La Circolazione Extra-Corporea (CEC) Problematiche gestionali ed assistenziali del cardio-operato La Circolazione Extra-Corporea (CEC) Unita’ Operativa di Cardiochirurgia A.O.R.N. S. Sebastiano - Caserta Caserta, 12 – 13 dicembre 2005

La circolazione extracorporea (CEC) Dott. Francesco Paolo Tritto

CHIRURGIA “A CUORE APERTO” Per poterla eseguire c’è bisogno che : >>>>>>>>>>>>> sia fermo ed esangue quindi B P C P o C. E. C. (BY-PASS CARDIO POLMONARE o CIRCOLAZIONE EXTRACORPOREA)

Circolazione extracorporea (CEC) - SOSTITUZIONE TEMPORANEA DELLE FUNZIONI - CARDIACA POLMONARE POMPA OSSIGENATORE

DRENAGGIO DALLE VENE CAVE MECCANISMO DELLA CEC DRENAGGIO DALLE VENE CAVE REINFUSIONE IN ARTERIA (AORTA)

CIRCUITO DI CIRCOLAZIONE EXTRACORPOREA (SCHEMA)

MACCHINA CUORE-POLMONE (composizione) POMPA PRINCIPALE POMPA PER L’INFUSIONE DI SOLUZIONE CARDIOPLEGICA POMPA PER L’ASPIRATORE DA CAMPO POMPA PER IL VENT GRUPPO CALDO FREDDO

MACCHINA CUORE-POLMONE

MACCHINA CUORE-POLMONE

MACCHINA CUORE-POLMONE

MACCHINA CUORE-POLMONE

MACCHINA CUORE-POLMONE

MACCHINA CUORE-POLMONE

Gruppo caldo-freddo

CIRCUITO DELLA CEC CANNULE VENOSE CAVALI LINEA DI DRENAGGIO VENOSO RECIPIENTE DI RACCOLTA DEL SANGUE VENOSO (RESERVOIR) POMPA SCAMBIATORE DI CALORE OSSIGENATORE LINEA ARTERIOSA CANNULA ARTERIOSA (aorta, femorale, ascellare)

POMPA Rappresenta il “CUORE” della macchina cuore-polmone Sostituisce la funzione cardiaca Assicura una portata di 8-10 l/min Non deve creare danni al sangue che scorre nel circuito Funziona quanto più “fisiologicamente” possibile

POMPA Rappresenta il “CUORE” della macchina cuore-polmone Sostituisce la funzione cardiaca

TIPI DI POMPA ROLLER CENTRIFUGA

POMPE SUPPLEMENTARI Per infusione della soluzione cardioplegica Per la perfusione cerebrale Aspiranti (aspiratore da campo e vent)

SOSTITUISCE IL POLMONE OSSIGENATORE SOSTITUISCE IL POLMONE FORNISCE OSSIGENO al sangue RIMUOVENDONE ANIDRIDE CARBONICA O2 CO2

OSSIGENATORE come è costituito: Recipiente di raccolta (reservoir) Scambiatore di calore Sezione ossigenante (membrana)

Ossigenatore: RESERVOIR Raccolta del sangue venoso del paziente Filtraggio del sangue proveniente dal campo operatorio (coaguli, frustoli ossei grasso, etc.)

Ossigenatore: SCAMBIATORE DI CALORE MODIFICA LA TEMPERATURA DEL SANGUE A SECONDA DELLE ESIGENZE DELL’INTERVENTO

Ossigenatore: SEZIONE OSSIGENANTE E’ IL “POLMONE” DELLA CEC E’ COSTITUITA DA UNA MEMBRANA ATTRAVERSO LA QUALE AVVIENE LO SCAMBIO GASSOSO

GRUPPO CALDO-FREDDO Apparecchiatura separata che produce acqua calda o fredda e la fornisce allo scambiatore di calore (ossigenatore)

Macchina cuore-polmone “unità funzionale” E’ necessario che tutte le apparecchiature che costituiscono la macchina cuore-polmone siano connesse tra loro tramite segmenti di tubi ed al paziente tramite le cannule

TUBI

TUBI

PRIMING IL CIRCUITO EXTRACORPOREO VA RIEMPITO CON UNA SOLUZIONE PARTICOLARE PER ELIMINARE TUTTA L’ARIA PRESENTE

PRIME NON DEVE PROVOCARE ALTERAZIONI CHIMICO-FISICHE NON DEVE CAUSARE DANNI BIOLOGICI DEVE ESSERE ISOTONICO CON IL SANGUE (285±5 mOsm/l)

EMODILUIZIONE PARZIALE Prime costituito da SANGUE e soluzioni CRISTALLOIDI e COLLOIDALI EMODILUIZIONE TOTALE Prime costituito da soluzioni CRISTALLOIDI e/o COLLOIDALI

