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Sociedad Médica Estudiantil Javeriana

Bomba extracorpórea
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Bomba De Circulación Extracorpórea: Componentes, Funcionamiento Y Fisiología

Guillermo Supelano

Pontificia Universidad Javeriana

 

Introducción

Desde el punto de vista académico, no existe nada más difícil, que aprender de las contradicciones. El proceso de aprendizaje y memorización consiste en tomar un concepto y relacionarlo con su entorno, para así crear una atmósfera racional, en la que cada parte de la idea se relacione con la siguiente a fin de que se conserve en la memoria como un fenómeno global, y no como fenómenos aislados incapaces de establecer una secuencia de pensamiento. Un ejemplo para ilustrar lo anterior es la siguiente pregunta: ¿Una persona muere cuándo su corazón deja de latir? Todos, suponemos que así es: la contracción miocárdica hace que el resto del cuerpo reciba la sangre, por lo tanto si el miocardio no se contrae, el resto del cuerpo muere.

Así se asimilan los conceptos, para lograr el aprendizaje.

Pero ¿Qué pasa cuando una idea tan simple como esta, se presenta como contradicción? Es éste el caso del tema en el que vamos a entrar a continuación; es difícil entender el funcionamiento de la bomba de circulación extracorpórea, por el simple hecho de que contradice la fisiología humana. Al principio, cirujanos cardiovasculares de la talla de Lord Brock negaban la posibilidad de intervenir quirúrgicamente el corazón, porque era inaceptable biofísicamente detener el corazón para poder intervenirlo[1]. Actualmente somos los estudiantes quienes al vernos enfrentados a una maquina como la bomba de circulación extracorpórea, nos estrellamos no solo con la complejidad mecánica de ésta, sino también con la paradoja fisiológica del corazón detenido, y el paciente vivo sin la función del corazón.

El único objetivo de este artículo, es dar a conocer las características fisiológicas, funcionales y prácticas de la bomba de circulación extracorpórea, de forma tal que los estudiantes, y así por añadidura, personas con un conocimiento médico más avanzado, seamos capaces de comprender de forma sencilla la utilidad de este instrumento.

Historia

La primera aproximación al concepto de circulación extracorpórea fue hecha por LeGallois en 1812, hacia 1869 fue Ludwig quien logró por primera vez oxigenar sangre de forma artificial. El descubrimiento de la heparina en 1916 fue uno de los determinantes más importantes en la evolución de los estudios sobre circulación extracorpórea. Sin embargo, fue solo hasta 1953, que  John Gibbon culminó sus estudios con la primera cirugía de corazón, llevada a cabo en su totalidad con un sistema de bomba de circulación extracorpórea[2]. Fue él quien logró llevar del laboratorio a la realidad clínica, las teorías físicas y los avances científicos de la época, para diseñar una maquina capaz de remplazar temporalmente la función del corazón.

Desde esa época, los avances no solo en la estructura y los componentes de la maquina sino también en la técnica quirúrgica, han hecho que la cirugía cardiovascular se halla difundido de forma tal, que actualmente se llevan a cabo en los Estados Unidos, aproximadamente 200.000 cirugías por año utilizando bombas de circulación extracorpórea.

Definición y consideraciones fisiológicas

La circulación extracorpórea es un estado de Shock controlado que permite un manejo de la función hemodinámica de acuerdo a las necesidades mínimas del paciente, por medio de un verdadero cortocircuito venoso-arterial que permite drenar la sangre del extremo venoso hacia una maquina oxigenadora que hace las veces de corazón-pulmón y que luego impulsa la sangre ya oxigenada hacia la aorta o el sistema arterial (cuando se utiliza canulación arterial), sin pasar por el sistema cardiopulmonar, permitiendo en esta forma colocar dicho sistema en reposo para poder manipularlo quirúrgicamente[3]

Para tener la mayor eficacia, el sistema de circulación extracorpórea debe cumplir tres condiciones.

1.       Que el flujo de sangre proporcionado por la maquina se acerque al gasto cardiaco en estado de reposo del paciente.

2.       Que el oxígeno liberado por dicho flujo, sea suficiente para mantener  la integridad de las funciones basales de órganos y tejidos.

3.       Que los diferentes componentes del flujo sanguíneo no sean alterados ni destruidos durante el tiempo que se requiere del uso de la maquina corazón pulmón artificial[4]

El cumplimiento de estas condiciones, no solo depende del tipo de maquina y del buen funcionamiento de ésta, sino también de las variaciones secundarias a la circulación extracorpórea que se presentan en algunos de los determinantes de la función cardiovascular y respiratoria en condiciones normales, entre ellos: la perfusión tisular, el flujo sanguíneo, la oxigenación tisular (dada por la difusión) entre otros. A continuación expondré algunos de los cambios fisiológicos que se suceden con la circulación extracorpórea, y que finalmente desencadenan las dificultades para su uso y las posibles complicaciones del mismo.

