Appunti di Cardiochirurgia. Capitolo 2. Circolazione extracorporea (CEC) e Protezione miocardica

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1 Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 circolazione extracorporea pagina- 1 - Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 Circolazione extracorporea (CEC) e Protezione miocardica 1

2 Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 circolazione extracorporea pagina- 2 - Circolazione extracorporea (CEC) La cardiochirurgia ha potuto progredire grazie allo sviluppo della circolazione extracorporea eseguita con la macchina cuore-polmone. Questa ha il compito di fornire energia per l avanzamento anterogrado del flusso ematico nell albero circolatorio e assolve il compito di ossigenare e decarbossilare il sangue sostituendo quindi sia la funzione di pompa di tutti e due i ventricoli destro e sinistro che dei polmoni per ciò che riguarda gli scambi gassosi. Il fine dell utilizzo di questo dispositivo è di poter operare sul cuore fermo e poter accedere alle strutture intracardiache o vascolari nel periodo di arresto della circolazione ematica a tale livello. Componenti e funzionamento della circolazione extracorporea (CEC ) Componenti della circolazione extracorporea: Cannule: sono strutture cilindriche cave utilizzate per connettere la macchina cuore-polmone, attraverso l apposito circuito di tubi, all albero circolatorio del paziente. Hanno la funzione di drenare il sangue venoso dal corpo del paziente e reimmettere quello arterioso. Circuito: si compone di tubi di diverso calibro, il cui materiale può essere silicone o PVC. Per avere una maggiore biocompatibilità possono inoltre essere rivestiti al loro interno con eparina. Reservoir e sistema di aspirazione: è formato da tubi che provvedono al drenaggio del sangue dal paziente alla macchina cuore- polmone. A tale sistema può essere collegato un vuoto spinto per aumentare la quantità di sangue drenato. Il sangue così drenato viene convogliato in un reservoir e poi una volta riossigenato e decarbossilato, è reimmesso nel sistema arterioso del paziente. Ossigenatore: assolve il compito di ossigenare e decarbossilare il sangue venoso. Pompa: come già detto uno dei compiti più importanti della macchina cuore polmone è fornire energia per l avanzamento anterogrado del sangue nell albero circolatorio durante la fase di arresto cardiaco negli interventi cardiochirurgici. Specificamente questo compito è assolto da una pompa il cui funzionamento viene controllato dal tecnico perfusionista durante l intervento. Esistono essenzialmente due tipi di pompe, peristaltiche e a levitazione magnetica. Le pompe peristaltiche hanno il difetto di determinare un danno meccanico sugli elementi figurati del sangue e non vengono per ciò utilizzate per interventi che richiedono l utilizzo della macchina cuorepolmone per periodi di tempo prolungati. Le pompe a levitazione magnetica hanno flusso continuo, causano minor danno meccanico agli elementi figurati del sangue e sono utilizzate in quelle situazioni dove si presume che la macchina cuore polmone 2

3 Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 circolazione extracorporea pagina- 3 - debba essere utilizzata per periodi di tempo prolungati, come in caso di assistenza circolatoria tipo ECMO/ECLS (extra corporeal membrane oxigenator /extra corporeal life support; capitolo 10) Funzionamento della circolazione extracorporea Durante la circolazione extracorporea (CEC) il sangue drena per gravità nel reservoir venoso della macchina cuore-polmone attraverso le cannule posizionate nelle vene cave o una cannula in atrio destro. Dal reservoir il sangue viene pompato, passando per un ossigenatore a membrana dove viene ossigenato e decarbossilato, nel sistema arterioso solitamente attraverso una cannula posizionata in aorta ascendente. Tale sistema può essere adattato a fornire un assistenza circolatoria e respiratoria totale o parziale. Completano il sistema le linee aspirative di campo (radice aortica, vent, aspiratore di campo), la linea di infusione della cardioplegia, un filtro per emboli e bolle, ed uno scambiatore di calore. Il drenaggio venoso: il sangue venoso entra nel circuito per gravità nel reservoir situato sotto al livello del cuore di cm. L entità del drenaggio è determinata dalla pressione venosa centrale, la differenza di altezza tra cuore e reservoir, la resistenza delle cannule e dei tubi e l assenza di aria all interno del sistema. Per aumentare il ritorno venoso si può applicare un regolatore di vuoto nella chiusura rigida del reservoir: questo si definisce drenaggio venoso vuoto-assistito. Cause di ridotto ritorno venoso possono essere: bassa PVC (pressione venosa centrale), ipovolemia, venodilatazione farmaco indotta, altezza troppo ridotta tra cuore e reservoir, calibro delle cannule venose troppo piccolo, ostruzione delle cannule per qualsiasi causa, aria nella linea venosa, eccessiva resistenza al flusso nel sistema di drenaggio. Una parziale ostruzione della linea di drenaggio venoso può causare distensione del ventricolo destro e danneggiarne la contrattilità. Figura 2; 1: Schema della circolazione extracorporea 3

