Vehicle Energy Effects Estimator
Equation 4 HFC Inventory Calculation
Para suplir las funciones del corazón se han propuesto numerosos tipos de bombas cuya revisión en este momento no tendrían más interés que el puramente histórico. Si se pretendiera la exclusión del corazón derecho e izquierdo, sin excluir los pulmones, sería necesario el empleo de dos bombas que suplieran, respectivamente, la función de cada ventrículo, con condicionamientos hemodinámicos diferentes, ya que el pulmón necesita de una perfusión a baja presión, y eso determinaría una gran complejidad en el montaje del dispositivo extracorpóreo. En la
10
Lillehei CW. Controlled cross-circulation for direct-vision intracardiac surgery: Correction of ventricular septal defects, atrioventricularis communis and tretalogy of Fallot. Postgrad Med 1955; 17: 388.
11
Lillehei CW, Cohen M, Warden HE, Read RC, Aust JB, DeWAll RA, Varco RL. Direct vision intracardiac surgical correction of tetralogy of Fallot, pentalogy of Fallot and pulmonary atresia defects. Report of first ten cases. Ann Surg 1955; 142: 418.
12
Dewall RA, Gott VL, Lillehei CW, Read RC, Varco RL, Warden HE, Ziegler NR A simple, expendable, artificial oxygenator for open heart surgery. Surg Clin North Am. 1956 Aug:1025-34.
13
Andreasen AT, Watson F. Experimental cardiovascular surgery: Discussion of results so far obtained and report on experiments concerning donor circulation. Brit J Surg 1953; 41: 195.
14
Gibbon JH. Development of the Artificial Heart and Lung Extracorporeal Blood Circuit. JAMA 1968; 206: 1983-6.
15
Kirklin JW. Surgical treatment of diseases of the heart and great vessels. Minn Med. 1951 Sep;34(9):865-70
16
Kirklin JW. Surgical treatment of anomalous pulmonary venous connection (partial anomalous pulmonary venous drainage). Proc Staff Meet Mayo Clin. 1953 Aug 26;28(17):476-9.
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práctica es preferible suprimir completamente la perfusión de la circulación menor17, lo que obliga a disponer de un oxigenador que cumpla la función pulmonar en el circuito.
Galletti18 resume en los siguientes puntos los requisitos que deben de tener las bombas que se han de emplear en circulación extracorpórea:
Capacidad de impulsar flujos de hasta 5 litros por minuto y contra presiones de hasta 200 mmHg.
Flujos en proporción a la frecuencia de pulsaciones o revoluciones de la bomba permitiendo la calibración fácil y fiable.
Posibilidad de perfusión con bajas velocidades de flujo para disminuir al máximo la hemólisis. Todas las partes en contacto con la sangre deben ser de superficie lisa, evitando turbulencias, estasis, formación de burbujas o coágulos.
Facilidad de desmontaje, limpieza y esterilización.
Funcionamiento automático en el uso habitual, pero con posibilidad de manejo manual si fuera necesario.Se ha discutido si las bombas deben producir necesariamente un flujo
pulsátil, ya que se ha comprobado que las bombas de flujo continuo no producen efectos deletéreos. Frente a las combas de dedos múltiples, y como prototipo de ello la Sigmamotor19,20 que se empleó inicialmente, en la actualidad se da preferencia a las bombas de rodillos, en las que estos se desplazan comprimiendo un tubo situado en el interior de una caja con lo que se consigue disminuir la intensidad de la hemólisis.
17
Dale HH, Shuster EA. A double perfusion pump. J Physiol (London) 1928; 64: 356.
18
Galletti PM, Brecher GA. Heart-lung bypass: Principles and techniques of extracorporeal circulation. New York, Grune & Stratton. 1962.
19
Jones RD, Kay EB, Hudack SS, Cross FS. Suggested modifications in the application of the sigmamotor pump to the technique of controlled cross circulation. J Thorac Surg. 1955 Apr;29(4):408-12.
20
Shimomura S, Andreae E, Bell AL Jr, Fitzpatrick HF J. Pressure-flow relationships of the Sigmamotor pump as used in cardiac bypass. Thorac Surg. 1958 Jun;35(6):747-50.
