Appunti di Applicazioni Ingegneristiche in ambito biomedico

Sostituzione della funzione cardiaca

La sostituzione della funzione cardiaca diventa sempre più difficile per quanto riguarda la gestione del paziente perché non si ha tempo per aspettare e intervenire mediante una procedura che richieda la predisposizione, serve agire immediatamente. Ci sono condizioni cliniche diverse e diverse esigenze.

In che condizioni si riesce a sostituire la funzione cardiaca per quale tipo di trattamento intervento temporaneo o intervento permanente che sostituisce cure in modo continuo.

Sostituzione per tempi limitati perché i medici hanno avuto bisogno di sostituire il cuore solo durante interventi chirurgici cardiaci.

Classificazione delle cardiopatie che generano diverse condizioni cliniche e diversi trattamenti. Origine ischemica per arterie coronarie, valvole cardiache, cardiomiopatie primitive o secondarie dovute ad altre malattie sistemiche, patologie congenite come malformazioni che necessitano correzioni per sopravvivenza, patologie date da infezioni o alla formazione di tessuto neoplastico.

alcune di queste condizioni può essere attuato un intervento chirurgico che sistema queste anomale patologiche e anatomiche per riacquistare funzionalità.

Ischemia a carico delle arterie coronarie, le quali sviluppano ostruzioni o placche ateromatiche che causano necrosi del tessuto a valle che porta ad una condizione clinica importante come infarto del miocardio.

Placca ateromatica causa più comune, se si estende e ostruisce il lume del vaso è compromessa la perfusione del miocardio e quindi infarto che se molto esteso decesso. Bypass alla zona danneggiata per perfondere il vaso con una portata ematica che venga perfusa a valle della zona danneggiata, bypass aorto-coronarico.

Ci sono due possibilità, se un'arteria ha una certa ostruzione possiamo instaurare un collegamento tra un'arteria come quella mammarie e quella coronaria per perfondere il miocardio con una portata che viene dalla circolazione arteriosa. Oppure un tratto della vena safena che

viene prelevata dal paziente e inserita nella parete dell'arteria, anastomizzata con la coronaria. Chirurgia ricostruttiva sviluppata negli anni. Per ogni operazione serve lavorare su tessuto per realizzare la cucitura dei vasi non si può fare se il cuore sta battendo, serve bloccare la funzione cardiaca riuscire ad inibire la contrazione del miocardio, operare e poi far riprendere il battito alla fine dell'intervento, non si può fermare il moto del sangue nell'organismo, bisogna utilizzare un sistema alternativo per perfondere l'organismo, per un tempo limitato mediante la circolazione extracorporea. Intervento sulle valvole cardiache, serve operare attraverso la parete dei vasi per accedere alle valvole e sistemare o sostituire le valvole. La valvola diventa stenotica cioè non si apre completamente e crea una condizione di stenosi, se non si apre bene allora il flusso di sangue non può defluire e si recano pressioni maggiori e non si riesce atrasportare la portata adeguata e si creano problemi di ossigenazione di tessuti. Se il difetto è di chiusura, cioè ci sarà un rigurgito di sangue e bisogna sostituire questo tessuto con qualcosa che funzioni in modo adeguato. Mitralica e aortica soggette a maggiori gradienti di pressione quindi più problematiche. Patologie congenite o infezioni che portano all'interessamento valvolare. Ricostruzione chirurgica per riparare i lembi della valvola, se non si riesce viene sostituita con una valvola meccanica o biologica. Come realizzare questo intervento, fermando il cuore ma perfondendo l'organismo. Circolazione extracorporea soluzione CEC. Dispositivo tecnologico complesso dove il paziente è posizionato vicino al sistema e c'è una differenza di altezza, per sostituire la funzione cardiaca che viene fermata per un certo periodo di tempo. Prelevare una portata di sangue dalla portata venosa dell'albero circolatorio, dalle vene cave.

Gestirla nel sistema di perfusione e perfonderla nell'arco aortico. Se il sangue è venoso bisogna ossigenarlo quindi la macchina deve funzionare come una pompa ma anche come un polmone, si può parlare di macchina cuore-polmone. Deve garantire e controllare queste due funzioni. Cosa succede quando il tessuto cardiaco viene collegato a questi elementi artificiali. Il collegamento è con cannule inserite nella vena cava in contatto con l'atrio destro prelevano il sangue, cannule di dimensione elevata per poca resistenza, cannule inserite nell'arco aortico per inserire la portata e dare una pressione di perfusione per il movimento in tutte le arterie che vanno al cervello per non far mancare la perfusione. Serve una perfusione costante anche negli altri organi come rene e fegato che hanno bisogno di pressione di perfusione costante e costantemente perfusi che vanno incontro a insufficienza d'organo, dobbiamo garantire portata e pressione e fornire ossigeno.

