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ECMO
L’ECMO è un’evoluzione della CEC cardiochirurgica e può essere usato per supporto della respirazione o per supporto cardiocircolatorio o entrambi. L’ECMO ha la funzione di traghettare il paziente intanto che la malattia di base si risolve. L’ECMO dovrebbe essere presente in un ospedale di terzo livello, dove tutte le terapie rescue devono essere presenti. La presenza di un chirurgo cardiotoracico nell’ECMO team non è indispensabile, a patto che questo sia reperibile ed in pronta disponibilità. Fondamentale è delineare lo scopo dell’ECMO team.
Fisiologia dell’ECMO
Tutti gli esseri viventi si basano sulla cascata dell’ossigeno che in organismi complessi è garantita dal sistema cardiocircolatorio. L’ECMO prevede la deviazione del sangue venoso verso un ossigenatore che pratica ossigenazione e rimozione della CO2. Il sangue ritorna dunque ossigenato nelle vene o nelle arterie. Se torna nelle vene la membrana dell’ossigenatore è in serie rispetto al polmone naturale, nell’altro caso in parallelo. Quindi abbiamo:
- ECMO veno venoso che sostituisce la funzione del polmone
- ECMO veno arterioso che sostituisce la funzione del polmone ma anche del cuore IL POLMONE ARTIFICIALE La fisiologia del polmone artificiale è fondamentale: i moderni ossigenatori sono membrane in grado di scambiare gas, chiamate membrane polmonari (ML):
- Sono costituiti da fibre cave con micropori idrofobici (polimetilpentene)
- Il gas scorre in queste fibre, mentre il sangue scorre attorno
- Non è presente un contatto diretto tra sangue e gas (al contrario degli ossigenatori con metodo a bolle)
- I circuiti sono bagnati di eparina ed i pori sono asimmetrici nelle nuove membrane Il polmone artificiale è molto meno efficiente, infatti l’area di scambio rispetto al polmone naturale è di 4 m2 invece che di 150m2 e determina uno scambio massimo di 250/200 ml/min (polmone naturale anche a 3000ml/min sotto sforzo). I fattori che determinano lo scambio di gas sono:
- Caratteristiche intrinseche della membrana (spessore, dimensione, estensione dell’area, materiale)
- Flusso di sangue
- Flusso di gas freschi
- Gradienti di pressioni dei gas, i quali dipendono da metabolismo, trasporto di ossigeno e della CO Ossigeno Il consumo normale di ossigeno in un giovane adulto a riposo è circa 250 ml/min (5/8 ml/kg/min).
Il consumo di ossigeno può aumentare (esercizio, catecolammine, febbre etc) o diminuire (Es. Anestetici, paralisi). La pressione parziale di ossigeno è data da : PO2 insp = FiO2 x pB La quota disciolta di ossigeno è 0.003 ml/mmhf per 100ml, quindi con pO2 normale arteriosa di 100mmhg la quota disciolta è 0.3 ml/dL. La natura ha dunque sviluppato l’emoglobina, in grado di legare 1.39 ml per grammo O 2 contenuto = (Hb x SatO 2 x 1.39) + (pO 2 x 0.0031) Ad una concentrazione normale di emoglobina il contenuto di ossigeno arterioso è attorno a 20 mL/dL Una volta che l’emoglobina viene saturata la gittata cardiaca viene regolata in modo da mantenere un trasporto di ossigeno (DO2), quattro o cinque volte maggiore il VO2. La DO2 dipende da: concentrazione di emoglobina, saturazione dell’emoglobina, ossigeno disciolto e gittata cardiaca. A livello periferico l’emoglobina rilascia ossigeno: a livello del mitocondrio la pO2 è tra 3.8 e 22.5mmhg In seguito il sangue ritorna con il distretto venoso al cuore. Dal punto di vista fisiopatologico la principale causa di ipossiemia acuta è l’alterato rapporto ventilazione/perfusione. Il polmone può essere diviso in tre aree: normale, spazio morto e shunt. Il rapporto Qs/Qt esprime la frazione di shunt: più si avvicina ad 1 più il malato è grave, sopra 0. dovrebbe essere usato l’ECMO. Ossigenazione durante ECMO VV Quando il polmone diventa inefficiente nello scambio allora l’ECMO VV può essere una soluzione. Nel caso di un ECMO il sangue deossigenato viene deviato in parte verso la pompa e verso il polmone artificiale: in questo passaggio abbiamo un ricircolo del sangue che torna dalla pompa, il quale diminuisce l’efficienza del sistema. (si calcola andando a vedere il contenuto di ossigeno venoso e quello venoso che entra nella pompa). Successivamente il sangue entra nel polmone artificiale e viene ossigenato: dunque ritorna al cuore destro dove si mischia con quello proveniente dai distretti corporei e che non è stato portato nell’ossigenatore artificiale.
