STORIA DELLA CIRCOLAZIONE EXTRACORPOREA

 

Per lungo tempo il cuore è stato un organo guardato con timore di chirurghi poiché considerato troppo delicato e complesso per consentirvi un intervento.
Fu soltanto durante il secondo conflitto mondiale che con l’incremento esponenziale di ferite al cuore causate da schegge di mortai, proiettili e traumi, si fece sempre più pressante l’esigenza di sviluppare una tecnica che consentisse di intervenire sul muscolo cardiaco al fine di salvare la vita di quante più persone possibile.
Uno dei pionieri che sviluppò le prime tecniche per guadagnarsi un accesso chirurgico al cuore fu Dwight Harken. Durante la sua attività di chirurgo dell’esercito americano, venne a contatto con un numero impressionante di soldati gravemente feriti a causa delle schegge dei mortai o dei proiettili rimaste conficcate nel cuore. Ma a quel tempo tentare di rimuovere una scheggia era tanto pericoloso quanto lasciarla all’interno del miocardio ferito.
Harken quindi iniziò le prime sperimentazioni sugli animali finche non mise a punto una tecnica che iniziò poi ad utilizzare sui suoi pazienti. Non trascorse molto che le sue tecniche vennero utilizzate anche per la correzione di alcune patologie valvolari come le stenosi mitraliche. L’intervento consisteva nell’eseguire un piccolo taglio sulla parete dell'apice del ventricolo sinistro battente per poi inserire il dito ed andare a dilatare la valvola stenotica. Tuttavia, i primi risultati furono disastrosi con la maggior parte dei pazienti deceduti soprattutto per le consistenti emorragie.
Nel tempo questa tecnica venne migliorata e quindi utilizzata diffusamente ma si rivelò del tutto inadeguata di fronte ad alcune patologie cardiache come i difetti congeniti nei bambini oppure patologie acquisite dell’apparato valvolare a seguito della febbre reumatica.
Correggere questi difetti significava aprire le cavità di un cuore battente con il rischio pressoché certo che il paziente morisse per effetto del sanguinamento incontrollabile.
Bisognava quindi escogitare un escamotage che permettesse di arrestare il flusso di sangue ma senza che il cervello, particolarmente sensibile agli insulti ischemici, ne rimanesse danneggiato. In tal senso negli anni cinquanta un chirurgo canadese, Bill Bigelow, fece delle interessanti scoperte studiando il metabolismo di alcuni animali che andando in letargo riuscivano a sopportare i rigidi climi invernali canadesi. Scoprì infatti che il loro cuore, conseguentemente all'ipotermia, batteva più lentamente di conseguenza si verificava un rallentamento generale del metabolismo ed una minor richiesta di ossigeno. Successivamente compì delle sperimentazioni sui cani che una volta raffreddati erano sottoposti ad interventi a cuore aperto. Dimostrò che essi tolleravano tempi di ischemia notevolmente dilatati rispetto agli interventi compiuti in normotermia con una minore sofferenza per i tessuti cerebrali e del corpo.
Sulla scia di queste scoperte il 2 Settembre del 1952 due chirurghi dell’Università del Minnesota, Walton Lillehei e John Lewis, operarono una bambina di 5 anni affetta da difetto interatriale. Dopo essere stata anestetizzata venne raffreddata con delle speciali coperte e portata ad una temperatura di circa 27 °C. Vennero clampate le vie d’accesso del sangue refluo dal corpo ossia le due vene cave. In questo modo dopo pochi battiti il cuore si era praticamente vuotato, permettendo agli operatori di aprire la cavità cardiaca ed eseguire rapidamente l’intervento di chiusura del difetto. Successivamente la paziente venne immersa in una vasca d’acqua calda grazie alla quale venne progressivamente riportata ad una condizione di normotermia. L’intervento fu un successo e tale metodica si diffuse rapidamente in molti centri. Tuttavia l’approccio ipotermico era adatto per la correzione di piccoli patologie come appunto i difetti interatriali ma spesso gli operatori si trovavano di fronte a situazioni ben più complesse che non potevano essere riparate neanche con i dieci minuti garantiti dall’ipotermia moderata. Fu a questo punto chiaro che si doveva compiere un ulteriore passo in avanti. L’idea di costruire una macchina che sostituisse il cuore ed i polmoni circolava già da molti anni. Il primo prototipo, "Model I", venne messo a punto da un altro illustre pioniere: John Gibbon.

