Presentazione del caso

Una donna di 28 anni precedentemente sana è stata portata in ospedale dopo un arresto cardiaco rianimato fuori dall’ospedale attribuibile a fibrillazione ventricolare. La sera della presentazione, è stata trovata incosciente a casa dai membri della famiglia. La rianimazione cardiopolmonare del testimone (CPR) è stata avviata immediatamente. Il paziente è stato defibrillato sul campo dai fornitori di risposta medica di emergenza con il ritorno della circolazione spontanea. Ha aspirato durante l’intubazione sul campo, ed è arrivata in ospedale in stato di shock, con pressione sanguigna 88/71 mm Hg con norepinefrina 20 μg/min e vasopressina 0,04 U/min. Non aveva movimenti intenzionali e l’ipotermia terapeutica è stata avviata nel dipartimento di emergenza. Aveva un’acidosi metabolica e una concomitante insufficienza respiratoria acuta di tipo I, con PaO2 66 mm Hg in modalità volume-ciclo di assistenza/controllo con volumi correnti di 400 cc, FiO2 1,0, pressione positiva di fine espirazione 10 cm H2O, e una frequenza respiratoria di 26 respiri/min. Il suo ECG non ha dimostrato stigmate di ischemia o infarto. Tuttavia, un modello di Brugada di tipo I è stato notato nelle derivazioni V1 e V2 prima del raffreddamento.

Nel corso delle ore successive, i requisiti del vasopressore sono aumentati. Un catetere Swan-Ganz ha dimostrato un indice cardiaco gravemente depresso e un’elevata pressione del cuneo capillare polmonare. È rimasta gravemente ipossica nonostante il supporto massimo del ventilatore. La radiografia del torace ha mostrato infiltrati polmonari bilaterali diffusi, coerenti con una grave polmonite da aspirazione. La PaO2 è scesa a 49 mm Hg nonostante l’aumento della pressione positiva di fine espirazione e la paralisi chimica, soddisfacendo i criteri di Berlino per la sindrome da distress respiratorio acuto grave.1 Le opzioni per il supporto emodinamico percutaneo sono state considerate (compresa l’ossigenazione extracorporea a membrana o il dispositivo di assistenza ventricolare percutaneo, come Impella e TandemHeart), e il paziente è stato posto su ECMO veno-arterioso (VA ECMO) per il salvataggio emodinamico e respiratorio 6 ore dopo la presentazione.

Il bypass cardiopolmonare è stato sviluppato nel 1954 per facilitare la chirurgia a cuore aperto e utilizzato con successo 1 anno dopo.2,3 Anche se sostanzialmente diverso dai primi sistemi di bypass cardiopolmonare, l’ECMO si è evoluto dal bypass cardiopolmonare e fornisce un supporto cardiopolmonare prolungato al di fuori della sala operatoria. Con l’aumento dei progressi tecnologici e della sicurezza, gli usi dell’ECMO si sono ampliati, con un interesse crescente come supporto circolatorio e respiratorio combinato a breve termine nei pazienti con shock cardiogeno.4 Anche se potenzialmente salvavita, l’ECMO è invasivo, complesso, richiede molte risorse e può essere associato a gravi complicazioni. Questo aggiornamento clinico introdurrà la tecnologia ECMO, rivedrà le indicazioni e le controindicazioni, discuterà la gestione, compreso il mantenimento e lo svezzamento del supporto, e sottolineerà le potenziali complicazioni.

Il successo dell’implementazione e del monitoraggio dell’ECMO richiede un team multidisciplinare ben addestrato e con esperienza in questa tecnologia, tipicamente con specialisti di chirurgia cardiotoracica, cardiologia, perfusione, medicina intensiva, anestesiologia e assistenza respiratoria. Il circuito ECMO di base comprende cannule vascolari, una pompa, un ossigenatore esterno a membrana e uno scaldasangue (Figura). Il circuito può essere configurato sia con 2 cannule venose (ECMO venovenoso), sia con una cannula venosa e una arteriosa (VA ECMO). Nell’ECMO VV, il sangue viene tipicamente drenato dal corpo attraverso una cannula di afflusso (nella pompa/ossigenatore) nella vena cava e restituito attraverso una cannula di deflusso in prossimità dell’atrio destro. L’ECMO VV dipende dalla portata cardiaca intrinseca (CO) e dall’emodinamica dei pazienti per il supporto, e come tale, la sua applicazione è per l’insufficienza respiratoria isolata. Questa modalità è stata utilizzata con successo in casi gravi di insufficienza respiratoria durante la pandemia di influenza A H1N1.5

