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Derivación cardiopulmonar

La derivación cardiopulmonar ( CPB ) o máquina corazón-pulmón , también llamada bomba o bomba CPB , es una máquina, operada por un perfusionista cardíaco , que asume temporalmen...

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La derivación cardiopulmonar ( CPB ) o máquina corazón-pulmón , también llamada bomba o bomba CPB , es una máquina, operada por un perfusionista cardíaco , que asume temporalmente la función del corazón y los pulmones durante la cirugía a corazón abierto al mantener la circulación de sangre y oxígeno en todo el cuerpo. [ 1 ] Como tal, es un dispositivo extracorpóreo .

La máquina hace circular y oxigena mecánicamente la sangre por todo el cuerpo del paciente, evitando el corazón y los pulmones, lo que permite al cirujano trabajar en un campo quirúrgico sin sangre.

Usos

Ilustración de una forma típica de conectar una máquina de circulación extracorpórea a las venas y arterias cercanas al corazón. Los tres dispositivos de la izquierda representan ( de arriba abajo ) la bomba, el oxigenador y el reservorio.

La circulación extracorpórea (CEC) se utiliza habitualmente en operaciones o procedimientos quirúrgicos que involucran el corazón. Esta técnica permite al equipo quirúrgico oxigenar y hacer circular la sangre del paciente, lo que posibilita que el cirujano opere el corazón de forma segura. En muchas operaciones, como la cirugía de revascularización coronaria (CABG), el corazón se detiene debido a la dificultad de operarlo mientras late.

Las intervenciones que requieren la apertura de las cavidades cardíacas, como la reparación o el reemplazo de la válvula mitral , requieren el uso de circulación extracorpórea (CEC). Esto evita la entrada de aire al sistema y proporciona un campo quirúrgico sin sangre para mejorar la visibilidad del cirujano. La máquina bombea la sangre y, mediante un oxigenador, permite que los glóbulos rojos capten oxígeno, a la vez que reduce los niveles de dióxido de carbono. Esto imita la función del corazón y los pulmones, respectivamente.

Hipotermia

La circulación extracorpórea (CEC) puede utilizarse para inducir hipotermia corporal total , un estado en el que el cuerpo puede mantenerse hasta 45 minutos sin perfusión (flujo sanguíneo). Si se interrumpe el flujo sanguíneo a temperatura corporal normal, puede producirse daño cerebral permanente en tres o cuatro minutos, pudiendo incluso provocar la muerte. Asimismo, la CEC puede utilizarse para recalentar a personas con hipotermia . Este método de recalentamiento mediante CEC es eficaz si la temperatura central del paciente supera los 16  °C.

Sangre enfriada

La sangre se enfría durante la circulación extracorpórea y se devuelve al cuerpo. La sangre fría reduce la tasa metabólica basal del cuerpo, disminuyendo su demanda de oxígeno. La sangre fría suele tener una mayor viscosidad, pero las diversas soluciones cristaloides o coloidales que se utilizan para cebar los tubos de derivación sirven para diluirla. Mantener una presión arterial adecuada para los órganos es un desafío, pero se monitoriza cuidadosamente durante el procedimiento. También se mantiene la hipotermia (si es necesario), y la temperatura corporal se mantiene generalmente entre 28 y 32 °C (82 y 90 °F) .  

Oxigenación por membrana extracorpórea

La oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO) es una versión simplificada de la máquina de circulación extracorpórea que incluye una bomba centrífuga y un oxigenador para asumir temporalmente la función del corazón y/o los pulmones. La ECMO es útil para pacientes sometidos a cirugía cardíaca con disfunción cardíaca o pulmonar, pacientes con insuficiencia pulmonar aguda, embolias pulmonares masivas , traumatismos pulmonares por infecciones y otros problemas que afectan la función cardíaca o pulmonar.

La ECMO permite que el corazón y/o los pulmones se reparen y recuperen, pero es solo una solución temporal. Los pacientes con enfermedades terminales, cáncer, daño grave del sistema nervioso, sepsis no controlada y otras afecciones podrían no ser candidatos para la ECMO.

