Procedimiento, complicaciones y ventajas de la oxigenación extracorpórea

Procedimiento, complicaciones y ventajas de la oxigenación extracorpórea

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La aplicación de la bomba extracorpórea de oxigenación de membrana en la posición arteriovenosa en pacientes adultos con insuficiencia respiratoria severa y función hemodinámica estable se aplica y mantiene fácilmente, con una mejoría significativa en la oxigenación y la remoción de gas carbónico. Este sistema también puede ser aplicado en los bebés recién nacidos, concluye JF Gandolfi en una revisión publicada.

Algunas máquinas de oxigenación extracorpórea se han desarrollado con el objetivo de suplir las funciones del corazón y de los pulmones, como son las de bombear la sangre a través del sistema circulatorio, la oxigenación y remoción del dióxido de carbono de la sangre y el mantenimiento del pH sanguíneo en niveles fisiológicos. Son sistemas externos que permiten la derivación de la sangre fuera del organismo para la desconexión temporal del corazón o de un segmento circulatorio vascular en cirugía cardiaca o de las grandes arterias. También se utilizan como una alternativa no invasiva al tratamiento convencional con ventilación mecánica de los pacientes con síndrome de dificultad respiratoria o insuficiencia respiratoria.

A partir del primer modelo de una máquina corazón-pulmón desarrollado por Juan Gibbon en 1936 se han introducido innumerables modificaciones para corregir las complicaciones que han surgido con su utilización, principalmente por el contacto directo de la sangre con el oxígeno y las superficies no endoteliales.

En 1944 se introdujo el concepto de intercambio de gas a través de una membrana sintética y en 1958 se usó con éxito el oxigenador de membrana, el cual eliminó el contacto directo de la sangre y el gas. Las mejoras tecnológicas de los biomateriales permitieron el intercambio más rápido del gas y la reducción de la superficie de la membrana, necesaria para oxigenar los pacientes. En 1972 se reportó por primera vez la utilización con éxito de una unidad extracorpórea con membrana en un adulto y en 1975 en un niño recién nacido con insuficiencia respiratoria aguda; y posteriormente en niños mayores en quienes la terapia convencional con ventilación mecánica había fallado. La supervivencia que en un principio fue baja aumentó notablemente con estos cambios.

Procedimiento
Usualmente la ventilación extracorpórea se hace estableciendo una desviación veno-venosa o veno-arterial de toda la circulación, por medio de una máquina cardio-pulmonar. Incluye una bomba de sangre arterial, el oxigenador, el regulador de calor, un reservorio, tubos extracorpóreos, filtros, controles, monitores y dispositivos de seguridad.

Durante la derivación (bypass) cardio-pulmonar, la sangre que debería retornar al corazón proveniente de las venas cavas es llevada a una cánula plástica a través de un tubo desechable pre estéril hacia la bomba arterial. Una membrana oxigenadora es usualmente colocada después de la bomba para que la resistencia haga que la sangre sea bombeada hacia ella, logrando una mejoría significativa en la oxigenación y el retiro del bióxido de carbono. Un reservorio venoso recibe el retorno venoso y sirve de atrium para la bomba arterial, que bombea la sangre a través del oxigenador y al interior del paciente. El paso de la sangre por el oxigenador y el regulador de calor permiten el intercambio del dióxido de carbono removido de los tejidos por oxígeno y regula la temperatura. La sangre oxigenada retorna luego al paciente, a través de la aorta, haciendo una derivación completa del corazón y los pulmones.

La bomba digital es un modelo sin válvula para la máquina de circulación extracorpórea. Unos cilindros metálicos en posición longitudinal comprimen sucesiva y coordinadamente, de manera alternativa, los tubos conductores de sangre e impulsan así la columna de sangre haciéndola progresar.

Otro tipo de bomba de perfusión extracorpórea usada para retornar la sangre arterial al paciente es la bomba centrífuga, que usa su fuerza centrífuga para mover la sangre a través del sistema. El flujo de salida de estas unidades debe ser medido por un sensor o una sonda dentro de la línea arterial. Estas bombas producen menos hemólisis que otras y pueden proveer protección en caso de sobre presurización del sistema por oclusión del tubo, además, previenen la administración de aire al paciente por remoción de las burbujas de aire por los filtros que contiene. Algunas bombas pueden proporcionar flujo pulsátil.

Oxigenación: El oxígeno difunde del compartimiento del gas a la sangre que fluye por el sistema, mientras que el bióxido de carbono difunde de la sangre, y después es lavado del oxigenador por el flujo de oxígeno. Es importante remover las burbujas de oxígeno de la sangre antes de introducir la sangre oxigenada al paciente, para ello se han diseñado sistemas de oxigenación que dejan correr capas delgadas de sangre sobre amplias superficies plásticas (polietileno, polivinilo) y que permiten el paso de la sangre a través de membranas o tubos finos porosos para el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono.

