Corso Integrato di Malattie Cardiovascolari e Respiratorie

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1 Corso Integrato di Malattie Cardiovascolari e Respiratorie Le basi della Cardiochirurgia a cuore aperto: Circolazione Extracorporea; Ipotermia; Monitoraggio Prof.ssa Marisa De Feo Storia della Chirurgia Cardiaca 1893 Williams Sutura lesione traumatica parete ventricolare 1910 Carrel I CABG sperimentale su cane 1923 Cutler I intervento di Valvuloplastica Mitralica 1939 Gibbon Sperimenta CEC su animali 1946 Vineberg Applica la tecnica che porta il suo nome 1951 Dennis Applicazione Clinica della CEC 1954 Hufnagel I Impianto protesico aortico ( a palla ) 1955 Melrose Introduzione della CARDIOPLEGIA 1955 De Bakey I Sostituzione Aorta asc per ANDis 1956 Lillehei I Impianto bivalvolare (Mitro-aortico) 1960 Shumway Teoria del Trapianto di cuore 1962 Baiey-Hirose Primo by-pass con IMA 1963 Liotta Primo inpianto di cuore artificiale nell uomo 1964 Johnson Primo CABG con vena safena autologa 1967 Barnard I Trapianto di cuore

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9 MONITORAGGIO PARAMETRI VITALI ELETTROCARDIOGRAMMA PRESSIONE ARTERIOSA PRESSIONE VENOSA CENTRALE EMOGASANALISI TEMPERATURA CORPOREA DIURESI MONITORAGGIO PARAMETRI VITALI ECG (elettrodi spalla destra e sinistra) PA (arteria radiale) PVC ( vena giugulare interna / vena succlavia) EGA (EAB: PO2, PCO2, HCO3, ABE, PH; Hb, Ht, Na, K, Ca, Glic) TC ( orofaringea, rettale) DIURESI ( catetere vescicale)

10 Il cervello è particolarmente suscettibile al danno da arresto di circolo (elevata attività metabolica, riserve limitate): dopo 4-5 min danno irreversibile Due possibili strategie chirurgiche Ipotermia Circolazione extra corporea 1952 Lillehey e Lewis chiusero un DIA in una bambina di 5 aa raffreddandola fino a 28 C

11 Definizione La CEC è una metodica che, in cardiochirurgia, è utilizzata per sostituire in maniera totale o parziale, la funzione di pompa del cuore e di ematosi del polmone STORIA DELLA CIRCOLAZIONE EXTRA-CORPOREA 1916 Mc Lean : Scoperta della eparina 1937 Chagraff : Scoperta della protamina 1937 John e Mary Gibbon : Studi sperimentali sulla C.E.C Gibbon : Risultati disastrosi su animali di laboratorio 1954 Lillehei : Circolazione crociata controllata genitori-figli 1955 Kirklin : Modifica della macchina di Gibbon ed inizio dell era della cardiochirurgia a cuore aperto

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13 COMPONENTI DELLA CIRCOLAZIONE EXTRACORPOREA CANNULE POMPA OSSIGENATORE SCAMBIATORE DI CALORE FILTRI CANNULE DEL CIRCUITO La macchina cuore-polmone viene collegata al paziente mediante una serie di cannule flessibili, trasparenti allestite in materiale plastico biocompatibile.

14 CANNULE DEL CIRCUITO Resine chimicamente inerti, polimeri del vinile (cloruro di polivinile) PVC % di sostanza plastificante: estere dell acido ftalico (che li rende flessibili) SCELTA DELLE CANNULE FLUSSO l/m 2 Cannula arteriosa Cannula venosa Da 1-1, Da 2-2, Da 3-3, Superiore a 3,

15 CANNULE DEL CIRCUITO Particolare attenzione bisogna porre nella scelta del diametro dei tubi, che viene fatta tenendo conto di particolari tabelle stilate sulla base della superfice corporea dei pazienti: devono aver un calibro non troppo grande, per ridurre la massa necessaria per riempire il circuito, ma sufficiente per mantenere un flusso di perfusione adeguato a pressioni non elevate senza creare gradienti pressori. CANNULE DEL CIRCUITO L incannulazione venosa si esegue attraverso le vene cave oppure attraverso l atrio destro. In casi particolari, come nei reinterventi, si può incannulare la vena femorale. Il sangue venoso viene drenato dalle vene cave o dall atrio destro all ossigenatore per caduta gravitazionale e per sifonazione. La quantità del drenaggio dipende dalla pressione venosa sistemica dalla presenza/assenza di aria e resistenza nei tubi.

