Cirugía Cardíaca

Circulación Extracorpórea (CEC): ¡Lo que todo médico necesita saber!

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Un bello conjunto de esfuerzos científicos, observación clínica, pionerismo y coraje resultó en la creación y desarrollo de la Circulación Extracorpórea (CEC) como es conocida actualmente. La CEC es considerada uno de los más impactantes avances de la medicina moderna, ya que permitió la evolución de procedimientos intracardiácos y un mejor entendimiento de la fisiopatología y anatomía cardiovasculares. Los marcos de esa ardua pero victoriosa jornada están resumidos a continuación:

Búsqueda básica, dedicación y brillantez: Los primeros pasos de la CEC

En 1885, Frey y Gruber realizaron la primera tentativa de construir un sistema para intercambio gaseoso en tejidos vivos. Sus pruebas demostraron que el intercambio gaseoso podría obtenerse por exposición directa de la sangre a los gases. Con base en ese modelo, fisiólogos, expandieron sus conocimientos en corazones saludables y su entendimiento sobre enfermedades cardiovasculares.

Se hizo posible el soporte de órganos aislados, sin embargo, algunas dificultades se tornaron evidentes: mantener un sistema estéril, reproducir el flujo pulsátil; definir los componentes de la solución de la perfusión de los órganos, garantizar el intercambio gaseoso, prevenir la formación de espuma en la sangre y embolización gaseosa; eliminar detritos e impurezas, controlar adecuadamente el flujo en el sistema. Esas dificultades fueron gradualmente solucionadas con la evolución de los sistemas experimentales.

El descubrimiento de la Heparina fue un factor fundamental en la evolución de la CEC y de la cirugía cardíaca. En seguida, el inicio de la utilización de Protamina para reversión de la Heparina auxilió en el control del sangrado post operatorio.

La primera patente de una bomba de rodillos data de 1855, habiéndose utilizado con fines sanitarios, en la agricultura y en la industria. DeBakey y Schmidt adaptaron los modelos existentes para diseñar la bomba rotacional de rodillo doble, que se convirtió en el modelo dominante en el inicio de la era de la CEC. En la secuencia fueron creadas las bombas centrífugas, disponibilizadas para CEC en el fin de la década de 1960.

Foto: Bomba de rodillo

Otro componente fundamental de la CEC, el oxigenador, fue creado para imitar el intercambio gaseoso alveolar. Distribuye la sangre venosa uniformemente por una superficie en finas laminas y permite el intercambio gaseoso mientras previene el daño celular. Tres diferentes tipos de oxigenadores fueron inicialmente diseñados para favorecer el intercambio gaseoso, siendo el oxigenador de Membrana el modelo más utilizado actualmente.

Uso de la CEC en Cirugía Cardíaca: Una historia de coraje y pionerismo:

Alrededor de 1950, quedo claro que los defectos intracardiácos necesitaban de soporte circulatorio para su corrección. Con la inversión masiva en el área de la salud después del fin de la Segunda Guerra Mundial, la Cirugía Cardíaca y la CEC tuvieron un importante avance.

Fue en ese contexto que John H, Gibbon desarrollo la primera CEC para el uso clínico. El sistema fue utilizado por la primera vez por Clarence Dennis en la Universidad de Minnesota, aunque infelizmente el paciente no sobrevivió.

Otros modelos de CEC mostraron resultados iniciales desalentadores debido a la inexperiencia de los cirujanos con técnicas de canulación y con el equipo de CEC además del limitado entendimiento de la fisiopatología cardiovascular.

En 1953, John Gibbon realizó la primera cirugía cardíaca con CEC exitosa en el mundo, una corrección de comunicación interatrial en una mujer de 18 años. Los casos siguientes tuvieron el mismo éxito, lo que llevó a Gibbon a compartir sus proyectos con John Kirklin, de la clínica Mayo.  Kirklin reunió un grupo de cirujanos e ingenieros y modifico el circuito de la CEC desarrollado por Gibbon, incluyendo nuevas funcionalidades y mejorando su desempeño. En 1955, su grupo realizó la primera serie de casos exitosos de la historia.

