Il sistema circolatorio Km di lunghezza litri/h da pompare in circolo

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1 Il sistema circolatorio Km di lunghezza litri/h da pompare in circolo

2 Il sistema circolatorio Si definiscono vasi sanguigni i condotti del sistema circolatorio adibiti al trasporto del sangue attraverso il corpo. Le tipologie più importanti sono le arterie e le vene, che portano, rispettivamente, il sangue dal cuore al resto dell'organismo e viceversa. Tutti i vasi sanguigni hanno la stessa struttura di base: la parete interna (tunica intima) è costituita da un pavimento di cellule endoteliali ed è circondata da tessuto connettivo Arteria Vena Attorno a questo si trova uno strato di muscolo vascolare liscio, che è particolarmente sviluppato nelle arterie. Infine, vi è un ulteriore strato di tessuto connettivo (tunica avventizia), che contiene i nervi che servono lo strato muscolare, e i capillari per il trasporto dei nutrienti nei vasi più grandi. I capillari constano in poco più di uno strato di endotelio e talvolta di tessuto connettivo.

3 Il sistema circolatorio Grandi arterie (arterie elastiche): hanno un diametro che supera i 7mm, con una grossa luce ed una parete particolarmente elastica, necessaria per smorzare le forti pressioni conferite al sangue da parte del cuore. Sono definite anche arterie di conduzione; ne sono esempi l'aorta ed i suoi rami principali, e le arterie polmonari. Arterie di medio calibro o arterie muscolari: hanno un diametro compreso tra i 2,5 ed i 7 mm, con una grossa luce ed una parete forte ma non troppo elastica; inoltre offrono una bassa resistenza al flusso sanguigno. Sono considerate arterie di distribuzione; ne sono esempi le arterie coronarie e quelle renali. Arterie di piccolo calibro o arteriole: ricche di tessuto muscolare, presentano una piccola luce ed una parete spessa e contrattile, grazie alla quale regolano e controllano la resistenza del flusso nel letto capillare. Sono governate da una ricca innervazione di fibre simpatiche e da diversi fattori locali. Le arteriole rappresentano le estreme ramificazioni dell'albero arterioso e continuano nei capillari.

4 Il sistema circolatorio Il calibro e l'elasticità delle arterie decrescono progressivamente dall'aorta verso la periferia, mentre aumenta, di riflesso, la componente muscolare liscia. Anche pressione e velocità del sangue diminuiscono mano a mano che ci si allontana dal cuore; la sezione trasversa totale, invece, aumenta, perché il calibro della somma dei rami collaterali e terminali di ciascuna arteria è sempre maggiore rispetto a quello del vaso di origine. Esistono quindi graduali passaggi da un tipo di arteria all'altro; si possono così individuare anche arterie di tipo misto, che presentano caratteristiche intermedie tra le differenti tipologie vasali.

5 Le Protesi Vascolari Le protesi vascolari sono dispositivi medici che vengono impiantati permanentemente allo scopo di ripristinare l efficacia di un tratto vascolare che, per qualsiasi motivo, non sia più in grado di trasportare correttamente il sangue. Gli impianti vascolari sono, nella quasi totalità dei casi, impianti arteriosi: ciò dipende dal fatto che le patologie venose sono molto meno frequenti e molto meno gravi in quanto la pressione venosa è inferiore a quella arteriosa (ciò limita il danno vascolare) e solitamente si generano dei circoli collaterali che drenano comunque il sangue venoso.

6 Le Protesi Vascolari Per quanto concerne il letto arterioso, esistono diverse possibili patologie della parete vascolare che conducono alle due principali cause di malfunzionamento: stenosi ed aneurisma. La stenosi è sostanzialmente un restringimento del diametro dell arteria causato dalla crescita di una placca aterosclerotica o dalla formazione di un coagulo; una arteria stenotica non è più in grado di trasportare efficacemente il sangue verso i distretti più periferici e quando la stenosi è molto grave i tessuti a valle possono diventare ischemici. L ischemia grave riduce o annulla l apporto di ossigeno ai tessuti con possibile necrosi; nell organo colpito da necrosi si ha infarto, che produce una parziale o totale perdita della funzione dell organo medesimo.