Nella VA ECMO, il sangue viene estratto da una cannula di afflusso venoso nella vena cava e restituito al sistema arterioso tramite una cannula di deflusso, bypassando così il cuore e i polmoni. La VA ECMO non dipende dalla CO nativa, ed è quindi utilizzata nei pazienti con shock cardiogeno. La cannulazione per la VA ECMO può essere centrale o periferica. Nella cannulazione centrale, una cannula venosa viene impiantata nell’atrio destro e una cannula arteriosa viene impiantata nell’aorta ascendente. L’incannulazione periferica avviene tramite la vena femorale o giugulare interna e l’arteria femorale o ascellare. Se si sceglie l’incannulamento dell’arteria femorale, il flusso dalla cannula arteriosa è necessario per perfondere il sangue ossigenato extracorporeo per via retrograda sull’aorta discendente e nell’aorta ascendente per assicurare la consegna alle arterie coronarie e ai grandi vasi cerebrali. Se la CO del ventricolo sinistro è trascurabile, il flusso extracorporeo richiesto sarà piccolo. Tuttavia, come la funzione cardiaca nativa recupera e l’eiezione cardiaca nativa aumenta, il flusso aortico anterogrado sarà in concorrenza con il flusso retrogrado dalla cannula femorale, e una zona di miscelazione di anterogrado deossigenato (in pazienti con insufficienza respiratoria) e retrogrado flusso di sangue ossigenato si verificherà. Il flusso necessario per assicurare che questa zona di miscelazione rimanga nell’aorta ascendente aumenterà all’aumentare della CO nativa. Il monitoraggio della saturazione di ossigeno del polso dall’estremità superiore destra o dei gas sanguigni arteriosi dall’arteria radiale destra informerà il team di assistenza critica se l’ECMO sta fornendo un’adeguata ossigenazione cerebrale (anche se non necessariamente cardiaca). Anche il monitoraggio dell’ossimetria cerebrale può essere rassicurante. Data la necessità di cannule arteriose femorali di grandi dimensioni (da 16 a 21 Fr), può svilupparsi un’ischemia distale della gamba. Questo rischio può essere ridotto dall’inserimento profilattico di una piccola (6 Fr) cannula di perfusione anterograda nell’arteria femorale superficiale, per perfondere la gamba distale alla cannula arteriosa primaria.

I componenti extracorporei del circuito includono un ossigenatore e una pompa di flusso. Sebbene gli ossigenatori disponibili in commercio per il bypass cardiopolmonare includano dispositivi a bolle, a membrana o a fibra cava, solo i dispositivi a fibra cava in polimetilpentene sono approvati per il supporto prolungato. La CO2 viene prontamente estratta tramite meccanismi mediati dal gradiente. L’aggiunta di ossigeno è più lenta, a causa della differenza di solubilità e proprietà di diffusione, ed è proporzionale alla concentrazione di ossigeno fornita nel gas di spazzamento. Il flusso totale di gas attraverso l’ossigenatore, o sweep, viene regolato per la rimozione della CO2, e un miscelatore aria/ossigeno viene utilizzato per raggiungere la FiO2 desiderata, a partire da 1,0. Misurato in L/min, lo sweep viene generalmente avviato per corrispondere al flusso di sangue attraverso il circuito, e successivamente titolato in base ai gas sanguigni arteriosi. Il flusso di sangue attraverso il circuito è guidato da una pompa esterna, che è una pompa centrifuga a vortice vincolato (la più comune) o una semplice pompa a rulli. Queste pompe possono generare fino a 8-10 L/min di flusso, generalmente limitato dal precarico venoso e dalle dimensioni della cannula.

