La derivación cardiopulmonar ( CPB ) o máquina corazón-pulmón 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 por todo el cuerpo. [1] Como tal, es un dispositivo extracorpóreo .
La CPB es operada por un perfusionista . La máquina hace circular y oxigena mecánicamente la sangre por todo el cuerpo del paciente, sin pasar por el corazón ni los pulmones, lo que permite al cirujano trabajar en un campo quirúrgico sin sangre.
La CPB se utiliza habitualmente en operaciones o procedimientos quirúrgicos que involucran el corazón. La técnica permite al equipo quirúrgico oxigenar y hacer circular la sangre del paciente, lo que permite al cirujano operar el corazón de forma segura. En muchas operaciones, como la cirugía de 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 CPB. Esto es para evitar la ingestión sistémica de aire y para proporcionar un campo sin sangre que aumente la visibilidad para el cirujano. La máquina bombea la sangre y, mediante un oxigenador, permite que los glóbulos rojos recojan oxígeno, además de permitir que los niveles de dióxido de carbono disminuyan. Esto imita la función del corazón y los pulmones, respectivamente.
La CPB se puede utilizar para inducir la hipotermia corporal total , un estado en el que el cuerpo puede mantenerse 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, a continuación, puede producirse la muerte. De manera similar, la CPB se puede utilizar para recalentar a personas que padecen hipotermia . Este método de recalentamiento mediante CPB es eficaz si la temperatura central del paciente es superior a 16 °C.
La sangre se enfría durante la CEC y se devuelve al cuerpo. La sangre enfriada reduce la tasa metabólica basal del cuerpo, lo que disminuye su demanda de oxígeno. La sangre enfriada suele tener una mayor viscosidad, pero las diversas soluciones cristaloides o coloidales que se utilizan para preparar 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 y 32 °C (82 y 90 °F).
La oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO) es una versión simplificada de la máquina cardiopulmonar que incluye una bomba centrífuga y un oxigenador para asumir temporalmente la función del corazón o los pulmones. La ECMO es útil para pacientes con disfunción cardíaca o pulmonar que se han sometido a una cirugía cardíaca, 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 tiempo al corazón y/o los pulmones para repararse y recuperarse, pero es solo una solución temporal. Los pacientes con enfermedades terminales, cáncer, daño grave del sistema nervioso, sepsis no controlada y otras afecciones pueden no ser candidatos para la ECMO.
No existen contraindicaciones absolutas para la derivación cardiopulmonar. [6] Sin embargo, hay varios factores que el equipo de atención debe tener en cuenta 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 afecciones, se forman anticuerpos contra la heparina que provocan la activación plaquetaria y la formación de coágulos sanguíneos . Debido a que la heparina se usa típicamente en la CPB, 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 CPB. [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 se necesite heparina adicional, plasma fresco congelado u otros productos sanguíneos 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 y se presenta en aproximadamente el 0,3 % de la población. [9] La anomalía se detecta a menudo en estudios de imágenes preoperatorios, pero también puede descubrirse durante la operación. Una vena cava superior izquierda persistente puede dificultar el drenaje venoso adecuado o la realización de cardioplejía retrógrada . El manejo 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 perfusión cerebral y la circulación sanguínea cerebral siempre deben tenerse en cuenta al utilizar la CPB. Debido a la naturaleza de la CPB y su impacto en la circulación, la autorregulación cerebral del propio cuerpo se ve afectada. La aparición y los intentos de prevenir este problema se han abordado muchas veces, pero aún no se comprenden por completo [11] .