16 CANNULE DEL CIRCUITO La via di scelta per il rientro del sangue arterioso nel paziente è quella attraverso l aorta ascendente. L accesso attraverso l arteria femorale viene utilizzato in casi particolari come per i reinterventi, per gli aneurismi dell aorta ascendente, per altri interventi sull aorta toracica.

17 OSSIGENATORE Sistema meccanico artificiale che durante la CEC ha la funzione di ossigenare la massa ematica proveniente dal cuore di destra che lo attraversa sottraendole anidride carbonica.

18 OSSIGENATORI Esposizione Diretta a gorgogliamento Esposizione Indiretta a membrana e/o fibre cave OSSIGENATORI Nell ossigenatore a bolle l ossigeno viene fatto gorgogliare nel sangue. Tale gorgoliamento diretto pone problemi di formazione di schiuma, potenziale causa di embolia gassosa. Per tale motivo le bolle sono poste a trattamento antischiuma.

19 Svantaggi dell ossigenatore a bolle Rapido consumo dell agente deschiumante con il passar del tempo aumenta il rischio di embolia gassosa, denaturazione delle proteine, emolisi dei globuli rossi. OSSIGENATORI Nell ossigenatore a membrane lo scambio O2-CO2 tra miscela gassosa (aria-ossigeno) avviene tramite l interposizione di una sottile ed estesa (2-4m 2 ) membrana (teflon o polipropilene o gomma di silicone) dotata di micropori di circa 100

20 Vantaggi dell ossigenatore a membrana Gas Transfer Ottimale Alta Affidabilità Minore Traumatismo sulla Parte Corpuscolata del Sangue

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22 SCAMBIATORE DI CALORE Lo scambiatore di calore ha il compito di : 1) Mantenere costante la temperatura del sangue di perfusione e quindi la temperatura corporea. 2) Raffreddare e/o riscaldare il sangue per variare la temperatura corporea. Questi scambiatori di calore sono costruiti (da una lamina di metallo) in modo che una parte dello spazio è riservata al mezzo di raffreddamento o riscaldamento, cioè l acqua, e l altra al liquido da raffreddare, cioè il sangue. POMPE Durante la CEC la pompa meccanica ha il compito di sostituire la funzione del cuore e di muovere il flusso del sangue nel circuito e nel sistema vascolare dell organismo. Serve a generare un gradiente pressorio.

23 POMPE a RULLI Gli elementi costitutivi sono lo statore (sistema a forma di ferro di cavallo), un rotore (rulli mobili), ed un tratto di tubo (sottopompa). I rulli (due cilindri ruotanti posti a 180 uno dall altro), azionati da un motore elettrico, girano nello statore, assicurando l aspirazione e la propulsione in senso unidirezionale del sangue contenuto nel sottopompa per occlusione dello stesso. STATORE RULLO SOTTOPOMPA

24 POMPA CENTRIFUGA Utilizzata la prima volta in cardiochirurgia nel 1974, il sangue viene fatto entrare all apice di una campana costituita da più coni sovrapposti, i quali fatti ruotare ad alta velocità ne determinano una elevata accelerazione. In conseguenza della viscosità e delle forze di adesione si determinano nella campana due zone a diversa pressione: una centrale a bassa pressione ed una periferica ad alta pressione da cui viene fatto uscire il sangue. Il meccanismo di accelerazione e di spinta è analogo a quello che si verifica in una tromba d aria. Apice del cono rovesciato pressione negativa aspirante, pressione periferica alta da spazzare via tutto.

