Zunajtelesni krvni obtok (ZTO) ali ekstra-korporalna cirkulacija (EKC) je obtok krvi zunaj telesa, kjer arterijska črpalka delno ali popolno nadomešča srce, oksigenator (izmenjevalec plinov) pa respiratorno funkcijo pljuč. Z razvojem te naprave je prišlo do razmaha srčne kirurgije, saj je za zahtevnejše posege na srcu kirurg potreboval prazno in mirujoče srce, ki je omogočalo natančen pregled srčnih okvar.


Zgodovina
Čeprav se danes ZTO rutinsko uporablja v mnogih bolnicah po svetu, je ta tehnologija stara le 50 let in nekateri začetniki so še aktivni v svojem delu.
Prva prizadevanja nekaterih so šla v smeri navzkrižnega obtoka. Lillehei je leta 1954 operiral ventrikularni septum defekt, tako da je venozno kri iz eno-letnega otroka speljal v njegovega očeta in oksigenirano kri zopet vračal nazaj. Ta postopek je bil deležen hudih kritik, saj je bil v zgodovino kirurgije vpisan kot prva operacija s potencialno 200 mortaliteto. Po njenem uspehu pa je Lillehei dejal, da je preko noči ta operacija spremenila svetovni pesimizem glede zunajtelesnega krvnega obtoka v optimizem. V šestnajstih mesecih je bilo tako operiranih 47 pacientov, 28 jih je preživelo in noben od donorjev ni imel trajnih posledic.
Naslednje leto so Lillehei, Varca in Campbell kri iz obeh ven kav zajeli in speljali v pljučno arterijo izoliranih in prezračenih živalskih pljuč. Tako oksigenirano, primerno ogreto in pod pritiskom ustvarjenim s črpalko, so jo potem vračali nazaj po kanilirani večji arteriji. Ta sistem je vseboval vse elemente naprave za ZTO.
Prvo napravo za ZTO pa je že leta 1953 napravil John Gibbon. Maja istega leto je bila naprava za ZTO tudi prvič uporabljena pri operaciji. Zaprli so atrijski septum defekt pri mladi pacientki Celii Bavolek. Kri so speljali na okvirje v drobnih curkih in jo razlili na tanek film. Kri je zaradi težnosti tekla navzdol in se spontano oksigenirala.
Razvoj naprave za ZTO se je nadaljeval in naslednja rešitev se je ponudila v kolutnih oksigenatorjih (rotating disc oxygenators) – Kirklin in Swan, temu pa so sledili oksigenatorji z zračnimi mehurčki (bubble oxygenator) – De Wall in Lillehei.



Naprava za zunajtelesni krvni obtok
Današnje naprave so sestavljene iz: oksigenatorja z venozno-kardiotomijskim rezervoarjem; štirih do petih električnih črpalk, ki zagotavljajo stalen pretok in tlak in sesajo kri iz srca in iz operacijskega polja; toplotnih izmenjevalcev za uravnavanje temperature krvi in seveda venskega in arterijskega sistema kanil, cevi, filtrov ter sistema za monitoring.
Črpalke (arterijska, 2 črpalki za aspiracijo, črpalka za kardioplegično raztopino in črpalka za modificirano ultrafiltracijo) so valjčne (rotacijske roller) ali centrifugalne (elektro-magnetno polje), poganja jih poseben propeler. Pri nas večinoma uporabljamo valjčne črpalke, še letos pa naj bi kupili nekaj najnovejših rotacijskih črpalk, ki so še posebej primerne za daljšo podporo (do 30 dni) pacientu v intenzivni terapiji. Za odtok venozne krvi skozi desni preddvor kaniliramo spodnjo in zgornjo veno kavo ali desni atrij. Venozna kri nato po načelu vleka teče do venskega zbiralnika in oksigenatorja, se oksigenira in ob pomoči črpalke teče po sistemu cevi in filtrov, toplotnega izmenjevalca ter merilnih senzorjev v aorto.
Danes uporabljamo tri vrste oksigenatorjev:
- mehurčni oksigenatorji, v katerih se kri oksigenira tako, da se skozi venozno kri spuščajo mehurčki kisika in se plini izmenjavajo na površini mehurčkov
- membranski oksigenatorji, v katerih se plini izmenjavajo z difuzijo skozi polprepustno membrano, ki loči kri in pline
- kapilarni oksigenatorji (hollow fibre), v katerih izmenjava plinov poteka skozi polprepustno membrano, ki je oblikovana v sistem kapilar

























Slika 1: Zunajtelesni krvni obtok (ZTO, ZKO, EKC)













