Circolazione extracorporea

(1)

(2)

Circolazione extracorporea e

Protezione Miocardica

Gino Gerosa Chiara d’Agostino

Sezione di Cardiochirurgia

Dipartimento di scienze cardiache, toraciche e vascolari Università di Padova

(3)

Progressi in Cardiochirurgia

• Circolazione Extracorporea • Ipotermia • Miocardioprotezione – Soluzioni cardioplegiche • Chirurgia Mini-invasiva

– By-pass a Cuore battente in sternotomia o in minitoracotomia – Interventi in CEC o a cuore battente con ROBOT e torace aperto – Interventi in CEC (Port-Access system) o a cuore battente con

Robot e torace chiuso

(4)

Circolazione Extracorporea

Lo

sviluppo

della circolazione extracorporea ha reso

possibili e routinari tutti gli interventi quali:

– la correzione delle cardiopatie congenite complesse

– la rivascolarizzazione miocardica

– la sostituzione delle valvole cardiache

– la chirurgia maggiore dei grossi vasi

– il trapianto di organi solidi (cuore, polmone, cuore-polmone)

(5)

Concettualmente si fonda su di un sistema in grado di

escludere il cuore ed i polmoni dalla circolazione ematica per un definito intervallo di tempo.

• Il blocco cuore-polmoni può essere ottenuto mediante un sistema composto da:

– cannule che drenano il sangue venoso sistemico

– ossigenatore che arricchisce di O2 e rimuove la CO₂

– scambiatore di calore per ottenere la temperatura corporea desiderata – pompa in grado di reimmettere il sangue arterioso

Circolazione Extracorporea

CEC

(6)

• 1915 eparina (J Mc Lean -John’s HopkinsHospital)

• 1937 CEC sperimentale nei gatti (Gibbon)

• 1948 Ossigenatore a dischi (Bjork)

• 1950 Ossigenatore a bolle (Clarke e Lillehei)

• 1950 Effetti protettivi dell’ipotermia (Bigelow)

• 1951 I intervento in CEC (DIA; Dennis)

• 1953 I intervento in CEC con successo (DIA; Gibbon)

• 1956 Inizio dei programmi di chirurgia cardiaca a cuore aperto

Circolazione Extracorporea

Cenni storici

(7)

(8)

• Concetto base su cui si fonda la CEC

Circolazione Extracorporea

Sistema di cannule di drenaggio

Paziente

Aspiratori

Pompa roller Cardiotomo di raccolta e Filtro Ossigenatore e Scambiatore di calore Emofiltro Pompa roller Cannula aortica

(9)

(10)

(11)

(12)

Circolazione Extracorporea

• Ossigenatori comunemente in uso:

– a bolle (interfaccia tra sangue e gas)

– a membrana (membrana semipermeabile di gomma siliconata. Il gas ed il sangue sono completamente separati evitando il problema della generazione di schiuma e quindi ridotto rischio di embolie ed emolisi) – a fibre cave (sangue e gas sono separati tramite la parete delle fibre

(13)

• La pompa roller, ideata da De Bakey nel 1934,

consiste di una struttura concava a parete verticale

contro cui viene schiacciato da due rulli, sorretti da

un braccio meccanico rotante, un tubo morbido in

silicone.

(14)

• Vantaggi dell’emodiluizione:

– diminuizione della viscosità ematica (Ht 20%-25%)

– migliore perfusione tissutale per migliorata reologia

– minor trauma agli elementi cospuscolati

– minori danni agli organi

•cervello •cuore •polmoni •rene

(15)

• I continui miglioramenti nelle tecniche di CEC,

dall’inizio degli anni 50 in poi, hanno contribuito alla

riduzione della morbidità e della mortalità in

cardiochirurgia.

• Attualmente più di 500.000 interventi di chirurgia

cardiaca maggiore vengono portati a termine nel mondo

in un anno, con una mortalità complessiva che varia dal

1% al 15%, a seconda della complessità della cardiopatia.