SvmixO La saturazione venosa mista di O2 dipende da:
- SvO2 dei tessuti
- Rapporto tra flusso ECMO e Gittata cardiaca
- La presenza di ricircolo Un aumento dei flussi ECMO determina sempre un aumento dell’ossigenazione. Più complessa è invece la situazione in cui aumenta la gittata cardiaca: con l’aumento del CO in particolare si vede necessario un maggiore BF. VO 2 NL Il sangue venoso misto dipende dall’ossigenazione che il polmone naturale permette. Peggiore è la capacità di scambio del polmone naturale, maggiore è il flusso e quindi maggiore deve essere la dimensione della cannula nell’ECMO (sopra 0.7 di shunt il flusso deve essere almeno 4L/min). L’ECMO veno venoso permette di applicare ventilazioni protettive e basse FiO2 che però fanno sì che il flusso dell’ECMO debba in quel momento aumentare.
Supporto di ossigeno durante ECMO VA In questo tipo di ECMO bisogna fare delle considerazioni una volta che la funzione cardiaca inizia a riprendersi (in particolare con cannula femorale). In questo caso il sangue che esce dalla valvola aortica (poco ossigenato) determina ipossiemia dei distretti superiori, invece che di quelli inferiori (sindrome di Arlecchino). E’ riconoscibile solo da prelievo fatto su arteria radiale destra: quindi è bene posizionare a destra il catetere per monitorare la perfusione cerebrale. Come soluzione è possibile mettere una cannula aggiuntiva di reinfusione venosa (VVA ECMO) o aumentare i flussi (anche se questo mi determina difficoltà di apertura della valvola aortica e quindi ristagno ventricolare di sangue). CO In condizioni di riposo un adulto produce circa 250 ml/min di CO2. In condizioni normali il sangue venoso trasporta almeno 55 ml di CO2 /100 ml in tre differenti forme:
- Dissolto: è circa il 5% della CO2 totale e dipende dalla pCO2 e da un coefficiente alfa di solubilità
- Ioni bicarbonato: circa 50 ml di CO2 per 100ml di sangue
- In combinazione con proteine (gruppi carbaminici). La concentrazione di CO2 in questi gruppi è di 3ml/dL di sangue venoso La diffusione a livello capillare è molto efficiente, tanto che l’ipercapnia non è quasi mai dovuta a problemi di membrana. La pressione alveolare di CO2 è quindi considerabile uguale a quella venosa capillare polmonare. La ventilazione alveolare, (tidal volum – spazio morto) x frequenza respiratoria, è l’unico fattore che partecipa alla rimozione della CO2. Lo spazio morto si può dividere in: apparato, anatomico ed alveolare (ventilatore e vie aeree che non partecipano agli scambi). In alcune malattie aumenta lo spazio morto (TEP, ARDS, BPCO) e dunque è necessario aumentare la ventilazione minuto con conseguente danno polmonare. Rimozione della CO2 durante ECMO La rimozione della CO2 da parte dell’ECMO ha il suo razionale in:
- Ridurre la richiesta ventilatoria ed evitare il VILI durante ARDS
- Ridurre l’iperinflazione dinamica durante riacutizzazione di BPCO e stati asmatici
- Bridge a trapianto del polmone La clearance della CO2 è molto più facile in ECMO rispetto a quella dell’ossigeno. Spesso già a 1. L/min abbiamo la clearance di circa i 250 ml di CO2 prodotti dall’organismo. Il funzionamento prevede che le fibre cave dell’ossigenatore siano lavate da flussi elevati e dunque prevedano maggior lavaggio di CO2. Questo fa sì che il fattore determinante per il lavaggio della CO2 sia il flusso di gas freschi e non il flusso ECMO, cosa che ha importanti implicazioni cliniche:
- E’ possibile avere device meno invasivi dell’ECMO per la diminuzione della CO
- E’ possibile dividere l’ossigenazione dalla clearance della CO2 (regolabili la prima con la FiO2, la seconda con i flussimetri)
CANNULAZIONE PERCUTANEA: INDICAZIONI,
TECNICHE E COMPLICANZE
La cannulazione e la scelta del vaso sono step fondamentali nell’assistenza ECMO. Al momento la cannulazione percutanea è quella consigliata. Per quanto riguarda la cannulazione:
- Non è necessario un chirurgo vascolare o CCH, ma deve essere presente in struttura
- Per una adulto maggiore di 70 kg per un ECMO VV la cannula di drenaggio varia tra 23 / 25 F (0.77cm e 0.83cm) e la cannula di reimmissione da 19 a 21F (0.63cm e 0.7cm)
- Negli obesi e nelle gravide considerare sempre l’approccio giugulare
- Il diametro della cannula non deve essere più grande dei due terzi del diametro del vaso
- Nel scegliere il vaso bisogna considerare: il flusso massimo necessario, la quota di ricircolo tollerate, il comfort del paziente e difficoltà anatomiche
- La posizione migliore della cannula inferiore è nella porzione intraepatica della vena cava inferiore o atrio destro. Sono presenti multipli orifizi di aspirazione
- L’approccio giugulo femorale è quello con minor ricircolo
- L’approccio femoro femorale è quello con maggior ricircolo. Per diminuire la quota di ricircolo si consiglia mettere la cannula di reinfusione in atrio e quella di aspirazione sotto il diaframma e sopra le vene renali.
Preparazione del paziente per la cannulazione Campo sterile e guardare sempre coagulazione del malato ed esami. Nel caso dell’approccio femoro femorale:
- Pungere con ago da 18G ecoguidato sotto il legamento inguinale
- Mettere introduttore da 8F con borsa di tabacco al fine di limitare il sanguinamento con i dilatatori successivi
- Si passa una guida attraverso l’introduttore di almeno 150/180cm (per arrivare alla vena cava inferiore). Dopo aver passato la guida si iniettano 2500/5000 unità di eparina
- Si passano successivamente i vari dilatatori, facendo attenzione a non kinkare la guida!!
- Una volta raggiunta la dilatazione adeguata si introduce la cannula con il suo introduttore e raggiunta la posizione desiderata si rimuove introduttore e guida.
- Si riempie poi la cannula con sangue tenendola sopra il livello del letto e poi si lava con salina
- Si posiziona poi la cannula controlaterale. Entrambe si fissano in due punti sulla pelle
- La cannula di drenaggio appena sopra le vene renali (L1/L2) e quella di reimmissione tra vena cava inferiore ed atrio destro. In questo modo il ricircolo è del 10/15%
- L’ecografia è la tecnica di elezione per il controllo del posizionamento
- Nell’approccio giugulare attenzione al PNX ed agli emboli gassosi
- Cannula AVALON a doppio lume: è una cannula tra 13 e 31 F e permette sia l’aspirazione che la reinfusione. La posizione è cruciale con la punta che deve essere in vena cava inferiore. La reinfusione avviene invece in atrio destro ECMO VA cannulazione percutanea La cannulazione veno arteriosa è di solito una procedura di emergenza, al contrario di quella veno venosa (che permette un po’ più di tempo). Questo fa sì che sia aggravata da un maggior numero di complicanze: il chirurgo deve accedere alla cannulazione dopo 2 tentativi falliti di puntura percutanea. La tecnica di impianto prevede:
- Prendere le misure dei vasi e scegliere la cannula. Nel caso di rianimazione due operatori devono agire in simultanea per la cannulazione venosa ed arteriosa
- Si passano dunque le guide e si somministrano 2500/5000 U di eparina
- Si usa un dilatatore singolo progressivo e si introducono le cannule: la venosa fino alla porzione medio atriale e quella arteriosa per tutta la sua lunghezza
- Si rimuovono le guide, si clampano le linee e si procede alla deareazione
- Nel caso di cannulazione in elezione si consiglia di posizionare una cannula di perfusione separata per l’arto inferiore Rimozione delle cannule La rimozione avviene al letto e si utilizza la borsa di tabacco. Nel caso della venosa 10 minuti di compressione. In quella arteriosa 30/40 minuti con coagulazione in range ed in seguito medicazione compressiva.
