Revista Latinoamericana de Tecnología Extracorpórea

Since the earlier times, investigators have been searching for ways to establish the lowest priming volume for neonates and infants perfusion circuits. The early generation of bubble oxygenators had large priming volumes, and produced very high plasma hemoglobin levels,whereas the second generation of membrane oxygenators e.g., flat plate types,were capable of producing less trauma. Both types however, required a prohibitive priming for small patients.

Clinicians in the early days of cardiopulmonary bypass had no other alternatives but to use bubble oxygenators, which required high prime volumes made up of crystalloid (clear primes) solutions with additives such as glucose, albumin 5%, 25%, and plasma protein fractions to raise oncotic pressure. Hemodilution was high and required several measures to reduce its inconveniences.

As the search for a reduction in prime volume continued, significant advances were made in the development of smaller membrane oxygenators, surgical techniques and postoperative care. This prompted an increase in the number of surgical procedures performed in neonates and small infants with more complex congenital heart lesions. Many of these children presented for surgical correction in their first weeks of life and some even within a few days.

Two centers have designed miniaturized circuits that allow for a CPB with a minimum prime and with no blood transfusion post CBP in a large percentage of their cases.

Special circuits can be of help to minimize hemodilution and the use of blood products in neonatal and infant cardiopulmonary bypass.

Desde longa data, os investigadores tem buscado meios de estabelecer o menor prime para os cicuitos de perfusão de neonatos e lactentes. As primeiras gerações de oxigenadores de bolhas necessitavam de grandes primes e produziam níveis de hemoglobina plasmática muito elevados, enquanto a segunda geração de oxigenadores de membranas, como os de membranas planas, eram capazes de produzir menos trauma. Ambos os tipos, contudo, necessitavam de um volume proibitivo de prime, para os pequenos pacientes.

Os perfusionistas nos primeiros dias da circulação extracorpórea não tinham outra alternativa a não ser usar os oxigenadores de bolhas, que necessitavam de grandes volumes de prime de soluções cristaloides, com aditivos tais como glicose, albumina a 5 ou 25% e frações de proteinas plasmáticas, para elevar a pressão oncótica. A hemodiluição era elevada e necessitam várias medidas para reduzir os seus incovenientes.

À medida que a busca para a redução do volume de prime continuava, avanços significativos foram feitos no desenvolvimento de menores oxigenadores de membranas, nas técnicas operatórias e nos cuidados pós-operatórios. Isto prontificou um aumento no número de procedimentos cirúrgicos realizados em neonatos e pequenos lactentes com cardiopatias congênitas mais complexas. Muitas dessas crianças se apresentavam para a correção cirúrgica dentro das primeiras semanas de vida e algumas, mesmo, nos primeiros dias.

Dois centros desenvolveram circuitos miniaturizados que permitem a perfusão com um prime mínimo e sem transfusão de sangue após a CEC, em um grande percentual de casos.

Circuitos especiais podem ser úteis para minimizar a hemodiluição e o uso de derivados do sangue na perfusão de neonatos e lactentes.

Desde os primórdios da tecnologia da circulação extracorpórea, os investigadores tem buscado modos de estabelecer o prime mais baixo para os circuitos de perfusão para neonatos e lactentes. Entre os anos de 1937 e 1939, o pai da circulação extracorpórea, como é conhecido hoje, o Dr. John Gibbon, desenvolveu um oxigenador de cilindro vertical giratório experimental, para a perfusão da espécie mais facilmente disponível à época: "gatos".

O aparelho era capaz de manter a circulação de um gato de 3 kg, enquanto a sua artéria pulmonar era parcialmente ocluída (Figura 1). O aparelho também era capaz de manter toda a circulação, durante períodos de oclusão completa da artéria pulmonar, por até 20 minutos, com sobrevida do animal [1]. O volume do priming do aparelho era de 90 ml, com um fluxo operacional de 500 ml/min. Esta conquista portentosa abriu os caminhos para a era da cirurgia cardíaca aberta por meio da circulação extracorpórea. Gibbon subseqüentemente realizou o primeiro fechamento de uma comunicação interatrial com sucesso, em uma jovem de 18 anos de idade, em 6 de Maio de 1953, usando um novo e aperfeiçoado oxigenador de telas vertical [2]. O Dr. John Gibbon conseguiu tornar realidade, o que uma vez fora um sonho impossível.