7 Le Protesi Vascolari

8 Le Protesi Vascolari L Aneurisma è l allargamento dell arteria causato da cedimento progressivo della parete vascolare. La parete può rompersi provocando una emorragia interna e non trasportando più il sangue a valle. L aneurisma causa inoltre anomale condizioni fluidodinamiche, che possono condurre alla trombosi (coagulazione nella zona intravasale) della zona dilatata.

9 Le Protesi Vascolari Nel caso di un importante aneurisma, la protesi viene impiantata all interno del vaso, riducendone l allargamento.

10 Caratteristiche di una protesi ideale 1. Biocompatibile 2. Strutturalmente duratura 3. Resistente alle infezioni 4. Facile da sterilizzare e conservare 5. Disponibile in differenti dimensioni 6. Facile da impiantare e da suturare 7. Impermeabile al sangue 8. Non trombogenica 9. In possesso di buona compliance (distensibilità) 10. Di basso costo e facile fabbricazione

11 Caratteristiche di una protesi ideale Vita media maggiore della aspettativa di vita dell ospitante Nessuna reazione biochimica indesiderata Grosso calibro (diametro interno > 6mm) Le protesi di medio e grosso calibro vengono usate per sostituire l'aorta e le sue diramazioni, cioè le arterie che originano dall'arco aortico e dalle arterie iliache. La velocità del flusso ematico è elevata e solo una piccola percentuale di sangue che fluisce attraverso il vaso viene a contatto con la parete, per cui i fenomeni trombotici sono meno drammatici Piccolo calibro (diametro interno < 6mm) Proprietà essenziali per una protesi di piccolo calibro sono: superficie liscia a basso coefficiente di attrito, non trombogenica. dimensioni e proprietà meccaniche simili a quelle delle arterie che devono essere sostituite. Le protesi di piccolo calibro artificiali sono difficili da realizzare e di problematico funzionamento!!!

12 Caratteristiche di una protesi ideale L attrito, può dar luogo a sforzi locali di taglio causando perturbazioni nel flusso, ed anche turbolenze, in prossimità della parete del vaso. Questo a sua volta può provocare aggregazione piastrinica e trombosi. Questo processo, che una volta innescato è autopropagante, è un problema più grave nelle protesi a piccolo diametro che in quelle a largo diametro. Perché: a) lo strato fluido più vicino alla parete (lo strato limite) è proporzionalmente più spesso nei vasi più piccoli; b) il rivestimento biologico che si forma sulla parete riduce il lume e, in alcuni vasi a piccolo diametro, agisce come una stenosi.

13 Come rendere una superficie non trombogenica? 1. rendere porosa la parete della protesi, con la speranza che venga promossa la formazione di neointima (nuova superficie completamente naturale = endotelio) Ma una neointima «vera» non si riforma e, specialmente attorno alle anastomosi, il tessuto neoformato può crescere in modo abnorme (iperplasia intimale) e quindi occludere il vaso 2. rivestimenti interni non porosi, in materiale sintetico inerte, come il carbonio turbostratico, o opportunamente funzionale in senso biologico. Tentativi in questo secondo senso (ad es. legando chimicamente o fisicamente un anticoagulante come l eparina in superficie) hanno incontrato scarso successo clinico a causa di vari motivi, tra cui le difficoltà di dosare la quantità e l attività dell eparina legata, il costo elevato, la mancanza di riproducibilità 3. ricreare un endotelio naturale tramite inseminazione della protesi con cellule endoteliali Tentativi che non sono riusciti a dare i risultati sperati a causa dell incapacità di tali cellule di rimanere aderenti alla superfici della protesi e di proliferare normalmente. Con i progressi dell ingegneria tessutale, tuttavia, si stanno facendo molti passi in avanti in questa direzione.

