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Circulação extracorpórea (CEC): o que todo médico tem que saber?

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Um belo conjunto de esforços científicos, observação clínica, pioneirismo e coragem resultou na criação e desenvolvimento da Circulação Extracorpórea (CEC) como é conhecida atualmente. A CEC é considerada um dos mais impactantes avanços da medicina moderna, já que permitiu a evolução de procedimentos intracardíacos e um melhor entendimento de fisiopatologia e anatomia cardiovasculares. Os marcos dessa árdua porém vitoriosa jornada estão sumarizados a seguir.

Pesquisa básica, dedicação e brilhantismo: os primeiros passos da CEC

Em 1885, Frey e Gruber realizaram a primeira tentativa de construir um sistema para troca gasosa em tecidos vivos. Seus testes demonstraram que a troca gasosa poderia ser obtida por direta exposição do sangue aos gases. Com base nesse modelo, fisiologistas expandiram seu conhecimento em corações saudáveis e seu entendimento sobre doenças cardiovasculares.

Tornou-se possível o suporte de órgãos isolados, mas algumas dificuldades se tornaram evidentes: manter a esterilidade no sistema; replicar o fluxo pulsátil; definir os componentes da solução de perfusão de órgãos; garantir a troca gasosa; prevenir a formação de espuma no sangue e embolização gasosa; eliminar detritos e impurezas; controlar adequadamente o fluxo no sistema. Essas dificuldades foram gradativamente solucionadas com a evolução dos sistemas experimentais.

A descoberta da Heparina foi fator fundamental na evolução da CEC e da cirurgia cardíaca. Em seguida, o início da utilização de Protamina para reversão da Heparina auxiliou no controle do sangramento pós-operatório.

A primeira patente de uma bomba de rolete data de 1855, tendo sido usada para fins sanitários, na agricultura e na indústria. DeBakey e Schmidt adaptaram os modelos existentes para desenhar a bomba rotacional de rolete duplo, que se tornou o modelo dominante no início da era da CEC. Na sequência, foram criadas as bombas centrífugas, disponibilizadas para CEC no fim da década de 1960.

Foto: Bomba de rolete (arquivo pessoal).

Outro componente fundamental da CEC, o oxigenador, foi criado para mimetizar a troca gasosa alveolar. Distribui o sangue venoso uniformemente por uma superfície em finas lâminas e permite a troca gasosa enquanto previne o dano celular. Três diferentes tipos de oxigenadores foram inicialmente desenhados para favorecer a troca gasosa, sendo o Oxigenador de Membrana o modelo utilizado nos dias de hoje.

Uso de CEC em Cirurgia Cardíaca: uma história de pioneirismo e coragem

Por volta de 1950, ficou claro que defeitos intracardíacos necessitavam de suporte circulatório para sua correção. Com o investimento maciço na área da saúde após o fim da Segunda Guerra Mundial, a Cirurgia Cardíaca e CEC tiveram um importante avanço.  Foi nesse contexto que John H. Gibbon desenvolveu a primeira CEC para uso clínico. O sistema foi utilizado pela primeira vez por Clarence Dennis na Universidade de Minnesota, mas infelizmente o paciente não sobreviveu.

Outros modelos de CEC mostraram resultados iniciais desanimadores devido a inexperiência dos cirurgiões com técnicas de canulação e com o equipamento de CEC e o entendimento limitado da fisiopatologia cardiovascular.

Em 1953, John Gibbon realizou a primeira cirurgia cardíaca com CEC bem sucedida do mundo, uma correção de Comunicação Interatrial em uma mulher de 18 anos. Os casos seguintes não tiveram o mesmo êxito, o que fez Gibbon compartilhar seus projetos com John Kirklin, da Mayo Clinic. Kirklin reuniu um grupo de cirurgiões e engenheiros e modificou o circuito de CEC desenvolvido por Gibbon, incluindo novas funcionalidades e melhorando seu desempenho. Em 1955, seu grupo realizou a primeira série de casos bem sucedidos da história.