Fig.1. Mary Gibbon e Charles Kraul, competentes técnicos do Dr. Gibbon, realizando um experimento estéril na Universidade da Pensilvânia.

Em 1950, Clark, Gollan e Gupta [3] introduziram um oxigenador pediátrico experimental, capaz de oxigenar o sangue por um método de dispersão de gás (o primeiro sistema a usar um agente silicone desborbulhador). O aparelho tinha um permutador de calor integrado e um volume de prime baixo, adequado a lactentes. Este foi o precursor de todos os oxigenadores de bolhas posteriormente desenvolvidos.

No início dos anos setenta, a companhia Travenol introduziu um oxigenador de membranas infantil. A unidade media 28 x 3,5 cm, era composta de 0,75 m2 de lâminas de silicone dobradas e reforçadas, com 5 mm de espessura e espaçadores de telas de plástico trançado. A área de membrana era de 7.500 cm2 e o dispositivo podia transferir 40 ml de oxigênio/m2/min a um fluxo sanguíneo de 300 ml/min. Este oxigenador foi inicialmente designado "STX290", pelo fabricante [4] e, posteriormente, foi re-nomeado "Modulung". O dispositivo foi inicialmente usado clinicamente pelo Dr. Sugg e colegas [4a], na Escola de Medicina do Sudoeste da Universidade do Texas (Figura 2), para a perfusão de um bebê prematuro com 1,7 Kg, portador de uma forma obstrutiva de drenagem anômala total das veias pulmonares; um recorde para a perfusão de um neonato daquele tamanho àquela época.

Fig. 2. Dr. Sugg examina um oxigenador pediátrico, cujo pequeno tamanho julgou adequado.

Contudo, o bebê faleceu no décimo primeiro dia pós-operatório de causas não relacionadas à cirurgia. A correção desse tipo de defeito na época habitualmente tinha um risco de mortalidade de 80%.

A primeira geração de oxigenadores de bolhas necessitava de grandes volumes de prime e produzia níveis plasmáticos de hemoglobina, usualmente na faixa de 50 a 100 mg%, enquanto a segunda geração de oxigenadores de membranas, ou seja, com membranas planas, "Lande-Edwards e GE Peirce Dual Lung", os níveis plasmáticos de hemoglobina alcançavam a faixa de 5 a 10 mg%. O oxigenador de membranas descartável Travenol foi essencialmente o prineiro oxigenador pediátrico produzido comercialmente para uso clínico.

A tecnologia da circulação teve avanços significativos durante o último meio século, para uso rotineiro durante a correção cirúrgica de anomalias adquiridas e congênitas. Infelizmente, a perfusão pediátrica não apresentou o mesmo sucesso que a perfusão de adultos, em muitas áreas. Isto é especialmente importante quando se considera a relação entre o volume sanguíneo do paciente e o volume do prime da bomba. A principal razão é que os fabricantes até então, não haviam concentrado seus esforços no desenvolvimento de biomateriais mais eficientes, capazes de permitir um aumento da área da superfície dos oxigenadores e permitir uma troca gasosa eficiente em unidades compactas, mais adequadas ao uso de neonatos e lactentes.

Historicamente, a maioria dos volumes de prime dos oxigenadores para neonatos e lactentes varia entre 800 e 1000 ml [5,6,7,8,9]. Contudo, recentemente, muitos centros cardíacos tem tentado reduzir acentuadamente os seus circuitos, com o objetivo de dimiuir o volume de prime, diante dos riscos inerentes associados à hemodiluição extrema. Por exemplo, se um neonato de 3 kg com uma volemia estimada de 85 ml/kg é colocado em perfusão com aqueles volumes de priming, resultaria em uma significativa hemodiluição de mais de 300 %, e, certamente, seria necessário transfundir sangue após a perfusão.

Nos primórdios da circulação extracorpórea, não havia outra alternativa, a não ser o uso dos oxigenadores de bolhas (Figura 3) que requeriam grandes volumes de soluções no priming (soluções acelulares) com aditivos como glicose, albumina a 5%, 25%, dextran 40 e 70, hidroxietilstarch 6% e frações de proteinas do plasma [11,12,13,14], para elevar a pressão oncótica.

Fig. 3. Shiley S-070 oxigenador de bolhas para uso pediátrico.