Para hacer una aproximación sencilla a los sistemas de circulación extracorpórea empezaremos por recordar las funciones normales de los tejidos que son remplazados durante la circulación extracorpórea (corazón, pulmón), para después explicar como la maquina es capaz de suplirlos.

CORAZÓN: El corazón tiene como función primordial, Generar la energía para movilizar la sangre a través del circuito arterial, para con esto lograr el transporte, distribución, intercambio y recolección de los materiales transportados por esta.[5]

Considerando la función del corazón podemos suponer que la bomba de circulación extracorpórea como su nombre lo indica necesita como componente esencial, una bomba que genere la presión para transportar la sangre. Es así como teniendo en cuenta que la función de bomba es representada clínicamente por los indicadores de contractilidad, es posible calcular el volumen de sangre que debe bombear la maquina en relación con el tiempo y la superficie corporal del individuo, este parámetro se conoce como índice cardiaco, y surge de la siguiente manera: el gasto cardiaco (GC = resistencia vascular sistémica * volumen latido), que se corrige sobre la superficie corporal (SC = talla (cm.) + peso (Kg.) – 60 /100) para calcular finalmente el índice cardiaco (GC/SC). El índice cardiaco basal, representa el volumen de sangre que debe bombear el corazón para cubrir las necesidades (consideradas como área en tiempo) de volumen sanguíneo. El índice cardiaco basal es de 2.5 - 4.5 L/min/m2. [6] Así pues, la bomba de circulación extracorpórea debe estar en capacidad de bombear este volumen de sangre por minuto, y variar el volumen dependiendo del paciente. Además con la ayuda del cirujano y la persona que maneja la maquina, deben hacerse posible las variaciones intraoperatorias de acuerdo a posibles cambios en la resistencia vascular sistémica, y el volumen latido. En cirugía se maneja un índice cardiaco de aproximadamente 2.5 L/min/m2, ya que velocidades mayores pueden causar trauma sanguíneo, hemólisis y formación de microémbolos.

Como complemento de lo antes mencionado, es importante tener en cuenta dentro del sistema cardiovascular, la ley de Poiseuille. Según ésta, el flujo a través de un tubo esta determinado por la longitud del tubo, el radio del mismo, la viscosidad del fluido y la diferencia de presiones entre uno y otro lado del tubo. (Q = ∏ (P1-P2) r2 / 8ηL). La bomba debe poseer como características los determinantes de Poiseuille. Para empezar debe generar, una diferencia de presiones suficiente de manera que por succión reciba constantemente el volumen desde el circuito venoso (para regular este volumen de succión se utiliza la presión venosa central, que de acuerdo a sus variaciones determina si es necesario aumentar o disminuir el retorno venoso), y que posteriormente esté en capacidad de enviarlo nuevamente a la circulación sistémica (aportando el índice cardiaco). Los tubos que componen el sistema deben estar diseñados de forma tal, que sus relaciones permitan el mejor flujo posible: esto se regula con la longitud del vaso y con el radio del mismo. En la actualidad se utilizan tubos de diámetro ¼ pulgadas en niños y 3/8 en adultos del lado arterial, y de 3/8 en niños y ½ en adultos del lado venoso. La longitud de los tubos debe ser la menor para lograr disminuir la resistencia.

Por último y quizá más importante, debe tenerse en cuenta la viscosidad de la sangre. Uno de los determinantes de la viscosidad de la sangre, es el hematocrito. La viscosidad de la sangre aumenta de forma abrupta con el aumento del hematocrito, y de la misma forma, disminuye con la hemodilución sanguínea (gráfico 1).[7]

 

                              

Fig. 1 Relación entre la viscosidad relativa y el hematocrito en sangre entera con un índice de deslizamiento constante. Obsérvese que con un hematocrito normal, la sangre es tres a cuatro veces más viscosa que el agua y, con hematocrito más altos, la viscosidad aumenta en for­ma pronunciada.

 

El aumento del hematocrito, predispone disminución del flujo, que genera estásis arterial y venosa, fenómenos tromboticos, y aumento de la resistencia de los tubos. Estas condiciones extrapoladas a la maquina de circulación extracorpórea, implican una dificultad absoluta para sostener un flujo constante dentro de la máquina, lo que dificulta la función de oxigenación y bombeo de la maquina. Por este motivo, desde hace un buen tiempo se ha implementado en las bombas de circulación extracorpórea el uso de soluciones cristaloides y coloides, para hemodiluir la sangre con el fin de disminuir la viscosidad de la misma, esto genera, mejor perfusión de la microcirculación sistémica, y disminución de la hemólisis de los glóbulos rojos[8]. Durante la cirugía es deseable un hematocrito de 25% cuando se realiza en pacientes con hipotermia moderada (26 a 32ºC), y hasta 20% en hipotermia profunda (16 a 22ºC).