En la actualidad se utilizan diferentes sistemas para el transporte de oxígeno --oxigenación arterial-- durante la circulación extracorpórea. El oxigenador de burbuja oxigena la sangre con minúsculas burbujas de oxígeno, se usa en procedimientos cortos, pues puede aumentar la incidencia de embolia, la lesión sanguínea y la desnaturalización de las proteínas cuando se utiliza por periodos largos. En el oxigenador de membrana el oxígeno está separado de la sangre por una membrana plástica semipermeable que permite el paso del gas oxigenante. El oxigenador de discos rotatorios contiene muchas placas paralelas de acero y una varilla tubular central, para la entrada y salida de la sangre y el aporte de oxígeno. La sangre venosa derivada de las venas cavas, que desciende por gravedad, se extiende sobre los discos rotativos hasta formar una película y después se carga con oxígeno; unas bombas rotatorias la devuelven a los vasos ilíacos, haciéndola pasar previamente por un regulador térmico y un filtro.

Hay tres tipos principales de oxigenadores de membrana: de placa, espiral y fibra hueca. Todos tienen un diseño interno que expone los glóbulos rojos al oxígeno permitiendo que caigan libremente. El de placa utiliza las hojas planas, de varias capas de la membrana hechas de polipropileno microporoso y dobladas como un acordeón. El gas y la sangre fluyen en los lados opuestos de la membrana, típicamente en una dirección a contracorriente.

Los oxigenadores de membrana han tenido un alto grado de aceptación clínica especialmente en procedimientos prolongados. Esto se debe en parte al desarrollo de nuevos materiales como el polimetilpenteno (PMP) que han sido utilizados para la fabricación de la fibra con la que se puede construir una membrana más densa, que han mejorado la distribución de los poros, lo que evita el contacto directo de la sangre y el aire o el oxígeno, elimina totalmente el paso de plasma a través de los poros, aumenta la eficiencia del oxigenador y reduce el trauma sanguíneo. Debido a que el dióxido de carbono es más soluble que el oxígeno y el nitrógeno, cuando se llena el circuito de los oxigenadores de membrana con dióxido de carbono antes del fluido, se evita la formación de burbujas de aire.

Los oxigenadores necesitan un sistema de suministro de gases, al menos una fuente de oxígeno (aire y algunas veces dióxido de carbono), reguladores de flujo y flujómetros. Para lograr el máximo beneficio se debe colocar un reservorio colapsible en el circuito. Puede incorporarse en el circuito un analizador de oxígeno, un microfiltro y un regulador de calor integral para controlar la temperatura de la sangre. Los oxigenadores en posición veno-arterial inducen una mejoría considerable en los niveles de saturación de oxígeno.

Aunque los oxigenadores de burbuja son generalmente menos traumáticos a la sangre que los oxigenadores de membrana, el flujo, la presión negativa, y la propensión del sistema de succión al alto contenido de aire que se mezcla con la sangre son particularmente traumáticos si la succión no es controlada. Tales características pueden disminuir las ventajas de estos oxigenadores.

Reguladores de calor: Han sido diseñados para añadir o remover calor de la sangre a través del control de la temperatura corporal. Durante su flujo por el circuito extracorpóreo, la sangre se enfría y se debe calentar para evitar el enfriamiento del paciente. Para mantener la temperatura deseada en el regulador de calor, una mezcla de agua regula la entrada de agua calienta y tibia. El mezclador incluye un termómetro y una válvula de reserva de presión.

Actualmente los reguladores de calor hacen parte integral de los oxigenadores, se sitúan cerca a la sección de intercambio de gases del circuito para minimizar el riesgo de microburbujas de gas en la sangre, que pueden ocurrir si la sangre es calentada después de saturarse de gas, y algunas veces entre la cámara de burbuja o el oxigenador de burbuja.

Una fuente de agua caliente y fría, un regulador, y un sensor de temperatura son requerimientos suplementarios para el sistema.

Después de la oxigenación, la sangre es bombeada en el cuerpo a través de una cánula colocada en la aorta ascendente o la arteria femoral a una velocidad que depende de los requisitos fisiológicos del paciente.

Complicaciones de la oxigenación extracorpórea
Como soporte circulatorio, la oxigenación extracorpórea puede producir hemólisis, alteraciones de la coagulación, aumento de la respuesta inflamatoria y complicaciones técnicas. En algunas oportunidades se puede presentar embolismo de aire.

La hemólisis puede reducirse minimizando la aspiración de aire, utilizando una menor tasa de flujo, evitando la generación de altos grados de presión negativa y con el uso de una forma de succión controlada.