A hemodiluição tem vantagens e desvantagens. As vantagens involvem a redução da concentração de hemácias, durante a CEC e a redução da viscosidade do sangue durante a hipotermia profunda e a parada circulatória [15], a redução do hematócrito em crianças cianóticas [16], a melhor perfusão dos órgãos, menor resistência vascular periférica, especialmente no início da perfusão, quando a pressão arterial cai abaixo dos valores fisiológicos considerados normais [16,17].

À medida que a busca da redução do prime continua, avanços significativos foram feitos no desenvolvimento de menores oxigenadores de membranas, nas técnicas cirúrgicas e nos cuidados pós-operatórios. Isto prontificou um aumento no número de procedimentos cirúrgicos realizados em neonatos e alguns lactentes com cardiopatias congênitas mais complexas. Muitas dessas crianças foram encaminhadas para a cirurgia durante as primeiras semanas de vida [5,7,8] e algumas delas, dentro dos primeiros dias. A maioria dessas crianças tem o peso entre 3 e 5 kg, e um volume sanguíneo circulante inferior ao volume necessário para encher o circuito da circulação extracorpórea [6,7,8]. Em 1990, Groon e colegas [10] publicou um pesquisa de 127 hospitais que realizavam cirurgia cardíaca neonatal, de lactentes e pediátrica, nos Estados Unidos. Um total de 11.417 casos foram relatados. A idade dos pacientes variou de 1 dia a 18 anos; 15,4% tinham menos de um mês de idade, 29% estavam entre 1 mês e um ano de vida e 33,8% tinham entre 1 e 4 anos de idade.

As desvantagens da hemodiluição extrema tem sido relatadas em vários estudos que demonstram que quando pequenos lactentes são muito diluídos, resultam sérios efeitos colaterais, incluindo alterações da cascata da coagulação, com potencial para desenvolver hemorragias no pós-operatório imediato [18]. Além disso, existe uma significativa redução da pressão oncótica [19], de até cerca de 50%, devido ao afluxo de água do espaço intravascular e um afluxo de albumina das reservas periféricas, com grandes desvios dos líquidos extracelulares e acúmulo de líquido intersticial [20]. O hematócrito também é reduzido o que pode diminuir a capacidade de transporte de oxigênio do sangue [21,22]. Iso também pode produzir um estado hiperdinâmico após a saída de perfusão com débito cardíaco elevado, resistência vascular baixa, e a necessidade de excessiva reposição de líquidos [23], edema pulmonar [20], liberação de hormônios ligados ao stress que ativam o sistema do complemento [26,27] e imunosupressão, com risco de infecção aumentado [26.a]. Existe ainda uma redução dos níveis das frações IgM, IgA e IgG e da capacidade de opsonização [27]. As catecolaminas séricas também podem estar reduzidas em virtude da hemodiluição, durante a CEC [28].

Também tem sido relatado que a hemodiluição extrema, ou mesmo a hemodiluição moderada com componentes cristaloides resulta em hiperglicemia e fluxo osmolar [29], edema miocárdico iatrogênico e redução da complacência, do desempenho e da perfusão ventricular [30]. Por exemplo, se um neonato é perfundido com um volume de prime de 650 a 750 ml, incluindo sangue total para manter o hematócrito acima de 20%, pode ocorrer uma redução dos fatores da coagulação da ordem de 50% e redução da contagem das plaquetas para 70% dos valores iniciais [31]. Além disso, o perfil da coagulação é subsequentemente alterado como resultado do subdesenvolvimento hepático que persiste até as duas primeiras semanas de vida, com redução da concentração dos fatores da coagulação. Os níveis da antitrombina III e do fibrinogênio são aproximadamente 50% menores que a concentração encontrada nos indivíduos adultos [32,33]. Uma revisão da literatura mostrou que a hemodiluição extrema desempenha um papel importante na redução da concentração do magnésio, cálcio e albumina, que persiste por vários dias, após a perfusão [34]. Os efeitos negativos não são alterados pela adição de concentrado de hemácias (para obter um hematócrito de 35%) nem pelo aumento da osmolaridade com a adição de manitol [30].

As proteinas plasmáticas são diluidas; isso resulta em uma significativa queda da sua capacidade tampão [36]. A diluição dos fatores de coagulação resulta em prolongamento dos valores do TCA e heparinização inadequada, capaz de levar à um aumento na atividade coagulante e uma tendência à promover uma diátese hemorrágica pós CEC [37]. Em adição, aumenta o "leak" capilar, que resulta em edema tissular, disfunção de órgãos e aumento da morbidade relativa às funções pulmonares, cardíacas e do sistema nervoso central [338].