PULMÓN Y APORTE TISULAR DE OXÍGENO: El pulmón tiene como funciones primordiales retirar oxígeno del aire para llevarlo a la sangre venosa, eliminar anhídrido carbónico al exterior, filtrar materiales tóxicos para que salgan de la circulación, metabolizar determinados compuestos, y hacer las veces de deposito de sangre.[9]

Para empezar la maquina de circulación extracorpórea debe estar en capacidad de oxigenar la sangre venosa, y de recoger el anhídrido carbónico producto del metabolismo tisular. De hecho, uno de los componentes más importantes de la maquina es el oxigenador. Este sistema es el encargado de llevar a cabo el intercambio gaseoso. Existen dos tipos de oxigenadores en uso actualmente. Los oxigenadores de interfase gaseosa directa (de burbuja), y los oxigenadores de interfase gaseosa indirecta (membrana). Cada uno de ellos tiene ventajas y desventajas, pero desde el punto de vista fisiológico, ambos deben cumplir ciertas características. La ley de Fick que relaciona los determinantes de la difusión de un gas manifiesta, que la cantidad de gas transferido, es directamente proporcional a la superficie de intercambio, a una constante de difusión (determinada por la solubilidad y el peso molecular del gas), a la diferencia de presiones de un lado al otro de la membrana de difusión, e inversamente proporcional al espesor de la membrana. (Difusión de un gas = Constante de Difusión * Diferencia de presiones * Área de superficie / espesor de la membrana). Estas variables deben ser manipuladas dentro de la maquina para permitir la mejor oxigenación de la sangre. Ver figura 2.

                                   

Fig. 2. Difusión a través de una lámina de tejido. La cantidad de gas transferido es proporcional al área (A), una constante de difusión (D) y la diferencia de presiones par­ciales (P¡ - P2) Y es inversamente proporcional al espesor (1). La constante es proporcional a la solubilidad del gas (Sol), pero inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular (PM).

 

La diferencia de presiones entre un lado y otro de la membrana, se crea por la presencia de altas concentraciones de oxígeno dentro del oxigenador, y bajas concentraciones en el circuito venoso. Las características moleculares de los gases, no se pueden modificar, por la necesidad de oxigeno y permanecen siendo las mismas. (Aunque además de oxígeno se adiciona 3% de CO2 para evitar la alcalosis respiratoria).

El área de superficies en contacto, es una de las variables que más se modifica. En el pulmón normal el área de intercambio se acerca a los 100 m2, mientras que en la bomba de circulación extracorpórea el área de intercambio apenas se acerca a los 12 m2. La forma de los alvéolos respiratorios y su tamaño, hacen que la difusión pulmonar tenga un área en contacto muy extensa en la cual la sangre venosa es capaz de oxigenarse completamente. Dentro de la bomba, la oxigenación cambia y el área de superficies en contacto, se ve disminuida ostensiblemente. De forma tal, que se  hace necesario modificar las otras variables para sostener la correcta oxigenación de la sangre venosa. Así pues, debe aumentarse la presión parcial del gas.

Por ultimo, el espesor de la membrana de difusión. En los sistemas de interfase directa el espesor de la membrana de difusión, se reduce ya que el gas y la sangre entran en contacto directo. Sin embargo este contacto directo produce desnaturalización de las proteínas plasmáticas, activación plaquetaria y del sistema del complemento, y liberación de citoquinas a la circulación, que en cirugías prolongadas puede desencadenar desequilibrios fisiológicos y consecuencias hemodinámicas. Por el otro lado, los oxigenadores de membrana actúan de forma más fisiológica, interponiendo una membrana entre el gas y la sangre. Esto evita la activación plaquetaria y del complemento, pero dificulta aún más la oxigenación.

De todo el oxígeno que es transportado dentro del GC el 23% es extraído en condiciones normales para satisfacer las necesidades de oxígeno del cuerpo humano. Dentro de los avances en cirugía cardiovascular, uno de los más importantes ha sido la intervención quirúrgica en condiciones de hipotermia. La hipotermia actúa como un mecanismo de protección ante la hipoxia. Por cada 5ºC que se disminuya la temperatura corporal, la tolerancia a la hipoxia cerebral aumenta hasta un 50% y el consumo de oxígeno tisular disminuye proporcionalmente. Ver figura 3

 

 

Fig. 3. relación entre el consumo de oxigeno (VO2) y la perfusión o rata de flujo (Q) durante circulación extracorpórea a diferentes temperaturas (líneas sólidas).

A 28ºC se puede sostener el consumo de oxígeno por 120 minutos con un flujo de 1.8 L/min/m2, y a 22ºC se puede sostener durante 45 minutos con un flujo de 0.5L/min/m2.

 

 

Estos estudios han hecho que dentro de las salas de cirugía se utilicen métodos para disminuir la temperatura cardiaca y corporal con el fin de disminuir las necesidades básales del gas, y así soportar las necesidades de oxígeno corporales, con un menor aporte.

Sin embargo la disminución de la temperatura desencadena cambios en la estructura de la molécula de hemoglobina, que traslada la curva de disociación (Saturación de oxígeno de la hemoglobina * presión parcial de oxígeno) hacia la izquierda lo que produce una mayor facilidad para saturar la hemoglobina, pero una mayor dificultad de los tejidos para tomar el oxígeno de ésta. Es este otro de los cambios fisiológicos que determinan cambios en el aporte tisular de oxigeno.