Indicazioni

VA ECMO ha un ruolo potenziale nei pazienti con shock cardiogeno refrattario. Lo shock cardiogeno refrattario è definito come una disfunzione d’organo attribuibile a una portata cardiaca depressa e insufficiente, nonostante la somministrazione di alte dosi di inotropi e vasopressori. Potenziali eziologie di shock includono infarto miocardico, miocardite fulminante, esacerbazione acuta di insufficienza cardiaca cronica, insufficienza circolatoria acuta attribuibile a aritmie intrattabili, insufficienza cardiaca postcardiotomia e insufficienza cardiaca acuta attribuibile a intossicazione da farmaci, tra gli altri. Sebbene il paziente presentato sopra rappresenti un candidato ideale per la VA ECMO-esperienza di shock cardiogeno refrattario e grave insufficienza respiratoria-insufficienza respiratoria non deve essere presente per considerare l’uso della VA ECMO. Quando sono presenti contemporaneamente, le indicazioni respiratorie frequenti che possono costringere la scelta della VA ECMO rispetto ai dispositivi puri di supporto circolatorio meccanico includono l’insufficienza respiratoria ipossica (rapporto PaO2:FiO2 < 100), l’insufficienza respiratoria ipercapnica con un pH arterioso <7,20, compliance < 0,5mL/cmH2O/kg, ipertensione polmonare significativa o sintomatica, e frazione di shunt polmonare >30%. Le cause cliniche possono includere sindrome da distress respiratorio acuto, polmonite o polmonite batterica o virale grave, stato asmatico, fibrosi polmonare allo stadio terminale scompensata, quasi annegamento e inalazione acuta di fumo. VA ECMO può anche essere considerato per i pazienti che subiscono un arresto cardiaco che rimangono refrattari agli sforzi rianimatori iniziali, la cosiddetta eCPR. Diversi gruppi di lavoro, tra cui l’Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) e l’European Extracorporeal Life Support (ECLS) Working Group, hanno avanzato raccomandazioni per l’uso dell’ECMO in pazienti critici.6,7 La tabella 1 elenca le indicazioni comuni per la VA ECMO.

Importante, l’ECMO non è una terapia a lungo termine, e dovrebbe essere considerata come un ponte verso un recupero anticipato, un trapianto di cuore o polmone o un VAD a lungo termine. Considerare la prognosi e le aspettative del paziente prima dell’impianto dell’ECMO è fondamentale. I pazienti con disfunzione cardiaca non recuperabile che non sono candidati per VAD o trapianto non dovrebbero essere selezionati per l’ECMO.

Contraindicazioni

Oltre a un’attenta selezione dei pazienti guidata dalla prognosi clinica prevista e dalle comorbidità, diversi importanti fattori clinici dovrebbero essere considerati nella selezione dei pazienti per l’ECMO. Il beneficio dell’ECMO in presenza di insufficienza multiorgano è drammaticamente attenuato, e l’ECMO è associato a scarsi risultati nei pazienti che sono già stati ventilati meccanicamente da >10 a 14 giorni al momento dell’incannulamento.8,9

I pazienti in ECMO richiedono anticoagulazione a dosi terapeutiche per prevenire la trombosi nell’impostazione di tubi protesici indwelling e circolazione extracorporea. Quindi, l’ECMO è solitamente controindicato nei pazienti con controindicazioni all’anticoagulazione, tra cui sanguinamento attivo, recente chirurgia non cardiotoracica o un evento emorragico intracranico. VA ECMO è anche controindicato in pazienti con grave rigurgito aortico o dissezione aortica. La tabella 2 elenca le controindicazioni comuni alla VA ECMO.