EPARINIZZAZIONE Il contatto tra il sangue del paziente e le superfici estranee del circuito extracorporeo attiva la cascata coagulativa. Prima di collegare il circuito della CEC al paziente, il sangue viene reso incoagulabile mediante somministrazione di eparina (300 U.I. / Kg)

Heparin / ATIII Interaction Intrinsic XII XIIa HEP + ATIII XI XIa HEP + ATIII IX IXa HEP + ATIII Xa + VIII HEP + ATIII X Xa HEP + ATIII PROTHROMBIN THROMBIN HEP + ATIII FIBRINOGEN FIBRIN Describe how heparin works: heparin has no anticoagulant properties by itself must have ATIII as cofactor ATIII is natural anticoagulant binds activated factors, so they are unavailable to participate in cascade, but this happens slowly when combined with heparin, ATIII binds factors instantaneously by binding thrombin, there is less to form fibrin, aggregate platelets, and amplify clotting heparin + ATIII excellent anticoagulant binds thrombin as well as other factors no other anticoagulant developed has been shown to be as effective 3

METODI DI CONTROLLO DELL’EPARINA TEST FUNZIONALI ACT tempo di coagulazione attivata TEST QUANTITATIVI HPT Analisi della concentrazione dell’eparina

VARIABILI CHE INFLUENZANO L’ACT Precallicreina MW Chininogeno Fattore XII XI IX VIII X V VII Protrombina Fibrinogeno Vol.Globuli Rossi Conta Piastrinica Funz. Piastrinica Calcio Temperatura Eparina Antitrombina III Plasminogeno Monociti pH Proteina C

H M S Hemostasis Management System

Monitoraggio in CEC FUNZIONE RESPIRATORIA (EMOGASANALISI) : pH 7.35-7.45 PCO2 35-45 mmHg PO2 100-250 mmHg FUNZIONE RENALE: Diuresi 2 ml/Kg/h FLUSSI: 2.2-2.4 L/m² PRESSIONI: arteriosa (60-100 mmHg), PVC (0-10 mmHg),pressione linea arteriosa<350mmHg TEMPERATURE: esofagea, rettale, sangue venoso, sangue arterioso, fonte di calore ECG

I TEMPI DELL’INTERVENTO IN CEC (1) CARDIOCHIRURGO CANNULAZIONE arteriosa e venosa e connessione delle cannule con le linee corrispondenti CLAMPA L’AORTA ASCENDENTE (sospensione della circolazione coronarica) ESEGUE L’INTERVENTO A CUORE FERMO PERFUSIONISTA ENTRA IN BY PASS e raggiunge il flusso arterioso teorico 2.2-2.4 l/m² e la temperatura desiderata INFONDE LA SOLUZIONE CARDIOLEGICA (protezione miocardica per arresto cardiaco in diastole)

I TEMPI DELL’INTERVENTO IN CEC (2) CARDIOCHIRURGO DECLAMPA L’AORTA (ripresa della perfusione coronarica e dell’attività cardiaca) dopo la sospensione della CEC procede alla DECANNULAZIONE della linea venosa ed arteriosa PERFUSIONISTA RIPRISTINA la temperatura fisiologica e l’equilibrio cardiocircolatorio necessario per lo “svezzamento” del pz. dalla CEC INTERROMPE IL BY PASS (quando i parametri emodinamici, elettrocardiografici ed emogasanalitici dimostrano che il cuore può sostenere da solo la normale circolazione)

EFFETTI DELLA CEC EFFETTI POSITIVI: EFFETTI NEGATIVI: RIDUZIONE DEL LAVORO CARDIACO ADEGUATA PERFUSIONE ED OSSIGENAZIONE PERIFERICA RECUPERO DEL SANGUE (EMORRAGIE) PROTEZIONE MIOCARDICA E TISSUTALE (IPOTERMIA) RIEQUILIBRIO IDRO-ELETTROLITICO EFFETTI NEGATIVI: ALTERAZIONI DEL SANGUE CIRCOLANTE ALTERAZIONI DELL’ EQUILIBRIO ACIDO-BASE ALTERAZIONI DELL’ EQUILIBRIO IDRO-SALINO ALTERAZIONI DELLA DISTRIBUZIONE DEI FLUSSI REGIONALI

Effetti negativi della CEC ALTERAZIONI DEL SANGUE CIRCOLANTE ALTERAZIONI FISICHE EMOLISI e CITOLISI LEUCOCITARIA ROTTURA DEI LEGAMI FISICI DELLE MACROMOLECOLE PLASMATICHE (fosfolipidi,lipoproteine,glicoproteine) RIDUZIONE DEL NUMERO E DELL’ATTIVITA’ PIASTRINICA

ALTERAZIONI DELL’ EQUILIBRIO ACIDO-BASE Effetti negativi della CEC ALTERAZIONI DELL’ EQUILIBRIO ACIDO-BASE ECCESSIVA ELIMINAZIONE di CO2 a livello dell’ossigenatore CONTRAZIONE DI UN DEBITO DI O2 TISSUTALE per scarsa perfusione periferica