4 Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 circolazione extracorporea pagina- 4 - Siti di cannulazione Per connettere la macchina cuore-polmone all albero circolatorio del paziente devono essere inserite apposite cannule allo scopo di drenare il sangue venoso e reimmettere quello arterioso. I siti classici di introduzione delle cannule venose sono l atrio destro e le vene cave superiori e inferiori (siti di cannulazione centrale). Di solito quando l intervento chirurgico non prevede l apertura delle cavità atriali e in particolare dell atrio destro, la cannulazione venosa è eseguita a livello dell atrio destro. Quando invece deve essere eseguita l apertura delle cavità atriali è solitamente preferito il posizionamento di due cannuale di drenaggio venoso a livello della vena cava superiore e inferiore ( cannulazione bicavale). Può inoltre essere utilizzata una vena femorale (cannulazione periferica), di solito utilizzata quella destra. Questo tipo di cannulazione è di abitualmente adottata negli interventi eseguiti con tecnica mini invasiva sulla valvola mitrale. I siti classici di introduzione delle cannule arteriose sono l aorta ascendente (cannulazione centrale) e l arteria femorale o l arteria ascellare/succlavia (siti di cannulazione periferica). La maggior parte degli interventi cardochirurgici si esegue con la cannula arteriosa posizionata a livello dell aorta ascendente. L utilizzo della cannulazione periferica è di solito riservato a situazioni particolari, che non permettano il posizionamento della cannula arteriosa in aorta ascendente. Nel caso di dissezione dell aorta ascendente o di intervento di sostituzione dell arco aortico si esegue di solito la cannulazione arteriosa a livello dell arteria succlavia o femorale. Negli interventi di chirurgia mini invasiva si esegue generalmente la cannulazione dell arteria femorale. Eparinizzazione Affinché non si attivi la coagulazione quando il sangue passa all interno dei tubi che costituiscono il circuito della circolazione extracorporea è necessario effettuare una scoagulazione totale del paziente. A tale scopo si somministrano 3-4 mg di eparina per kg di peso corporeo del paziente per ottenere un ACT (activated clotting time) maggiore di 400 in normotermia, e >480 in ipotermia ( al di sotto di 30 C). Al termine della CEC l eparina viene antagonizzata con la protamina con un dosaggio di 1-1,5 mg di protamina per ogni mg di eparina. 4

5 Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 circolazione extracorporea pagina- 5 - Meccanismi dei danni d organo causati dalla circolazione extracorporea I principali meccanismi di danno d organo secondario alla circolazione extracorporea sono l ipoperfusione e l embolia causata da microemboli. Inoltre l eccessiva emodiluizione con Hb sotto 8g/dl può causare riduzione dell apporto di ossigeno ai tessuti e conseguente disfunzione d organo. Per ciò che riguarda la perfusione regionale questa è difficilmente monitorizzabile: viene influenzata da diversi fattori quali la risposta infiammatoria alla CEC che causa il rilascio di sostanze vasoattive, la variazione del ph in ipotermia che comporta una riduzione della perfusione cerebrale, inoltre anche differenze di temperatura tra diversi distretti anatomici possono causare ipoperfusione con acidosi dovuta ad un inadeguato apporto di ossigeno. Fattori predisponenti ad una ridotta perfusione locale sono diabete mellito, vasculopatia periferica, età avanzata, intervento in emergenza, re-intervento, intervento chirurgico lungo e complesso con CEC prolungata. A livello gastrico la CEC causa riduzione del ph, perciò prima dell utilizzo degli antiacidi l ulcera peptica ed il sanguinamento gastrointestinale erano complicanze frequenti nel post-operatorio. Sindrome da risposta infiammatoria sistemica secondaria alla circolazione extracorporea. Rappresenta una condizione messa in atto dall organismo come risposta all intervento chirurgico e alla CEC. Consiste in una reazione infiammatoria sistemica e aspecifica. Si manifesta in genere entro la quinta giornata post-operatoria con almeno due tra i seguenti sintomi e segni: una temperatura corporea maggiore di 38C, frequenza cardiaca maggiore di 90 battiti al minuto, una frequenza respiratoria maggiore di venti atti al minuto o una PCO 2 inferiore a 32 mmhg, leucocitemia maggiore di o minore di 4000/mm 3, presenza di neutrofili immaturi maggiore del 10%. Il processo fisiopatologico che sta alla base di tale sindrome è costituito da varie componenti: prima di tutto il trauma chirurgico, la venuta a contatto del self con le superfici non biologiche del circuito della CEC, il meccanismo da ischemia- riperfusione, il danno endoteliale. Tutti questi fattori determinano l attivazione del complemento, causando il rilascio di citochine pro infiammatorie, che concorrono dunque allo scatenarsi della sindrome da risposta infiammatoria sistemica. Questi fenomeni possono inoltre causare un danno a livello endoteliale, con riduzione della produzione di NO e aumento della permeabilità vasale. Ciò comporta un rischio di trombosi del microcircolo che può determinare un danno d organo. In particolare questo può avere luogo nel processo fisiopatologico della sindrome da bassa portata cardiaca post CEC secondario al fenomeno dell ischemia riperfusione (stunning miocardico cap. 7) 5