Simultaneamente, na Universidade de Minnesota, Lillehei desenvolvia o conceito de Circulação Cruzada para correção de cardiopatias, utilizando outro individuo como “suporte circulatório”. Apesar do sucesso inicial, essa técnica não se mostrou viável em larga escala.

Os estudos de Lillehei foram precursores do oxigenador por bolhas, usado pela primeira vez em 1955, e criaram a base para o desenvolvimento de outros modelos de oxigenadores. Desenvolvidos em meados dos anos 1970, os oxigenadores de membrana foram desenhados para expor o sangue a uma membrana semipermeável, evitando o contato direto do sangue com os gases e reduzindo o trauma celular e a resposta inflamatória.

O maior avanço nessa categoria ocorreu em 1982 com a criação dos oxigenadores de fibras ocas, confeccionados com membranas microporosas de polipropileno. A superfície de contato dos oxigenadores passou a ser tratada com diversas substâncias para aumentar a eficácia da troca gasosa e se tornar mais biocompatível, permitindo o uso prolongado como em casos de Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO).

Theodore Kolobow foi o pioneiro no desenvolvimento da ECMO por volta de 1970. Com a ajuda de engenheiros, a ECMO se desenvolveu e expandiu para além da cirurgia cardiovascular.

Foto: Circuito de ECMO pronto para implante (arquivo pessoal)

Cenário atual e perspectivas futuras

Com a constante evolução tecnológica, o design dos circuitos de CEC foi adaptado para reduzir a resposta inflamatória, minimizar a hemodiluição e o uso de sangue e derivados. Circuitos pediátricos e neonatais de volume reduzido, oxigenadores com filtros arteriais integrados, dispositivos de ultrafiltração, drenagem venosa assistida por vácuo, gasometria arterial e venosa in-line, monitorização contínua de saturação venosa central e lactatemia são alguns dos avanços mais notáveis.

Foto: Circuito de CEC montado para o procedimento cirúrgico (arquivo pessoal).

Atualmente os fluxos são mantidos entre 2,0 a 3,0 Lminm2, o que está associado a menor risco de lesão renal aguda pós-CEC. Além disso, a tecnologia favorece o seguimento adequado da perfusão tecidual e entrega tecidual de O2 durante a CEC, limitando potenciais efeitos deletérios associados a má perfusão transitória.

CEC e ECMO são componentes essenciais do tratamento cirúrgico e no suporte cardiopulmonar em pacientes com doenças cardiovasculares agudas e crônicas. A constante evolução tecnológica visa minimizar riscos cirúrgicos e melhorar desfechos clínicos, com redução da mortalidade em cirurgia cardíaca para perto de 0%. Espera-se que a utilização de sistemas como ECMO e dispositivos de assistência ventricular de longa permanência abram caminho para o desenvolvimento de novos sistemas para o tratamento de diversas patologias cardiovasculares e pulmonares.

MENSAGENS CENTRAIS

– O desenvolvimento da CEC representou a maior mudança de paradigma na história da Cirurgia Cardíaca, possibilitando o tratamento das doenças intracardíacas e contribuindo para um entendimento mais completo de anatomia e fisiopatologia cardiovasculares.

– Esse avanço científico está apoiado em inovações tecnológicas, brilhantismo cirúrgico, pioneirismo e coragem.

– John Gibbon, C. Walton Lillehei e John Kirklin pavimentaram o caminho para procedimentos cardíacos bem-sucedidos, reprodutíveis e seguros.

– Essa tecnologia é usada atualmente na grande maioria dos procedimentos cirúrgicos e pode fornecer suporte prolongado para portadores de insuficiência cardiopulmonar aguda ou crônica.

Referências:

Holman W, Timpa J, Kirklin J, et al. Origins and Evolution of Extracorporeal Circulation. J Am Coll Cardiol. 2022 Apr, 79 (16) 1606–1622. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2022.02.027

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Sobre o autor

Paola Keese Montanhesi

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