applicazioni ingegneristiche in ambito biomedico

MACCHINA CUORE- POLMONE

Dal corpo del paziente, il sangue è pompato attraverso un ossigenatore. L'ossigenatore rimuove la CO2 e aumenta l'O2 nel sangue. La pompa infonde il sangue ossigenato nella circolazione del paziente. Il circuito, costituito da tubi, viene predisposto e riempito dal team chirurgico.

AORTOCORONARICO:BYPASS

Preparazione del paziente (anestesia generale). Accesso alla cavità toracica attraverso lo sterno. Prelievo del vaso sanguigno da impiantare. Il flusso sanguigno viene diretto alla macchina cuore-polmone. Il battito cardiaco viene arrestato. Il vaso sanguigno viene impiantato. La circolazione naturale viene ripristinata. L'incisione viene chiusa.

Le sono tubi realizzati in materiale polimerico.

CANNULLE

Sono progettate in modo che:

• il sangue circoli con il minimo grado di turbolenza
• il volume di priming non sia troppo elevato
• le perdite di carico (sforzo di taglio) non siano eccessive (emolisi)

Queste cannule NON devono piegarsi o collabire.

Le linea di dialisi è costituita per predisporre un sistema di perfusione, rappresentato nello schema.

Il sangue viene prelevato dalla vena cava.

Dobbiamo prelevare il sangue dal reservoir, farlo passare attraverso una macchina che lo ossigena e poi riperfonderlo direttamente nell'arco aortico.

La cannula che perfonde l'arco aortico è la cannula aortica.

Il fa defluire il sangue nell'ossigenatore e verrà perfuso attraverso la pompa principale.

reservoir Lezione 23.11.2020

Procedura della perfusione dell'albero circolatorio in un pz sottoposto alla sostituzione della funzione polmonare: delle 4 pompe presenti, la pompa principale è quella sulla sinistra, la Pompa Roller (o pompa centrifuga) che ha portata e prevalenza maggiore.

A livello del circuito, la pompa aspira il sangue dal serbatoio, che viene riempito per gravità dalla linea inserita direttamente nella vena.

cava superiore e inferiore o in una delle due, con l'apice della cannula che arriva molto vicino all'atriodestro. Questa pompa principale prende il sangue da questo serbatoio, in modo tale da permettere che la portata sia sempre priva di bolle d'aria. All'interno dell'ossigenatore, il sangue venoso viene sottoposto ad un aumento di ossigenazione e poi si controlla la temperatura, che deve essere mantenuta stabile per diminuire la necessità di ossigeno dei tessuti. Poi il sangue viene infuso direttamente nell'arco aortico.

Le funzioni delle altre pompe:

La Pompa Suction permette di recuperare il sangue che si accumula nella cavità del pericardio quando il chirurgo incannula i vasi, per far sì che si recuperi il volume ematico fisiologico, che dovrà occupare tutto il circuito.

Il volume del circuito è definito di che viene diluito con delle soluzioni di fisiologica e sarà di vari litri.

volume di Priming

pompa aspira il sangue e lo porta nel serbatoio; nonostante ci siano delle cannule di aspirazione può succedere che si aspirino anche dei frammenti di tessuto, quindi ci sono anche dei appositi che permettono di bloccare il loro filtripassaggio.

La Pompa Vent: perfonde il tessuto del miocardio con una certa portata di sangue: è importante perfondere il miocardio perché se no si darebbe luogo ad una mancanza di ossigeno nelle cellule che compongono il miocardio stesso e questo sarebbe dannoso; per farlo si infonde il sangue direttamente nel ventricolo o nell'arco aortico.

La Pompa Cardioplegia: riguarda l'operazione effettuata per bloccare il battito cardiaco. Con una certa quantità di ioni si passa un certo potenziale di membrana così da bloccare la contrazione spontanea dei cardiomiociti. Questa pompa che immette la soluzione di cardioplegia deve permette di abbassare così tanto il battito da essere quasi bloccato, ma non del tutto.

Per poter permettere di riprendere il battito in seguito, quando serve che venga riattivato.

Dal punto di vista del prelievo del sangue e delle utilizzate:

• Cannula venosa: la cannula che preleva il sangue nella circolazione venosa finisce direttamente, o dalla vena cava inf o sup, in una zona molto vicina all'atrio destro, in modo da far defluire una grande portata di sangue. In queste cavità la pressione è di pochi mmHg, e dato che questa cannula è collegata al reservoir che è posizionato ad un'altezza di 50-60 cm sotto all'etto del pz, si crea una depressione, così che il sangue che arriva verso queste cannule viene automaticamente risucchiato all'interno del reservoir.
• Cannula aortica: per quanto riguarda la perfusione con il sangue ossigenato e mantenuto in temperatura si usa la cannula aortica, che viene inserita a valle del clamp dell'arco aortico. Il è una struttura metallica inserita nei pressi

della clamp valvola aortica, che può essere chiusa come se fosse una pinzetta che può stringere i vasi e non far passare il sangue. In questo caso la pressione nell'arco aortico scende drasticamente e quindi si deve fare in modo che la pressione nell'arco aortico riesca poi a superare la pressione arteriosa, perché è importante che si stabilizzi la pressione così da ripristinare la circolazione in tutti i distretti dell'organismo.