(16)

• Ipotermia:

– moderata tra 32C° e 25 C° – profonda tra 25C° e 18 C°

• L’ipotermia viene ottenuta:

– mediante il raffreddamento del sangue durante il passaggio attraverso lo scambiatore di calore del circuito per la CEC – mediante raffreddamento topico del paziente con materassino – mediante raffreddamento topico diretto sul cuore con ghiaccio

(17)

Il concetto di ipotermia venne introdotto nel 1950 da Bigelow e collaboratori

Vantaggi:

– veniva considerato come unico e più importante presidio di protezione miocardica e tissutale

– la base fisiologica stava nella diminuzione del consumo di O2 da parte dei tessuti e delle cellule in particolare, una volta esposti alle basse temperature (1.1 vs 0.135 ml O2/min/100 gr tessuto a 37 C° e 11 C° rispettivamente)

– da studi sperimentali a 10 C° un cuore arrestato consuma il 95% di O2 in meno rispetto un cuore in normale attività

(18)

Miocardioprotezione

• L’accesso alle camere cardiache per procedere alla correzione delle cardiopatie congenite e/o acquisite è consentito attraverso l’arresto flaccido del cuore (diastolico).

• Numerosi sono stati i metodi adottati per ottenere l’arresto cardiaco controllato:

– cardioplegia farmacologica con citrato di potassio – fibrillazione ventricolare

– arresto cardiaco anossico

– perfusione coronarica intermittente in FV

(19)

• Il danno miocardico che si verifica durante

l’arresto ischemico del cuore è tuttora una delle

più comuni cause di mortalità e morbidità in

cardiochirurgia

• Negli ultimi 20 anni ci si è accorti come non fosse

sufficiente ridurre il consumo di ossigeno da parte

dei tessuti miocardici con l’ipotermia

• Da qui la spinta per lo studio di nuovi sistemi

attuabili di miocardioprotezione

(20)

• Scopi:

– arresto cardiaco il più rapido possibile per ridurre al minimo il periodo ischemico

– riduzione dei processi metabolici mediante l’arresto chimico e l’ipotermia

– riduzione dell’edema cellulare per l’iperosmolarità delle soluzioni – azione tampone per l’inevitabile acidificazione dell’ambiente

cellulare dovuto all’attivazione della glicolisi anaerobia durante il periodo ischemico

– energizzante

Miocardioprotezione e Soluzioni

cardioplegiche

(21)

• Sulla base del concetto che l’ipotermia e

l’arresto chimico del cuore sono i più

importanti componenti della protezione

miocardica, la cardioplegia fredda è divenuta

la tecnica standard di protezione miocardica

più usata durante il clampaggio aortico

Miocardioprotezione e Soluzioni

cardioplegiche

(22)

Tipi di cardioplegia

Cardioplegia

Cristalloide Ematica

Fredda Fredda 8°C Calda 37°C

(23)

• La cardioplegia cristalloide fredda è stata la prima ad essere

sperimentata, venne successivamente modificata e costituita da una parte ematica ed una cristalloide secondo un rapporto di: 8:1, 4:1,

2:1. Tale rapporto inoltre influisce sull'ematocrito. La parte ematica è rappresentata dal sangue autologo che si combina direttamente con la composizione cristalloide. Il raffreddamento della soluzione invece avviene per il passaggio in uno specifico scambiatore di calore,

impostato a seconda del protocollo ad una temperatura tra i 4-12°C. Questo tipo di cardioplegia si sviluppa su diversi presupposti:

• SANGUE: veicolo di ossigeno, sistema tampone, proprietà osmotiche, substrato metabolico;

• CRISTALLOIDE: composizione elettrolitica e pH fisiologici, presenza di antiossidanti e stabilizzatori di membrana;

• TEMPERATURA: freddo› riduzione metabolismo, riduzione richiesta O2, miglioramento protezione tessuto miocardico

(24)

• Il concetto di cardioplegia ematica calda (o normotermica) risale agli anni '80. Si basa concettualmente sulle proprietà

biochimiche del sangue; infatti è a 37° che avviene in maniera ottimale il rilascio dell'ossigeno dall'emoglobina; inoltre

l'arresto cardiaco elettromeccanico in normotermia riduce

sensibilmente il danno della riperfusione, fenomeno frequente invece nelle tradizionali cardioplegie cristalloidi fredde. Una linea specifica da 1/4 proveniente dall'ossigenatore, potassio cloruro infuso nella stessa linea mediante una pompa siringa da 50ml, sono i due elementi di cui si costituisce questo tipo di cardioplegia.