Para contrabalançar os efeitos adversos da hemodiluição extrema nos neonatos e lactentes, historicamente adicionamos sangue ou concentrado de hemácias ao perfusato e infundimos plaquetas, plasma fresco congelado e crioprecipitado, ao final da perfusão [39,40]. Contudo, essa prática introduz os riscos adicionais e os problemas, já bem documentados, da exposição à múltiplas doenças trasnmitidas pelas transfusões, tais como a síndrome da imunodeficiência humana adquirida (HIV), síndrome do sangue homólogo por citomegalovírus, hepatites B e C, leucemia por células T e outras doenças infecciosas, ou uma fonte de infecção por vírus [26a,41,44]. Existe um risco adicional com as reações às transfusões que podem se manifestar imediatamente, ou mais tardiamente, devido à resposta hemolítica. Sobrecarga de eletrolitos, sódio, potássio e lactato existentes no sangue estocado também podem ser detrimentais à esses pequenos pacientes [39,40].

Substanciais esforços tem sido feitos nos últimos anos para equacionar o problema dos volumes de priming para neonatos e lactentes, como o objetivo de minimizar ou prevenir os efeitos mórbidos da hemodiluição extrema. Estes tem sido descritos na literatura [9,45,46,48,49]. Nós vamos discutir os microcircuitos e o baixo prime usados em dois centros cardíacos diferentes. Ambos os centros, inicialmente reduziram o comprimento e o diâmetro dos tubos do circuito extracorpóreo e eliminaram os filtros de grandes volumes da liha arterial. Reposicionaram o circuitos extracorpóreo em relação ao átrio direito do paciente e usaram ou drenagem venosa assistida por vácuo ou drenagem por gravidade, desse modo, reduzindo substancialmente o comprimento da liha venosa. O uso de linhas venosa e arterial de 3/16" é um fator importante, com a adição de um filtro Pall biomedical padiátrico ou algum outro filtro de baixo volume na linha arterial. Contudo, o uso da drenagem venosa assistida por vácuo ainda é relativamente controverso.

Alguns centros preferem a drenagem por gravidade, porque é mais simples e não requer equipamento adicional, em um circuito já naturalmente complicado. Foi descrito que, tanto a drenagem assistida por bomba centrífuga, quanto a drenagem com auxílio de vácuo, podem determinar o aparecimento de ar no reservatório venoso e microembolia gasosa na linha arterial. Rider et al [46], em 1998, durante testes in vitro, relatou o aumento da transmissão de ar, embolia gasosa e microembolia, distal ao filtro arterial, que atravessa a linha arterial com o uso da drenagem venosa assistida e, principalmente, quando se usa a drenagem venosa assistida por bomba cinética. Existe também uma pressão negativa associada à drenagem venosa que pode aumentar a incid6encia de hemólise no grupo de neonatos, que pode resultar no subsequente aumento das necessidades de transfusões no pós-operatório.

Todo o circuito é colocado à mesma altura da mesa de operações e a drenagem venosa é obtida do paciente por aspiração. Duas linhas aspiradoras de 3/16" são montadas e conectadas ao reservatório e controladas por uma válvula inserida em uma linha de vácuo. A válvula permite a manutenção de uma pressão negativa estável (-15 a -30 mmHg). Os dispositivos de segurança incluem uma válvula de interrupção de altas pressões e um detector de bolhas gasosas colocado na saída do reservatório venoso que desliga a bomba arterial e clampeia a linha arterial, se o nível do reservatório venoso cái abaixo de um volume pré-determinado. O volume total de prime desse sistema é de aproximadamente 230-250 ml, que é consideravelmente menor que a maioria dos primes dos sistemas denominados de microcircuitos que estão em uso corrente (500-600 ml). Além disso, um hemoconcentrador é instalalado para ultrafiltração modificada (UFM), se houver qualquer perfusato residual no sistema.

