IPOTERMIA PROFONDA CON ARRESTO CIRCOLATORIO
Si tratta di una delle prime tecniche messe a punto per la protezione cerebrale.
Partendo dal presupposto che la velocità di una reazione chimica è strettamente proporzionale alla temperatura in cui essa si svolge, risultava evidente che riducendo drasticamente la temperatura sistemica, tutte le razioni biochimiche che comportano consumo di ossigeno in particolar modo quelle a livello del tessuto cerebrale sarebbero parallelamente diminuite. E’stato infatti dimostrato da alcuni studi che l’ipotermia induce un rallentamento del metabolismo e di conseguenza una diminuzione del consumo di ossigeno di circa il 5% per ogni grado di temperatura.
Tale metodica prevede di portare il paziente a circa 18°C di temperatura rettale. In questo modo il tempo di arresto sicuro è di circa quarantacinque minuti.
I vantaggi di questa tecnica risultano nella semplicità di esecuzione senza l’impiego di mezzi ausiliari, tuttavia l’ipotermia profonda ha un forte impatto sul paziente provocando significative complicanze in particolar modo sul fronte della coagulazione, aggravate anche dai lunghi tempi di circolazione extracorporea imposti dal raffreddamento e successivamente dal riscaldamento sistemico. In alcuni casi però la patologia a carico dell’aorta era così complessa che quaranta minuti di arresto potevano non essere sufficienti affinché avesse compimento l’atto chirurgico.

Perfusione cerebrale retrograda:

per ovviare a questo inconveniente Ueda introdusse la tecnica della perfusione cerebrale retrograda attraverso la vena cava superiore. In questo modo si dilatavano notevolmente i tempi di arresto e contemporaneamente si era in grado di mantenere un raffreddamento omogeneo del cervello. La validità della perfusione cerebrale retrograda si estrinsecava attraverso una serie di dati oggettivi:

- possibilità di perfondere il cervello durante l’arresto di circolo
- apporto costante di ossigeno e substrati nutritivi
- rimozione di cataboliti e di possibili emboli o microtrombi

Da un punto di vista strettamente tecnico tale metodica si distingueva rispetto le altre per semplicità di esecuzione. Qualche dubbio sulla reale efficacia della perfusione cerebrale retrograda era stato sollevato in seguito da alcune constatazioni riguardo la presenza a livello del circolo cerebrale di valvole venose e shunt artero-venosi come possibili ostacoli ad una perfusione omogenea. Inoltre le complicanze legate all’ipotermia profonda, con l’utilizzo di questa tecnica non erano affatto evitate.
Non a caso recenti studi hanno dimostrato che la perfusione cerebrale retrograda risulti estremamente efficace per la sua azione di “spazzinaggio” del circolo cerebrale verso possibili microtrombi o microemboli e rimozione di cataboliti acidi.

