El bypass cardiopulmonar ( CPB ) o máquina de circulación extracorpórea, también llamada bomba o bomba CPB, es una máquina que asume temporalmente la función del corazón y los pulmones durante una cirugía a corazón abierto manteniendo la circulación de sangre y oxígeno en todo el cuerpo. [1] Como tal, es un dispositivo extracorpóreo .
La CEC es operada por un perfusionista . La máquina hace circular y oxigena la sangre mecánicamente por todo el cuerpo del paciente sin pasar por el corazón y los pulmones, lo que permite al cirujano trabajar en un campo quirúrgico sin sangre.
La CPB se usa comúnmente en operaciones o procedimientos quirúrgicos que involucran el corazón. La técnica permite al equipo quirúrgico oxigenar y hacer circular la sangre del paciente, permitiendo así al cirujano operar el corazón de forma segura. En muchas operaciones, como la revascularización coronaria (CABG), el corazón se detiene , debido al grado de dificultad de operar con un corazón que late.
Las operaciones que requieren la apertura de las cámaras del corazón, por ejemplo la reparación o el reemplazo de la válvula mitral , requieren el uso de CEC. Esto es para evitar la absorción sistémica de aire y para proporcionar un campo sin sangre para aumentar la visibilidad del cirujano. La máquina bombea la sangre y, utilizando un oxigenador, permite que los glóbulos rojos recojan oxígeno, además de permitir que disminuyan los niveles de dióxido de carbono. Esto imita la función del corazón y los pulmones, respectivamente.
La CEC se puede utilizar para la inducción de hipotermia corporal total , un estado en el que el cuerpo puede mantenerse durante hasta 45 minutos sin perfusión (flujo sanguíneo). Si el flujo sanguíneo se detiene a una temperatura corporal normal, puede producirse daño cerebral permanente en tres o cuatro minutos y puede producirse la muerte. De manera similar, la CPB se puede utilizar para calentar a personas que tienen hipotermia . Este método de recalentamiento mediante el uso de CEC tiene éxito si la temperatura central del paciente es superior a 16 °C.
La sangre se enfría durante la CEC y regresa al cuerpo. La sangre enfriada ralentiza la tasa metabólica basal del cuerpo, disminuyendo su demanda de oxígeno. La sangre enfriada suele tener una viscosidad más alta, pero las diversas soluciones cristaloides o coloidales que se utilizan para cebar el tubo de derivación sirven para diluir la sangre. Mantener la presión arterial adecuada para los órganos es un desafío, pero se controla cuidadosamente durante el procedimiento. También se mantiene la hipotermia (si es necesario) y la temperatura corporal generalmente se mantiene entre 28 °C y 32 °C (82,4 a 89,6 °F).
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 posquirúrgicos con disfunción cardíaca o pulmonar, pacientes con insuficiencia pulmonar aguda, embolias pulmonares masivas , traumatismo pulmonar por infecciones y una variedad de otros problemas que afectan la función cardíaca o pulmonar.
La ECMO le da al corazón y/o los pulmones tiempo para repararse y recuperarse, pero es sólo una solución temporal. Los pacientes con enfermedades terminales, cáncer, daños graves al sistema nervioso, sepsis incontrolada y otras enfermedades pueden no ser candidatos para ECMO.