Las alteraciones de la coagulación pueden ser causadas por el aumento en la degradación de la fibrina y la presencia de coágulos de sangre en el circuito, además de la reducción de los niveles de fibrinógeno. La respuesta inflamatoria es causada por la activación leucocitaria y la liberación de citoquinas que puede empeorar la situación del paciente aun más.

La hemólisis, la trombocitopenia, y la lesión plaquetaria y leucocitaria pueden resultar del contacto con las superficies extrañas y la turbulencia dentro del circuito extracorpóreo. Estos daños probablemente son más severos durante los procedimientos largos.

Entre las complicaciones técnicas inherentes a este procedimiento de alto riesgo y costo se incluyen: fallas en el oxigenador, problemas con la cánula, tubos, bomba y el intercambiador de calor.

Cierto daño de la sangre es inherente a todos los procedimientos de perfusión. Para reducir los inconvenientes del trauma mecánico de la sangre durante los procedimientos prolongados de asistencia pulmonar extracorpórea, se puede usar el gradiente de la presión arteriovenosa del paciente para impulsar la sangre a través del sistema. La introducción de circuitos extracorpóreos cubiertos con heparina aumentó la biocompatibilidad entre la sangre del paciente y las superficies sintéticas, la inhibición de la coagulación sanguínea y redujo la inflamación sistémica. Esto, sumado a una mejor tecnología de estos equipos, ha hecho que la tasa de mortalidad después de asistencia pulmonar extracorpórea en los pacientes adultos se reduzca.

Las medidas más importantes contra el embolismo de aire son la vigilancia continua, un filtro extracorporal correctamente instalado y los detectores.

Seguridad del sistema
La seguridad y la confiabilidad de las unidades han sido mejoradas mediante los adelantos tecnológicos, tales como el desarrollo de membranas microporosas del polipropileno para la oxigenación y la introducción de componentes desechables. Además, los componentes desechables han reducido el tiempo y el trabajo implicado en la limpieza y la preparación del equipo y eliminaron el peligro de la contaminación cruzada por los patógenos de la sangre, tales como hepatitis B y VIH, por la exposición al equipo contaminado.

Ventajas de las bombas arteriovenosas de perfusión
Las bombas arteriovenosas de perfusión son sencillas, fáciles de instalar y relativamente seguras; no requieren cuidado intensivo o técnico muy especializado; tienen un bajo costo; reducen los riesgos de embolia cerebral; no aumentan la sobrecarga cardiaca cuando el flujo se mantiene constante; preservan el flujo sanguíneo en varios órganos; revierten el espasmo pulmonar por el efecto vasodilatador que tiene la oxigenación de la sangre pulmonar sobre los esfínteres arteriolares; pueden promover la curación del parénquima pulmonar; y eliminan el trauma de los componentes de la sangre producido por el mecanismo de bombeo.

Los avances técnicos en electrónica han hecho estos sistemas más fáciles de usar. Los controladores computarizados de perfusión pueden supervisar la temperatura basal y la presión sanguínea, el sistema de protección de émbolos de aire y el sistema de cardioplejia, y pueden alertar sobre problemas o peligro inminente para el paciente. En algunos modelos, el sistema de protección de émbolos de aire puede detener el bombeo arterial.

Los beneficios de la técnica son evidentes, especialmente en aquellas situaciones en las que los métodos ventilatorios convencionales no son suficientes para mantener a los recién nacidos y los bebés hemodinámicamente estables ante la insuficiencia respiratoria.

Recomendaciones de uso
La mayoría de las unidades fabricadas hoy consisten en componentes modulares que caben en una consola portátil. Para su óptima utilización se recomienda comprobar que todas las conexiones estén aseguradas firmemente y que los tubos no estén torcidos ni prensados; ajustar correctamente la perfusión, la oxigenación y las tazas de succión, y reinspeccionar cada componente del sistema antes de comenzar el procedimiento. Varios equipos controlan y monitorean diferentes aspectos de la perfusión.

Lecturas recomendadas:

  • Gandolfi JF, Braile DM Perspectiva de aplicação clínica da oxigenação extracorpórea por membrana (ECMO) sem auxílio circulatório em recém-nascidos. Rev Bras Cir Cardiovasc 2003; 18(4): 359-363

  • Ecri. Heart-Lung Bypass Units; Oxygenators, Extracorporeal Bubble/Membrane; Pumps, Extracorporeal Perfusion. 2003

  • Rozmiarek AJ, Qureshi FG, et al. How low can you go? Effectiveness and safety of extracorporeal membrane oxygenation in low-birth-weight neonates. J Pediatr Surg 2004; 39: 845-847

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