25 FILTRI Maglie di nylon con pori di Nell ossigenatore (filtra il sangue prima di restituirlo al paziente) Nella reservoir (sangue aspirato e recuperato al campo operatorio) Sulla linea arteriosa (a valle della pompa)

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27 PRIMING Riempimento si intende la quantità e la qualità dei liquidi necessari per riempire il circuito. In passato veniva effettuato con sangue eparinizzato compatibile o con sangue conservato reso incoagulabile con una soluzione di ACD (citrato). I rischi maggiori erano rappresentati dall epatite, dall AIDS, dai danni alla microcircolazione dell apparato respiratorio e degli organi emuntori.

28 PRIMING Attualmente il riempimento utilizzato è :circa 1,5-2 litri di soluzione elettrolitica bilanciata (Ringer lattato) che rappresenta il 30-35% del volume ematico del paziente e che determina una riduzione di circa 1/3 dell ematocrito di partenza del paziente, si ha quindi un ematocrito che oscilla tra 20 e il 30% ( che ritornerà nella norma a fine intervento attraverso la diuresi). PRIMING L emodiluizione determina: 1) una riduzione della viscosità del sangue 2) facilita la microcircolazione in ipotermia 3) evita l aggregazione degli eritrociti

29 PRIMING Ringer-lattato 5% + Eparina 50 mg/l di priming 20 ml priming x Kg di peso corporeo

30 EPARINIZZAZIONE In condizioni normali il sangue coagula pochi minuti dopo aver perso il rapporto diretto con l endotelio vascolare. Pertanto quando esso giunge a contatto con una qualsiasi delle parti del circuito della CEC, comincerebbe a coagulare con conseguente diffusione di emboli nel paziente e blocco completo in breve tempo della CEC. EPARINIZZAZIONE SOMMINISTRAZIONE Immediatamente prima di collegare il paziente alla CEC alla dose di 3 mg/kg. Per iniezione diretta o in atrio destro o direttamente in aorta.

31 EPARINIZZAZIONE Durante la CEC è quindi necessario rendere il sangue incoagulabile. Pertanto si somministra eparina subito prima di entrare in CEC, che inibisce alcune reazioni che precedono l attivazione del fattore XII e la formazione di fibrina. EPARINIZZAZIONE 3mg/kg = 300 unità prokilo A fine intervento la coagulazione viene ristabilita somministrando solfato di protamina alla dose di 1mg per ogni 100 unità di eparina ( 1 fl di protamina=50 mg)

32 Protamina va somministrata lentamente perché il complesso eparina-protamina attiva il complemento e quindi può dare ipotensione, che può essere attenuata somministrando calcio. Stop-CEC La circolazione extracorporea va terminata solo quando: il paziente raggiunge una temperatura corporea pari a C, il cuore riparte, il polmone si riespande e ventila.

33 Fisiopatologia Il contatto del sangue con superfici sintetiche determina una massiva risposta di difesa: The inflammatory response to cardiopulmonary bypass The inflammatory response to cardiopulmonary bypass Inizia una potente stimolazione trombotica con la produzione, il rilascio e la circolazione di un gran numero di microemboli e di sostanze con azione vasoattiva e citotossica con effetto su molti organi e tessuti. Il punto centrale di questa risposta è rappresentato dall attivazione del complemento da parte del sistema fibrinolitico.

34 The inflammatory response to cardiopulmonary bypass Complemento Via classica Ag-Ab Via alternativa anafilatossine C3- C5 Attivazione di GB,GR,PLT e conseguente attivazione dei sistemi coagulativi, liberazione di citochine. The inflammatory response to cardiopulmonary bypass Complemento C3 C5 rilascio di istamina att. neutrof Aumento della permiabilità vascolare. Tachicardia, vasocostrizione coronarica. Riduzione della contrattilità cardiaca. IL-6, IL-8, TNF-α

35 The inflammatory response to cardiopulmonary bypass IL-6: promozione della sintesi epatica delle proteine della fase acuta, partecipa al danno ischemia/riperfusione mediato dai neutrofili. IL-8: partecipa al danno miocard. postriperfusione, aumentando l adesione dei neutrofili al miocardio. TNF-α: la sua liberazione da parte dei miociti può essere causa di stunning post-cec. Complicanze da CEC Polmonari: polmone da CEC da STASI caratterizzato da un aumento dell acqua a livello extravascolare negli spazi alveolari e peribronchiali, edema delle cellule alveolari, riduzione del surfactant,alterazione dell equilibrio ventilazioneperfusione. Renali: riduzione del flusso e della diuresi. Cerebrali: ictus o emorragia, da alterato flusso o microembolie. Ematologiche: sanguinamento post-operatorio o CID da diminuzione dei fattori della coagulazione dei globuli rossi (conseguenza emodiluizione) e riduzione delle piastrine.