No existen contraindicaciones absolutas para la circulación extracorpórea. [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 con la administración de heparina. En ambas condiciones, se forman anticuerpos contra la heparina, lo que provoca la activación plaquetaria y la formación de coágulos sanguíneos . Debido a que la heparina se usa típicamente en la CEC, los pacientes que se sabe que tienen los anticuerpos 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, es posible que necesiten heparina adicional, plasma fresco congelado u otros productos sanguíneos como la antitrombina III recombinante para lograr una anticoagulación adecuada. [8]
Una vena cava superior izquierda persistente es una variación del sistema torácico en la que la vena cava del lado izquierdo no logra involucionar durante el desarrollo normal. Es la variación más común del sistema venoso torácico y ocurre en aproximadamente el 0,3% de la población. [9] La anomalía a menudo se detecta en estudios de imágenes preoperatorios, pero también se puede descubrir intraoperatoriamente. Una vena cava superior izquierda persistente puede dificultar el logro de un drenaje venoso adecuado o la aparición de una cardioplejía retrógrada . El tratamiento de una vena cava superior izquierda persistente durante la CEC depende de factores como el tamaño y el sitio de drenaje de la variación de la vena cava. [10]
La CEC no está exenta de riesgos y existen varios problemas asociados. Como consecuencia, la CEC sólo se utiliza durante las varias horas que puede durar una cirugía cardíaca. Se sabe que la CPB activa la cascada de la coagulación y estimula los mediadores inflamatorios, lo que provoca hemólisis y coagulopatías. Este problema empeora a medida que las proteínas del complemento se acumulan en los oxigenadores de membrana. [12] Por esta razón, la mayoría de los oxigenadores vienen con la recomendación del fabricante de que solo se usen durante un máximo de seis horas, aunque a veces se usan hasta diez horas, teniendo cuidado de garantizar que no se coagulen y dejen de funcionar. laboral. Durante periodos más largos se utiliza un oxigenador de membrana , que puede estar en funcionamiento hasta 31 días, como en el caso de Taiwán, durante 16 días, después de lo cual el paciente recibió un trasplante de corazón. [13]
La complicación más común asociada con la CEC es una reacción de 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). [14] [12] 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 formulaciones de insulina neutra protamina hagedorn (NPH)), tienen un mayor riesgo de reacciones a protamina tipo II debido a sensibilidad cruzada. [12] Debido a que la protamina es un fármaco de acción rápida, generalmente se administra lentamente para permitir el seguimiento de posibles reacciones. [11] El primer paso en el tratamiento de una reacción a la protamina es detener inmediatamente la infusión de protamina. Los corticosteroides se utilizan para todo tipo de reacciones a la protamina. La clorfenamina se utiliza para reacciones de tipo II (anafilácticas). Para las reacciones de tipo III, se vuelve a dosificar la heparina y es posible que el paciente necesite volver a la derivación. [12]
La CEC puede contribuir al deterioro cognitivo inmediato. El sistema de circulación sanguínea corazón-pulmón y la propia cirugía de conexión liberan una variedad de desechos en el torrente sanguíneo, incluidos trozos de células sanguíneas, tubos y placa. Por ejemplo, cuando los cirujanos pinzan y conectan la aorta a un tubo, los émbolos resultantes pueden bloquear el flujo sanguíneo y provocar pequeños accidentes cerebrovasculares. Otros factores de la cirugía cardíaca relacionados con el daño mental pueden ser eventos de hipoxia, temperatura corporal alta o baja, presión arterial anormal, ritmos cardíacos irregulares y fiebre después de la cirugía. [15]
Los dispositivos de bypass cardiopulmonar constan de dos unidades funcionales principales: la bomba y el oxigenador . Estas unidades extraen sangre sin oxígeno del cuerpo de un 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 evitar la coagulación dentro del circuito. [10]
Los componentes del circuito CPB están interconectados por una serie de tubos fabricados en caucho de silicona o PVC . [dieciséis]
Muchos circuitos de CPB emplean ahora una bomba centrífuga para el mantenimiento y control del flujo sanguíneo durante la CPB. Al alterar la velocidad de revolución (RPM) del cabezal de la bomba, la fuerza centrífuga produce flujo sanguíneo . Este tipo de acción de bombeo se considera superior a la bomba de rodillo porque se cree que previene la sobrepresurización, el pinzamiento o el retorcimiento de las líneas y daña menos los productos sanguíneos ( hemólisis , etc.). [17]
La consola de la bomba normalmente comprende varias bombas giratorias impulsadas por motor que "masajean" peristálticamente el tubo. Esta acción impulsa suavemente la sangre a través del tubo. Esto se conoce comúnmente como bomba de rodillos o bomba peristáltica . Las bombas son más asequibles que sus contrapartes centrífugas, pero son susceptibles a una sobrepresurización si las líneas se atascan o retuercen. [17] También tienen más probabilidades de causar una embolia gaseosa masiva y requieren una supervisión estrecha y constante por parte del perfusionista. [10]
El oxigenador está diseñado para agregar oxígeno a la sangre infundida y eliminar algo de dióxido de carbono de la sangre venosa .