Ilustración 4: Esquema de bomba de dedos múltiples Sigmamotor.
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Aunque en teoría puede ser de 1, 2 ó 3 rodillos, en la práctica se emplean dos rodillos situados diametralmente opuestos y a la misma distancia del centro. Cuando uno de los dos rodillos termina su acción impulsora, el otro ya ha comenzado la suya, ejerciendo así una acción de válvula. Puesto que en el momento en que el rodillo deja de comprimir se produce una caída momentánea en la impulsión del flujo, se ha considerado que este tipo de bombas ejerce un cierto grado de acción pulsátil.
Conociendo la velocidad que se imprime a la rotación de los rodillos así como el diámetro de los tubos, es posible fijar con precisión el flujo y definir la oleada sanguínea que determina cada revolución. Este tipo de bombas no conlleva
problemas de esterilización, ya que el tubo se coloca por el lecho, yendo por dentro del mismo la sangre, que no permanece en contacto con el exterior.
En experimentaciones realizadas a finales del siglo pasado, se utilizó una cámara elástica de caucho, la cual era comprimida mediante un pistón excéntrico movido por un motor. Los primeros y más sencillos dispositivos fueron las bombas de diafragma, con válvulas de entrada y salida21. El principal problema de éstas era el bajo rendimiento, necesitándose hasta seis de estos dispositivos en paralelo para obtener un flujo aceptable para un bypass cardiopulmonar22.
21
Bayliss WM, Muller EA. A simple, high speed rotary pump. J Scient Instrum 1928; 5: 278.
22
Melsrose DG: Pumping and oxygenating systems. Brit J Anaesth 1959; 31: 393. Ilustración 6: Esquemas de bombas de rodillo
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En la actualidad, mientras que el oxigenador realiza la tarea del pulmón durante el bypass cardiopulmonar, la bomba realiza la del corazón. Su función es la proporcionar un adecuado flujo de sangre oxigenada al sistema arterial del paciente.
Los principales requisitos técnicos de las bombas son:
Amplio rango de flujos (superiores a 7l/m)
Baja hemólisis
Mínimas turbulencias y/o estasis sanguíneas
Sencillez y seguridad de manejo
Capacidad de obtener flujo pulsátil
Buena relación coste/eficacia
Posibilidad de calibración fácil y fiable
Funcionamiento automático con posibilidad de manejo manual
Facilidad de desmontaje y limpiezaTipos de bombas
En la actualidad se utilizan principalmente tres tipos de bombas:
A. De rodillo: son bombas de desplazamiento positivo volumétricas B. Centrífugas: bombas de palas o de vórtice
C. Peristálticas: bombas de más reciente aparición
A. Bombas de rodillo
Es el tipo más común utilizado actualmente. De Bakey23,24 descubrió este tipo de bomba como una ayuda para una rápida infusión y/o transfusión de sangre. Tiene la ventaja de su sencillez, pero el inconveniente de ser relativamente traumática con las células sanguíneas debido a las fuerzas de rozamiento del rodillo sobre los tubos. El grado de traumatismo sobre la sangre es directamente proporcional a la oclusión de los rodillos sobre los tubos. A mayor oclusión, mayor hemólisis y viceversa.
Estas bombas consisten en un estator circular y un rotor con dos rodillos opuestos (180º). Los tubos son comprimidos entre el rotor y el estator con lo cual la
23
Beck A. Zur Technik der bluttransfusion. Klin Wschr 1924; 2: 1, 1999.
24
Wesolowski SA, Fisher JH, Welch CS. Perfusion of pulmonary circulation by non-pulsátile flow. Surgery 1953; 33: 370
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sangre nunca está en contacto directo con el mecanismo. El flujo es unidireccional, mientras los rodillos mantengan una compresión suficiente sobre los tubos.
Las bombas de rodillo requieren ajustes rutinarios para mantener un adecuado volumen de sangre a desplazar. Un ajuste de oclusión parcial es preferible a una oclusión total. Como guía, lo calibraremos de modo que en una columna de suero salino en tubo de 3/8” y 1 metro de longitud descienda 1 cm/min (2cm/min si utilizamos tubo de 1/ 4”).