Titolazione e mantenimento dell’ECMO

Una volta iniziato il supporto VA ECMO, gli obiettivi clinici per la titolazione includono una saturazione arteriosa di ossiemoglobina >90%, una saturazione venosa di ossiemoglobina >70% – 80% e un’adeguata perfusione dei tessuti (compreso il monitoraggio della funzione degli organi finali e dei livelli di lattato nel sangue). Una stretta sorveglianza da parte di uno specialista ECMO addestrato è essenziale per stabilire e monitorare la funzione del circuito. Se la saturazione venosa di ossiemoglobina è inferiore all’obiettivo, è possibile aumentare la velocità del flusso sanguigno, intraprendere un’espansione del volume intravascolare, aumentare la concentrazione di emoglobina tramite trasfusione di sangue e trattare la febbre/piressia per diminuire l’assorbimento di ossigeno. L’infusione di eparina non frazionata viene mantenuta per un tempo di coagulazione attivato (ACT) da 180 a 210 secondi, o un tempo di tromboplastina parziale del plasma (PTT) ≥1,5 volte il normale. Si devono utilizzare strategie ventilatorie a basso volume respiratorio e di protezione dei polmoni per ridurre al minimo il barotrauma e il volutrauma. Queste comprendono l’uso della pressione positiva di fine espirazione per mantenere il reclutamento alveolare, la limitazione dei volumi correnti a non più di 6cc/kg di peso corporeo ideale, e le pressioni di plateau delle vie aeree a ≤30 cm H2O, e la minimizzazione della FiO2. Una strategia di riposo polmonare che l’ECMO rende possibile si traduce generalmente in un’ulteriore riduzione delle impostazioni del ventilatore a volumi di marea da 1 a 2 cc/kg e pressioni di plateau di circa 20 cm H2O, fino a quando si contempla lo svezzamento dall’ECMO. La riduzione del supporto ventilatorio è spesso accompagnata da un aumento del ritorno venoso e della gittata cardiaca. Gli effetti dei cambiamenti della pressione positiva di fine espirazione sull’emodinamica devono essere monitorati attentamente. Un aspetto unico della VA ECMO è la necessità di assicurare che l’atrio e il ventricolo sinistro non si distendano, una complicazione che può portare a lesioni miocardiche. Gli ecocardiogrammi seriali possono monitorare il riempimento cardiaco, e occasionalmente l’aggiunta di una cannula di ventilazione o di modalità di supporto alternative (come il VAD percutaneo, incluso Impella) è stata usata per decomprimere il ventricolo. In attesa della prevista dipendenza dal ventilatore, la tracheostomia può essere eseguita per migliorare il comfort del paziente e ridurre lo spazio morto ventilatorio. I pazienti in ECMO non richiedono necessariamente la sedazione una volta in ECMO, ma il circuito VA ECMO è esteso, e la deambulazione su VA ECMO non è generalmente possibile. L’ultrafiltrazione o altre modalità di terapia renale sostitutiva possono essere aggiunte in serie ai circuiti ECMO, diminuendo il rischio di infezione associato al posizionamento di ulteriori cannule percutanee, ma aumentando il rischio di trombosi, emboli d’aria o altre interruzioni del circuito.

Per quanto riguarda l’ECMO

Il potenziale recupero della funzione sistolica ventricolare sinistra deve essere monitorato attentamente esaminando la pulsatilità nella forma d’onda della linea arteriosa e mediante ecocardiografia per i pazienti in ECMO VA. In parallelo, i miglioramenti della saturazione arteriosa di ossiemoglobina, le misure di compliance polmonare e la radiografia del torace possono suggerire un recupero respiratorio per i pazienti sottoposti a VV ECMO. Una volta che c’è una prova durevole di recupero cardiaco o respiratorio, possono essere intraprese prove di interruzione dell’ECMO. Una prova di interruzione dell’ECMO VV può essere intrapresa chiudendo temporaneamente le cannule arteriose e venose e permettendo al sangue di continuare a circolare attraverso un ponte di tubi esterni tra gli arti di afflusso e di deflusso. Se un ponte non è presente nel circuito per il clampaggio, il flusso attraverso il circuito può essere diminuito a un volume minimo con una riduzione del gas di spazzamento, con un attento monitoraggio della pressione sanguigna, della saturazione di ossigeno e dei gas del sangue arterioso. Tali prove dovrebbero essere intraprese solo quando l’anticoagulazione terapeutica è raggiunta, e la durata di queste è ridotta al minimo, poiché il rischio di trombosi durante questo periodo è alto, anche con l’anticoagulazione a pieno dosaggio.

L’attenuazione dell’ECMO VV richiede l’eliminazione di tutto il gas di sweep controcorrente attraverso l’ossigenatore, in modo che il flusso sanguigno rimanga costante ma non avvenga alcuno scambio di gas. I parametri ventilatori sono regolati per mantenere un’adeguata ossigenazione e ventilazione fuori dall’ECMO per diverse ore, e la valutazione della probabilità di successo della decannulazione determinata. Se l’insufficienza respiratoria persiste, ma la funzione cardiaca comincia a recuperare, occorre fare attenzione a garantire che la miscelazione di sangue ossigenato e deossigenato rimanga adeguatamente saturata nell’aorta ascendente; in alternativa, tali pazienti possono essere convertiti in VV ECMO.