Lo sterno spesso non può essere chiuso e quindi si posiziona una pellicola a protezione. E’ una cannulazione che determina certamente più complicanze (dissezioni, lacerazioni vasali, aritmie, emboli, sanguinamento). Inoltre la gestione infermieristica è molto più complessa. Il paziente inoltre non può essere estubato. Cannulazione periferica Diversi vasi possono essere aggrediti da un punto di vista chirurgico:
- Vasi femorali : l’accesso può essere diretto, come semi seldinger oppure con interposizione di graft per ridurre il rischio di ischemia periferica. Le complicanze ischemiche periferiche sono tra il 10 e 70%! Si raccomanda l’ispezione giornaliera della temperatura dell’arto, la misura della saturimetria dell’arto, misura doppler ogni 6 ore, misura della CPK e creatnina ogni 8 ore. Nel caso di complicanze si impianta un bypass
- Vasi ascellari: permettono un flusso anterogrado, ha poche complicanze, spesso sono vasi senza aterosclerosi, bassa embolizzazione, danno la possibilità di chiudere il torace, ha poche complicanze di ischemia periferica dell’arto. Non può però essere fatta per via percutanea e non è un accesso di emergenza.
- Vasi cervicali: è di solito usata nei neonati e nella popolazione pediatrica. Negli adulti può essere usata come accesso per un veno venoso.
CANNULE, POMPE, OSSIGENATORI
L’ECMO è una CEC senza contatto con l’aria; inoltre il suo circuito è pretrattato con glicoproteine, preeparinizzazione o cariche elettriche sul circuito, cosa che permette una maggior tollerabilità. Il circuito ECMO è costituito da:
- Tubo venoso di PVC di 3/8’’ di diametro
- Una pompa centrifuga
- L’ossigenatore: è la parte più a contatto con il sangue
- Uno scambiatore di calore incorporato con l’ossigenatore (costituito da polimetilpentene)
- Cannula di outflow
- Diversi siti di monitoraggio dei valori pressori delle linee Pompe Centrifughe Le pompe centrifughe sono non occlusive e dunque c’è il rischio di indurre un flusso retrogrado, motivo per il quale alcune pompe hanno dei sistemi antireflusso. Tipicamente sono delle pompe ad induzione elettromagnetica che sfruttano la forza centrifuga per generare flusso. Il flusso generato dipende da:
- Diametro e cannule
- Condizioni emodinamiche inclusi precarico e postcarico
- Rotazioni per minuto della pompa centrifuga
flusso e FiO2 precisa. Al contrario di quella con polipropilena non abbiamo pori e quindi punti di contatto con il sangue.