(25)

Tipi di tecniche cardioplegiche

Anterograda Retrograda

Intermittente Continua Intermittente Continua

Combinate

Alternata Simultanea

(26)

• Due sono le limitazioni della cardioplegia

ematica fredda intermittente:

– ischemia durante gli intervalli tra una dose e

l’altra con la conseguente conversione in

metabolismo anaerobico

– danni da ipotermia

Miocardioprotezione

(27)

Università degli Studi di Padova Istituto di Chirurgia Cardiovascolare

Cardioplegia ematica fredda con

riperfusione calda

Svantaggi: a)metabolismo anaerobio negli intervalli b)ipotermia

alterazione della stabilità delle membrane alterazione dei processi enzimatici

Ca++ intracitoplasmatico alterato up-take di O2

pH e pressione osmotica

utilizzo di glucosio, ATP omeostasi curva di dissociazione dell’Hb

aspartati, glutamati, taurina, glutamina inibizione pompa del Na+

(28)

La circolazione extracorporea di per se non rappresenta una condizione fisiologica, comportando inevitabilmente una risposta infiammatoria ed il rischio di microembolizzazioni sistemiche (cerebrali), con disfunzioni multiorganiche, oltre all’ischemia miocardica.

Da qui la spinta negli ultimi 10 anni alla ricerca di soluzioni tecniche meno invasive per la chirurgia coronarica, alla ricerca di una morbidità minore.

Crescente è stato quindi l’interesse da parte di molti centri verso la rivascolarizzione miocardica a cuore battente (OPCAB e MIDCAB).

(29)

Chirurgia Mini-invasiva

Cardiochirurgia mini-invasiva:

Intervento cardiochirurgico tradizionale

eseguito con obiettivo di ridurre l’incisione

ed il trauma chirurgico

Cardiochirurgia a cuore battente:

Intervento cardiochirurgico (tradizionalmente

in CEC ed a cuore fermo) eseguito a cuore

(30)

– Difficoltà operative per l’inevitabile

movimento cardiaco

– Necessità di follow-up a più lungo termine

– Pervietà delle anastomosi a lungo termine

– Incidenza di:

• reinfarti • reinterventi

(34)

(35)

Il trapianto cardiaco

Aspetti clinici e chirurgici

Gino Gerosa Chiara d’Agostino

Sezione di Cardiochirurgia

Dipartimento di scienze cardiache, toraciche e vascolari Università di Padova

(36)

Francesco Bacone, Nuova Atlantide (1598)

“… sostituire gli organi guasti

per ritardare l’arresto della

macchina organica

propellente il sangue, umor

vitale per eccellenza,

prolungando in tal modo la

vita…”

(37)

• Christiaan Barnard

• Nel 1967, nei primi giorni di un piovoso

dicembre, giungeva in Italia la notizia

che Christiaan Barnard, uno

sconosciuto

sconosciuto chirurgo sudafricano,

aveva eseguito il giorno tre di quel

mese, presso il Groote Schuur Hospital

di Cape Town, il primo trapianto

(38)

1967 Prima esperienza di Barnard

L’esperienza di Barnard indusse numerosi centri a livello internazionale ad intraprendere la strada del trapianto: nei 12 mesi successivi vennero eseguiti 101 Trapianti cardiaci in 24 nazioni da parte di 64

(39)

1967

Prima esperienza di Barnard

1967

Prima esperienza di Barnard

I risultati furono deludenti con una

sopravvivenza attorno al 20%

Alla fine del 1970 solo due centri al mondo perseverarono nell’idea: Stanford University

(40)

Anni 70

Messa a punto di metodiche utili alla

conservazione del cuore espiantato

Infusione intracoronarica di una soluzione fredda

contenente potassio ad alta concentrazione (cardioplegia)

seguita da raffreddamento topico in soluzione fredda (4° C)

A partire dal 1977 si fecero i primi prelievi di cuore a

distanza

(41)