Complicazioni dell’ECMO

Le complicazioni più comuni dell’ECMO sono il sanguinamento (fino al 34%) e la trombosi (fino al 17%).4 La necessità di anticoagulazione sistemica per prevenire la trombosi all’interfaccia sangue-catetere deve essere controbilanciata da un elevato rischio di sanguinamento. La coagulazione intravascolare disseminata, l’emolisi da taglio e la trombocitopenia possono svilupparsi in modo insidioso o improvviso, e i fattori di coagulazione e la conta delle piastrine devono essere seguiti attentamente. I pazienti sono ad alto rischio di ictus embolico, ipossico ed emorragico. Le serie di casi di VA ECMO hanno riportato tassi di ictus del ≈8%.10

Prove cliniche

Le prove a sostegno dell’applicazione della VA ECMO come supporto vitale a breve termine in pazienti critici sono limitate e provengono principalmente da serie di casi, studi di coorte e dati di registro, con una scarsità di studi randomizzati e controllati. In 1 serie di casi,10 pazienti sono stati trattati con ECMO per infarto miocardico acuto (20%), miocardite fulminante (20%), cardiomiopatia dilatativa (22%), shock postcardiotomia (20%), post-trapianto (12%) e per motivi vari (6%). La maggior parte dei pazienti è stata trattata tramite incannulamento femorale. Quindici pazienti sono stati sottoposti a ECMO per eCPR (solo 1 di loro è sopravvissuto). Il 15% dei pazienti era stato trattato con contropulsazione a palloncino intra-aortico prima dell’inizio dell’ECMO. Più della metà dei pazienti su ECMO ha avuto una complicazione maggiore, tra cui emorragia maggiore (32% di tutti i pazienti), trombosi della vena femorale (10%), ischemia arteriosa (19%), trombosi della vena cava (7%), infezione della ferita chirurgica (17%), o edema polmonare evidente (6%). L’ictus si è verificato nell’8% dei pazienti in ECMO. Degli 81 pazienti iniziali arruolati, 34 (42%) sono sopravvissuti fino alla dimissione dall’unità di terapia intensiva e 29 (36%) sono sopravvissuti a lungo termine.

Rastan et al11 hanno riportato la loro esperienza con ECMO come terapia di salvataggio in pazienti con shock cardiogeno postcardiotomia refrattario. Di questa popolazione gravemente malata (quasi tre quarti dei quali erano ancora in shock nonostante la contropulsazione con palloncino intra-aortico prima dell’impianto dell’ECMO), l’ECMO è stato svezzato con successo nel 63% e il 25% dei pazienti è sopravvissuto alla dimissione. L’ictus si è verificato nel 17%, le complicazioni gastrointestinali nel 19% e la terapia renale sostitutiva nel 65%.

Utilizzando i dati del registro multicentrico ELSO, Thiagarajan et al12 hanno riferito che la sopravvivenza alla dimissione ospedaliera è stata del 27% tra i pazienti in cui l’ECMO è stato utilizzato per sostenere la RCP in arresto cardiaco. Al contrario, nei pazienti con un arresto cardiaco testimoniato fuori dall’ospedale che rimangono in arresto refrattario, uno studio monocentrico ha riportato esiti estremamente negativi, anche quando l’ECMO è stato avviato molto presto (tempo mediano, 120 minuti), con solo il 4% dei pazienti sopravvissuti alla dimissione ospedaliera con una prognosi neurologica favorevole.13

Conclusioni

La VA ECMO è una potenziale terapia per i pazienti con shock cardiogeno refrattario, in particolare in quelli con shock cardiogeno grave e insufficienza respiratoria combinata. La VA ECMO per lo shock cardiogeno è un ponte verso il recupero, l’impianto di VAD durevole o il trapianto, e la traiettoria clinica e la prognosi devono entrare in modo centrale nel giudizio sulla candidatura di un paziente all’ECMO. L’uso di VA ECMO in pazienti critici richiede un team multispecialistico di professionisti.

Il paziente presentato sopra è rimasto su VA ECMO per 8 giorni, ma è stato decannulato con successo dopo un adeguato recupero cardiopolmonare. Il 6° giorno su ECMO, ha lamentato un’emianopia omonima e le è stato diagnosticato un ictus occipitale, ma fortunatamente ha avuto un recupero neurologico completo. È stato posizionato un defibrillatore cardioverter impiantabile per la prevenzione secondaria. È stato intrapreso un test genetico che ha dimostrato una mutazione nel gene del canale del sodio cardiaco SCN5A, confermando la scoperta di un modello di Brugada sull’ECG. La consulenza appropriata e lo screening familiare sono stati intrapresi, e il paziente ha fatto bene nel follow-up.

Footnotes