esiste anche la pompa centrifuga, nella quale la rotazione di palette all�finterno di una �gcampana�h trasforma l�fenergia elettromagnetica in energia meccanica determinando un flusso continuo,che è regolato sia dal pre- che dal post - carico: un ostacolo a monte o a valle fa ridurre o arrestare il flusso ed il rischio di embolizzazione gassosa è pertanto minore, così come il traumatismo sugli elementi ematici e l�fattivazione del complemento.

POMPA CENTRIFUGA

OSSIGENATORI

I primi ossigenatori messi a punto furono gli ossigenatori a membrana in cui una membrana semipermeabile di cellophan permetteva gli scambi gassosi tra sangue ed ossigeno ( tali ossigenatori, pur se con buone basi fisiologiche, sono stati abbandonati in quanto andavano incontro facilmente a rottura ed altri problemi tecnici ); successivamente sono stati prodotti gli ossigenatori a bolle in cui l�fossigeno ed il sangue vengono direttamente a contatto tra loro ( tali ossigenatori sono stati utilizzati a lungo per la loro maneggevolezza, anche se potevano esporre al rischio di embolizzazione e di emolisi ); attualmente i più utilizzati sono gli ossigenatori a fibre cave, in cui appunto innumerevoli fibre cave permettono gli scambi gassosi grazie al passaggio dell�fossigeno all�finterno delle fibre e del sangue all�festerno, che hanno buona maneggevolezza e possono essere utilizzati anche per diverse ore. Le fibre cave esercitano però una certa resistenza al flusso e per tale motivo è necessario che la tu posta prima dell�fossigenatore.

L�fembolia gassosa è la più grave complicanza della CEC: essa può avvenire per rottura dell�fossigenatore o per troppa aria nell�fossigenatore o per alterazioni della solubilità dell�fossigeno durante le fasi dell�fintervento. Altri tipi di emboli possono essere quelli solidi ( frammenti di cera ossea, di grasso, di particelle liberatesi dalle pareti dei circuiti ).

La CEC comprende anche uno scambiatore di calore per modificare la temperatura del sangue e, conseguentemente, quella corporea del paziente: in esso circola acqua, di cui si può impostare la temperatura, la quale poi circolando nell�fossigenatore, provvederà a riscaldare o raffreddare il sangue del paziente e di conseguenza il paziente stesso.

La CEC può essere eseguita in:

- normotermia    ( 33 – 36 �

- ipotermia lieve                 ( 30 – 32 �

- ipotermia moderata    ( 25 – 28 �

- ipotermia profonda     ( 15 – 18 �

L�fipotermia abbassa il metabolismo ( alla temperatura di 28 �

E�f importante che la temperatura dell�facqua non sia troppo alta ( >40 �

FILTRI

Hanno una rete maggiore di 5 micron, da 20-40 a 120 micron ( cioè di dimensioni maggiori a quelle degli elementi corpuscolati del sangue ) e vengono interposti nei circuiti tra la macchina ed il paziente per evitare gravi complicanze emboliche.

		CANNULA VENOSA
	CANNULA ARTERIOSA

CANNULAZIONE ARTERIOSA E VENOSA

RIPERCUSSIONI DELLA CEC

La circolazione extracorporea, pur essendo particolarmente collaudata, può determinare emolisi, denaturazione proteica (sia di albumine che di gamma globuline e quindi immunosoppressione), attivazione dei fattori del complemento, dei leucociti, delle piastrine, rilascio di interleuchine IL-6 IL-8, bradichinina e callicreina dovute al contatto con le superfici estranee.

Il grado di ossigenazione ( pO2 ) durante la CEC è molto elevato con valori di circa 90-100 mm hg ( in ipotermia la curva di dissociazione dell�femoglobina è spostata verso sinistra con aumento dell�faffinità per l�fossigeno e minore rilascio di O2 ). Anche la pCO2 deve essere ben controllata ( tra 40 e 25mmHg ) perchè essa influisce sul flusso cerebrale: valori superiori a 40 provocano vasodilatazione ed edema cerebrale, mentre quelli inferiori a 25 provocano vasocostrizione ed ipoperfusione cerebrale.

Le resistenze vascolari all�finizio della CEC si riducono, ma successivamente, per stimolazione barorecettoriale e produzione di adrenalina e noradrenalina, si determina vasocostrizione ed aumento delle resistenze, tanto da richiedere l�fuso di potenti vasodilatatori come il nitroprussiato.

SINDROME POST-CEC

L�fattivazione della risposta infiammatoria può determinare la cosiddetta sindrome post - CEC , caratterizzata da dissociazione temporo - spaziale ( dovuta ad ipoperfusione ed edema cerebrale ), edema interstiziale polmonare ed insufficienza respiratoria ( per aumento della permeabilità vascolare ), insufficienza renale post - operatoria ( per ipoperfusione renale ) reversibile in genere in qualche settimana, anemia ed ematuria ( per emolisi ).