SANGRE Y VASOS SANGUÍNEOS: Uno de los sistemas más afectados por la bomba (a pesar de no ser remplazado directamente), es el sistema circulatorio.

Un fenómeno importante de la circulación extracorpórea es el secuestro de líquido en la microcirculación, que se origina por la vasoconstricción sistémica generada por el trauma quirúrgico, la hipotermia, la activación plaquetaria y la activación del complemento.

El flujo tisular se reduce y se acumulan metabolitos tóxicos que estimulan los esfínteres pre-capilares con escasa respuesta del lado venoso lo cual conduce a la apertura del lecho vascular capilar y trasudación de líquido al intersticio. No es raro observar una ganancia de hasta 7 Kg. de peso durante la circulación extracorpórea y hasta 7 días después.

La vasoconstricción comienza en el momento de iniciar la circulación extracorpórea, pues el drenaje súbito de sangre hacia la maquina sin reemplazo equivalente a través de la cánula arterial equivale a una hemorragia masiva y súbita con la consiguiente respuesta sistémica. El uso de vasodilatadores el retorno venoso aumenta, la tensión arterial disminuye y aumentan los flujos arteriales para mantener el equilibrio hemodinámica y controlar el estado de Shock.[10] También se ha postulado el papel de la hemodilución en el aumento de peso durante la cirugía, ya que se produce una disminución en la presión oncótica del plasma que libera líquidos hacia el espacio intersticial. En últimas, el agua corporal total aumenta, y su distribución hacia el espacio intersticial también, de forma que en ocasiones puede presentarse hiponatremia e hipokalemia leve, que solo se corrigen al eliminar los líquidos de exceso.

El otro fenómeno importante que aparece con el uso de circulación extracorpórea en la sangre es la desnaturalización de los elementos formes y no formes de esta. Las fuerzas de cizallamiento generadas por las bombas,  los dispositivos de succión y toda la maquinaria, producen disfunción de los glóbulos blancos que puede durar hasta 10 días después de la cirugía. Así mismo los glóbulos rojos también sufren el efecto de estas fuerzas, lo que desencadena hemólisis y destrucción de los hematíes, que puede durar hasta 4 días después de la cirugía. Una medida clínica de la hemólisis inducida por la bomba es la hemoglobina libre en plasma, sus valores aumentan en cirugías prolongadas.

Probablemente el mayor daño durante la circulación extracorpórea resulta de la exposición de los elementos sanguíneos a superficies no fisiológicas. Este fenómeno se presenta sobretodo durante el tiempo de intercambio gaseoso entre el oxigenador y la sangre. Ver figura 4.

 

Fig4.

 

El contacto de la sangre con la superficie de intercambio activa las plaquetas y produce trombos plaquetarios, trombocitopenia, y disfunción plaquetaria. Igualmente las proteínas se desnaturalizan, produciendo microémbolos grasos y agrupaciones de eritrocitos. Además el contacto con superficies extrañas activa el complemento y dispara una respuesta inflamatoria sistémica. La activación de la coagulación desencadena el consumo de los factores de la coagulación a pesar del uso de heparina. La activación de la vía de la calicreína produce bradiquinina, cuya función es el aumento de la permeabilidad vascular y la vasoconstricción, y dada la exclusión del sistema pulmonar, donde se lleva a cabo la eliminación de  esta sustancia, las concentraciones de la misma sobrepasan los niveles normales, y su función se perpetúa hasta integrar nuevamente el sistema pulmonar. Debido al contacto de la sangre con superficies no fisiológicas,  el sistema del complemento es activado, lo que se comprueba por la medición de niveles séricos de los productos de degradación de los factores C5a y C3a. Estas anafilotoxinas promueven la vasoconstricción y el aumento de la permeabilidad vascular. Además la respuesta inflamatoria desencadenada por neutrofilos, lesiona el endotelio vascular, contribuyendo a la disfunción microcirculatoria y a los fenómenos tromboticos. Ver figura 5.

 

Fig. 5. Representación esquemática de los efectos deletéreos de la circulación extracorpórea, en relación con la exposición de la sangre al circuito.

 

 

Como hemos visto la bomba de circulación extracorpórea ejerce un sinnúmero de efectos sobre la fisiología normal del organismo. Otros sistemas específicos se ven modificados por el uso de la bomba, sin embargo, no es del interés de ésta revisión profundizar en las posibles respuestas del uso de este dispositivo en otros sistemas, ya que como se menciono en la introducción, la variabilidad de las respuestas, no concuerda con el modelo secuencial de aprendizaje, y dificulta la comprensión global del tema. Para una revisión más completa de estos fenómenos, remítase a (Sabiston, Essentials of Surgery, W.B. Saunders Company. 1987. Cáp. XXI).

