Circolazione extracorporea

 La circolazione extracorporea è la metodica che permette di sopperire alla funzione cardiopolmonare, escludendo il cuore e i polmoni dalla circolazione, mentre il cuore si trova in arresto farmacologico per essere sottoposto a cardiochirurgia. Tale metodica consente lo stesso di  mantenere in vita tutto l'organismo e di intervenire all'interno delle cavità cardiache.

La circolazione extracorporea serve a sostituire la funzione cardiaca e polmonare per poter arrestare il cuore durante gli interventi di cardiochirurgia. Quando si opera sul cuore, occorre che un team cardiochirurgico si occupi di assistere il paziente durante gli interventi a cuore aperto. Si tratta di tecnici altamente specializzati che controllano la macchina cuore-polmone.

Le figure che sono coinvolte sono: 1. Cardiologo 2. Cardiochirurgo 3. Cardioanestesista 4. Tecnico della perfusione corporea 5. Infermiere professionale 6. Fisioterapista riabilitativo.

Il cardiologo sa interloquire e riconosce quali sono le informazioni di cui il cardiochirurgo ha bisogno; il cardioanestesista è specializzato per la gestione del paziente cardiopatico. Egli, durante le fasi più importanti dell'intervento, scambia delle informazioni col cardiochirurgo ed esegue controlli sotto monitoraggio ecografico trans-esofageo, essendo competente per la lettura e di esecuzione dell'eco transesofageo.Queste procedure sono importanti durante una riparazione valvolare. Il tecnico della macchina cuore-polmone gestisce il complicato meccanismo della macchina cuore-polmoni ogni volta in cui è necessario intervenire sul cuore per gli interventi di chirurgia maggiore. Non tutte le operazioni chirurgiche cardiache necessita di una circolazione extracorporea. Questo implica che per fare degli interventi sulle coronarie  non è necessaria la circolazione extracorporea. Il primo intervento con circolazione extracorporea risale al 26/3/54 quando nell'università del Minnesota fu eseguito il primo intervento al cuore. Dopo tale data venne ideata la metodica che permette di arrestare il cuore e di sostituirsi alla funzione cardiaca e polmonare. Un altro grande passo fu compiuto grazie all'impiego di materiale disposable. In precedenza, infatti, i ferri chirurgici ed il materiale chirurgico veniva riutilizzato, dopo essere stato pulito e sterilizzatoi. Questo era un grande rischio per il paziente, perché alcune parti della macchina cuore-polmone rimanevano contaminate da proteine dei vari pazienti, che causavano delle pericolose reazioni allergiche polmonari. Per tale ragione, in seguito, quando ciò fu intuito,  i tubi del circuito e le altre parti dove scorre il sangue, sono disposable.

I primi interventi venivano compiuti sui affetti da cardiopatie congenite ed essi presentavano complicanze respiratorie e morivano. Infine un ragazzino che si chiamava Gregory di un anno,  siccome la macchina cuore-polmone non funzionava, fu usato un genitore (nel caso specifico la madre) come macchina cuore polmone, effettuando una circolazione crociata con uno dei due genitori. Come sapete il padre o la madre hanno un gruppo sanguigno che è uguale a quello del bambino e quindi sotto questo punto di vista non ci sono reazioni particolari. In questo caso ci fu una buona risposta  e questo incoraggiò poi a mettere a punto la macchina cuore-polmone e risolvere i problemi connessi con le proteine eterologiche che contaminavano i circuiti.

Macchina cuore-polmone

La macchina cuore polmone per la circolazione extracorporea è ovviamente costituita da: circolazione extracorporea