Escenarios de uso

El CPB se utiliza en escenarios como los siguientes:

Contraindicaciones y consideraciones especiales

No existen contraindicaciones absolutas para la derivación cardiopulmonar. [ 6 ] Sin embargo, hay varios factores que el equipo de atención debe considerar al planificar una operación.

La trombocitopenia inducida por heparina y la trombocitopenia y trombosis inducidas por heparina son afecciones potencialmente mortales asociadas a la administración de heparina. En ambas afecciones, se forman anticuerpos contra la heparina, lo que provoca la activación plaquetaria y la formación de coágulos sanguíneos . Dado que la heparina se utiliza habitualmente en la circulación extracorpórea (CEC), los pacientes con anticuerpos conocidos responsables de la trombocitopenia inducida por heparina y la trombocitopenia y trombosis inducidas por heparina requieren formas alternativas de anticoagulación. La bivalirudina es la alternativa a la heparina más estudiada en personas con trombocitopenia inducida por heparina y trombocitopenia y trombosis inducidas por heparina que requieren CEC. [ 7 ]

Un pequeño porcentaje de pacientes, como aquellos con deficiencia de antitrombina III , pueden presentar resistencia a la heparina. En estos pacientes, puede ser necesario administrar heparina adicional, plasma fresco congelado u otros hemoderivados, como antitrombina III recombinante, para lograr una anticoagulación adecuada. [ 8 ]

La vena cava superior izquierda persistente es una variación del sistema torácico en la que la vena cava del lado izquierdo no involuciona durante el desarrollo normal. Es la variación más común del sistema venoso torácico, presente en aproximadamente el 0,3 % de la población. [ 9 ] La anomalía se detecta a menudo en estudios de imagen preoperatorios, pero también puede descubrirse durante la cirugía. Una vena cava superior izquierda persistente puede dificultar el drenaje venoso adecuado o la administración de cardioplejía retrógrada . El manejo de una vena cava superior izquierda persistente durante la circulación extracorpórea depende de factores como el tamaño y el sitio de drenaje de la variación de la vena cava. [ 10 ]

La perfusión cerebral, es decir, la circulación sanguínea cerebral, siempre debe tenerse en cuenta al utilizar la circulación extracorpórea (CEC). Debido a la naturaleza de la CEC y su impacto en la circulación, la autorregulación cerebral del propio organismo se ve afectada. La aparición de este problema y los intentos por prevenirlo se han abordado en numerosas ocasiones, pero aún no se comprende completamente. [ 11 ]

Riesgos y complicaciones

La circulación extracorpórea (CEC) no está exenta de riesgos y presenta varios problemas asociados. Por consiguiente, solo se utiliza durante las varias horas que puede durar una cirugía cardíaca. Se sabe que la CEC activa la cascada de coagulación y estimula los mediadores inflamatorios, lo que provoca hemólisis y coagulopatías. Este problema se agrava a medida que las proteínas del complemento se acumulan en los oxigenadores de membrana. [ 13 ] Por este motivo, la mayoría de los oxigenadores incluyen una recomendación del fabricante de que se utilicen durante un máximo de seis horas, aunque en ocasiones se utilizan hasta diez horas, teniendo cuidado de evitar que se coágulen y dejen de funcionar. Para periodos más prolongados, se utiliza un oxigenador de membrana , que puede estar en funcionamiento hasta 31 días, como en un caso taiwanés, durante 16 días, tras los cuales el paciente recibió un trasplante de corazón. [ 14 ]

La complicación más común asociada con la CPB es una reacción a la protamina durante la reversión de la anticoagulación. [ 10 ] Hay tres tipos de reacciones a la protamina, y cada una puede causar hipotensión potencialmente mortal (tipo I), anafilaxia (tipo II) o hipertensión pulmonar (tipo III). [ 15 ] [ 13 ] Los pacientes con exposición previa a la protamina, como aquellos que se han sometido a una vasectomía previa (la protamina está contenida en el esperma) o los diabéticos (la protamina está contenida en las formulaciones de insulina NPH), tienen un mayor riesgo de reacciones a la protamina de tipo II debido a la sensibilidad cruzada. [ 13 ] Debido a que la protamina es un fármaco de acción rápida, generalmente se administra lentamente para permitir el monitoreo de posibles reacciones. [ 12 ] El primer paso en el manejo de una reacción a la protamina es detener inmediatamente la infusión de protamina. Los corticosteroides se utilizan para todos los tipos de reacciones a la protamina. La clorfenamina se utiliza para las reacciones de tipo II (anafilácticas). Para las reacciones de tipo III, se vuelve a administrar la heparina y es posible que el paciente deba volver a la circulación extracorpórea. [ 13 ]

