FUNDAMENTO: A oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO) em recém-nascidos e crianças tem resultados excelentes. A experiência em adultos é mais modesta e os resultados imediatos são inferiores. Entretanto, a sobrevida em cinco anos de pacientes que sobrevivem a esse método é bastante promissora. Não há relato na literatura brasileira de experiências com esse sistema nesse contexto. OBJETIVO: Relatar a experiência com o uso da oxigenação por membrana extracorpórea no adulto que se apresenta em choque cardiogênico agudo e refratário. MÉTODOS: Análise retrospectiva de prontuários médicos de pacientes submetidos a implante do sistema de oxigenação por membrana extracorpórea para a assistência circulatória no choque cardiogênico agudo e refratário. RESULTADOS: Onze pacientes (63,5 anos; 45,5% homens) foram considerados para análise no período de 2005 a 2007. O tempo médio de suporte circulatório foi de 77 horas (10-240h) e cinco pacientes estavam vivos em 30 dias (45,5%). Dois pacientes foram subseqüentemente submetidos a implante de assistência circulatória prolongada após um período de ressuscitação em ECMO, um dos quais foi submetido ao transplante cardíaco. As causas de morte durante a assistência com ECMO (seis pacientes) incluíram falência multiorgânica (66,6%) ou sangramento refratário (33,4%). CONCLUSÃO: O sistema ECMO é uma opção de assistência circulatória temporária para pacientes adultos com falência cardíaca aguda refratária, podendo ser utilizado como ponte para a recuperação ou com o intuito de selecionar candidatos à assistência circulatória prolongada (ponte para a ponte).
ARTIGO ORIGINAL
INSUFICIÊNCIA CARDÍACA
Assistência circulatória com oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO) no adulto: um conceito falido ou esquecido?
Hospital Pró-Cardíaco, Rio de Janeiro, RJ - Brasil
O sistema ECMO (oxigenação por membrana extracorpórea), que consiste basicamente em um conjunto de tubos, uma membrana de oxigenação artificial e uma bomba propulsora, se presta a dar assistência pulmonar, cardíaca ou cardiorrespiratória nesta última para falência cardíaca, pulmonar ou ambas. Trata-se de um circuito fechado de circulação extracorpórea em que o sangue desoxigenado e rico em gás carbônico é drenado do sistema venoso e impulsionado por uma bomba centrífuga através de uma membrana de oxigenação artificial, retornando oxigenado para o sistema arterial do corpo. O fluxo gerado é contínuo. O objetivo é manter a perfusão dos tecidos com sangue oxigenado enquanto se aguarda a recuperação do órgão primariamente acometido, coração, pulmões ou ambos. Esse conceito é denominado ponte para a recuperação. No caso de falência cardíaca, em particular, outro objetivo com a utilização do sistema ECMO pode ser o de ponte para outros dispositivos de assistência circulatória mais prolongada quando da não-recuperação da função cardíaca nativa. Com isso pode-se selecionar melhor os candidatos a assistência ventricular prolongada e otimizar custos.
O suporte de vida extracorpóreo em recém-nascidos e crianças tem sido relatado com resultados excelentes1,2. A experiência com ECMO em adultos é mais modesta e os resultados imediatos são inferiores3,4, sendo de utilização controversa quer na insuficiência respiratória ou no choque cardiogênico.
Pacientes que se apresentam em choque cardiogênico após infarto agudo do miocárdio, após cardiotomia ou depois de parada cardíaca, entre outros, apresentam altas taxas de mortalidade hospitalar. Mesmo que o fator etiológico primário seja abordado de forma terapêutica (exemplo: revascularização do miocárdio), a mortalidade hospitalar é inalterada. A ressuscitação inicial com ECMO pode melhorar as taxas de mortalidade hospitalar nesse contexto.
O objetivo deste artigo é relatar a experiência com a utilização da ECMO para o suporte cardiopulmonar de pacientes adultos em falência cardíaca primária, aguda e refratária.
A casuística foi iniciada em março de 2005, depois de satisfeitos os requisitos mínimos de treinamento e educação continuada de especialistas em ECMO5 e os requerimentos institucionais necessários para a utilização eficaz desse método6 de acordo com a organização de suporte de vida extracorpóreo (ELSO).
