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Prof.ssa Marisa De Feo

Corso Integrato di Malattie Cardiovascolari e Respiratorie

Le basi della Cardiochirurgia a cuore aperto:Circolazione Extracorporea; Ipotermia; Monitoraggio

1893 Williams Sutura lesione traumatica parete ventricolare1910 Carrel I° CABG sperimentale su cane1923 Cutler I° intervento di Valvuloplastica Mitralica1939 Gibbon Sperimenta CEC su animali1946 Vineberg Applica la tecnica che porta il suo nome1951 Dennis Applicazione Clinica della CEC1954 Hufnagel I° Impianto protesico aortico (“a palla”)1955 Melrose Introduzione della CARDIOPLEGIA1955 De Bakey I° Sostituzione Aorta asc per ANDis1956 Lillehei I° Impianto bivalvolare (Mitro-aortico)1960 Shumway Teoria del Trapianto di cuore1962 Baiey-Hirose Primo by-pass con IMA1963 Liotta Primo inpianto di cuore artificiale nell’uomo1964 Johnson Primo CABG con vena safena autologa1967 Barnard I° Trapianto di cuore

Storia della Chirurgia Cardiaca

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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)


Due possibili strategie chirurgiche

Ipotermia

Circolazione extra corporea

Il cervello è particolarmente suscettibile al danno da arresto di circolo (elevata attività metabolica, riserve limitate): dopo 4-5 min danno irreversibile

1952 Lillehey e Lewis chiusero un DIA in una bambina di 5 aa raffreddandola fino a 28° C


Definizione

La CEC è una metodica che, in cardiochirurgia, èutilizzata 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.

1949 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


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.



Resine chimicamente inerti, polimeri del vinile

(cloruro di polivinile) PVC+

30-40% di sostanza plastificante:estere dell’acido ftalico(che li rende flessibili)

SCELTA DELLE CANNULE

FLUSSO l/m2 Cannula arteriosa Cannula venosa

Da 1-1,5 10 16-18

Da 2-2,5 18 24-26

Da 3-3,5 22 28-30

Superiore a 3,5 24 32-34



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.



• 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.


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.


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.


Svantaggi dell’ ossigenatore a bolle

• Rapido consumo dell’ agente deschiumante con il passar del tempo aumenta il rischio di embolia gassosa, denaturazione delle proteine, emolisidei 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(2-4m2) membrana (teflon o polipropilene o gomma di silicone) dotata di micropori di circa 100


Vantaggi dell’ossigenatore a membrana

• Gas Transfer Ottimale

• Alta Affidabilità

• Minore Traumatismo sulla Parte Corpuscolata del Sangue


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.


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.

RULLO

STATORE

SOTTOPOMPA


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 velocitàne 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 èanalogo a quello che si verifica in una tromba d’aria. Apice del cono rovesciato pressione negativa aspirante, pressione periferica alta da spazzare via tutto.


FILTRIMaglie di nylon con pori di 40-200

• 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)


“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.


“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


“PRIMING”Ringer-lattato 5%

+

Eparina 50 mg/l di priming

20 ml priming x Kg di peso corporeo


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.

EPARINIZZAZIONESOMMINISTRAZIONE

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.


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)


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 34-36 °C, il cuore riparte, il polmone si riespande e ventila.


“Fisiopatologia”• Il contatto del sangue con superfici sintetiche

determina una massiva risposta di difesa:

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.



Complemento

Via classica Ag-Ab Via alternativa

anafilatossine

C3- C5

Attivazione di GB,GR,PLT e conseguente attivazione dei sistemi coagulativi, liberazione di citochine.


Complemento

C3 C5

rilascio di istamina att. neutrof

Aumento della permiabilità vascolare. IL-6, IL-8, TNF-α

Tachicardia, vasocostrizione coronarica.

Riduzione della contrattilità cardiaca.



• 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 ventilazione-perfusione.

• 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.


“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.

1964 Bretshneider : arresto del cuore con una soluzione con pocosodio e calcio-libero, procaina.

1964 Sondergaard : adotta la soluzione cardioplegica di Bretshneider nella pratica clinica.


La maggior parte degli interventi a cuore aperto richiedono l’arresto del cuore

1) clampaggio aortico2) ipotermia miocardica3) 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.


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 elettro-meccanica 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 38-40 minuti dopo i quali si verificano 3 tipi diversi di danno cardiaco ( dan. ischemico/riperfusione)

1) miocardio “stunning”2) apoptosi3) infarto miocardico


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) NO4) 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


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


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.


IPOTERMIA PROFONDA + ARRESTO ED ESANGUINAMENTO

TOTALE18 °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 coaguli-riscaldamento del sangue a 28 – 30 °C)

Alla riperfusione

Apertura della linea arteriosa

Flussi 0 Flussi ottimali (2.2 – 2.4 1 x m2 )


CARDIOPLEGIA

• La cardioplegia, ovvero la “quiescenza elettro-meccanica”, riduce il consumo di ossigeno a livelli talmente bassi che la produzione di energia spontanea èsufficiente a garantire i processi essenziali al mantenimento della vitalitàcellulare.

• 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


CARDIOPLEGIA

• La combinazione cardioplegia-ipotermiacostituisce 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 O2 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 “ “ “ “ “


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

CARDIOPLEGIAcristalloidi

intracellulare extracellulare

Basse o assenti concentrazioni alte concentrdi Ca e Na 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


CARDIOPLEGIAematica

fredda calda

sangue è ottenuto dalla CEC + normoter.sol.Cristal. con destros. fosfatocitrato, bicarbonato, Potassio

Entrambi i gruppi hanno concentrazioni di potassio minori di 40mmol/L

SOLUZIONE ST. THOMAS1Fiala da 20 mlmMol/20ml• Procaina mMol 1• KCl mMol 15.96• MgCl esaidrato mMol 15.99

Diluita in• 1000 ml di Ringer-lattato• 1 fl di KCl=10 mEq/l• 4 fl di NaHCO3 = 40 mEq/l

10ml x Kg


Vie e metodi di somministrazione della

cardioplegia

VIA ANTEROGRADA :

- BULBO AORTICO

- INCANNULAZIONE OSTI CORONARICI

VIA RETROGADA :

- INCANNULAZIONE SENO VENOSO

CORONARICO

• Modalità di infusione: CONTINUAINTERMITTENTE

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.


Operazioni in CEC 1

Sternotomia Pericardiotomia Esposizione del cuore Confezione delle borse di

tabacco Eparinizzazione Incannulazione e connessione

alla CEC


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

Operazioni in CEC 3


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 4

Progressivo svezzamento dalla CEC Decannulazione Protamina

Operazioni in CEC 5


Drenaggi Filo elettrodo da pace maker temporaneo Sintesi della sternotomia

Operazioni in CEC 6


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