La circulación extracorpórea (CEC) puede contribuir al deterioro cognitivo inmediato. El sistema circulatorio cardiopulmonar y la propia cirugía de conexión liberan diversos residuos al torrente sanguíneo, incluyendo fragmentos de células sanguíneas, tubos y placa. Por ejemplo, cuando los cirujanos pinzan y conectan la aorta a los tubos, los émbolos resultantes pueden bloquear el flujo sanguíneo y causar miniaccidentes cerebrovasculares. Otros factores de la cirugía cardíaca relacionados con el daño mental pueden ser episodios de hipoxia, temperatura corporal alta o baja, presión arterial anormal, arritmias cardíacas y fiebre después de la cirugía. [ 16 ]

Componentes

Los dispositivos de derivación cardiopulmonar constan de dos unidades funcionales principales: la bomba y el oxigenador . Estas unidades extraen la sangre desoxigenada del cuerpo del paciente y la reemplazan con sangre rica en oxígeno a través de una serie de tubos o mangueras. Además, se utiliza un intercambiador de calor para controlar la temperatura corporal calentando o enfriando la sangre en el circuito. Todos los componentes del circuito están recubiertos internamente con heparina u otro anticoagulante para prevenir la formación de coágulos en su interior. [ 10 ]

Perfusionista operando una máquina moderna de circulación extracorpórea

Tubería

Los componentes del circuito CPB están interconectados por una serie de tubos hechos de caucho de silicona o PVC . [ 17 ]

Zapatillas

Bomba centrífuga

Muchos circuitos de circulación extracorpórea (CEC) ahora emplean una bomba centrífuga para el mantenimiento y control del flujo sanguíneo durante la CEC. Al modificar la velocidad de rotación (RPM) del cabezal de la bomba, se produce el flujo sanguíneo por fuerza centrífuga . Este tipo de bombeo se considera superior a la bomba de rodillos porque se cree que previene la sobrepresión, el pinzamiento o el acodamiento de las líneas, y causa menos daño a los productos sanguíneos ( hemólisis , etc.). [ 18 ]

Bomba de rodillos

La consola de la bomba generalmente consta de varias bombas giratorias accionadas por motor que "masajean" peristálticamente los tubos. Esta acción impulsa suavemente la sangre a través de los tubos. Esto se conoce comúnmente como bomba de rodillos o bomba peristáltica . Las bombas son más económicas que sus contrapartes centrífugas, pero son susceptibles a la sobrepresión si las líneas se pinzan o se doblan. [ 18 ] También tienen mayor probabilidad de causar una embolia gaseosa masiva y requieren una supervisión constante y minuciosa por parte del perfusionista. [ 10 ]

Oxigenador

El oxigenador está diseñado para añadir oxígeno a la sangre infundida y eliminar parte del dióxido de carbono de la sangre venosa .

Intercambiadores de calor

Debido a que la hipotermia se usa frecuentemente en la circulación extracorpórea (para reducir las demandas metabólicas), se implementan intercambiadores de calor para calentar y enfriar la sangre dentro del circuito. El calentamiento y enfriamiento se logra haciendo pasar la línea a través de un baño de agua caliente o helada, y se requiere un intercambiador de calor independiente para la línea de cardioplejía. [ 10 ]

Cánulas

Se suturan múltiples cánulas en el cuerpo del paciente en diversas ubicaciones, según el tipo de cirugía. Una cánula venosa extrae la sangre venosa desoxigenada del cuerpo del paciente, y una cánula arterial infunde sangre rica en oxígeno en el sistema arterial. Los principales determinantes de la selección del tamaño de la cánula son el tamaño y el peso del paciente , el caudal previsto y el tamaño del vaso que se va a canular. [ 10 ] Una cánula de cardioplejía administra una solución de cardioplejía para provocar que el corazón deje de latir.