14 Caratteristiche di una protesi ideale Dimensioni e proprietà meccaniche simili a quelle delle arterie che devono essere sostituite. Per minimizzare disturbi nel flusso le dimensioni di protesi e arteria naturale dovrebbero essere uguali, e per il trasferimento ottimale di energia pulsatile anche le proprietà elastiche dovrebbero essere le stesse. Un cattivo accoppiamento anastomotico è inefficiente e l'inefficienza in vivo è aggravata dal fatto che per ogni innesto protesico ci sono due anastomosi. Il grosso problema è la compliance Le protesi vascolari hanno dei problemi a riprodurre fedelmente il comportamento meccanico dei vasi ematici.ciò equivale a dire cheche hanno scarsa compliance La compliance (C) è una misura della distensibilità di un vaso in direzione radiale ed è data da: C = ( D D) 100 P D = diametro del D = variazione P = variazione di di vaso diametro pressione

15 Caratteristiche di una protesi ideale I materiali protesici che determinano i risultati più soddisfacenti sono, ovviamente, quelli biologici ed in particolare quelli autologhi (vene e arterie) grazie alle loro caratteristiche anatomiche (endotelio integro che regola i processi coagulativi, tonaca media che garantisce la corretta tonicità e avventizia che nutre le pareti) Purtroppo in alcuni casi, l impiego di materiali biologici non è possibile, ed ecco emergere l importanza della ricerca scientifica nel progettare nuovi materiali sintetici per i quali sono fondamentali tre aspetti: Bassa trombogenicità Buone caratteristiche di incorporazione Cicatrizzazione e stabilità nel lungo periodo Le protesi sintetiche attualmente in commercio sono solitamente soddisfacenti per il trattamento ricostruttivo dei grossi vasi, mentre presentano ancora dei limiti nel trattamento dei vasi di piccolo calibro (<6 mm)

16 Fattori da valutare per l impianto Soggettivi (legati al paziente) luogo di impianto estensione e decorso della patologia (arteriosclerosi) patologie associate (diabete, ipertensione, infezioni, ) fattori di rischio (fumo, ) Oggettivi (legati al tipo di innesto o graft) tipo e qualità del materiale tecnologia Fattori legati all intervento chirurgico

17 Tipologie di Impianti Vascolari ORIGINE BIOLOGICA non trattati chimicamente trattati chimicamente ingegneria dei tessuti ORIGINE SINTETICA in politetrafluoretilene (PTFE) in polietilentereftalato (PET) in poliuretano (PUR) PROTESI VASCOLARI fabbricate industrialmente per trasformazione tecnologica di materiali di origine non biologica

18 Impianti Vascolari di Origine Biologica non trattati chimicamente vena del paziente stesso arteria del paziente stesso vena di altro soggetto umano arteria di altro soggetto umano OMOLOGHI ETEROLOGHI trattati chimicamente vena ombelicale umana vaso bovino protesi prodotta con pericardio bovino ingegnerizzati (con/senza supporto sintetico, bio/non-bioriassorbibile) protesi fabbricata per coltura di tessuti viventi protesi prodotta all'interno di un animale protesi prodotta all'interno del paziente stesso