Debido a que la hipotermia se utiliza con frecuencia en la CEC (para reducir las demandas metabólicas), se implementan intercambiadores de calor para calentar y enfriar la sangre dentro del circuito. El calentamiento y el enfriamiento se logran pasando la línea a través de un baño de agua tibia o helada, y se requiere un intercambiador de calor separado para la línea de cardioplejía. [10]
Se cosen múltiples cánulas en el cuerpo del paciente en una variedad de lugares, según el tipo de cirugía. Una cánula venosa elimina la sangre venosa sin oxígeno del cuerpo de un 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 están determinados por el tamaño y el peso del paciente , el caudal previsto y el tamaño del vaso que se canula. [10] Una cánula de cardioplejía administra una solución de cardioplejía para hacer que el corazón deje de latir.
Algunos sitios de canulación comúnmente utilizados:
La cardioplejía es una solución líquida que se utiliza para proteger el corazón durante la CEC. Se administra mediante una cánula hasta la abertura de las arterias coronarias (normalmente a través de la raíz aórtica) y/o a las venas cardíacas (a través del seno coronario). [17] Estos métodos de entrega se denominan anterógrados o retrógrados , respectivamente. La solución de cardioplejía protege el corazón deteniéndolo o deteniéndolo. Esto luego disminuye la demanda metabólica del corazón. Existen varios tipos de soluciones para cardioplejía, pero la mayoría funcionan inhibiendo las corrientes rápidas de sodio en el corazón, que impiden la conducción del potencial de acción . Otro tipo de soluciones actúan inhibiendo las acciones del calcio sobre los miocitos . [18]
La CEC requiere una importante previsión antes de la cirugía. En particular, las estrategias de canulación, enfriamiento y cardioprotección deben coordinarse entre el cirujano , el anestesiólogo , el perfusionista y el personal de enfermería . [17]
La estrategia de canulación varía según varios detalles específicos de la operación y del paciente. No obstante, un 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, arteria axilar o arteria braquiocefálica según la demanda de la cirugía. [19] [20] Después de insertar la cánula, la cánula drena la sangre venosa del cuerpo hacia un depósito. Luego, esta sangre se filtra, se enfría o se calienta y se oxigena antes de regresar al cuerpo a través de una bomba mecánica.
Un circuito CPB se debe cebar con líquido y se debe eliminar todo el aire de la línea arterial/cánula antes de conectarlo al paciente. El circuito se ceba con una solución cristaloide y, en ocasiones, también se añaden productos sanguíneos. Antes de la canulación (normalmente después de abrir el pericardio cuando se utiliza la canulación central), se administra heparina u otro anticoagulante hasta que el tiempo de coagulación activado sea superior a 480 segundos. [11]
El sitio de canulación arterial se inspecciona para detectar calcificaciones u otras enfermedades. Se pueden utilizar imágenes preoperatorias o una sonda de ultrasonido para ayudar a identificar las calcificaciones aórticas que podrían desprenderse y causar una oclusión o un derrame cerebral . Una vez que se considera seguro el sitio de canulación, se colocan dos suturas concéntricas en forma de bolsa de tabaco en forma de diamante en la aorta ascendente distal. Se hace una incisión punzante con un bisturí dentro de la bolsa de tabaco y se pasa la cánula arterial a través de la incisión. Es importante que la cánula pase perpendicular a la aorta para evitar crear una disección aórtica . [11] Las suturas en bolsa de tabaco se ajustan alrededor de la cánula mediante un torniquete y se fijan a la cánula. [17] En este punto, el perfusionista avanza la línea arterial del circuito de CEC y el cirujano conecta la línea arterial proveniente del paciente a la línea arterial proveniente de la máquina de CEC. Se debe tener cuidado para garantizar que no haya aire en el circuito cuando los dos estén conectados, de lo contrario el paciente podría desarrollar una embolia gaseosa . [18] [11] 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 manera similar a la canulación arterial. Dado que la calcificación del sistema venoso es menos común, no es necesario inspeccionar o utilizar una ecografía para detectar la calcificación en los sitios de canulación. Además, debido a que el sistema venoso está bajo mucha menos presión que el sistema arterial, solo se requiere una sutura para mantener la cánula en su lugar. [11] Si solo se va a utilizar una cánula (canulación de dos etapas), se pasa a través del apéndice auricular derecho , a través de la válvula tricúspide y hacia la vena cava inferior. [18] Si se requieren dos cánulas (canulación en una sola etapa), la primera generalmente se pasa a través de la vena cava superior y la segunda a través de la vena cava inferior. [18] La vena femoral también se puede canular en pacientes seleccionados.