- una pompa per dare propulsione al sangue,
- un reservoir che non è altro che una camera di raccolta del sangue
- uno scambiatore di calore che consente di regolare la temperatura del sangue. Infatti alcuni interventi vengono fatti a una temperatura corporea di 18°C, ed il paziente deve essere raffreddato per ridurre i metabolismi e consumare meno ossigeno.
- L'ossigenatore che permette di ossigenare il sangue venoso e farlo diventare arterioso e ovviamente per sostenere e sostituirsi alla funzione polmonare. Oggi questo meccanismo viene cambiato ad ogni intervento
- i filtri perché non ci siano delle particelle che possano creare degli embolismi
- le cannule di connessione: anche queste, come l'ossigenatore che inizialmente dicevo non era disposable, da diverse decine d'anni le cannule sono disposable e sono in PVC.
Durante l'intervento il sangue viene prelevato tramite una cannula venosa, posizionata in genere nelle sezioni destre del cuore, arriva nel reservoir ed una pompa centrifuga che non è altro che un rotore con comando elettromagnetico gira e spinge il sangue. Quindi  l'ossigenatore carica il sangue di ossigeno ed il sangue fluisce in una camera arteriosa che è posizionata in aorta ascendente.  Le pompe sono di vario tipo: ci sono dei rulli che comprimendo i tubi danno propulsione, oppure ci sono le palette che ruotando danno propulsione al sangue, oppure in ultimo una pompa centrifuga che anche questa ruotando dà propulsione al sangue. L'ossigenatore, come vi dicevo, è molto semplice perché è costituito o da membrane, attraverso le quali c'è lo scambio tra ossigeno e  sangue venoso, oppure sono a fibre cave cioè all'interno della fibra scorre il sangue, ed esternamente alle fibre c'è l'ossigeno, per cui mentre scorrere il sangue all'interno di queste fibre cave si ha l'ematosi ed il sangue da venoso diventa arterioso. Il sangue scorre attraverso tutto il circuito dell'extracorporea e viene rimesso in aorta ascendente, quindi il cuore è completamente escluso dal circolo e cosi pure il circuito polmonare. In sintesi si cannulano la vena cava superiore e la vena cava inferiore, che sono escluse dall'atrio destro attraverso due tourniquet, che sono due lacci stretti intorno alle vene in modo che il sangue vada tutto nelle cannule, questo permette di aprire l'atrio destro senza avere il sangue che entra nella camera atriale, quindi se devo andare ad intervenire sul setto interatriale dovrò cannulare separatamente le due cave ed escluderle dall'atrio. Immagine correlataViceversa se non devo aprire l'atrio destro userò una cannula soltanto, che posizionerò in atrio destro con la punta in cava inferiore e quindi drenerà tutto il sangue destro e non dovendo aprire l'atrio destro non avrò problemi di visione. Allora queste cose sono da ricordare: queste sono delle curve che indicano il consumo di ossigeno a varie temperature e a vari flussi perché l'organismo ha una necessità di ossigeno di base, che varia come voi sapete con la temperatura: a 18 gradi il consumo di ossigeno è più basso che non a 36 °C. Come vedete qui ci sono delle temperatura: questo è il consumo a 37°C, questo è quello a 15°C e i flussi di perfusione devono essere questi. Come vedete il 100% del flusso a 37°C e intorno ai 2,5 l/min*m2, questo è quello che noi sappiamo essere la necessità di base a 36°C. Con la temperatura come vedete la percentuale di quel 100% si abbassa, quindi noi sappiamo che a 18 °C possiamo anche arrestare la circolazione per un po' di tempo perché il consumo di ossigeno è molto basso e così utilizziamo questo espediente di abbassare la temperatura per ridurre il consumo di ossigeno, per poter eseguire alcuni interventi complessi sull'aorta, soprattutto quando dobbiamo intervenire sui tronchi sovraortici, sull'arco aortico e quindi dobbiamo raffreddare bene il paziente e sospendiamo la circolazione per circa 30 minuti, in realtà è 45 minuti, ma abbiamo un quarto d'ora di sicurezza per poter sostituire tutto l'arco dell'aorta e i tronchi sovraortici, quindi le carotidi. Dunque utilizziamo una temperatura bassa in questo caso, questa si chiama ipotermia profonda con arresto di circolo. Questo è il consumo di ossigeno del cervello, a seconda della temperatura può arrivare non dico a zero, ma quasi. Sappiate che quando abbassiamo la temperatura a 18°C abbiamo il silenzio elettroencefalografico, cioè l'elettroencefalogramma scompare, no nei bambini perché nei bambini hanno una situazione un po' più complessa, ma negli adulti il più delle volte a 18°C c'è il silenzio elettroencefalografico e se noi preleviamo il sangue refluo dal cervello, cioè quello della vena giugulare, vediamo che l'estrazione di sangue, cioè la differenza arterovenosa di sangue a quella temperatura, è praticamente l'1-2%. Tutti questi dati ovviamente sono verificati, quindi il cervello a quella temperatura estrae quasi niente, questo ci permette di avere un tempo di sicurezza per potere intervenire sui tronchi sovraortici e sull'aorta.