El funcionamiento de la bomba debe monitorizarse cuidadosamente. Una disminución en el flujo de entrada de la bomba puede ocasionar un vacío excesivo (presiones negativas), lo que causaría la liberación de gas y la formación de burbujas, y una obstrucción en la salida causaría un incremento brutal de presiones, pudiendo producir la rotura del circuito y/o del oxigenador. Los mecanismos de seguridad incluyen sensores de presiones y burbujas, colocados en puntos estratégicos del circuito y que nos permitirán la parada (manual o automática) del sistema, de los cuales hablaremos más adelante.
Debido a que las bombas de rodillo no generan por sí solas flujo pulsátil, es posible adaptarlas para que lo hagan mediante dispositivos variadores de velocidad, que se pueden ajustar en función de diversos parámetros: frecuencia, relación marcha/parada, etc., y que comentaremos más adelante. El flujo pulsátil es evidentemente más fisiológico, pero a lo largo de miles de perfusiones se ha podido evidenciar la eficacia del continuo. El flujo pulsátil25 puede definirse como aquel que está sujeto a variaciones periódicas de velocidad. Las bombas actuales de rodillo pueden proporcionar flujo pulsátil, pero de baja amplitud y alta frecuencia, y dependiendo del grado de oclusión, el número de rodillos y las rpm, esta pulsátilidad es rápidamente amortiguada en el árbol arterial.
Las bombas de rodillo son las más utilizadas, dado que son simples de montar y calibrar.
25
Wesolowski SA, Sauvage LR, Pinc RD. Extracorporeal circulation: The role of the pulse in maintenance of the systemic circulation during heart-lung bypass. Surgery 1955; 37: 663.
Ilustración 7: Bomba de rodillo de DeBakey.
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B. Bombas centrífugas
Uno de los elementos mecánicos de mayor difusión en la actualidad son las bombas hidráulicas, dispositivos que trasforman una energía mecánica procedente del motor que las arrastra en energía hidráulica, fundamentalmente en forma de energía cinética y de presión.
Con ellas, se comunica la suficiente energía cinética a la sangre mediante la rotación a alta velocidad de un dispositivo giratorio que consigue una fuerza centrífuga suficiente para ello. Este dispositivo se une al motor mediante un potente imán, manteniendo sellada hermética la cámara de bombeo, que es desechable.
Podemos distinguir entre dos tipos fundamentales de bombas26:
Turbobombas, son aquellas en que se aumenta el momento cinético del flujo.
Dicho aumento se realiza en el rodete de la bomba y posteriormente en el mismo cuerpo de la bomba se trasforma el exceso de energía cinética en presión, dentro del difusor (si lo hay) y en el caracol. Dentro de las turbobombas, también podemos distinguir entre tres tipos, según el cambio de dirección del fluido:
- Centrífuga: el fluido sale de la bomba en el plano perpendicular al eje de entrada.
- Axial: el fluido sale de la bomba en la misma dirección que entra. - Heliocentrífuga: es el caso intermedio entre los dos primeros.
Bombas de desplazamiento, “se trata de dispositivos en los que se aplica una
determinada fuerza o momento en unas cámaras que se van llenando y vaciando alternativamente. El aumento de energía se realiza en forma de presión. Estas bombas también se llaman volumétricas”.
Como ejemplo de los casos anteriores, y dentro del campo de la bioingeniería, podríamos citar el corazón, así como las bombas de rodillo que actúan a modo de bombas de desplazamiento.
26
Hickey PR, Buckley MJ, Philbin DM: Pulsátile and nonpulsátile cardiopulmonary bypass: Review of counterproductive controversy. Ann Thorac Surg 1983; 36: 720.
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La más conocida de estas bombas centrífugas es la bomba Biomédicus®, que consiste en tres conos concéntricos. La sangre es impulsada mediante el vortex (vórtice) creado por su giro a gran velocidad. La entrada de sangre es axial (central) y la salida periférica. Otro ejemplo de bomba centrifuga es la bomba Sarns-3M®, que tiene dos cámaras independientes y la bomba centrífuga Aries®.