19 Impianti Vascolari di Origine Biologica non trattati chimicamente (vena e arteria del paziente stesso) A tutt oggi la vena safena autologa è ottimale per bypass arteriosi di diametro < 6 mm, incluse arterie distali e le coronarie mentre le arterie autologhe (iliaca interna ed esterna, femorali superficiali, mammaria interna) sono ideali nei bypass delle arterie cardiache e delle arterie periferiche Ma entrambe presentano lo svantaggio della limitata disponibilità dei siti donatori. A causa della eccellente pervietà a lungo termine, l arteria mammaria interna è considerata la scelta migliore per bypass aorto-coronarico in pazienti più giovani. Per altri pazienti, quando la mammaria interna non è disponibile o non indicata, l alternativa è rappresentata dall arteria gastrica destra o da quella intercostale. Anche l arteria radiale è stata utilizzata con successo per il bypass coronarico. Vantaggi: presenza di lining (i.e. pavimento, rivestimento) di cellule endoteliali; proprietà meccaniche paragonabili a quelle delle arterie native; assenza di colonizzazione batterica. Kunlin ha realizzato il primo bypass di vena safena nel 1948, e gli esiti di questa procedura sono stati soddisfacenti al punto che prima della fine degli anni 50 è stato introdotto nella pratica clinica l uso di innesti venosi nel sistema arterioso.

20 Impianti Vascolari di Origine Biologica

21 Impianti Vascolari di Origine Biologica non trattati chimicamente arteria del paziente stesso L uso delle arterie iliaca interna o splenica ha avuto successo in casi di stenosi dell arteria renale perché non degenerano e presentano una buona flessibilità. L iliaca esterna e le femorali superficiali sono impiegate nei bypass dell arteria viscerale o per la sostituzione dell arteria poplitea, che implica l inserimento attraverso l articolazione del ginocchio. Gli autograft arteriosi presentano adeguata funzionalità anche in presenza di infezioni.

22 Impianti Vascolari di Origine Biologica trattati chimicamente vena ombelicale umana vaso bovino protesi prodotta con pericardio bovino Il trattamento chimico consiste nella fissazione con glutaraldeide (reticolazione chimica delle molecole di collagene), che elimina l antigenicità (risposta immunitaria) e aumenta la resistenza a trazione, ma anche la fragilità. Queste bioprotesi non sono vitali, ed il lining di endotelio è assente. I fattori limitanti sono quindi l assenza di potenzialità riparative (healing) e fragilità strutturale della parete di collagene. Eterograft Bovini (arterie carotidi di vitello, arterie mammarie interne bovine) Le maggiori complicazioni sono state dilatazioni, biodegradazione (calcificazione, disintegrazione), infezione e formazione di cisti. Questi graft sono riservati a pazienti che richiedano procedure di accesso ematico secondario in emodialisi, plasmaferesi e/o chemioterapia.

23 Impianti Vascolari di Origine Biologica trattati chimicamente vena ombelicale umana (HUV) Si ottiene dal cordone ombelicale umano, lungo 50 cm e che contiene in genere una vena e due arterie ricoperte da una sostanza gelatinosa protettiva (la gelatina di Wharton). La vena è più larga (può raggiungere i 7 mm di diametro) e non presenta valvole né rami collaterali. Inizialmente, a causa dell inadeguatezza delle tecniche di conservazione impiegate i risultati erano deludenti ma attualmente, grazie al trattamento con glutaraldeide che rende più stabili i legami del collagene, si può disporre di una protesi stabile e scarsamente antigenica. I cordoni ombelicali vengono puliti e conservati a freddo in sala parto; successivamente in fabbrica viene eliminato ogni residuo di tessuto attorno alla vena che viene montata su un mandrino e trattata con glutaraldeide Una volta rimossi eccessi di materiale gelatinoso e proteico con trattamenti a base di etanolo, i cordoni sono rivestiti da una rete di Dacron per migliorarne le caratteristiche di resistenza

24 Impianti Vascolari di Origine Biologica trattati chimicamente vena ombelicale umana (HUV) Difetti: biodegradazione del collagene, con progressiva dilatazione e, in alcuni casi, formazione di aneurismi e colonizzazione batterica. Ci sono problemi associati all assorbimento di lipidi in relazione al metabolismo dell organismo ospite che possono favorire il processo di biodegradazione. Le attuali indicazioni per la HUV sono limitate all uso come dispositivo per l accesso ematico e per bypass negli arti inferiori quando non sia disponibile una vena autologa (alternativa a safena in pazienti con scarsa life expectancy).