 

Componentes de la bomba

 

 

Fig. 6.  Representación diagramática del circuito cardiopulmonar conectado al sistema circulatorio de un paciente. Flujo eferente hacia la aorta ascendente, flujo aferente desde cánula bicava.

 

El circuito básico recibe la sangre venosa del cuerpo, la oxigena al tiempo que facilita la liberación del dióxido de carbono (efecto Bohr-Haldane), y a continuación la impulsa nuevamente hacia el circuito arterial para realizar la perfusión tisular. Además de estas funciones básicas existe la maquinaria para la succión y el barrido de la sangre intracardiaca, para la filtración de partículas orgánicas e inorgánicas, particularmente émbolos, para la prevención de la formación de burbujas de aire, para el mantenimiento de la esterilidad, y para el control de la temperatura (Ver figura x).

Los componentes básicos de la bomba de circulación extracorpórea son:

1)      Reservorio venoso.

2)      Oxigenador.

3)      Intercambiador de calor.

4)      Bombas.

5)      filtros.

6)      Succión de Cardiotomía.

7)      Cánulas, tuberías y conexiones.

8)      Soluciones de purga.

9)      Sistemas para cardioplejia

1) Reservorio venoso: Sirve como deposito para la sangre drenada desde las venas cavas. Esta ingresa gracias a la disposición del reservorio, que favorece el drenaje por gravedad de la sangre venosa. Provee almacenamiento para el volumen de exceso, y permite el escape de burbujas de aire que regresan con el flujo venoso.

2) Oxigenadores: Son los encargados de remplazar el pulmón dentro de la circulación extracorpórea.  Realizan el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono.

Como ya se menciono, existen dos tipos básicos de oxigenadores: los de interfase gaseosa directa (en estos hay contacto directo entre el fluido circulante y el gas. En la clínica se utilizan únicamente los de burbuja), y los de interfase gaseosa indirecta o de membrana (en los cuales hay poros entre el flujo circulante y el gas).

·         Oxigenador de burbuja: En los oxigenadores de burbuja así como en los de disco, la sangre entra en contacto con el gas (oxígeno 97%, CO2 3%). El gas es ingresado desde una fuente externa pasando por un filtro de microporos para evitar la contaminación bacteriana, y burbujeado dentro del reservorio venoso, donde se realiza el intercambio gaseoso por contacto directo. Se utilizan siliconas antiespuma, para atraer las burbujas que permanecen en la sangre oxigenada, con el fin de evitar la aparición de émbolos gaseosos. El tamaño de las burbujas, es el determinante principal del área de intercambio gaseoso, por tal motivo, el tamaño de las burbujas, resulta importante en la circulación extracorpórea. Las burbujas grandes, recogen más CO2 pero oxigenan menos, además son atraídas de mayor forma por la silicona anti espuma, por el contrario las más pequeñas intercambian más oxigeno, pero menos CO2. El tamaño de las burbujas depende del flujo de gas elevado en relación al bajo flujo sanguíneo. De esta forma la variación del tamaño de las burbujas incide en el grado de oxigenación de la sangre. Ver figura 7.

           

Fig. 7.  Oxigenador de burbuja.

 

·         Oxigenador de membrana: En los oxigenadores de  membrana, una membrana semipermeable se interpone entre los flujos de sangre y gas. La rata de intercambio gaseoso dependen de las características de la membrana y de la ley de Fick para la difusión como se explico previamente. La ventaja del oxigenador de membrana es que evita el contacto de la sangre con el gas lo que reduce la hemólisis sanguínea, la desnaturalización de las proteínas y la formación de microémbolos. Ver figura 8.

   

Fig. 8. Oxigenador de membrana.

 

Actualmente, los oxigenadores de burbuja y de membrana, han remplazado los oxigenadores de película, y de disco, que se utilizaban en los inicios, ya que los dos primeros son desechables, más baratos y no requieren un ensamblaje tan complejo.

3) Intercambiador de calor: Este aparato controla la temperatura de perfusión, para alcanzar el enfriamiento o recalentamiento sistémico rápido, de acuerdo a las necesidades durante la circulación extracorpórea.

La mayoría de intercambiadores de calor, realizan esta acción mediante la colocación de tubos de agua a temperatura ideal, en yuxtaposición con la sangre en el circuito. Para evitar la injuria sanguínea, la diferencia de temperatura entre el agua y la sangre no debe superar los 14ºC, y en ningún momento la temperatura del agua debe exceder los 42ºC durante el recalentamiento.

4) Bombas: Existen tres tipos de bombas: la bomba de rodillo diseñada por De Bakey, la bomba centrífuga  y la bomba ventricular. [11] En uso clínico actualmente solo se encuentran la bomba de rodillo y la bomba centrifuga.