Anni 80

Età dell’oro del Trapianto Cardiaco

Introduzione della ciclosporina A nei protocolli

immunosoppressivi

Aumento dei centri e del numero dei trapianti eseguiti nel

mondo

Accettazione dei criteri di Stanford per la selezione e

scelta dei donatori e dei riceventi

14 novembre 1985 a Padova il prof Gallucci esegue il

primo trapianto di cuore in Italia

(42)

Anni 90

Il Trapianto Cardiaco raggiunge piena maturità clinica

Soluzione terapeutica applicata in tutto il mondo

occidentale, con basso rischio chirurgico, in grado non

solo di aumentare la durata della vita, ma di assicurarne

una qualità normale

(43)

TRAPIANTI DI CUORE NEL MONDO

N u m er o d i T ra p ia n ti N u m er o d i T ra p ia n ti

(44)

Indicazioni (1)

NYHA III e IV classe VO2 max < 14 ml/kg/m’ FE < 0,25

ricoveri ripetuti > 3/anno

NYHA III e IV classe

_{VO2 max < 14 ml/kg/m’} _{FE < 0,25}

ricoveri ripetuti > 3/anno

Transitoria disfunzione epatica e renale

necessità di incremento del diuretico

intolleranza agli ACE

_Transitoria _disfunzione

epatica e renale

_{necessità di incremento del}

diuretico

intolleranza agli ACE

Insufficienza cardiaca refrattaria alla terapia medica

o con caratteristiche di progressione nel tempo, non

migliorabile con terapia medica corretta, procedure

interventistiche o cardiochirurgiche

(45)

Indicazioni (2)

Insufficienza cardiaca avanzata determinata da

disfunzione ventricolare dx pura o prevalente

Aritmie minacciose non dominabili con terapia medica

o procedure interventistiche o chirurgiche

Angina refrattaria non suscettibile di rivascolarizzazione

con angioplastica o bypass

(46)

INDICAZIONI AL TRAPIANTO CARDIACO

Istituto di Medicina Legale

Istituto di Chirurgia Cardiovascolare Università di Padova

Istituto di Medicina Legale

Istituto di Chirurgia Cardiovascolare Università di Padova

(47)

AGE DISTRIBUTION

OF HEART RECIPIENTS

(1982-2000)

AGE DISTRIBUTION

OF HEART RECIPIENTS

(1982-2000) % o f T ra n sp la n ts % o f T ra n sp la n ts

(48)

Unità di Cardiochirurgia di Padova Direttore: Prof. Gino Gerosa

Attività Trapianti

(Nov. 1985 - Gen. 2005)

Unità di Cardiochirurgia di Padova Direttore: Prof. Gino Gerosa

Attività Trapianti

(Nov. 1985 - Gen. 2005) MD MD 46% 46% Ri-Tc Ri-Tc 2% 2% Altre Altre 7% 7% MV MV 7% 7% MI MI 38% 38% MD MD MI MI MV MV Altre Altre Ri-Tc Ri-Tc 605 trapianti 580 pazienti

Età: da 1 mese a 73 anni Età donatori: da 3 mesi a 65 anni Tecnica: ortotopica 558 eterotopica 14 Re-Trapianti: 11 Trapianti multiorgano: (cuore-rene) 6 (cuore-polmoni) 2

(49)

Momenti Critici

Accesso in lista d’attesa

Assegnazione dell’organo

Prelievo

(50)

Criteri di inclusione

e di esclusione dalla

lista di attesa

Criteri di inclusione

e di esclusione dalla

lista di attesa

Criteri di idoneità alla donazione Criteri di idoneità alla donazione Conoscenza fattori prognostici nella insufficienza cardiaca Conoscenza fattori prognostici nella insufficienza cardiaca Chirurgia alternativa Chirurgia alternativa Efficacia terapia medica Efficacia terapia medica Disponibilità organi Disponibilità organi Conoscenza fattori di rischio post-TC Conoscenza fattori di rischio post-TC

(51)

Accesso in lista d’attesa

Controindicazioni assolute

Accesso in lista d’attesa

Controindicazioni assolute

Ipertensione polmonare con elevate resistenze

vascolari polmonari fisse

Malattie sistemiche con spettanza di vita < 5 aa.