Las bombas centrífugas están diseñadas para minimizar la hemólisis y la coagulación en caso de estasis de sangre. No son oclusivas, con lo que el flujo obtenido depende de la resistencia. Si la resistencia aumenta, disminuye el flujo. El uso de las bombas centrífugas requiere un estricto control del flujo mediante métodos electromagnéticos o ultrasónicos con sensores situados en circuito. La información obtenida permite ajustar la velocidad de la bomba en función de las variaciones de la
resistencia (postcarga).
Las bombas centrífugas son extremadamente prácticas: compactas, duraderas y fáciles de montar y ajustar. Causan mucha menos hemólisis que las de rodillo, tienen la ventaja añadida de que si entra aire en el circuito, la bomba deja de impulsar debido a que no puede transmitir energía a la sangre, por lo que minimiza el riesgo de embolismo aéreo masivo. Su inconveniente es el alto coste, lo Ilustración 8: Bomba centrífuga Biomedicus
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que limita su uso rutinario.
C. Bombas peristálticas
La bomba peristáltica más conocida es la bomba Affinity®, que ha sido diseñada para su uso extracorpóreo. La cámara de poliuretano consta de tres segmentos distintos: llenado, oclusivo y mayor. La cámara de la bomba se llena de forma pasiva debido a la presión de llenado producida por el volumen de sangre en el reservorio, en oposición al llenado por presión negativa. Un segmento oclusivo localizado distalmente al segmento de llenado de la cámara de la bomba debe abrirse por la presión de llenado para permitir el flujo a través de la cámara. Se debe mantener un volumen adecuado en el reservorio para abrir el segmento oclusivo y permitir el llenado del segmento mayor. La acción peristáltica de los rodillos contra el segmento mayor produce flujo hacia delante. Si el reservorio tiene una colección sanguínea insuficiente o está vacío, cesará el flujo a través de la bomba por el cierre del segmento oclusivo. El flujo a través de la bomba no empezará de nuevo hasta que no haya una presión de llenado suficiente que abra el segmento oclusivo. La tasa de flujo depende, por tanto, del volumen del reservorio, de la rpm del rotor de la bomba y de la resistencia total del circuito.
El flujo se mide utilizando una tecnología ultrasónica de tiempo transito. Esto se produce por el paso de señales ultrasónicas entre dos transductores localizados en una sonda de flujo no invasiva rodeando al tubo.
Las características más importantes de funcionamiento y seguridad de las bombas peristálticas son:
No vacía el reservorio venoso
No permite el flujo retrógrado
Limita el exceso de presión evitando fugas o desconexiones
Alto flujo a bajas rpm, reduciendo el potencial de hemólisis
No crea una presión negativa valorable, reduciendo el potencial de cavitación El poliuretano diseñado en forma de cámara lisa minimiza el desprendimiento de partículas extrañas.
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La continua evolución de las ciencias y la aparición de nuevas tecnologías y materiales hacen esperar nuevos desarrollos en el futuro. En líneas generales, cabe esperar con respecto a las bombas, que se desarrolle un sistema no oclusivo, autocalibrado y pulsátil, de un solo uso y completamente incorporado al circuito. En la actualidad, en el montaje de una bomba estándar para perfusión de rodillo, compacta o modular, a gusto del usuario se incorpora además, una bomba centrífuga o persitáltica.
La bomba debe estar formada como mínimo por 4 rodillos. Uno de los rodillos se utilizará como impulsor de sangre y será el que realizará las funciones del corazón. Este rodillo es el que sustituiremos por el de la bomba centrífuga o peristáltica; el segundo rodillo lo utilizaremos como aspirador de campo; el tercer rodillo, como aspirador de cavidades (de ventrículo), y el cuarto rodillo, lo podremos utilizar para la inyección de la cardioplejia (dependiendo del tipo que utilicemos); además, deberemos disponer de un quinto módulo, que realice las funciones de batería alternativa en el caso de corte de fluido eléctrico.
Deberemos tener un monitor de control de la perfusión, donde controlaremos la presión del circuito, del nivel del oxigenador, el no paso de microburbujas por la línea arterial, el control de la cardioplejia, las temperaturas y los distintos tiempos de perfusión, clampaje y otros. Controles de hematocrito y saturación de sangre en línea, filtros atrapaburbujas, etc., todo encaminado a la máxima fiabilidad de la perfusión y a una mayor seguridad del paciente.
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