·         Bomba de rodillo: En los últimos 30 años las bombas de rodillo han sido las más comúnmente utilizadas para by pass cardiopulmonar.  La bomba consiste en una serie de tubos localizados en la parte interna de una superficie curva. La superficie curva se encuentra en el perímetro externo de unos rodillos ubicados en los extremos de dos brazos rotatorios (normalmente 2 ubicados a 180º entre ellos). El sistema se organiza de forma que un rodillo comprima el tubo en todo momento. El flujo sanguíneo es inducido por la compresión sobre el tubo, presionando así la sangre hacia delante de los rodillos. La rata de flujo depende del tamaño del tubo, la longitud del circuito, la rata de rotación de la bomba (revoluciones por minuto). Existen tablas de calibración que deben ser revisadas constantemente para asegurar el correcto flujo de la bomba. El grado de oclusión dado por los rodillos debe ser ajustado.  La compresión excesiva agrava la hemólisis y el desgaste de los tubos, muy poca oclusión produce igualmente hemólisis, pero peor aún compromete el gasto cardiaco. La mayoría de cirujanos cree que la menor hemólisis aparece cuando los rodillos se encuentran levemente no oclusivos. Ver figuras 9 y 10.

 

Fig. 9 y 10. Bomba de rodillos.

       

 

·         Bomba centrifuga: Consiste en una especie de ventilador ubicado dentro de una cubierta plástica, acoplado magnéticamente a un motor, de forma que al rotar rápidamente, el ventilador crea una diferencia de presión entre el tubo aferente y eferente, bombeando la sangre hacia el circuito arterial. A diferencia de la bomba de rodillo, la bomba centrifuga es totalmente no oclusiva y depende completamente de la poscarga. Por ejemplo, un aumento de la resistencia en el tubo aferente, con una disminución del flujo, disminuye a su vez el flujo eferente hacia el paciente. Esto tiene consecuencias favorables y no favorables, y el paciente debe tener un medidor de flujo para coordinar el gasto cardiaco. De otro lado, si el paciente se encuentra conectado a la bomba mientras esta no está en uso,  la sangre es extraída del paciente a menos que permanezca clampeado el circuito. Esto puede causar exsanguinación del paciente y aspiración de aire al circuito arterial originando desastres hemodinámicas. Ver figura 11.

 

 Fig 11. Bomba centrifuga

 

Las bombas centrifugas requieren menos anticoagulación. Las bombas de rodillo son más sencillas, más baratas y más fáciles de manejar.  Producen un gasto cardiaco predecible e independiente de la poscarga, y son capaces de generar mayor grado de flujo pulsátil.

De todas maneras algunos estudios realizados para determinar las ventajas clínicas de la bomba centrifuga, no han demostrado la superioridad de esta, ni han permitido establecer criterios para el uso de una u otra. [12][13]

Un problema fisiológico que surge a menudo es el de la importancia del flujo pulsátil de la circulación normal. Según datos experimentales, para largos periodos de tiempo el flujo pulsátil es importante, pero para cirugías de 1 a 4 horas no presenta mayor problema. El aumento del tono vasomotor que tiene lugar durante la circulación extracorporal puede ser una respuesta fisiológica al riego no pulsátil.[14] Por este motivo se han diseñado algunos métodos para lograr el flujo pulsátil. Aunque no es del tema de esta revisión las bombas de contrapulsación intraaorticas, y las bombas hidráulicas o neumáticas de tipo ventricular son algunos ejemplos.

5) Filtros: La embolización de gas, y de partículas trombótica, es un riesgo constante en la circulación extracorpórea. La solución purgante de la bomba debe ser recirculada a través de filtros con poros de 20 a 40 μm, para remover las partículas extrañas previo al bypass cardiopulmonar. Filtros similares son ubicados en el circuito, entre la bomba arterial y el paciente, entre la fuente de gas y el oxigenador, entre la cánula venosa y el reservorio venoso, entre el reservorio de la cardiotomía y el oxigenador, y en la línea de cardioplejia.

6) Succión de cardiotomía: varias líneas de succión (normalmente tres) deben ser utilizadas para devolver la sangre del campo quirúrgico (intra-cardiaca e intrapericardica) hacia el oxigenador para recirculación. La succión de estas líneas debe ser regulada por los rodillos ajustables de bombas independientes, y debe ser configurada a la menor rata posible, para evitar las fuerzas de cizallamiento, y las que resultan en trauma de los elementos de la sangre... La sangre succionada de la cardiotomía es recogida en un reservorio donde las partículas sólidas y gaseosas son removidas previo a la recirculación. La cardiotomía es la mayor fuente de desperdicios de todo el sistema.

Las tres cánulas de succión de la cardiotomía corresponden a: 1) El drenaje del ventrículo: puede insertarse a través de la masa ventricular, por la vena pulmonar superior derecha o a través de la aurícula izquierda en casos de reemplazo valvular mitral. Se utiliza para drenar la sangre en el interior del ventrículo, para evitar la posible distensión súbita de este, que puede producir severas lesiones subendocardicas, además mejora la exposición de las estructuras intracardiacas durante los procedimientos quirúrgicos. 2) La segunda cánula se coloca en la aorta, a partir de la cánula que sirvió inicialmente para administrar la cardioplejia. Se utiliza para evacuar aire residual. 3) La última cánula se coloca en el pericardio para recuperar sangre que escapa por alguna de las numerosas incisiones en aorta, aurículas, ventrículos, arteria pulmonar o venas pulmonares.