METODICHE PARTICOLARI:

IPOTERMIA PROFONDA, ARRESTO DI CIRCOLO, PERFUSIONE CEREBRALE ANTEROGRADA E RETROGRADA.

Grazie all�fimpiego dell�fipotermia profonda ( 18 �

Al fine di ridurre i rischi di danni cerebrali e/o di prolungare il periodo sicuro di arresto di circolo, sono stati utilizzati sistemi isolati di perfusione cerebrale anterograda e retrograda. Il sistema anterogrado prevede l�fincannulazione selettiva dei vasi arteriosi cerebrali ( tronco anonimo e carotide comune sinistra ), non sempre agevole in presenza di dissecazione di questi vasi, e comporta l�fimpiego di altre cannule ed un circuito più complesso; la perfusione retrograda viene eseguita utilizzando la stessa cannula venosa posizionata in vena cava superiore. Con questa metodica viene perfuso, a basso flusso e con bassa pressione, tutto il distretto venoso superiore, compreso il distretto vertebrale. Nella perfusione cerebrale selettiva anterograda secondo Kazui (Selective Cerebral perfusion - SCP), il paziente viene posto in ipotermia moderata ed, in arresto di circolo, si procede alla cannulazione sia del tronco anonimo che della carotide comune di sinistra utilizzando delle apposite cannule ed attuando una perfusione cerebrale selettiva alla velocità di 10ml/Kg/min usando una apposita pompa roller indipendente dalla circolazione sistemica

Studi sperimentali eseguiti da Kazui e coll. suggeriscono che per un'adeguata protezione cerebrale la   velocità di perfusione cerebrale in ipotermia moderata deve essere almeno il 50% della perfusione fisiologica. Una velocità di perfusione di 10ml/kg/min, quale si effettua durante la SCP, è considerata essere il 50% o più della velocità di flusso fisiologica della circolazione cerebrale.

PROTEZIONE MIOCARDICA

Per poter operare a cuore fermo ed esangue occorre isolare il cuore dalla circolazione sistemica, utilizzando la CEC che fornisce un�fadeguata portata ematica a tutti gli organi eccetto al cuore ( l�fischemia miocardica prolungata porta danni irreversibili ). L�fabbassamento della temperatura miocardica, riducendo il metabolismo, consente di aumentare il tempo di ischemia senza che si verifichino danni irreversibili ( portando la temperatura miocardica a 15 �soluzioni cardioplegiche le quali, inducendo un rapido arresto cardiaco, preservano l�fenergia cellulare accumulata sotto forma di fosfati ( il consumo di O2 in normotermia è di 6-7 ml /100 gr/min e scende a meno di 1 ml/100 gr/min in arresto cardiaco ), stabilizzano le membrane, combattono l�fedema anossico e prevengono i danni da riperfusione.

In aerobiosi il cuore consuma acidi grassi ( ciclo di Krebs ), mentre in anaerobiosi si ha l�fattivazione della glicolisi, con minore produzione di ATP.

Le soluzioni cardioplegiche contengono: sodio, potassio ( responsabile dell�farresto cardiaco in quanto determina un aumento della concentrazione di ioni potassio a livello extracellulare e conseguente riduzione del potenziale di membrana fino alla depolarizzazione cellulare ), calcio e magnesio per stabilizzare le membrane cellulari, sostanze che riducono l�fedema dovuto all�fischemia come il mannitolo, sistemi tampone quali bicarbonati e lattati, substrati come aspartato e glutammato ( presenti nelle soluzioni cardioplegiche ematiche per favorire la produzione di energia tramite il ciclo di Krebs ).

L�finfusione della soluzione cardioplegica può avvenire per via :

• anterograda ( in aorta ascendente e da qui intracoronarica, o direttamente negli osti coronarici se la valvola aortica è incontinente ); con tale tecnica se un ramo coronarico è ostruito si può determinare una cattiva protezione del cuore a valle dell�focclusione durante la CEC.
• retrograda attraverso il seno coronarico ( utilizzata nell�finsufficienza aortica importante o nella grave patologia aterosclerotica coronarica trivascolare ).

Durante l�f infusione negli osti coronarici bisogna fare attenzione alla pressione di perfusione perchè c�fè il rischio di dissezione coronarica e necrosi miocardica. La pressione di perfusione della cardioplegia anterograda dovrebbe essere almeno 60 mm hg e non superiore a 100 mm hg,mentre per la cardioplegia retrograda la pressione deve essere inferiore a 50 mm hg per non determinare un barotrauma nel seno coronarico e nel circolo venoso.