Algunos sitios de canulación comúnmente utilizados:

Cardioplejía

La cardioplejía es una solución líquida que se utiliza para proteger el corazón durante la circulación extracorpórea (CEC). Se administra mediante una cánula en la abertura de las arterias coronarias (generalmente a través de la raíz aórtica) y/o en las venas cardíacas (a través del seno coronario). [ 18 ] Estos métodos de administración se denominan anterógrado o retrógrado , respectivamente. La solución de cardioplejía protege el corazón deteniéndolo. Esto disminuye la demanda metabólica del corazón. Existen varios tipos de soluciones de cardioplejía, pero la mayoría actúa inhibiendo las corrientes rápidas de sodio en el corazón, lo que impide la conducción del potencial de acción . Otros tipos de soluciones actúan inhibiendo la acción del calcio sobre los miocitos . [ 19 ]

Técnica

Planificación preoperatoria

La circulación extracorpórea requiere una planificación cuidadosa antes de la cirugía. En particular, la canulación, el enfriamiento y las estrategias de protección cardiovascular deben coordinarse entre el cirujano , el anestesiólogo , el perfusionista y el personal de enfermería . [ 18 ]

Estrategia de canulación

La estrategia de canulación varía según varios detalles específicos de la operación y del paciente. No obstante, el cirujano colocará una cánula en la aurícula derecha, la vena cava o la vena femoral para extraer sangre del cuerpo. La cánula utilizada para devolver la sangre oxigenada generalmente se inserta en la aorta ascendente, pero existe la posibilidad de que se inserte en la arteria femoral, la arteria axilar o la arteria braquiocefálica según las necesidades de la cirugía. [ 10 ] [ 20 ] Después de insertar la cánula, la sangre venosa se drena del cuerpo a través de ella hacia un reservorio. Esta sangre luego se filtra, se enfría o se calienta y se oxigena antes de regresar al cuerpo a través de una bomba mecánica.

Técnica intraoperatoria

Antes de conectar un circuito de circulación extracorpórea (CEC), este debe purgarse con líquido y eliminarse todo el aire de la línea arterial/cánula. El circuito se purga con una solución cristaloide y, en ocasiones, también se añaden hemoderivados. Antes de la canulación (generalmente tras abrir el pericardio en el caso de la canulación central), se administra heparina u otro anticoagulante hasta que el tiempo de coagulación activado supere los 480 segundos. [ 12 ]

Se inspecciona el sitio de canulación arterial para detectar calcificaciones u otras enfermedades. Se pueden utilizar imágenes preoperatorias o una sonda de ultrasonido para ayudar a identificar calcificaciones aórticas que podrían desprenderse y causar una oclusión o un accidente cerebrovascular . Una vez que se ha determinado que el sitio de canulación es seguro, se colocan dos suturas concéntricas en forma de jareta en la aorta ascendente distal. Se realiza una incisión punzante con un bisturí dentro de las suturas en jareta y se pasa la cánula arterial a través de la incisión. Es importante que la cánula se pase perpendicularmente a la aorta para evitar crear una disección aórtica . [ 12 ] Las suturas en jareta se ajustan alrededor de la cánula con un torniquete y se fijan a la cánula. [ 18 ] En este punto, el perfusionista avanza la línea arterial del circuito de CPB y el cirujano conecta la línea arterial que viene del paciente con la línea arterial que viene de la máquina de CPB. Se debe tener cuidado de asegurar que no haya aire en el circuito cuando se conecten los dos, o de lo contrario el paciente podría desarrollar una embolia gaseosa . [ 19 ] [ 12 ] Otros sitios para la canulación arterial incluyen la arteria axilar , la arteria braquiocefálica o la arteria femoral .