36 Protezione miocardica E il termine con il quale ci si riferisce alle strategie e alle metodiche utilizzate per attenuare o prevenire, le disfunzioni miocardiche post-ischemiche che si verificano durante o dopo gli interventi sul cuore. STORIA DELLA PROTEZIONE MIOCARDICA 1950 Bigelow: ipotermia forma di anestetico,applic. sui cani 1955 Melrose, Bentall : concetto di arresto reversibile nei cani 1959 Shmway: ipotermia locale Bretshneider : arresto del cuore con una soluzione con poco sodio e calcio-libero, procaina Sondergaard : adotta la soluzione cardioplegica di Bretshneider nella pratica clinica.

37 La maggior parte degli interventi a cuore aperto richiedono l arresto del cuore 1) clampaggio aortico 2) ipotermia miocardica 3) cardioplegia Protezione miocardica Tali strategie/metodiche permettono un arresto in diastole ed una contemporanea protezione delle miocellule contro il rischio anossico indotto dall arresto della perfusione coronarica.

38 Protezione miocardica L arresto ischemico ottenuto con il semplice clampaggio aortico fu introdotto da Cooley. Nelle cellule miocardiche private dell apporto ematico cessa il metabolismo aerobio, si ha un rapido depauperamento delle riserve energetiche blocco delle pompe ioniche di membrana cessa l attività elettromeccanica del cuore, la carenza di energia comporta anche l incapacita da parte delle cellule a sequestrare calcio nel reticolo sarcoplasmatico con conseguente abnorme aumento del calcio intracellulare e contrattura spastica del cuore ( Stone heart ). Protezione miocardica La durata del periodo di reversibilità nell ischemia normotermica non è ben definità, ma si ritiene che non superi i minuti dopo i quali si verificano 3 tipi diversi di danno cardiaco ( dan. ischemico/riperfusione) 1) miocardio stunning 2) apoptosi 3) infarto miocardico

39 Protezione miocardica Molti sono gli studi che dimostrano che i principali mediatori del danno reversibile o irreversibile da ischemia/riperfusione sono: 1) abnormi concentr. intracellulare di calcio 2) ROS ( reactive oxygen species) 3) NO 4) il progressivo depauperamento del sistema antiossidante ( GSH/GSSG, NADPH/NADP+ ) Protezione miocardica Shumway per consentire periodi più lunghi di ischemia (senza danni irreversibili), nel 1959 propose un modello d ipotermia locale miocardica, mediante irrigazione del pericardio con soluzione salina fredda (+4 C). Con l ipotermia si riduce l attività metabolica e si ha una consistente diminuzione della domanda di ossigeno

40 L attività metabolica si raddoppia o si dimezza per ogni 10 C in più o in meno di temperatura Ipotermia Ipotermia moderata: fino a 28 C Ipotermia intermedia: da 28 C a 20 C Ipotermia profonda: sotto i 20 C

41 IPOTERMIA DI CAVITA O TECNICA DI SHUMWAY (1959) IPOTERMIA TOPICA DEL MIOCARDIO Alcune metodiche di ipotermia associano la tecnica del raffreddamento sistemico mediante CEC con l ipotermia epicardica. L ipotermia topica del miocardio si ottiene con l immissione e l irrigazione continua di soluzione fisiologica fredda (4 C) nel sacco pericardico.