Il percorso dell'intervento è: Preparazione con anestesia, accesso alla cavità toracica, apertura con resezione dello sterno, dilatare le coste e aprire una finestra sopra il pericardio, apertura con dilatatore, sistema collegato alle cannule. Il battito viene arrestato, collegamento con cannule e poi ripristino della funzione cardiaca. Realizzazione di una condizione di raffreddamento, ipotermia per ridurre il consumo di ossigeno dei tessuti perché non si ha una domanda di ossigeno molto elevata. Collegamento con arco aortico, cardioplegia per bloccare il battito e iniziare la procedura di perfusione. Non serve la ventilazione dei polmoni perché l'ossigenazione è data dalla circolazione extracorporea. Serve una cannula che perfonde il cuore con una soluzione con potassio che blocca la contrazione cardiaca cambiando la concentrazione degli ioni. Dispositivi: collegamento tra circuito artificiale con linee di perfusione, tubi trasparenti.polimero flessibilee resistenze per evitare occlusioni o perdite, cannula che va nei vasi, forma che permette di diminuir la perditadi carico e anelli che permettono di creare sutura tra parete del vaso e cannula per tenuta idraulica. Circuito: Prelevo sangue dalla vena cava che vanno nel dispositivo con reservoir e ossigenatore. Il reservoir è un serbatoio dove far defluire il sangue per permettere ad una buona portata di fluido di arrivare al serbatoio e gestire in modo poco traumatico il prelievo del sangue dalla circolazione se ci fosse una pompa potrebbe aspirare troppo o troppo poco il reservoir è una riserva di fluido. Deve essere messo ad un'altezza dove il ritorno venoso è garantito per differenza di pressione, il perfusionista si deve abbassare, 70-80 cm di differenza. Il sangue defluisce dalla cannula al reservoir, un pelo sarà libero dove la pressione è uguale a quella atmosferica. Reservoir verso ossigenatore e poi perfuso da pompa principale.

Poi nell'arco aortico. Nel reservoir pressione sempre più bassa fino alla pompa che è quella che induce per aspirazione e perfonde nell'ossigenatore. Pressione arteriosa 120/80 e la funzione di perfusione fornita da pompa di tipo peristaltico e promuoviamo l'aumento di pressione. La macchina cuore-polmone è caratterizzata anche da altre pompe. Il sangue viene prelevato dalla vena cava e mandato nel Reservoir dove viene poi prelevato dalla pompa principale e inserito nell'ossigenatore e mandato nell'arco aortico. Deve avere una certa compattezza perché il volume che aveva il sangue del paziente deve essere espanso per occupare il volume degli strumenti quindi il volume di liquido circolante deve essere maggiore di quello del paziente e viene diluito con una soluzione fisiologica e se serve una trasfusione. Durante la perfusione dell'albero circolatorio in un paziente, delle 4 pompe quella a sinistra è quella che garantisce una

La pompa aspira il sangue dal reservoir per gravità, con l'apice della cannula che arriva molto vicino all'atrio destro. Le portate sono particolarmente elevate, il reservoir deve permettere all'operatore di vedere che il menisco sia sempre ad un livello per capire che nel sangue non ci siano bolle d'aria. Nell'ossigenatore, come nella circolazione polmonare, si ossigena il sangue, viene anche controllata ed aumentata la temperatura perché il paziente viene tenuto ad una temperatura inferiore a quella fisiologica per diminuire la necessità di ossigeno delle cellule, si rallenta il metabolismo cellulare. Per poter operare il cuore serve separare i vasi del cuore dalla circolazione. Bisogna perfondere tutti gli organi vitali. Una pompa come Suction permette di recuperare il sangue che si accumula nel pericardio ogni volta che il chirurgo interviene sui vasi, va recuperata la massa di sangue. Il volume ematico

va espanso per occupare tutto il volume del circuito detto di Branning, con fisiologica o con trasfusione. Il sangue è aspirato dalla pompa e lo butta nel reservoir. Attraverso le cannule di aspirazione si potrebbero aspirare anche pezzi di tessuto, la presenza di un filtro permette di far passare solo il sangue. La seconda pompa è la Vet che permette di perfondere il tessuto del miocardio mediante una certa portata di sangue perché se non venisse perfuso potrebbe dar luogo ad una mancanza di ossigeno nelle sue cellule, la parete del ventricolo deve essere ossigenata in altro modo, perfonde questa portata nella cavità del ventricolo o nell'arco aortico. Portata che permette di perfondere il tessuto per garantirgli ossigenazione. La cardioplegia, terza pompa, viene utilizzata per fermare il battito cardiaco. Con una certa concentrazione di ioni si falsano i potenziali di membrana e viene bloccata la contrazione spontanea dei cardiomiociti. Il chirurgo continua

A dire all'operfusionista se aumentare o diminuire la portata della cardioplegia perché vuole una condizione di equilibrio, per averla sotto controllo e non spingerla in uno stadio dove poi è difficile il ritorno. La procedura deve essere seguita da un operatore che segue la macchina e dai chirurghi.

Come predisporre le cannule: il prelievo del sangue è effettuato dall'atrio destro, dove defluiscono la venacava superiore e inferiore, qui la pressione è bassa, c'è una depressione e il sangue è risucchiato nel reservoir. La perfusione invece va nell'arco aortico, a valle del clamp dell'arco aortico. Il clamp è una struttura metallica che serve per schiacciare i vasi e non far passare il sangue. La pressione dell'arco aortico deve superare quella arteriosa. La cannula è posizionata a monte del clamp per perfondere il miocardio tramite la perfusione delle coronarie. L'aortic root vent è a intermittenza. Durante l'inserimento del bypass aorto-coronarico,

viene mantenuta una condizione statica per suturare i vasi con vena mammaria o vena safena. Il volume di priming va tenuto sotto controllo. Il circuito viene riempito con un liquido per estendere il volume e tenerlo sotto controllo.