6 Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 circolazione extracorporea pagina- 6 - Protezione miocardica Le metodologie di protezione miocardica mirano a prevenire la disfunzione miocardica postischemica che può avvenire durante e dopo la chirurgia cardiaca. La disfunzione miocardica postischemica è attribuibile al fenomeno noto come danno da riperfusione che si manifesta clinicamente con lo stato di bassa portata cardiaca che può essere reversibile o irreversibile. Tra le metodologie di protezione miocardica distinguiamo fondamentalmente due tipi: protezione miocardica senza l uso di soluzioni cardioplegiche e protezione miocardica con l utilizzo di soluzioni cardioplegiche. Protezione miocardica senza l uso di soluzioni cardioplegica: ad oggi vengono utilizzate da una minoranza di centri tuttavia con buoni risultati in letteratura per eseguire interventi di rivascolarizzazione miocardica: A) clampaggio aortico intermittente con fibrillazione ventricolare ad ipotermia moderata di 30C -32C diverse serie di CABG riportate in letteratura mortalità in elezione 0,6%; B) ipotermia sistemica 28 C e induzione di fibrillazione ventricolare. Questa tecnica è limitata dalla possibilità che il sangue oscuri il campo operatorio durante la rivascolarizzazione, l aumento del tono muscolare durante la fibrillazione ventricolare può limitare la lussazione cardiaca e quindi causare cattiva esposizione dei vasi da trattare e generalmente non applicabile per le procedure intracardiache. Protezione miocardica con l utilizzo di soluzioni cardioplegiche: contengono una varietà di agenti chimici in particolare potassio, concepite per determinare un rapido arresto cardiaco in diastole, ottenere un campo operatorio con quiescenza meccanica, e proteggere il miocardio dal danno da riperfusione postischemica. Esistono fondamentalmente due tipi soluzioni cardioplegiche ematiche e cristalloidi. A) tra le soluzioni cardioplegiche cristalloidi distinguiamo due tipi: soluzioni intracellulari e soluzioni extracellulari (es. Celsior, St Thomas 2). Entrambe hanno una concentrazione di potassio tra i 10/20 mleq/l. Vengono riportati ottimi risultati in letteratura con una mortalità inferiore al 2%. Soluzioni intracellulari come la custudiol vengono maggiormente utilizzate negli interventi in cui si prevede un lungo tempo di clampaggio. B) La soluzione cardioplegica ematica fredda è attualmente il metodo di protezione miocardica maggiormente utilizzato. Questa è preparata mischiando sangue autologo con una soluzione cristalloide ad alta concentrazione di potassio e quindi somministrata ad una temperatura tra 12C e i 4C. I risultati sono buoni ma non migliori rispetto alla cardioplegia cristalloide. Il razionale per cui la cardioplegia ematica è oggi cosi largamente 6

7 Appunti di Cardiochirurgia Capitolo 2 circolazione extracorporea pagina- 7 - impiegata sta in alcune caratteristiche quali: fornisce ossigeno al miocardio durante il tempo di clampaggio aortico, riduce l emodiluizione che altrimenti si avrebbe somministrando cardioplegia cristalloide, ha un eccellente funzione tampone, ha un eccellente proprietà osmotica, il ph e la composizione degli elettroliti è fisiologica (tranne il potassio), contiene antiossidanti endogeni ed è più facile da preparare. C) Cardioplegia ematica calda (normotermica): vengono riportati in letteratura eccellenti risultati con mortalità dello 0,9%. Rispetto alla ematica fredda si ha una più rapida ripresa della contrattilità miocardica al termine del clampaggio aortico. D) E inoltre riportata da alcuni autori l utilizzo di cardioplegia ematica tiepida somministrata a 30C. gli studi effettuati sono stati finora di singoli centri con una corte relativamente piccola di pazienti, dimostrando comunque risultati paragonabili con la cardioplegia ematica fredda e calda. 7