Cannula della cardioplegia: cannula inserita direttamente nell'arco aortico a monte del clamp, in modo tale da perfondere direttamente il miocardio tramite la perfusione delle coronarie. Grazie a questa cannula si riesce a perfondere sia le coronarie che una parte del volume del ventricolo; quest'ultimo in particolare va perfuso con una piccola quantità di sangue quando serve di mantenere ossigenato il cuore, quindi la perfusione non si fa in maniera continua, per esempio si diminuisce.

quando il chirurgo deve operare direttamente all'interno delle camere interne, la particolarità di questa cannula è che permette una perfusione non costante, regolata all'occorrenza. Se il chirurgo deve intervenire con un bypass ortocoronarico o direttamente sulle valvole aortiche o sulla valvola mitralica, il sistema viene adattato: per quanto riguarda il cuore, viene fermato e si mantiene una condizione statica per permettere di suturare i vasi delle coronarie con l'arteria mammaria o con il sostituto della circolazione arteriosa coronarica, che viene realizzato con un tratto di vena safena. Le caratteristiche della procedura fanno riferimento a tutte le componenti presenti, quali: - Il volume di Priming: il circuito viene preventivamente riempito con una soluzione fisiologica, eparina e eventuali farmaci richiesti dall'anestesista. Il riempimento permette di evitare la formazione di bolle d'aria e di garantire una corretta perfusione durante l'intervento. - La regolazione della perfusione: la cannula permette di regolare la perfusione in base alle necessità del paziente e dell'intervento chirurgico. Questo garantisce un flusso adeguato di sangue e ossigeno durante l'operazione. - La sutura dei vasi: durante il bypass ortocoronarico, i vasi delle coronarie vengono suturati con l'arteria mammaria o con il sostituto della circolazione arteriosa coronarica. Questa fase è fondamentale per ripristinare la corretta circolazione sanguigna al cuore. - La vena safena: viene utilizzata come sostituto della circolazione arteriosa coronarica per garantire un adeguato flusso di sangue al cuore durante il bypass ortocoronarico. Queste sono solo alcune delle caratteristiche e componenti che vengono considerate durante l'intervento chirurgico. Ogni procedura è personalizzata in base alle esigenze del paziente e all'intervento da eseguire.

presenza d'aria nel circuito.- Il collegamento del pz al circuito comporta un aumento del volume circolante e una conseguente diluizione del sangue.- E' ammissibile un abbassamento dell'Ht fino ad un limite del 15%, al di sotto i globuli rossi non sono più sufficienti per soddisfare le esigenze vitali.- Più piccolo è il volume di priming, più piccolo è il grado di diluizione del sangue, con conseguente riduzione delle eventuali complicanze.

Per quanto riguarda il meccanismo d'azione della Cardioplegia:

• Durante l'operazione il cuore viene alimentato per impedire il deterioramento del miocardio
• Se alimentato con sangue però, il cuore tenderebbe a riprendere a pulsare
• Il cuore viene infuso con una soluzione contenente un'elevata concentrazione di ioni potassio che impediscono l'attività del miocardio
• Nella soluzione viene indotta una piccola quantità di sangue per ricreare

l'azione della cardioplegia può avvenire in diversi modi: - inibendo il passaggio di Na++ e K+ attraverso la membrana plasmatica - bloccando il passaggio trasmembrana degli ioni Ca++ - inibendo la liberazione del Ca++ dalle vescicole del reticolo endoplasmatico - rallentando il passaggio del Ca++ nelle vescicole e nei mitocondri al termine della contrazione Una volta che il cuore è bloccato e i vasi sono incannulati, bisogna iniziare la perfusione con le pompe, prima di tutto con la pompa roller. La Roller, che è una peristaltica, è costituita da una geometria semicilindrica su cui si mette il tubo polimerico deformabile (polietilene o PVC) che vengono schiacciati da dei rullini che sono fissati su un equipaggio mobile; questi rullini schiacciano il tubo messo nel sottopompa così da creare una camera tra un rullino e l'altro che avanza tramite l'azione del rotore. A seconda della velocità di

La rotazione si sposta il volume di sangue in una certa direzione, dal primo rullino al secondo rullino. I rullini sono utili perché fanno ruotare la pompa ad una velocità abbastanza elevata senza fare attrito, così da far avanzare il sangue e ottenere che i rullini in presa non siano mai entrambi contemporaneamente, quando uno è in presa non lo è l'altro, così si riesce a mantenere alta la pressione a valle dei rullini stessi.

Funzionamento della pompa: il rullino schiaccia il tubo così da creare un'occlusione che garantisce la pressione a valle del rullino. La distanza dei rullini è calibrata a seconda di precisi sistemi di fissazione, ovvero delle viti messe in modo che la distanza permetta l'occlusione del tubo, ed al tempo stesso garantisca che l'occlusione stessa però non sia talmente tanto serrata da danneggiare il tubo.

Durante l'operazione (dura 1 h o 1 h e 30) il rullino deve continuamente

schiacciare il tubo e questo deve resistere tutto il tempo, quindi si devono controllare le tolleranze e le posizioni del rullino nel sottopompa: se tutto rimane nei range normali si potrà controllare la portata volumetrica, che dipende esclusivamente dal volume di sangue spinto nel vano semicircolare e dal idraulico. numero di giri, indipendentemente dal carico

Se vogliamo raddoppiare la portata si può aumentare la velocità RPM (round per minute).

Altro parametro da considerare è il rendimento volumetrico: se il rullino schiaccia il tubo possiamo calcolare il volume che c'è tra un rullino all'altro come se fosse il volume del cilindro interno al tubo, che però non si completerà in modo perpendicolare, ovvero ciò che si deve calcolare è l'area del cilindro e poi moltiplicare per la lunghezza della circonferenza (considerando i raggi del tubo e del vano semicircolare).

La pompa quindi deve essere adeguata a fornire

la portata necessaria e anche che la pressione sia adeguata. Il dimensiona