La CPB no está exenta de riesgos y conlleva una serie de problemas asociados. Por ello, la CPB solo se utiliza durante las varias horas que puede durar una cirugía cardíaca. Se sabe que la CPB activa la cascada de 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. [13] Por este motivo, la mayoría de los oxigenadores vienen con una recomendación del fabricante de que solo se utilicen durante un máximo de seis horas, aunque a veces se utilizan hasta diez horas, teniendo cuidado de asegurarse de que no se coagulen y dejen de funcionar. Para períodos más largos, se utiliza un oxigenador de membrana , que puede funcionar 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 diabéticos (la protamina está contenida en las formulaciones de insulina neutra protamina hagedorn (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, normalmente se administra lentamente para permitir el control 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). En caso de reacciones de tipo III, se vuelve a administrar heparina y es posible que el paciente deba volver a recibir derivación. [13]
La CPB puede contribuir al deterioro cognitivo inmediato. El sistema de circulación sanguínea corazón-pulmón y la propia cirugía de conexión liberan diversos desechos en el torrente sanguíneo, incluidos 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 mini accidentes cerebrovasculares. Otros factores de la cirugía cardíaca relacionados con el daño mental pueden ser los eventos de hipoxia, temperatura corporal alta o baja, presión arterial anormal, ritmos cardíacos irregulares y fiebre después de la cirugía. [16]
Los dispositivos de derivación cardiopulmonar constan de dos unidades funcionales principales: la bomba y el oxigenador . Estas unidades extraen la sangre desoxigenada 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 hechos de caucho de silicona o PVC . [17]
Muchos circuitos de CPB emplean actualmente 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, se produce flujo sanguíneo por fuerza centrífuga . Este tipo de acción de bombeo se considera superior a la bomba de rodillos porque se piensa que evita la sobrepresurización, el pinzamiento o el enroscamiento de las líneas y causa menos daños a los productos sanguíneos ( hemólisis , etc.). [18]
La consola de la bomba generalmente consta de varias bombas rotativas accionadas por motor que "masajean" peristálticamente el tubo. Esta acción impulsa suavemente la sangre a través del tubo. Esto se conoce comúnmente como bomba de rodillo o bomba peristáltica . Las bombas son más asequibles que sus contrapartes centrífugas, pero son susceptibles a la sobrepresurización si las líneas se pinzan o se enroscan. [18] También es más probable que causen una embolia gaseosa masiva y requieren una supervisión constante y cercana por parte del perfusionista. [10]
El oxigenador está diseñado para agregar oxígeno a la sangre infundida y eliminar parte del dióxido de carbono de la sangre venosa .
Debido a que la hipotermia se utiliza con frecuencia en la circulación extracorpórea (para reducir las demandas metabólicas), se utilizan intercambiadores de calor para calentar y enfriar la sangre dentro del circuito. El calentamiento y el enfriamiento se logran haciendo pasar 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, dependiendo del tipo de cirugía. Una cánula venosa extrae 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 , la velocidad de flujo prevista y el tamaño del vaso que se va a canular. [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 de fluidos que se utiliza para proteger el corazón durante la CEC. Se administra a través de una cánula a la abertura de las arterias coronarias (generalmente a través de la raíz aórtica) y/o a 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 al detenerlo. Esto luego disminuye la demanda metabólica del corazón. Hay varios tipos de soluciones de cardioplejía, pero la mayoría funciona inhibiendo las corrientes rápidas de sodio en el corazón, que impiden la conducción del potencial de acción . Otros tipos de soluciones actúan inhibiendo las acciones del calcio sobre los miocitos . [19]
La CPB requiere una gran previsión antes de la cirugía. En particular, las estrategias de canulación, enfriamiento y cardioprotección deben ser coordinadas entre el cirujano , el anestesiólogo , el perfusionista y el personal de enfermería . [18]
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, la arteria axilar o la arteria braquiocefálica según la demanda de la cirugía. [10] [20] Después de insertar la cánula, la sangre venosa se drena del cuerpo a través de la cánula hacia un reservorio. Luego, esta sangre se filtra, se enfría o se calienta y se oxigena antes de regresar al cuerpo a través de una bomba mecánica.