Infezioni maggiori in atto da agente sconosciuto

Ulcera peptica sanguinante

Non compliance alle cure

HIV positività

(52)

Controindicazioni relative

Disfunzione epatica da scompenso cardiaco

Pregressa cardiochirurgia multipla

Cachessia cardiaca

Grave obesità

Vasculopatia polidistrettuale

Diabete mellito insulino-dipendente

Infezioni maggiori in atto da agente noto

Colelitiasi sintomatica

Diverticolosi sintomatica

Epatite da virus B o C con HBV-DNA o HCV-RNA

Grave osteoporosi

Grave broncopneumopatia

Embolia polmonare recente (< 3 mesi)

Età ?

(53)

Assegnazione dell’organo

La scarsità di risorse spinge il chirurgo ad

agire considerando l’esigenza di

“ottimizzare i risultati” senza trascurare le

caratteristiche d’urgenza dei pazienti in lista

d’attesa

(54)

Assegnazione dell’organo

Criteri

Assegnazione dell’organo

Criteri

Gruppo sanguigno

Peso – Superficie corporea

Resistenze vascolari arteriolari polmonari

Gradiente transpolmonare

Età

Urgenza clinica

Cross-match

(55)

Assegnazione dell’organo

Status ricevente

Assegnazione dell’organo

Status ricevente

Status one

2 A

2 B

(56)

Prelievo d’organo

Sicurezza di non veicolare patologie trasmissibili dal donatore al ricevente:

Infezioni Tumori Rischio di graft failure:

Danni preesistenti

GRAFT

(63)

Sopravvivenza dopo trapianto cardiaco

Emivita = 9.3 anni

centro

(64)

Qualità della vita

(65)

HEART TRANSPLANTS: CAUSE OF DEATH (1982-2000) Timing of Death C au se o f D ea th ( % )

(66)

POST-HEART TRANSPLANT MORBIDITY

(April 1994-December 2000)

Outcome 1-year Follow-up 5-year Follow-up

Hypertension 68.1% 68.0% Renal Function None 78.1% 75.1% Renal Dysfunction 12.8% 14.0% Creatinine>5 mg/dl 7.8% 8.6% Chronic Dialysis 1.2% 1.9% Renal Transplant 0.1% 0.4% Hyperlipidemia 40.6% 43.8% Diabetes 20.8% 16.2% CAV 7.8% 20.8%

(67)

Disturbi sfera sessuale

Complicanze sistemiche dopo il trapianto di cuore

Follow-up (%)

ISHLT registry 2001 (pz. 57818)

(68)

Eziologia

Immunodepressione

infezioni

tumori

Effetti collaterali dei

singoli farmaci

ipertensione

diabete

dislipidemia

etc...

Alterata omeostasi

neuro ormonale

ipertensione

Complicanze sistemiche

(69)

Complicanze sistemiche dopo T.C.

L’infezione rappresenta la prima causa di

mortalità e di morbidità nel primo anno

Infezioni

Precoci (30gg)

Tardive

Batteriche

Virali

(70)

(71)

Neoplasie

• L’incidenza globale di neoplasia maligna in soggetti in regime immunosoppressivo portatori di trapianto d’organo è tre volte superiore rispetto alla popolazione di pari età

• L’incidenza tende ad aumentare allungando il periodo di osservazione dopo trapianto

• L’incidenza di alcuni tumori nella popolazione sottoposta a trapianto di organi solidi è stimata fino a 400 volte maggiore a quella della popolazione generale

(72)

Tumori dopo Tx

Eziologia multi-fattoriale

•Immunosoppressione

•Virus oncogeni

(EBV, HHV8, HPV, Epatite B)

•Insufficienza renale cronica

•Ruolo mutageno dei farmaci

(73)

Tumori

Incidenza pz Tx vs non-Tx

Tipo Pazienti Popolazione trapiantati generale

Linfoma non Hodgkin 24% 6% Carcinoma labbra 6%

0,2%

Sarcoma Kaposi 6% 0,5%

Carcinoma renale 5% 2%

Carcinoma vulva e perineo 3% 0,7%

Tumori epato-biliari 2,3% 1,7%

Sarcomi 1,8%

(74)