Simultáneamente, en la Universidad de Minnesota, Lillehei desarrolla el concepto de la Circulación Cruzada para la corrección de cardiopatías, utilizando otro individuo como «soporte circulatorio». A pesar del suceso inicial, está técnica no mostró ser viable a gran escala.

Los estudios de Lillehei fueron precursores del oxigenador por burbujas, usado por la primera vez en 1955, y crearon la base para el desarrollo de otros modelos de oxigenadores. Desarrollados a mediados de los años de 1970, los oxigenadores de membrana fueron diseñados para exponer la sangre a una membrana semipermeable, evitando el contacto directo de la sangre con los gases y reduciendo el trauma celular, así como la respuesta inflamatoria.

El mayor avance en esa categoría ocurrió en 1982 con la creación de los oxigenadores de fibras huecas, fabricadas con membranas microporosas de polipropileno. La superficie de contacto de los oxigenadores pasó a ser tratada con diversas substancias para aumentar la eficacia del intercambio gaseoso y se convirtieron en más biocompatibles, permitiendo el uso prolongado como en los casos de Oxigenación por membrana extracorpórea (ECMO).

Theodore Kolobow fue el pionero en el desarrollo de la ECMO alrededor de 1970. Con la ayuda de ingenieros, la ECMO se desarrolló y expandió además para la cirugía cardiovascular.

Foto: Circuito de ECMO listo para implante

Escenario Actual y Perspectivas Futuras  

Con la constante evolución tecnológica, el diseño de los circuitos de la CEC fue adaptado para reducir la respuesta inflamatoria, minimizar la hemodilución y el uso de sangre y derivados. Circuitos pediátricos y neonatales de volumen reducido, oxigenadores con filtros arteriales integrados, dispositivos de ultrafiltración, drenaje venoso asistido por vacuum, gasometría arterial y venosa in-line, monitorización continua de saturación venosa central y lactatemia son algunos de los avances más notables.

Foto: Circuito de CEC montado para el procedimiento quirúrgico

Actualmente los flujos son mantenidos entre 2,0 a 3,0 L/min/m², lo que esta asociado a un menor riesgo de lesión renal aguda post CEC. Además, la tecnología favorece el seguimiento adecuado de la perfusión tecidual durante la CEC, limitando potenciales efectos deletéreos asociados a la mala perfusión transitoria.

La CEC y la ECMO son componentes esenciales del tratamiento quirúrgico y en el soporte cardiopulmonar de pacientes con enfermedades cardiovasculares agudas y crónicas. La constante evolución tecnológica tiene como objetivo minimizar riesgos quirúrgicos y mejorar los resultados clínicos, con la reducción de la mortalidad en cirugía cardíaca a cerca del 0%.

Se espera que la utilización de sistemas como ECMO y dispositivos de asistencia ventricular de larga permanencia abran caminos para el desarrollo de nuevos sistemas para el tratamiento de diversas patologías cardiovasculares y pulmonares.

MENSAJES CENTRALES

  • EL desarrollo de la CEC representó el mayor cambio del paradigma en la historia de la cirugía cardiaca, haciendo posible el tratamiento de las enfermedades intracardiácas y contribuyendo para un entendimiento más completo de la anatomía y fisiopatología cardiovasculares.
  • Este avance científico esta apoyado en innovaciones tecnológicas, brillantez quirúrgica, pionerismo y coraje.
  • John Gibbon, C.Walton Lillehei y John Kirklin edificaron el camino para procedimientos cardíacos exitosos, reproducibles y seguros.
  • Esta tecnología es usada actualmente en la gran mayoría de los procedimientos quirúrgicos  fortaleciendo el soporte prolongado para pacientes portadores de insuficiencia cardiopulmonar aguda o crónica.

Referencia:

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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Gabriela Carolina

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