El circuito de CPB debe cebarse con líquido y debe eliminarse todo el aire de la línea arterial/cánula antes de conectarlo al paciente. El circuito se ceba con una solución cristaloide y, a veces, 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. [12]
Se inspecciona el sitio de la 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 considerado seguro el sitio de la canulación, se colocan dos suturas concéntricas en forma de diamante en la aorta ascendente distal. Se realiza una incisión punzante con un bisturí dentro de las suturas 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 . [12] Las suturas en bolsa de tabaco se ajustan alrededor de la cánula con un torniquete y se aseguran 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 a la línea arterial que viene de la máquina de CPB. Se debe tener cuidado para garantizar que no haya aire en el circuito cuando ambos están conectados, de lo contrario el paciente podría desarrollar una embolia aérea . [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 manera similar a la canulación arterial. Dado que la calcificación del sistema venoso es menos común, la inspección o el uso de un ultrasonido para la calcificación en los sitios de canulación es innecesario. Además, debido a que el sistema venoso está bajo mucha menos presión que el sistema arterial, solo se requiere una única sutura para mantener la cánula en su lugar. [12] Si solo se va a utilizar una única cánula (canulación de dos etapas), se pasa a través del apéndice auricular derecho , a través de la válvula tricúspide y dentro de la vena cava inferior. [19] Si se requieren dos cánulas (canulación de 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. [19] La vena femoral también puede canularse en pacientes seleccionados.
Si se debe 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 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 dentro del seno coronario . [18] [19] Las líneas de cardioplejía se conectan a la máquina de CPB.
En este punto, el paciente está listo para someterse a una derivación. La sangre de la(s) cánula(s) venosa(s) ingresa a la máquina de derivación cardiopulmonar 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 cruzada a través de la aorta entre la cánula arterial y la cánula de cardioplejía para evitar que la sangre arterial fluya en sentido inverso 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 retirar el soporte del bypass, se retiran la pinza transversal y las cánulas y se administra sulfato de protamina para revertir los efectos anticoagulantes de la heparina.
El fisiólogo austro-alemán Maximilian von Frey construyó un prototipo temprano de una máquina corazón-pulmón en 1885. Esto se llevó a cabo en el Instituto Fisiológico Carl Ludwig de la Universidad de Leipzig . [22] Sin embargo, tales máquinas no eran factibles antes del descubrimiento de la heparina en 1916, que previene la coagulación sanguínea .
En 1926, el científico soviético Sergei Brukhonenko desarrolló una máquina corazón-pulmón para la perfusión corporal total, llamada Autojektor , que se utilizó en experimentos con perros, algunos de los cuales se mostraron en la película Experimentos en la resurrección de organismos de 1940. Un equipo de científicos de la Universidad de Birmingham (entre ellos Eric Charles, 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 humana que incluía cardiotomía abierta con toma de control mecánico temporal de las funciones cardíaca y pulmonar. El paciente no sobrevivió debido a un defecto cardíaco congénito complejo inesperado, pero la máquina había demostrado ser funcional. [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 los Santos de los Últimos Días ), y realizó la primera cirugía a corazón abierto en Utah (la tercera realizada en ese año) en noviembre de 1951, que fue un éxito. [25]
El primer apoyo mecánico exitoso de la función ventricular izquierda fue realizado el 3 de julio de 1952 por Forest Dewey Dodrill utilizando una máquina desarrollada en conjunto con General Motors, la Dodrill-GMR . La máquina se utilizó posteriormente para apoyar la función ventricular derecha. [26]
El primer procedimiento exitoso a corazón abierto en un ser humano utilizando la máquina corazón-pulmón 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 ideado por primera vez en el siglo XVII por Robert Hooke y desarrollado hasta convertirse en oxigenadores extracorpóreos prácticos por fisiólogos experimentales franceses y alemanes en el siglo XIX. Los oxigenadores de burbuja no tienen una barrera intermedia entre la sangre y el oxígeno; se denominan oxigenadores de "contacto directo". Los oxigenadores de membrana introducen una membrana permeable al gas entre la sangre y el oxígeno que reduce el trauma sanguíneo de los oxigenadores de contacto directo. Gran parte del trabajo desde la década de 1960 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 los quirófanos cardíacos. [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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