CANNULE PER SOLUZIONE CARDIOPLEGICA

Il presupposto per ottenere una corretta protezione miocardica consiste nell�fomogenea distribuzione della soluzione cardioplegica a tutte le regioni miocardiche. In caso di grave arteriosclerosi coronarica con l�finfusione anterograda vi è una scarsa distribuzione oltre la stenosi, con la retrograda è scarsa la distribuzione al ventricolo destro, mentre l�fassociazione della somministrazione anterograda e retrograda sarebbe la soluzione ideale.

La cardioplegia per via retrograda fuoriesce per 2/3 dalle vene di Tebesio ed in piccola parte dall�fostio coronarico destro e quindi per questo si è ipotizzata con questa via di somministrazione una minore protezione del ventricolo destro, un�finfusione inadeguata nella porzione posteriore del setto e nella parete posteriore del ventricolo sinistro ed adeguata invece per la parete anterolaterale del ventricolo sinistro e la porzione anteriore del setto.

Le soluzioni cardioplegiche possono essere fredde ( 4 �e calde ( 37 �In genere si usano le soluzioni fredde, ma in caso di infarto miocardico acuto si usa l�finduzione calda a 37 �

CARDIOPLEGICA EMATICA

In questa metodica il sangue del paziente viene mescolato alla soluzione cardioplegica con un rapporto 4:1.

Essa contiene:

• ossigeno ( in ipotermia la curva di dissociazione dell�femoglobina è spostata verso sinistra con aumento dell�faffinità e minore rilascio di ossigeno ),
• PH alcalino, sistemi tampone e bicarbonati,
• Potassio, Ca - antagonisti e beta bloccanti,
• Glucosio, aspartato e glutammato ( essenziali per il ciclo di Krebs ) per migliorare la velocità di ripresa del metabolismo cardiaco.

La cardioplegia ematica comprende tre diversi tipi di dosi:

1. induzione (ricca di potassio)
2. mantenimento
3. riperfusione ( ricca di substrati energetici )

La dose di induzione è di 300 ml per 3 minuti a 4 �

CARDIOPLEGIA CRISTALLOIDE

E�f costituita da:

1. potassio ( fondamentale per l�farresto cardiaco ), calcio (per mantenere l�fintegrità di membrana), magnesio e procaina ( stabilizzanti di membrana ), glucosio che è il substrato energetico della cellula in ipotermia.
2. PH lievemente alcalino e sistemi tampone ( per compensare l�facidosi correlata all�fischemia )

mannitolo ( per ridurre l�fedema miocardico ).

La cardioplegia cristalloide viene infusa ad una temperatura di 4 �

ULTRAFILTRAZIONE

Scopo dell�fultrafiltrazione è di ridurre la quota idrica nel sangue circolante. Essa si è dimostrata efficace nel concentrare i globuli rossi, le proteine plasmatiche e le piastrine, e nel controllare l�feccessiva emodiluizione che può verificarsi durante la CEC, soprattutto in pazienti con sovraccarico idrico pre – operatorio ( pazienti in edema polmonare ad esempio ).

Non esistono particolari controindicazioni all�fuso dell�fultrafiltrazione in CEC, mentre le indicazioni sono :

- pazienti con IRC rilevante o in dialisi

- pazienti scompensati e/o con IRA

- eccessiva emodiluizione durante la CEC.

ECMO ( EXTRACORPOREAL MEMBRANE OXIGENATION )

E�f un sistema di assistenza cardiopolmonare utilizzato come presidio terapeutico temporaneo in pazienti con insufficienza cardiorespiratoria grave. Il sistema consiste in un by-pass artero-venoso femoro-femorale; il circuito comprende 2 cannule, una di drenaggio venoso ed una arteriosa, una pompa centrifuga ed un ossigenatore a fibre cave. Al circuito standard possono essere interposte linee per la nutrizione parenterale e l�fultrafiltrazione. I flussi sono mantenuti in genere tra i 2 e i 3,5 l/min e la durata massima di assistenza cardiorespiratoria dovrebbe essere compresa tra 48 e 72 ore.

RECUPERATORE CELLULARE

Il sangue aspirato dal campo operatorio, se non eparinizzato, andrebbe perduto se non venisse convogliato in un circuito dove viene mescolato con soluzione fisiologica eparinata, centrifugato e successivamente reinfusa al paziente la parte corpuscolata ( mentre viene eliminato il liquido di lavaggio ). Questa metodica è controindicata nei pazienti neoplastici e nei processi infettivi sistemici in atto, per il rischio di disseminazione sistemica.

EMOFILTRAZIONE

Gli emofiltri sono filtri semipermeabili che lasciano passare molecole fino a 50.000 dalton (acqua, glucosio , urea, emoglobina libera, sodio ecc.) utilizzati nei pazienti con sovraccarico idrico e nelle CEC prolungate ( al contrario del recuperatore cellulare non c�fè perdita di proteine plasmatiche e fattori della coagulazione ).