42 IPOTERMIA PROFONDA + ARRESTO ED ESANGUINAMENTO TOTALE 18 C T. rettale 15 C T. naso-faringea Protezione barbiturica (Farmotal 500mg + Gardenale 100mg + Solumedrol 1 g) Applicazione di ghiaccio sulla testa Esanguinamento del paziente (Chiusura linea arteriosa e drenaggio venoso) IPOTERMIA PROFONDA + ARRESTO ED ESANGUINAMENTO TOTALE Ricircolo a circuito chiuso ( Ossigenazione evitare aggregati e/o coaguliriscaldamento del sangue a C) Alla riperfusione Apertura della linea arteriosa Flussi 0 Flussi ottimali ( x m 2 )

43 CARDIOPLEGIA La cardioplegia, ovvero la quiescenza elettro-meccanica, riduce il consumo di ossigeno a livelli talmente bassi che la produzione di energia spontanea è sufficiente a garantire i processi essenziali al mantenimento della vitalità cellulare. Inibendo il passaggio di Na ++ e K + attraverso la membrana plasmatica Bloccando il passaggio transmembrana del Ca ++ Inibendo la liberazione del Ca ++ dalle vescicole del RE Rallentando il passaggio del Ca ++ nelle vescicole e nei mitocondri al termine della contrazione

44 CARDIOPLEGIA La combinazione cardioplegia-ipotermia costituisce la protezione miocardica ideale. ( si ripropone di ridurre al massimo il metabolismo cardiaco e il fabbisogno di ossigeno) Assicura un cuore fermo, esangue e rilasciato, condizioni ottimali per un accurato intervento ch. CONSUMO DI O 2 A LIVELLO CARDIACO Condizioni normali 6,5 9 ml/100 gr/m Fibrillazione ventricolare 4 5 Perfusione coronarica a cuore battente 4 Arresto potassico 1,2 2,2 Cardioplegia ipotermica 15 C 0,2 Cardioplegia ipotermica 5 C 0,1

45 CARDIOPLEGIA Le soluzioni cardioplegiche contengono una grande varietà di agenti chimici che sono disegnati all arresto del cuore rapidamente in diastole. Esse si dividono in 2 tipi: 1)cristalloidi 2)ematiche CARDIOPLEGIA cristalloidi intracellulare extracellulare Basse o assenti concentrazioni di Ca e Na alte concentr di Ca, Na e Mg Entrambi i gruppi hanno concentrazioni di potassio minori di 40mmol/L, contengono bicarbonato e sono osmoticamente bilanciate. E sono somministrate a 10 ml/kg in circa 3 minuti

46 CARDIOPLEGIA ematica fredda calda sangue è ottenuto dalla CEC + sol.cristal. con destros. fosfato citrato, bicarbonato, Potassio normoter. Entrambi i gruppi hanno concentrazioni di potassio minori di 40mmol/L SOLUZIONE ST. THOMAS 1Fiala da 20 ml mmol/20ml Procaina mmol 1 KCl mmol MgCl esaidrato mmol Diluita in 1000 ml di Ringer-lattato 1 fl di KCl=10 meq/l 4 fl di NaHCO3 = 40 meq/l 10ml x Kg

47 Vie e metodi di somministrazione della VIA ANTEROGRADA : cardioplegia - BULBO AORTICO - INCANNULAZIONE OSTI CORONARICI VIA RETROGADA : - INCANNULAZIONE SENO VENOSO CORONARICO Modalità di infusione: CONTINUA INTERMITTENTE CARDIOPLEGIA Tutti i metodi sembrano essere ottimali, una comparazione fra di essi risulta difficile perché molti sono i fattori confondenti che intervengono come: La composizione della soluzione La temperatura La durata dell infusione La pressione d infusione La durata e la complessità dell intervento ch.

48 Sternotomia Pericardiotomia Esposizione del cuore Confezione delle borse di tabacco Eparinizzazione Incannulazione e connessione alla CEC Operazioni in CEC 1

49 Operazioni in CEC 2 Inizio CEC Raffreddamento Clamp aortico Cardioplegia Disconnessione del ventilatore Inizio della procedura Operazioni in CEC 3

50 Operazioni in CEC 4 Dearing Release clamp aortico Controllo del ritmo cardiaco sinusale fibrillazione ventricolare: dc shock Asistolia: pace maker Assistenza in CEC ripresa della funzionalità cardiaca riscaldamento Operazioni in CEC 5 Progressivo svezzamento dalla CEC Decannulazione Protamina

51 Operazioni in CEC 6 Drenaggi Filo elettrodo da pace maker temporaneo Sintesi della sternotomia