 

 

 

Siamo negli anni quaranta ma si trattava di un macchinario tanto ingombrante quanto pericoloso che causava gravi danni alle emazie, formazione di continui emboli d’aria nonchè infezioni ai pazienti. La progettazione del primo rudimentale ossigenatore per la circolazione extracorporea va attribuita ad un medico svedese Olov Bjork. Tale ossigenatore consisteva di una serie di dischi rotanti su di un asse fisso all’interno di un tubo dentro cui veniva convogliato uno strato di sangue. Questo strato veniva quindi pescato da tali dischi, sui quali veniva indirizzato un getto di ossigeno. In questo modo si poteva provvedere sufficientemente ad ossigenare il sangue di un adulto. Bjork in collaborazione con alcuni ingegneri (tra cui la moglie) mise a punto i filtri ematici e sviluppò i primi materiali biocompatibili, al fine di ridurre la formazione di microtrombi e il danno verso le piastrine.

 

 

 

 

Inizia in questo modo un approccio scientifico alla circolazione extracorporea, con lo studio di materiali e strumenti al fine di ridurre gli effetti collaterali di tale metodica.

 

Nonostante i primi fallimenti e la sfiducia dell’ambiente medico che lo circondava, Gibbon già nel 1935 con un prototipo di macchina cuore polmoni da lui ideata mantenne in vita per 26 minuti un gatto(nel riquadro il primo protoipo di macchina cuore-polmoni chiamato Model I). Dopo la pausa imposta dagli eventi del Secondo conflitto mondiale negli anni cinquanta Gibbon in collaborazione con Thomas Watson, ingegnere della IBM (International Business Machines) mise a punto una nuova macchina per la circolazione extracorporea in gradodi minimizzare l’emolisi e di prevenire la formazione di emboli gassosi: "IBM Model II"

 

 

 

 

 

 

Il Nuovo device si avvaleva di una tecnologia più raffinata, in cui il sangue per essere ossigenato veniva fatto cadere su un sottile pellicola lungo la quale per un meccanismo di diffusione avveniva la vera e propria ventilazione delle emazie.Utilizzando questa nuova macchina per la circolazione extracorporea dodici cani vennero mantenuti in vita per più di un’ora durante operazioni al cuore.
Il 6 Maggio 1953 segna una data fondamentale per la nascita della circolazione extracorporea, infatti, John Gibbon e il suo staff presso il Jefferson Medical College Hospital, eseguirono per la prima volta in circolazione extracorporea un intervento di chiusura di difetto interatriale su una paziente allora diciottenne Cecilia Bavolek.

 

 

Il by pass cardiopolmonare durò 45 minuti dei quali 26 in totale dipendenza dalla macchina cuore-polmoni: (scarica video)

Ma soltanto dal 1960 la tecnica del by pass cardiopolmonare associata ad ipotermia venne considerata una pratica sicura per poter effettuare interventi di chirurgia a cuore aperto. Le scoperte nel settore della biocompatibilità associate alla progettazione di apparati per circolazione extracorporea sempre più evoluti, hanno permesso di eseguire la maggior parte degli interventi a cuore aperto in assoluta sicurezza consentendo al perfusionista di gestire il BPCP utilizzando diverse metodiche come l'ipotermia o la normotermia, l'arresto di circolo e la perfusione cerebrale selettiva, il by pass veno-venoso (come nei trapianti di fegato) oppure sinistro sinistro (chirurgia dell'aorta toracica). In altri settori come nell'oncologia, la circolazione extracorporea utilizzata per il trattamento di alcune forme tumorali attraverso la perfusione distrettuale d'organo, sta ottenendo interessanti risultati.