Aparte de las diferencias en la ubicación, la canulación venosa se realiza de forma similar a la canulación arterial. Dado que la calcificación del sistema venoso es menos común, la inspección o el uso de una ecografía para detectar calcificaciones en los sitios de canulación es innecesario. Además, debido a que el sistema venoso está sometido a mucha menos presión que el sistema arterial, solo se requiere una sutura para mantener la cánula en su lugar. [ 12 ] Si solo se va a utilizar una cánula (canulación en dos etapas), se pasa a través de la orejuela de la aurícula derecha , a través de la válvula tricúspide y hacia la vena cava inferior. [ 19 ] Si se requieren dos cánulas (canulación en una etapa), la primera se pasa normalmente a través de la vena cava superior y la segunda a través de la vena cava inferior. [ 19 ] La vena femoral también puede canularse en pacientes seleccionados.

Si es necesario detener el corazón para la operación, también se requieren cánulas de cardioplejía . Se puede utilizar cardioplejía anterógrada (flujo hacia adelante, a través de las arterias del corazón), cardioplejía retrógrada (flujo hacia atrás, a través de las venas del corazón) o ambos tipos, según la operación y la preferencia del cirujano. Para la cardioplejía anterógrada, se realiza una pequeña incisión en la aorta proximal al sitio de canulación arterial (entre el corazón y el sitio de canulación arterial) y la cánula se coloca a través de ella para administrar cardioplejía a las arterias coronarias . Para la cardioplejía retrógrada, se realiza una incisión en la superficie posterior (trasera) del corazón a través del ventrículo derecho . La cánula se coloca en esta incisión, se pasa a través de la válvula tricúspide y hacia el seno coronario . [ 18 ] [ 19 ] Las líneas de cardioplejía se conectan a la máquina de CPB.

En este punto, el paciente está listo para la circulación extracorpórea. La sangre de la(s) cánula(s) venosa(s) entra en la máquina de circulación extracorpórea por gravedad, donde se oxigena y enfría (si es necesario) antes de regresar al cuerpo a través de la cánula arterial. Ahora se puede administrar cardioplejia para detener el corazón, y se coloca una pinza a través de la aorta entre la cánula arterial y la cánula de cardioplejia para evitar que la sangre arterial fluya hacia atrás hacia el corazón. Establecer objetivos de presión arterial adecuados para mantener la salud y la función de los órganos, incluidos el cerebro y los riñones, es una consideración importante. [ 21 ]

Una vez que el paciente está listo para retirarse del soporte de derivación, se retiran la pinza de oclusión y las cánulas, y se administra sulfato de protamina para revertir los efectos anticoagulantes de la heparina. [ 22 ]

Historia

Máquina de circulación extracorpórea utilizada en el Hospital Middlesex de Londres en 1958. Museo de la Ciencia, Londres (2008).
Máquina de circulación extracorpórea utilizada en la Universidad de Michigan en la década de 1960.

El fisiólogo austríaco-alemán Maximilian von Frey construyó un prototipo inicial de máquina de corazón-pulmón en 1885. Esto se llevó a cabo en el Instituto de Fisiología Carl Ludwig de la Universidad de Leipzig . [ 23 ] Sin embargo, tales máquinas no eran viables antes del descubrimiento de la heparina en 1916, que previene la coagulación sanguínea .

El científico soviético Sergei Brukhonenko desarrolló en 1926 una máquina de corazón-pulmón para la perfusión corporal total llamada Autojektor , que se utilizó en experimentos con perros, [ 24 ] algunos de los cuales se mostraron en la película de 1940 Experimentos en la resurrección de organismos . [ 25 ] Un equipo de científicos de la Universidad de Birmingham (incluido Eric Charles, un ingeniero químico) estuvo entre los pioneros de esta tecnología.