25 Impianti Vascolari di Origine Biologica ingegnerizzati (con/senza supporto sintetico, bio/nonbioriassorbibile) protesi prodotta all'interno del paziente stesso Graft autologhi Sparks mandril (ELIMINATI) Il concetto del dispositivo a mandrino di Sparks (fine 1960) in sé era geniale. Si doveva far crescere una protesi vascolare nel paziente impiantando sottocute un mandrino rigido (in silicone o acciaio) circondato da una rete di Dacron vicino al sito della futura ricostruzione vascolare. Dopo un periodo di maturazione di 4-8 settimane il mandrino veniva rimosso e il tubo di Dacron-collagene veniva impiantato come bypass arterioso. I risultati su animale e l esperienza clinica sono stati deludenti. Il tubo di collagene è formato da tessuto fibroso non orientato e la protesi non riesce a sopportare la pressione ematica pulsatile; si dilata progressivamente, diventa aneurismatica e infine trombizza o sanguina al punto di sutura.

26 Complicanze

27 Impianti Vascolari di Origine Sintetica Nel tempo, molti materiali di sintesi sono stati studiati ed impiegati sperimentalmente come protesi di sostituzione dei vasi (Vinyon, Nylon, Ivalon, Orlon, Teflon e Dacron), tuttavia le prime esperienze cliniche mostravano segni di rapida degenerazione. Attualmente Dacron e Teflon rappresentano i gold standard per la fabbricazione delle protesi in politetrafluoretilene (PTFE o Teflon) Tessuto espanso (Gore-Tex) in polietilentereftalato (PET o Dacron) woven o knitted velour rinforzato rivestito (collagene, carbonio pirolitico)

28 Le fibre di Dacron Le protesi tessili in Dacron rappresentano i sostituti più impiegati per arterie di grosso e medio calibro. Ogni filo che compone la protesi è composto dall associazione di monfilamenti a geometria variabile ottenuti mediante passaggio di polimeri fusi di PET in una filiera. Tali fili vengono quindi allungati mediante trattamento termico capace di conferire aspetto anulare. Successivamente i singoli filamenti vengono riuniti (a spirale od elica) in un unica fibra multifilamento Il fatto di essere multifilamento rende la fibra elastica e maneggevole Il filo così tessuto viene impiegato per fabbricare protesi a tessuto (woven) o a maglia (knitted)

29 Le fibre di Dacron

30 Flessibilità Problema: le protesi impiantate in corrispondenza di un'articolazione quale l'anca o il ginocchio tendono ad occludersi per flessione Soluzione: la protesi viene corrugata a fisarmonica (plissettatura) con corrugamenti circolari o a spirale la protesi può flettersi in quanto è possibile l'allungamento della superficie più esterna del tubo e l'accorciamento della superficie più interna la protesi è più adattabile alle variazioni di lunghezza durante l'impiego

31 Impianti Vascolari di Origine Sintetica Le protesi vascolari fabbricate con tessuto poliestere (Dacron, polietilentereftalato PET) sono le più usate nella chirurgia vascolare periferica per la sostituzione di vasi di medio e largo calibro. Non è possibile la realizzazione di protesi in Dacron di diametro inferiore a 8 mm per la facilità di occlusione per formazione di trombi. Gli impianti in posizione aortica e iliaca hanno dato un follow-up di oltre anni Dacron (grandi vasi, elevati flussi) tessitura geometria plissettatura rinforzo coatings

32 Proprietà del Dacron Meccaniche la fibra stirata, oltre ad aumentare la sua resistenza a rottura, ha anche una maggiore stabilità dimensionale essendo più rigida Chimiche buona inerzia chimica alta idrofobia (in genere sono inibiti i fenomeni di degradazione per idrolisi delle fibre) Sterilizzazione sia in autoclave a vapore, sia con ossido di etilene o con raggi gamma senza provocare significativi fenomeni di degradazione

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