A ultrafiltração convencional com o emprego dos filtros "Amicon" durante a circulação Extracorpórea tem sido usada na prática desde o início dos anos oitenta. O procedimento da UFM foi desenvolvido para reduzir os efeitos detrimentais da elevação da água corporal total, após a CEC [47], que resulta no que é conhecido como a "síndrome do extravasamento capilar", que produz aumento dos líquidos tissulares e contribui para mecanismos que variam desde a agressão direta da hemodiluição extrema até a sobrecarga hidrica e exacerbação da resposta inflamatória [47]. Esta síndrome também é associada com a resposta inflamatória sistêmica que ocorre após a CEC, especialmente em neonatos, lactentes e crianças maiores [51,52]. Os mediadores da resposta inflamatória à CEC persistem como uma causa importante de morbidade e mortalidade após a perfusão, especialmente em crianças [47,51]. A UFM pode ser instaurada a qualquer momento, durante e após a perfusão. Atualmente, nos Estados Unidos, apenas a "Minntech Corp" fornece hemoconcentradores para neonatos e pequenos lactentes. Também foi relatado que existe um outro aspecto positivo do uso dos hemoconcentradores. Vários dos mediadores inflamatórios que constituem moléculas suficientemente pequenas, podem atravessar a membrana altamente permeável dos hemoconcentradores [50,51,52,53].

Há outros estudos que indicam que a UFM melhora a recuperação metabólica cerebral, após a parada circulatória [53,55]. Jansen et al. [54] descreveram que a redução do volume de prime atenua a resposta hiperdinâmica, após a perfusão, em neonatos e nas crianças maiores. Bando et al. [56] também descreveram os benefícios da UFM e pacientes de alto-risco submetidos à operações para cardiopatias congênitas complexas.

O segundo centro de cirurgia cardíaca desenvolveu o seu microcircuito pela redução do diâmetro dos tubos, ao invés do comprimento e emprega a drenagem venosa por gravidade, por várias razões. Eles indicaram que a gravidade venosa é mais simples e não requer equipamento adicional para uma bomba já cheia de accessórios. O seu sistema é simples e pode ser usado rotineiramente, para todos os neonatos, com um volume de prime suficientemente baixo para manter um hematócrito pós-dilucional de 25%, com mínimas necessidades de transfusão ou mesmo, sem transfusões.

Oxigenador Cobe-Micro de Fibras Ocas.
Linha arterial ............ 1/8" D.I.
Linha venosa ............ 3/16" D.I.
Tubo dos roletes .......... 3/16" D.I.

Um pequeno segmento de tubo de 1/4" de D.I. (diâmetro interno) é conectado à linha venosa, junto à sua entrada no reservatório.
As linhas de cardiotomia (aspiradores) são de tubos de 3/16 de D.I., o mais curtas possíveis.
Eletrodos para a saturação de oxigênio e para o hematócrito são inseridos na linha venosa.
Um sensor de nível ligado à bomba arterial e um detector de bolhas que para a bomba arterial, se necessário, também são montados.

O volume total de priming é de aproximadamente 160 ml, para fluxos calculados de até 700 ml/min. Além disso, um hemoconcentrador de baixo priming é inserido no circuito e pode processar até 15 ml de perfusato residual deixado no circuito extracorpóreo. A diurese é manuseada agressivamente, após a saída de perfusão.

Plasmalyte
Albumina a 25% - 50 ml
Bicarbonato de sodio 5 mEq o 1/2 mEq/kg
Heparina - 500 UI
Manitol - 250 mg/kg
Aprotinina - 4,6 mg/kg
Cloreto de calcio - 50 mg/unidade de sangue fresco.
Se o hematócrito calculado é inferior a 20-25%, adiciona-se concentrado de hemácias.

Cardioplegia
Infusão de cardioplegia sanguínea 1:1 por um sistema Sorin BCD, com prime de 70 ml de sangue, que não é infundido ao paciente; é injetado para o "cell saver".

Nós ilustramos dois sistema, dentre muitos, que tentam equacionar o antigo problema da hemodiluição extrema nos grupos de neonatos e lactentes, que necessitam de circulação extracorpórea. Contudo, nós devemos nos lembrar que eles não alcançaram o objetivo essencial de resolver o problema. A experiência adquirida através desses primeiros passos, mostra a exequibilidade técnica de eliminar a hemodiluição extrema e conduzir a perfusão com segurança e sem acidentes, e sem necessidades de transfusões, após a CEC.

Darling e colegas [57] lembram que existem muitos problemas potenciais com a micro miniaturização dos circuitos extracorpóreos, especialmente aqueles com drenagem venosa assistida pelo vácuo. Alguns dos problemas foram identificados:

O circuito ideal para a perfusão de neonatos e lactentes ainda precisa ser desenhado e construído. Alguns aperfeiçoamentos dos circuitos em uso nos dias atuais tem permitido reduzir o prime e possívelmente levam à uma redução da resposta inflamatória.

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