7) Cánulas tuberías y conexiones: Diversos tipos de cánulas y tubos plásticos se usan en el circuito de perfusión; el material de que estén hechos no deben ser tóxicos ni destruir los elementos formes de la sangre. Las variaciones en los diámetros de los circuitos y sus conexiones no deben ser bruscas. Así mismo es importante evitar la multiplicidad de uniones.

8) Soluciones de purga: En los inicios, la máquina de circulación extracorpórea era purgada con sangre heparinizada, sin embargo la necesidad de sangre preparada previamente limitaba las posibilidades quirúrgicas, sobretodo en personas con grupos sanguíneos raros.  Además los volúmenes de purga para la máquina resultaban excesivos, y no podía desperdiciarse tanta sangre en ellos.  Actualmente el volumen de purga de una maquina es de aproximadamente 1500 a 2000 cm3. Se utiliza solución salina dextrosada que contiene electrolitos balanceados a la cual se le agregan agentes oncóticos (dextrano de bajo peso molecular, manitol, o albúmina) para ayudar a mantener la presión oncótica del plasma y preservar la función renal durante la cirugía. Si el hematocrito cae demasiado, puede agregarse sangre con calcio, heparina y buffer a la bomba de oxigenación.

9) Sistemas para cardioplejia: El corazón se comporta como una unidad energética con una oferta y una demanda durante el periodo de clampeo aortico. La oferta, o fuente energética, es afectada por el influjo de sangre colateral proveniente de la circulación bronquial y la sangre mediastinal y no coronaria, que afectan la temperatura del corazón en paro normotermico. La demanda, a su vez es afectada por la actividad cardiaca, la cual es máxima en fibrilación ventricular o cuando el corazón se encuentra latiendo normalmente, y disminuye en hipotermia y paro cardiaco.

La tolerancia del corazón y su recuperación de periodos isquémicos y anóxicos se mejoran notoriamente cuando se añaden substratos metabólicos  y precursores de alta energía. Un efecto similar se obtiene cuando se administran agentes capaces de bloquear el catabolismo de fosfatos energéticos no esenciales. La glucosa y los ácidos grasos son los substratos principales en el metabolismo miocárdico. Sin embargo en condiciones de stress tales como la circulación extracorpórea la administración de substratos energéticos tiene efectos deletéreos sobre la función cardiaca.

Las soluciones cardioplejicas tienen la ventaja de proveer substratos energéticos, preservar la integridad celular, mantener el corazón inmóvil y relajado y facilitar la manipulación quirúrgica del mismo. La función esencial de una solución cardioplejica es por lo tanto: detener el corazón rápidamente, crear un ambiente propicio para la producción continua de energía en el estado anaeróbico, y contrarrestar los efectos de la isquemia producida por la oclusión de la aorta.

No es del interés de esta revisión el mecanismo de acción de las soluciones cardioplejicas. Para una revisión más completa remítase a: (GUZMÁN F, VARGAS F, ARANGO E,  PINILLA A, BERNAL M, URDANETA E. Enfermedades Cardiovasculares: Temas Básicos Vol 1.).

La cardioplejia se administra a través de la aorta ascendente por medio de una aguja conectada a un sistema de infusión endovenosa a presión una vez el clamp aortico se encuentre en posición. En caso de cirugía aortica, la solución se infunde por medio de cánulas directas a las arterias coronarias.

La administración puede dividirse en tres fases: inducción, y mantenimiento. Durante la inducción se coloca la solución enfriada a 4-8ºC, tiene por objeto detener el funcionamiento cardiaco rápidamente y, al mismo tiempo, producir un enfriamiento transmural que complemente el sistémico y el epicardico, creando el ambiente necesario para la producción anaeróbica de energía. Usualmente se administran entre 750 y 1000 cm3 en un periodo de tres a 5 minutos lo que producirá una presión aortica de 50 mmHg, a menos que exista obstrucción coronario, donde la presión es mayor.

La dosis de mantenimiento se administra cada 20 a 30 minutos o después de cada anastomosis distal en casos de cirugía coronaria. Se utiliza para contrarrestar el flujo colateral no coronario que distorsiona las condiciones especiales de cardioplejia.

 

Técnica de perfusión:  Ver figura 12.

 

Fig 12.

 

Cada servicio tiene variaciones en la técnica general.

Después de la etapa de correcta exposición quirúrgica y hemostasia normal previa a la canulación arterial se procede a heparinizar al paciente, 3mg/Kg. de peso. Cada hora se agrega la mitad de la dosis inicial (no más de dos veces), ya que la eliminación de la heparina in-vivo es de 57%/hora. Se utiliza como medida objetiva de anticoagulación, el tiempo activado de coagulación (ACT del ingles Activated Clotting time), que debe permanecer en aproximadamente 8 minutos. El ACT consiste en llevar la sangre de muestra a un tubo con fibra de vidrio y partículas de asbesto dentro del cual, la sangre previamente agitada inicia el proceso de formación del coagulo, normalmente a los 80-90 segundos.