Il gradiente di pressione tra prima e dopo l’ossigenatore dipende dalle caratteristiche fisiche dello stesso, dalle variazioni di resistenze (temperatura del sangue, viscosità, trombi). Cannule Le cannule da usare dipendono da molti fattori: chirurgici, tipo di cannulazione, tipo di circuito ECMO, dimensioni dei vasi, tipo di vaso scelto, lunghezza, diametro. La performance della cannula dipende anche dalla temperatura corporea, dalla compressione determinata da variazioni di pressione intratoracica ed addominale (tosse, versamento pleurico, ipertensione addominale) Abbiamo due tipi di cannule principali
1. Cannule venose: sono più lunghe di quelle arteriose (circa 55cm) e con diametro maggiore (15-29F). Hanno inoltre una porzione multiforata verso la punta molto lunga
L’altro fattore determinante è il tipo di assistenza ECMO in corso:
- L’ECMO post cardiotomico è quello gravato da complicanze maggiori a seguito di: lunga CEC, grosse quantità di TF e trombina da chirurgia, iperfibrinolisi post chirurgica, effetti residui dell’eparina, trombocitopenia
- L’ECMO post cardiotomico può anche determinare trombosi per consumo intraoperatorio di: AT, inibitore della via del fattore tissutale, consumo di proteina S e C GESTIONE ANTICOAGULANTE DURANTE ECMO Anticoagulazione L’anticoagulazione serve a prevenire la formazione di trombina e le complicanze emorragiche: l’eparina non frazionata è il farmaco più usato e funziona come inibitore indiretto del fattore Xa e della trombina. L’azione contro quest’ultima avviene in maniera indiretta tramite l’ATIII, la quale blocca la trombina: in particolare:
- L’ATIII è un inibitore suicida e viene consumato rapidamente e reimpiazzato dal fegato
- L’eparina stessa viene consumata velocemente anche da proteine plasmatiche, superficie endoteliale e piastrine circolanti Per questo motivo la dose esatta di eparina durante ECMO non è not e ci si deve attestare tra 20 e 70 UI/kg/h. L’inizio dell’infusione dovrebbe essere a 20U/kg/h. Alternative all’eparina Teoricamente gli inibitori diretti della trombina possono essere usati come alternativa all’eparina e sono obbligatori in caso di HIT. La bivalirudina ha un’emivita di 25 minuti con clearance renale del 20% circa. La dose dovrebbe essere di 0.03/0.2 mg/kg/h con o senza bolo inizile di 0.5 mg/kg. L’unico problema è che essendo degradato dalle esterasi plasmatiche non ci deve essere ristagno di sangue, altrimenti si formano coaguli. Altri farmaci Alcuni autori hanno proposto l’uso di aspirina o dipiridamolo per proteggere le piastrine (non evidenza). Si consiglia invece di mantenere l’ATIII sopra il 70% di attività.
MONITORAGGIO DELL’EMOSTASI DURANTE ECMO
I sistemi di monitoraggio della coagulazione sono diversi:
- Lo standard è l’ACT a livello del letto del paziente e dovrebbe essere mantenuto tra 180 e 220s; tuttavia la correlazione durante bypass è scarsa.
- Test convenzionali di laboratorio: l’aptt correla poco con l’ACT, ma correla meglio con la concentrazione di eparina. Un livello di circa 1.5 volte il valore normale di ptt è consigliato (50/80 s). Questo livello corrisponde ad un livello di eparineami di 0.2/0.3 IU/ml
- Il Pt e l’INR identificano l’esigenza eventuale di fattori della coagulazione. Allo stesso modo fibrinogeno e antifibrinolitici
- TEG: non ci sono valori universali per il tempo “r” nel caso di uso di eparina. Tuttavia gli esperti consigliano un valore di CT/R tra due e tre volte il limite normale. Inoltre questi test permettono di identificare problemi legati ad uno stato di iperfibrinolisi o deficit di fibrinogeno/piastrine Correzione del profilo coagulativo Sulla base delle raccomandazione è possibile stilare un profilo anticoagulativo desiderabile in corso di ECMO. Diversi aspetti devono essere valutati per seguire questo profilo:
- Guidare la somministrazione di eparina in base ad ACT, ptt e TEG
- Il resto dei parametri coagulativi deve essere regolato in base ai prodotti del sangue o derivati
- Valutare la sostituzione di ATIII
- In caso di sanguinamento a rischio vita valutare l’uso di rFVIIa. Questo fattore è ad altissimo rischio di trombosi
- I valori di fibrinogeno dovrebbero essere almeno 100g/dL (>10mm al TEG)
- Somministrare Tranex se presenza di fibrinolisi: valori di D dimero di 300 mcg/L sono accettabili
- Le piastrine dovrebbero essere mantenute sopra 80000
- L’emoglobina dovrebbe essere mantenuta almeno ad 8 g/dL Condizioni particolari durante ECMO Durante l’ECMO possono verificarsi particolari condizioni coagulative:
- HIT: 15% di casi di HIT. E’ molto difficile da diagnosticare e richiede la diagnosi di anticorpi anti PF4/eparina
- Von Willebrand acquisito: è caratterizzato dalla perdita di molti multimeri del fattore di Von Willebrand, con perdita dell’adesione piastrinica all’endotelio. Le forze centrifughe delle pompe sono responsabili di questa condizione. La terapia è quella con desmopressina
- La risposta infiammatoria ECMO mediata determina un aumento del rilascio di fattore tissutale e trombina. Il contatto con le superfici determina il rilascio di C3a e C5a (via alternativa del complemento). L’attivazione del complemento determina attivazione dell’ IL6, IL8 ed IL10 con incremento della permeabilità vascolare e disfunzione endoteliale. Inoltre possiamo avere rilascio dell’LPS da traslocazione intestinale.