Effetti negativi della CEC ALTERAZIONI DELL’ EQUILIBRIO IDRO-SALINO SOVRACCARICO IDRICO IN CEC (prime, cardioplegia) - a cui si aggiunge la generica risposta dell’organismo al trauma chirurgico con tendenza alla ritenzione idrica e sodica ed eliminazione potassica -

Effetti negativi della CEC ALTERAZIONI DELLA DISTRIBUZIONE DEI FLUSSI REGIONALI Riduzioni (anche piccole) della portata AUMENTO PERCENTUALE DEI FLUSSI CEREBRALE E CORONARICO RIDUZIONE PERCENTUALE DEL FLUSSO RENALE E DEL DISTRETTO SPLANCNICO POSSONO ESSERE CAUSA DI INSUFFICIENZA RENALE O EPATICA

BIOCOMPATIBILITA’ Nuova Frontiera Coating Materiale C.E.C. Sistemi Chiusi Miniaturizzazione Riduzione eparina

How can Perfusion influence SIRS? …to prevent activation of the patient’s Systemic Inflammatory Response Syndrome How can Perfusion influence SIRS?

…su quali aree dobbiamo concentrarci…….. …per una “biocompatibilità ottimale” ?

Aree su cui concentrarsi Sangue Flusso Superfici

Aree su cui concentrarsi Biocompatibilità Ottimale Flusso Sangue Prevenire: Attrito Stasi Turbolenze Biocompatibilità Ottimale Superfici Flusso Ottimale

FLUSSO Se la velocità di un globulo rosso, così come quella di un pomodoro, viene ridotta rapidamente, provocherà la rottura della sua membrana. Rapide decellerazioni possono indebolire o distruggere la membrana cellulare Il controllo delle variazioni di velocità del flusso possono minimizzare il danno ematico

La Pompa Centrifuga BIOMEDICUS

La Pompa Centrifuga

SICUREZZA E VANTAGGI CLINICI La Pompa Centrifuga SICUREZZA E VANTAGGI CLINICI Miglior Gestione del Flusso flusso laminare Protezione verso Embolie Gassose stop campana Protezione verso Iperpressurizzazione del circuito Protezione verso la Spallazione No erosione del rullo Misurazione Esatta del Flusso Lettura elettromagnetica diretta. Temperatura e/o Emodiluizione non la influenzano. Benefici Economici minor uso di prodotti ematici.Minor tempo di ventilazione. Miinori danni neurologici

Biocompatibilità Ottimale Flusso Sangue Prevenzione di: Attrito Stasi Turbolenze Anticoagulazione ottimale Emodiluizione ottimale Aspirazione Atraumatica Vent Sx Normotermia Prevenzione Interazione farmaci Filtrazione sostanze emboliche e patogeniche Biocompatibilità Ottimale Superfici

Biocompatibilità Ottimale Flusso Sangue Prevenzione di: Attrito Stasi Turbolenze Anticoagulazione ottimale Emodiluizione ottimale Aspirazione Atraumatica Vent Sx Normotermia Prevenzione Interazione farmaci Filtrazione sostanze emboliche e patogeniche Biocompatibilità Ottimale Superfici Superfici Biocompatibili Evitare contatto aria/sangue Minimizzare le superfici di contatto

Circuito mini-CEC

Biocompatibilità Ottimale Superfici Biocompatibili Flusso Sangue Biocompatibilità Ottimale Superfici Multiple factors can lead to systemic inflammatory response syndrome (SIRS). Therefore, biocompatibility requires a systems approach as well as a multidisciplinary approach that requires cooperation of the entire CVOR team. Biosurfaces DO help reduce systemic inflammatory response caused by blood contact with the artificial surface Biosurfaces DO NOT reverse activation caused by other sources (Medtronic’s as well as other manufacturers’ biosurfaces), for example: The air-to-blood interface in an open system. Direct reinfusion of activated suctioned blood. Superfici Biocompatibili CARMEDA TRILLIUM

Uncoated oxygenator fiber Trillium™ coated oxygenator fiber Here’s an image of a Trillium™ coated oxygenator fiber on the right and an uncoated oxygenator fiber on the left. The images were taken from oxygenators that were part of closed in vitro test loops circulating heparinized human donor blood. As you see, the Trillium™ SEM image demonstrates far less deposition of blood elements than its uncoated counterpart. Test circuit description: 500 ml human blood diluted with 300 ml Normal Saline One donor per test circuit; different donor for each test circuit. Heparinized with 3 Units/ml Flow rate: 1.5 l/min. Blood circulates 2x/minute Closed system used. Images captured after one hour of circulation. Uncoated oxygenator fiber Trillium™ coated oxygenator fiber

TrilliumTM Studies Baksaas, ST et al. Trillium Fiber Bundle after 6 hours CPB Uncoated Fiber Bundle after 6 hours CPB Baksaas, ST

La Circolazione Extra-Corporea (CEC)