A continuación se realiza la canulación arterial; se realiza canulación aórtica (o femoral en casos específicos) en la aorta ascendente, con la punta dirigida hacia arriba, e introducida hasta antes de las primeras ramas aorticas, para evitar el flujo preferencial. La cánula arterial se conecta a la línea de perfusión arterial, de manera que se remuevan las burbujas de aire del interior del tubo.

Posteriormente se lleva a cabo la canulación venosa: cuando la canulación venosa se realiza en niños y jóvenes se introducen dos cánulas anguladas, una para cada vena cava, sobretodo si se requiere la entrada a la aurícula o ventrículo derecho. Una cánula sencilla a la aurícula derecha se utiliza si la operación requiere  el ingreso a la aurícula izquierda, el ventrículo izquierdo o la aorta ascendente. En adultos se utilizan dos cánulas para trabajar en el ventrículo derecho. Para bypass coronario, y cirugías valvulares aórtica y mitral se utiliza una cánula cavoatrial, con dos terminaciones una a la vena cava inferior y la otra a la aurícula derecha. Este dispositivo provee un drenaje más eficiente que el drenaje que provee la cánula bicava. La cánula o cánulas venosas se conectan a la línea de drenaje venoso de la maquina. Ver figura 13.

 

Fig. 13.  Canulación arterial y venosa

 

Para descomprimir el corazón debe realizarse el venting, que consiste en el ingreso de una línea de succión de cardiotomía a la altura de la aurícula izquierda o de la arteria pulmonar superior derecha, que se acomoda a través de la válvula mitral en el ventrículo izquierdo. Algunos cirujanos utilizan la cánula de cardioplejia como venting para descomprimir el ventrículo. La utilidad del venting ya fue explicada.

La sangre pasa desde la cánula venosa hacia el reservorio, y al oxigenador donde se sucede el intercambio gaseoso. En el oxigenador la sangre pasa por un filtro desespumante que evacua las burbujas de la sangre arterial, que posteriormente pasa a la bomba para ser enviada por la línea arterial al circuito del paciente.

Una vez en perfusión, por medio del intercambiador de calor se procede a bajar la temperatura corporal, comúnmente entre los 29 a 30ºC de temperatura rectal.

Se utiliza clampeo aórtico, y solución cardioplejica helada, introducida por una aguja suprasigmoidea aortica.

Se realiza la succión de cardiotomía, desde el pericardio, el ventrículo (venting) y la aorta por la línea de cardioplejia. Esta succión se recolecta en un reservorio (que incluye filtros múltiples) y es pasado al oxigenador de acuerdo a las necesidades de volumen del paciente.

El flujo de perfusión al paciente generalmente se determina por el volumen de sangre que llega de las venas cavas al reservorio venoso oxigenado; ello depende de la presión, el volumen de las cánulas y la altura de caída al reservorio desde el paciente en la mesa de operación.  Generalmente la presión de caída debe variar entre 20 y 50 cm. de H2O. Esto proporciona volumen suficiente para flujos entre 1.8 y 2.5 L/min/m2.

El volumen de gas en el oxigenador varía según el modelo de la maquina. Por lo general se ajusta a mantener una presión arterial de oxígeno cercana a los 100 mmHg, lo que permite alcanzar una presión de CO2 entre 30 y 40 mmHg.

Interrupción de la perfusión: Cuando se interrumpe la perfusión, se mide la presión en la aurícula izquierda y se trasfunde la sangre desde la maquina corazón-pulmón hasta que la presión en la aurícula izquierda sea adecuada para asegurar el gasto cardiaco. En la mayoría de los pacientes se utiliza un catéter de Swanz Ganz para determinar repetidamente el gasto cardiaco mediante la técnica de termodilución. La presión necesaria en la aurícula izquierda depende de la que existía antes de la circulación extracorpórea. Esta técnica ha resultado ser una guía mejor para ajustar el volumen de sangre que la medición del volumen sanguíneo o las mediciones cuidadosas y equilibradas de la sangre extraída y la sangre trasfundida. Luego la heparina se neutraliza con protamina. Inicialmente se administran 2 Mg. de protamina / Kg. sin importar la cantidad total de heparina proporcionado, admitiendo que el ritmo del metabolismo de la heparina es aproximadamente igual al ritmo con el cual se administra la heparina adicional. Luego se mide el tiempo de coagulación activada, y se administra protamina adicional hasta que el tiempo de coagulación regresa a los niveles previos a la perfusión o que otras dosis de protamina ya no modifiquen el tiempo de coagulación. En casi todos los pacientes son suficientes 2 a 3 Mg / Kg de peso.  Debido a la variabilidad de la respuesta a la heparina y a la protamina el manejo con estos medicamentos debe ser flexible, y ajustarse a cada paciente.



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