Si es necesario detener el corazón para la operación, también se requieren cánulas de cardioplejía . Se pueden utilizar cardioplejía anterógrada (que fluye hacia adelante, a través de las arterias del corazón), cardioplejía retrógrada (que fluye 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 se coloca la cánula a través de esta para administrar cardioplejía a las arterias coronarias . Para la cardioplejía retrógrada, se hace una incisión en la superficie posterior (posterior) del corazón a través del ventrículo derecho . La cánula se coloca en esta incisión, se pasa a través de la válvula tricúspide y llega al seno coronario . [17] [18] Las líneas de cardioplejía están conectadas a la máquina CPB.
En este punto, el paciente está listo para realizar el bypass. La sangre de las cánulas venosas ingresa a la máquina de CPB por gravedad, donde se oxigena y se enfría (si es necesario) antes de regresar al cuerpo a través de la cánula arterial. Ahora se puede administrar cardioplejía para detener el corazón y se coloca una pinza transversal a lo largo de la aorta entre la cánula arterial y la cánula de cardioplejía para evitar que la sangre arterial fluya hacia atrás hacia el corazón. Establecer objetivos de presión arterial adecuados para mantener la salud y el funcionamiento de los órganos, incluidos el cerebro y los riñones, son consideraciones importantes. [21]
Una vez que el paciente está listo para quitarse el soporte de la derivación, se retiran la pinza cruzada y las cánulas y se administra sulfato de protamina para revertir los efectos anticoagulantes de la heparina.
El fisiólogo austríaco-alemán Maximilian von Frey construyó un primer prototipo de máquina de circulación extracorpórea en 1885. Esto se llevó a cabo en el Instituto de Fisiología de la Universidad de Leipzig de Carl Ludwig . [22] Sin embargo, tales máquinas no eran factibles antes del descubrimiento de la heparina en 1916, que previene la coagulación de la sangre .
El científico soviético Sergei Brukhonenko desarrolló una máquina de circulación extracorpórea para la perfusión corporal total en 1926 llamada Autojektor , que se utilizó en experimentos con perros, algunos de los cuales se exhibieron en la película de 1940 Experimentos para el renacimiento de los organismos . Un equipo de científicos de la Universidad de Birmingham (entre ellos 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 llevó a cabo la primera operación humana que implicó 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 funcionar. [23] [24] Un miembro del equipo fue el Dr. Russell M. Nelson , (quien más tarde se convirtió en presidente de la Iglesia de Jesucristo de LDS ), y realizó la primera cirugía a corazón abierto en Utah (la tercera realizada en ese año) en noviembre de 1951, que tuvo éxito. [25]
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 desarrollada conjuntamente con General Motors, la Dodrill-GMR . Posteriormente, la máquina se utilizó para reforzar la función ventricular derecha. [26]
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 . [27] La máquina de Gibbon fue desarrollada aún más 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. [28]
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 ninguna barrera intermedia entre la sangre y el oxígeno; se denominan oxigenadores de "contacto directo". Los oxigenadores de membrana introducen una membrana permeable a los gases entre la sangre y el oxígeno que disminuye el trauma sanguíneo de los oxigenadores de contacto directo. Desde la década de 1960, gran parte del trabajo se centró en superar la desventaja del intercambio de gases de la barrera de membrana, lo que llevó al desarrollo de oxigenadores de fibra hueca microporosa de alto rendimiento que eventualmente reemplazaron a los oxigenadores de contacto directo en las salas cardíacas. [29]
En 1983, Ken Litzie patentó un sistema cerrado de derivación cardíaca de emergencia que redujo la complejidad del circuito y los componentes. [30] Este dispositivo mejoró la supervivencia del paciente después de un paro cardíaco porque podía implementarse rápidamente en entornos no quirúrgicos. [31]
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