MALIGNANCY POST-HEART TRANSPLANTATION

(April 1994-December 2000)

1-Year Followup

5-Year Followup

Istituto di Chirurgia Cardiovascolare - Università degli Studi di Padova

(75)



Prima causa di mortalità dopo il 1° anno



Morbidità compresa tra il 30% ed il 45%

al 5° anno



Due forme



Prima causa di mortalità dopo il 1° anno



Morbidità compresa tra il 30% ed il 45%

al 5° anno



Due forme

Vasculopatia del graft

Aterosclerosi coronarica

Rigetto cronico

Aterosclerosi coronarica

Rigetto cronico

Già presente nel cuore donato

Ex novo (fattori di rischio)

Già presente nel cuore donato

(76)

Vasculopatia dopo TC

Aterosclerosi comune Rigetto cronico

Segmentarie Diffuse

Eccentriche

Arterie epicardiche Arterie epicardiche Grosso/medio calibro Arteriole intramiocardiche

Vene

Stria lipidica Iperplasia fibrointimale concentrica Placca fibrosa Lamina elastica interna conservata Placca complicata

Aterosclerosi comune Rigetto cronico

Segmentarie Diffuse

Eccentriche

Arterie epicardiche Arterie epicardiche Grosso/medio calibro Arteriole intramiocardiche

Vene

Stria lipidica Iperplasia fibrointimale concentrica Placca fibrosa Lamina elastica interna conservata Placca complicata Lesioni Vasi colpiti Istologia Lesioni Vasi colpiti Istologia

(77)

(78)

Diagnosi

Clinica

Diagnosi

Clinica



Assenza di dolore cardiaco



Modificazioni ECG o

ecocardiografiche ai controlli



Aritmie



SCOMPENSO CARDIACO (IMA)



Morte improvvisa



Assenza di dolore cardiaco



Modificazioni ECG o

ecocardiografiche ai controlli



Aritmie



SCOMPENSO CARDIACO (IMA)



Morte improvvisa

(79)

Diagnosi

Indagini strumentali

Diagnosi

Indagini strumentali



Angiografia coronarica

quadri di rarefazione e

assottigliamento dei vasi



Ecografia intracoronarica (IVUS)

rivela l’aspetto delle pareti vasali



Biopsia endomiocardica

ricerca immunoistochimica RNAm

in endotelio piccoli vasi



Angiografia coronarica

quadri di rarefazione e

assottigliamento dei vasi



Ecografia intracoronarica (IVUS)

rivela l’aspetto delle pareti vasali



Biopsia endomiocardica

ricerca immunoistochimica RNAm

in endotelio piccoli vasi

(80)

Terapia



Bypass



Angioplastica



Ritrapianto



Bypass



Angioplastica



Ritrapianto

Ruolo limitato

}

(81)

Conclusioni

Trapianto Cardiaco oggi

Conclusioni

Trapianto Cardiaco oggi



Opzione terapeutica di scelta nel

trattamento delle cardiopatie allo

stadio terminale o ad esito

infausto



Opzione terapeutica di scelta nel

trattamento delle cardiopatie allo

stadio terminale o ad esito

infausto

(82)

Conclusioni

• Le complicanze sistemiche dopo TC rappresentano a

tutt’oggi un’importante causa di morbidità e mortalità

• Il grado di immunosoppressione e gli effetti collaterali

dei singoli farmaci ne sono principalmente la causa

• L’introduzione di nuovi agenti immunosoppressivi

dotati di minor tossicità e maggior specificità dovrebbe diminuirne l’incidenza nel prossimo decennio

• L’induzione della tolleranza potrebbe costituire la

soluzione ideale a questo problema

• Le complicanze sistemiche dopo TC rappresentano a

tutt’oggi un’importante causa di morbidità e mortalità

• Il grado di immunosoppressione e gli effetti collaterali dei singoli farmaci ne sono principalmente la causa

• L’introduzione di nuovi agenti immunosoppressivi dotati di minor tossicità e maggior specificità dovrebbe diminuirne l’incidenza nel prossimo decennio

• L’induzione della tolleranza potrebbe costituire la soluzione ideale a questo problema