Durante cuatro años se trabajó para mejorar la máquina, y el 5 de abril de 1951, el Dr. Clarence Dennis dirigió el equipo del Centro Médico de la Universidad de Minnesota que realizó la primera operación en humanos que consistió en una cardiotomía abierta con control mecánico temporal de las funciones cardíaca y pulmonar. El paciente no sobrevivió debido a un defecto cardíaco congénito complejo e inesperado, pero la máquina demostró ser funcional. [ 26 ] [ 27 ] Un miembro del equipo fue el Dr. Russell M. Nelson (quien más tarde se convirtió en presidente de La Iglesia de Jesucristo de los Santos de los Últimos Días ), quien realizó la primera cirugía a corazón abierto exitosa en Utah el 9 de noviembre de 1955 en el Hospital General de Salt Lake. [ 28 ]

El primer soporte mecánico exitoso de la función ventricular izquierda fue realizado el 3 de julio de 1952 por Forest Dewey Dodrill utilizando una máquina codesarrollada con General Motors, la Dodrill-GMR . Posteriormente, la máquina se utilizó para brindar soporte a la función ventricular derecha. [ 29 ]

El primer procedimiento exitoso a corazón abierto en un ser humano utilizando la máquina de circulación extracorpórea fue realizado por John Gibbon y Frank F. Allbritten Jr. el 6 de mayo de 1953 en el Hospital Universitario Thomas Jefferson en Filadelfia . [ 30 ] La máquina de Gibbon fue perfeccionada hasta convertirse en un instrumento confiable por un equipo quirúrgico dirigido por John W. Kirklin en la Clínica Mayo en Rochester, Minnesota, a mediados de la década de 1950. [ 31 ]

El oxigenador fue conceptualizado por primera vez en el siglo XVII por Robert Hooke y desarrollado en oxigenadores extracorpóreos prácticos por fisiólogos experimentales franceses y alemanes en el siglo XIX. Los oxigenadores de burbujas no tienen barrera entre la sangre y el oxígeno; estos se denominan oxigenadores de "contacto directo". Los oxigenadores de membrana introducen una membrana permeable a los gases entre la sangre y el oxígeno, lo que disminuye el trauma sanguíneo de los oxigenadores de contacto directo. Gran parte del trabajo desde la década de 1960 se centró en superar la limitación del intercambio gaseoso de la barrera de membrana, lo que condujo al desarrollo de oxigenadores de fibra hueca microporosa de alto rendimiento que finalmente reemplazaron a los oxigenadores de contacto directo en los quirófanos cardíacos. [ 32 ]

En 1983, Ken Litzie patentó un sistema cerrado de derivación cardíaca de emergencia que redujo la complejidad del circuito y los componentes. [ 33 ] Este dispositivo mejoró la supervivencia del paciente después de un paro cardíaco porque podía desplegarse rápidamente en entornos no quirúrgicos. [ 34 ]

Referencias

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  31. ↑ " John Kirklin, pionero de la cirugía cardíaca, fallece a los 86 años ." (23 de abril de 2004) Universidad de Alabama en Birmingham. Comunicado de prensa
  32. ↑ Lim MW (octubre de 2006). "La historia de los oxigenadores extracorpóreos". Anestesia . 61 ( 10): 984– 995. doi : 10.1111/j.1365-2044.2006.04781.x . PMID 16978315. S2CID 24970815 .  
  33. ↑ US 4540399 , Litzie K, Roberts CP, "Patente estadounidense para sistema de derivación de emergencia", emitida el 10 de septiembre de 1985, asignada a CR Bard, Inc y Lifestream International, LLC. 
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Lecturas adicionales

  • Hessel EA, Edmunds LH (2003). «Circulación extracorpórea: sistemas de perfusión» . En Cohn LH, Edmunds LH (eds.). Cirugía cardíaca en el adulto . McGraw-Hill. pp. 317–338 . ISBN  978-0-07-184487-1. OCLC 930496902 . Archivado del original el 10-12-2006 . Recuperado el 09-12-2006 . 
  • Consorcio Internacional para la Perfusión Basada en la Evidencia
  • CircuitSurfers: Un blog sobre perfusión y derivación cardiopulmonar
  • Manual multimedia de cirugía cardiotorácica. Colección de derivación cardiopulmonar.
  • «Los documentos de Clarence Dennis» . Perfiles en Ciencia . Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Archivado del original el 7 de agosto de 2011.Se le atribuye el primer intento de cirugía de derivación cardiopulmonar.