Slika 3: Črpalke















Slika 2: Naprava za ZTO Slika 4 : Vstavljene kanile.
Zaščita srca - kardioplegija in hipotermija
Ishemično škodo zaradi zastoja srca poskušamo omiliti z zaščito srčne mišice na več načinov: s predoperacijskim zdravljenjem, anestezijo, kardioplegijo, splošno podhladitvijo vsega telesa, lokalnim perikardialnim hlajenjem srca in podporo srcu v času ponovne prekrvavitve srca na koncu operacije.
S splošno podhladitvijo vsega telesa ščitimo najbolj občutljiva funkcionalna tkiva pred posledicami pomanjkanja kisika. Uporabljamo blago (35-32°C), zmerno (31-26°C;), globoko (25-20°C) ter zelo globoko (pod 20°C) podhladitev vsega telesa. Hitrost hlajenja je 0,5°C/min. Za vsako znižano stopinjo telesne temperature se zniža metabolizem za 5-7: pri telesni temperaturi 30°C je potreba po kisiku v tkivih le 50 tiste pri normalni temperaturi, 30 poraba O2 pri 25°C, 20 poraba O2 pri 20°C in 10 poraba O2 pri < 20°C.
Srčna mišica lahko prenaša ishemijo pri temperaturi 37°C samo 5 do 10 minut. Z znižanjem temperature na 27°C se čas ishemije lahko podaljša na 20 minut, pri 17°C pa že na 42 minut, brez pomembnejših funkcionalnih in histoloških posledic.
Najmanjša potreba po kisiku je pri mirujočem, praznem in hlajenem srcu samo 0,3 ml 02/min za 100g srčne mišice pri temperaturi 22°C. Anoksično srčno mišico še dodatno zaščitimo z lokalno perikardialno ledeno kopeljo ter z diastoličnim srčnim zastojem, ki ga dosežemo s kardioplegično raztopino.
Kristaloidna kardioplegična raztopina omogoča takojšen zastoj srca v diastoli, stabilizacijo celične mebrane in puferiranje celičnega okolja, kot varnostni ukrep pred razvojem ishemije in hipotermičnega edema. Da se jo lahko v arkus aotre (anterogradna kardioplegija) in direktno v koronarna ustja. Kristaloidna kardioplegična raztopina vsebuje 5 glukozo v 0,45NaCl in na 500 ml dodano:
- kalij (15 mmol KCl), ki povzroči takojšnjo depolarizacijo celic srčne mišice in srčni zastoj v diastoli
- magnezij (7,5mmol MgCl2x6H2O), ki zmanjšuje krčljivost srčne mišice
- lokalni anestetik prokain (1 mmol), ki stabilizira celično membrano
- 1,5 meq CaCl2 x 2H2O, za depolarizacijo srčne mišice
- in pred uporabo se doda še 1,7 ml NaHCO3 za stabilizacijo pH.

Krvna kardioplegija, ki jo sestavljajo štirje deli krvi in en del kardioplegične raztopine, omogoča obnovitev pretoka skozi venčne žile s 500 in 800 ml oksigenirane, ohlajene (na 20-22°C) krvi.Prednost te vrste kardioplegije je, da tako ublažimo pomanjkanje kisika z vmesno ponovno prekrvavitvijo, ponovimo hlajenje srčne mišice in sprotno izpiramo kisle presnovke. Daje se jo lahko direktno v koronarna ustja, anterogradno in retrogradno (skozi koronarni sinus) v presledkih 20 minut..



Fiziološki učinki zunajtelesnega krvnega obtoka
Ob začetku zunajtelesnega krvnega obtoka pride do dviga stresnih hormonov – kateholamini, kortizol, vazopresin, angiotenzin in aktivacije humoralnih sistemov – komplement, koagulacija, fibrinoliza... To je delno posledica zmanjšanega metabolizma zaradi hipotermije in izločitve pljučne cirkulacije, kjer se mnogi od teh produktov normalno razgradijo.
Pri uporabi ZTO lahko pride do motenj v hemostazi zaradi večih razlogov (mehanična travma, hemodilucija, hipotermija, endokrini stresni odgovor, zdravila), primarni razlog za motnje trombocitov pa je stik krvi z obširno, tujo, ne-epitelizirano površino same naprave. Z razvojem sredstev, ki so biokompatibilna, in z zmanjšanjem površine cevi po katerih kroži kri, so zmanjšali perioperativno krvavitev in dosegli znižanje incidence sistemskega vnetnega odgovora, še vedno pa se tej komplikaciji ne da popolnima izogniti.
Veča se tudi incidenca postoperativnih nevroloških disfunkcij ob uporabi ZTO (vnetni odgovor, hipoperfuzija, mikroemboli). Večinoma gre za blažje motnje, ki so odkrite šele ob načrtnem pregledu (npr. nistagmus, pojav primitivnih refleksov, fokalni znaki, motnje senzibilitete), redke so resnejše posledice kot je recimo kap, pojavljajo pa se tudi nevropsihološke spremembe (motnje spomina, koncentracije, depresija). Vsega tega ne moremo pripisati le uporabi ZTO, saj je zelo pomembno, da se je zvišala povprečna starost operiranega bolnika, ki ima več kroničnih obolenj, jemlje več zdravil... Podaljšal se je tudi čas uporabe ZTO, saj se vedno pogosteje zamenjuje več zaklopk in naredi več premostitvenih posegov hkrati.
V prvih letih uporabe ZTO, so postperfuzijski sindrom respiratornega sistema poimenovali pump lung, vendar ravno tako kot pri centralnem živčnem sistemu ne moremo pripisati vsega uporabi ZTO. Prihaja do zmanjšane kompliance in volumna pljuč, poškodbe n. phrenicusa, disfunkcije diafragme, atelektaze, slabše oksigenacije, ARDS...
Izvor ledvične disfunkcije pri bolnikih operiranih na srcu je ravno tako vnetje, hkrati pa naj bi na to vplivala tudi hipoperfuzija in nepulzativna perfuzija ledvic.



Zaključek
Zaradi pomanjkljivosti uporabe zunajtelesnega krvnega obtoka se je kirurgija obrnila v smer iskanja novih, manj invazivnih načinov operacij. Vedno bolj se razvija endoskopska in t.i. off-pump kirurgija (revaskularizacija srčne mišice na delujočem srcu). Ker pa tudi tu zadnje raziskave kažejo manjše prednosti, kot so jima jih na začetku predpisovali, bo ZTO ostal nepogrešljiv tudi v prihodnosti.



REFERENCE:

1. Mora C.T.: Cardiopulmonary Bypass. Springer, 1995
2. Smrkolj: Kirurgija. Sledi, 1995
3. Pirc B., Košak M., Jezernik J., Mueller D.: Zunajtelesni krvni obtok in hipotermija v srčni kirurgiji. Med. Razgl. 16 (1977), 89-98