Circolazione extracorporea e rischi connessi con essa

Durante tale procedura si attiva la coagulazione, c'è attivazione del complemento, attivazione delle piastrine e di una reazione infiammatoria aspecifica, perché il sangue passa attraverso un circuito di PVC, quindi ovviamente questo può creare qualche problematica. Per questo motivo per alcuni interventi si può evitare la circolazione extracorporea, soprattutto interventi sulle coronarie, quando non dobbiamo entrare dentro il cuore. Quindi si può fare l'intervento senza circolazione extracorporea. Ovviamente l'attivazione della cascata emocoagulativa significa che se noi mettiamo delle cannule dentro l'atrio destro, in aorta, e se non facciamo qualche gesto anticoagulativo, rischiamo che si causi una trombizzazione o un embolizzazione, quindi prima di inserire le cannule nell'atrio destro, in aorta e così via, noi dobbiamo bloccare completamente la cascata coagulativa.  Il cardiochirurgo all'inizio dell'extracorporea impiega dosi massive di eparina al paziente che ovviamente, dopo l'intervento, si neutralizza con un antagonista che è la protamina.

Cuore ed ischemia durante gli interventi

Se noi escludiamo il cuore e i polmoni dalla circolazione, l'organo che sarà ischemico per antonomasia è il cuore, perché chiaramente escludendo a valle l'aorta e tutto il resto dell'organismo, noi escludiamo la porzione prossimale dell'aorta e dobbiamo proteggere l'ischemia miocardica. Viene usata una soluzione chiamata soluzione cardioplegica, che è una soluzione salina con acqua ed elettroliti con una piccola quota anche di sangue, che permette di raffreddare e mantenere il cuore vivo durante la fase centrale dell'intervento, in modo che sia fermo e protetto e non vada incontro ad una ischemia grave intraoperatoria. Per questo motivo  il consumo di ossigeno miocardico si abbassa, cioè il cuore consuma ossigeno

Normalmente il cuore consuma ossigeno per:

- Attività elettrica: voi sapete che la depolarizzazione richiede il consumo energetico e quindi anche il consumo di 02, fino a 35%

- Attività meccanica: cioè la contrattilità, 60% di consumo di ossigeno

- Attività metabolica: cioè l'attività metabolica di base delle cellule miocardiche che è il 5%

Per abbassare il consumo di ossigeno viene arrestata l'attività elettrica con il potassio a dosi molto alte che ci danno la completa asistolia,per cui  tracciato elettrico è piatto, quindi l'attività elettrica del cuore viene fermata, ottenendosi un risparmio del 35% nel consumo di ossigeno. Poi viene fermata anche l'attività meccanica, il cuore è svuotato durante la fase di infusione della cardioplegia, lo manteniamo decompresso, non lo facciamo contrarre perché c'è anche il potassio che ci blocca la depolarizzazione spontanea delle cellule miocardiche e quindi la funzione di pompa, che viene sostenuta dalla circolazione extracorporea, non ci serve e quindi guadagniamo un altro 60% di consumo di ossigeno. Siamo già a 95 %. Di questo ultimo 5% dell'attività metabolica di base qualcosa riusciamo ad ottenere ancora se viene abbassata la temperatura del cuore. La temperatura del cuore è portata a 8-10°C e quindi anche questa determinante del consumo di ossigeno viene a essere abbassata.  Questa soluzione, che permette di arrestare il cuore (soluzione cardioplegica), viene infusa ad una temperatura di circa 4°C, quindi raffreddiamo il cuore, blocchiamo la sistole elettrica perché diamo potassio (circa 20mEq per litro) e ovviamente lo decomprimiamo e non lo facciamo contrarre, in questo modo noi possiamo avere dei tempi cosiddetti di ischemia miocardica sufficientemente lunghi per poter intervenire. Si deve ripetere la soluzione cardioplegica ogni 30 minuti oppure appena la temperatura del cuore, che possiamo misurare intraoperatoriamente, sale oltre i 10 °C, e quindi possiamo fare un tempo di ischemia sufficientemente lungo, che di circa 2 ore e mezza e soddisfacente per il 99,9% per gli interventi al cuore. L'infusione è attuata direttamente nel bulbo aortico, ovviamente viene chiusa l'aorta ascendente, separata dal resto della circolazione, e viene inserita una cannula che infonde la soluzione cardioplegica, oppure è possibile infondere la soluzione direttamente negli osti delle coronarie, se dobbiamo intervenire sulla valvola aortica, oppure possiamo farla in maniera retrograda dal seno coronarico e poi quando facciamo i by-pass aortocoronarici.

cfr  l'index cardiology