PERFUSIONE CEREBRALE ANTEROGRADA
Il concetto di protezione cerebrale viene ulteriormente raffinato e sviluppato mediante la tecnica della perfusione cerebrale anterograda attraverso i vasi epiaortici. In realtà già nel 1957 De Bakey eseguì la sostituzione di un arco aortico aneurismatico, perfondendo il cervello con una pompa separata, direttamente dall’arteria anonima e arteria carotide comune sinistra e il resto del corpo dalle arterie femorali, in ipotermia moderata.
Ma la complessità della tecnica, associata ad un alto rischio di fenomeni trombo-embolici dovuto alla manipolazione dei vasi epiaortici per consentirne la cannulazione e all’inceretezza di un circolo cerebrale (poligono del Willis) non compromesso, per un certo periodo mitigò gli entusiasmi, considerando anche il grande interesse che stava suscitando sull’altro fronte l’ipotermia profonda in arresto di circolo. Si deve arrivare alla seconda metà degli anni ottanta perché questa tecnica ottenesse nuovamente credibilità, grazie gli studi di Frist il quale propose la perfusione cerebrale e sistemica mediante un’unica pompa la cui linea arteriosa si divideva ad Y terminando con una cannula in arteria anonima (oppure in arteria carotide di sinistra) e in arteria femorale, ad un livello di ipotermia moderata 26-28 °C. In questo modo cannulando un solo vaso si poteva ottenere una buona visibilità del campo operatorio, inoltre grazie al moderato livello di ipotermia le sequele associate alle basse temperature raggiunte con l’arresto totale di circolo erano sensibilmente ridotte.
Ma il punto debole della tecnica sviluppata di Frist, risiedeva nella cannulazione selettiva della sola arteria brachiocefalica. Con tale sistema in primo luogo non era possibile calcolare l’esatto flusso di ogni distretto cerebrale ed inoltre non si poteva avere la certezza dell’assenza di eventuali stenosi carotidee severe o della buona funzionalità del poligono di Willis. La necessità di indagini strumentali preoperatorie rendeva la tecnica praticamente inutilizzabile in urgenza.
Un’ulteriore passo in avanti venne fatto da Bachet, il quale introdusse la doppia cannulazione dei vasi epiaortici (arteria anonima e carotide sinistra) ed il concetto della cerebroplegia fredda (“cold cerebroplegia”). In questo caso oltre ad utilizzare due pompe distinte, una per la perfusione cerebrale e l’altra per quella sistemica, si usavano anche due scambiatori di calore. Quindi raggiunta la temperatura rettale di circa 25°C e clampati i vasi epiaortici, si procedeva alla perfusione anterograda selettiva con la temperatura del sangue che si doveva attestare tra i 6-12°C arrestando contemporaneamente il circolo sistemico.
Nel 1989 un chirurgo giapponese Kazui mise a punto quello che a tutt’oggi risulta essere il miglior compromesso per la protezione cerebrale e la semplicità di gestione:

La perfusione avviene cerebrale e sistemica avviene mediante l'uso di due pompe distinte, con l'impiego di un unico scambiatore di calore. Nel primo caso si procede con l'incannulazione selettiva dei tronchi epiaortici mentre la perfusione sistemica avviene dalla cannula posizionata in arteria femorale. Questa tecnica offre due modalità di conduzione della circolazione extracorporea. E' possibile infatti, raggiunta la temperatura rettale di 25°C, fermare la CEC, perfondere l'anonima e la carotide di sinistra ai seguenti flussi:

10 ml/kg/min

In questo modo viene monitorata l'adeguatezza della perfusione attraverso l'arteria radiale destra mantenendo un livello pressorio di 50-70 mmHg. L'aorta toracica viene clampata per evitare il reflusso di sangue e ha inizio quindi la perfusione sistemica ad alti flussi ad un regime di 40 ml/kg/min.

E' possibile tuttavia abbassare ulteriormente la temperatura rettale a circa 22°C, arrestare il circolo, iniziare la perfusione cerebrale secondo protocollo e riprendere la perfusione sistemica a bassi flussi a 0,5-1 L/min.

La tecnica messa a punto da Kazui è attualmente tra le più impiegate per diversi motivi: relativa facilità di esecuzione, possibilità di non scendere a livelli di ipotermia eccessivi e capacità di mantenimento dell'autoregolazione del flusso cerebrale. Inoltre grazie al progressivo abbattimento dei tempi chirurgici il clampaggio dell'aorta distale è raramente necessario consentendo la sola perfusione del cervello.

Le ricerche più recenti condotte con apparati di monitoraggio notevolmente sofisticati hanno ridimensionato alcune certezze sulla dinamica del metabolismo cerebrale. Michenfelder e co. hanno eseguito uno specifico studio per esprimere la relazione tra la temperatura ed il metabolismo cerebrale per l'O2 (CMRO2). Da ciò è emerso come a 18°C di temperatura (considerata sicura per l'arresto) in molte specie animali rimane un 39% di attività metabolica basale, testimoniata anche dalla presenza di una significativa onda elettroencefalografica. Scendendo ad una temperatura da i 13-8 °C, si assiste invece alla soppressione dell'attività elettrica dell' EEC. E' stato possibile stimare che per il cervello umano durante arresto di circolo totale, il reale tempo sicuro di arresto a 15°C è di circa 30 minuti mentre a 10 °C di 40 min. Oltre questi limiti il rischio di danno da ipossia diventerebbe concreto. La perfusione cerebrale anterograda tuttavia risulta un fondamentale rimedio per la prevenzione del danno da ischemia ma rimane incontrovertibile il fatto che minori sono i tempi di arresto e di perfusione selettiva, minore è l'impatto del paziente alla circolazione extracorporea.