- La temperatura è controllabile dall’ECMO e si può produrre un’ipotermia protettiva al bisogno
- L’aumento del ristagno di sangue in un ventricolo non ventato determina aumento del consumo di ossigeno per stress di parete e peggioramento dello scompenso cardiaco. Inoltre l’aumento della pressione atriale sinistra determina aumento delle pressioni a livello polmonare fino all’emorragia stessa Durante un’ECMO VA si creeranno tre aree:
- Un’area prossima alla cannula di rientro dell’ECMO arteriosa, in cui il sangue sarà ossigenato
- Un’area, vicino al punto di outflow del ventricolo, in cui il sangue sarà meno ossigenato (proveniente dal polmone nativo)
- Un’area di media ponderata tra i due sistemi Il punto di localizzazione dell’area ponderata dipende dal grado di assistenza e dal tipo di assistenza (centrale o periferica) Nei casi estremi possiamo avere la sindrome di Arlecchino, con diversa perfusione delle due aree del corpo. Alcune strategie in caso di ipossiemia dei territori superiori possono essere:
- Aumentare la FiO2 dell’ossigenatore
- Aumentare la velocità della pompa per avere il massimo unload del ventricolo destro e sinistro
- E’ consigliabile fare gli EGA sulla radiale di destra e mettere un saturimetro sul lobo dell’orecchio o la NIRS (per controllare la saturazione del distretto superiore e quindi dell’encefalo)
Il flusso troppo alto dell’ECMO può determinare peggioramento della performance cardiaca derivato dalla diminuzione della perfusione coronarica; infatti:
- Aumento del post carico sinistro
- Perdita della pulsatilità e del flusso diastolico coronarico
- La gittata si riduce all’aumento del flusso ECMO Al fine di favorire l’attività cardiaca ed il venting del ventricolo è consigliabile:
- Ripristinare il ritmo cardiaco
- Adeguato stimolo catecolaminico se non apertura della valvola aortica e ventricolo non ventato
- Valutare vasodilatatori per ridurre postcarico nel caso di non apertura della valvola
- Valutare embricazione di ECMO con altre metodiche di decaricamento ventricolare (Es. IABP) E’ possibile inoltre che si crei un danno epatico durante ECMO determinato da:
- Congestione venosa da scarso ventaggio venoso
- Diminuzione dell’apporto di O2 per ridotto flusso portale
- Sviluppo di danno centrolobulare
- La PVC alta determina inoltre danno renale e congestione intestinale ECMO VV E NORMALE CIRCOLAZIONE L’ECMO veno venoso ha minor impatto emodinamico, in quanto drena il sangue, ma lo reimmette nello stesso ventricolo destro. Qualche squilibrio emodinamico si avverte all’inizio del bypass, in quanto:
- Ipocalcemia diluizionale
- Alcalosi respiratoria
- Ipotermia
- Diluizione catecolaminergica Conviene all’inizio incrementare lievemente il flusso ECMO per evitare questi effetti. Alcuni aspetti sono da sottolineare su un cuore destro durante ECMO VV:
- La vasocostrizione ipossica può determinare disfunzione destra. L’avvio dell’ECMO e la ventilazione protettiva o lo stop della ventilazione possono migliorare il post carico destro
- Il ventricolo destro è perfuso da sangue ossigenato, cosa che fa cadere la vasocostrizione ipossica
- Ci può essere un aumento della contrattilità derivato da miglioramento dell’ossigenazione coronarica
- La diminuzione della CO2 ed il miglioramento dell’acidosi determinano miglioramento della contrattilità
ECMO NELLO SHOCK CARDIOGENO