De março de 2005 a junho de 2007, 11 pacientes adultos foram avaliados para assistência circulatória mecânica e colocados em suporte de vida extracorpóreo com o sistema ECMO em razão da insuficiência cardíaca aguda refratária.
Os critérios para o implante da assistência mecânica incluíram:
1) Choque cardiogênico refratário a pelo menos dois fármacos inotrópicos positivos endovenosos com ou sem o uso de balão intra-aórtico.
2) Parada cardiorrespiratória (PCR).
Poucos pacientes apresentavam controle hemodinâmico invasivo no momento da avaliação inicial e, portanto, dados de pressões de enchimento ventriculares e índice cardíaco não foram utilizados para a tomada de decisão relativa ao implante da ECMO. Em contrapartida, todos os pacientes submetidos ao implante da ECMO tiveram sua condução clínica e o manuseio hemodinâmico auxiliados pela mensuração das pressões intracavitárias obtidas com o cateter de artéria pulmonar.
Pacientes com idade superior a 75 anos, com insuficiência cardíaca crônica avançada, disfunção orgânica outra que não renal, suspeita ou diagnóstico de sepse ou com disfunção da crase sangüínea não foram considerados para essa modalidade terapêutica.
Pacientes que se apresentaram inicialmente como inelegíveis ao transplante cardíaco tiveram o sistema ECMO instalado caso fosse antecipada probabilidade de recuperação da função ventricular como em pacientes com choque cardiogênico após cardiotomia ou que apresentaram parada cardíaca refratária sem causa definida ou de causa tratável.
O circuito para a assistência de vida extracorpórea consiste em membrana de oxigenação (Jostra Quadrox D, Maquet – NJ, EUA), bomba centrífuga (Jostra Rotaflow, Maquet – NJ, EUA), tubos revestidos de silicone com ou sem hemofiltro adaptado ao circuito, misturador de ar e oxigênio e uma bomba trocadora de calor.
A via de eleição utilizada para a perfusão arterial foi obtida por punção ou dissecção de uma das artérias femoral ou axilar, ou ainda, pela introdução da cânula na aorta ascendente. A cânula de drenagem venosa foi posicionada no interior do átrio direito por acesso direto, ou através de uma das veias femorais. Os sítios de introdução da cânula arterial e venosa foram estabelecidos na dependência da indicação do uso da assistência, da urgência em se restabelecer a circulação sangüínea, do local onde o paciente se encontrava dentro da instituição (sala de emergência, laboratório de hemodinâmica, unidade de terapia intensiva ou centro cirúrgico), além das características individuais de cada paciente.
Pacientes em choque cardiogênico após cardiotomia tiveram preferencialmente o sítio de introdução das cânulas por acesso cirúrgico aos vasos centrais, esses utilizados durante a circulação extracorpórea convencional, enquanto pacientes em parada cardíaca tiveram a circulação extracorpórea estabelecida, preferencialmente, por meio da introdução das cânulas nos vasos femorais, axilar ou ambos.
Pacientes com falência cardíaca após cardiotomia tiveram a heparina antagonizada com 75% da dosagem de protamina administrada, ou seja, 75 U.I. de heparina para cada 1 mg de protamina. A heparina era administrada após o controle do sangramento mediastinal, no momento em que se obtinha drenagem mediastinal inferior a 75 ml/h por 3 horas. O objetivo era a manutenção do PTTa (tempo parcial de tromboplastina ativado) entre 45 e 65 segundos, levando-se em consideração o fluxo administrado e outras características clínicas de cada paciente. Todos os outros pacientes receberam heparina não-fracionada endovenosa antes do implante das cânulas (100 U.I./Kg).
Durante a assistência circulatória, todos os pacientes receberam a heparina não-fracionada. Apesar de inicialmente se utilizar o tempo de coagulação ativado (TCA) para guiar o grau de anticoagulação, deu-se preferência ao ajuste da anticoagulação com a heparina não-fracionada por meio do tempo de tromboplastina parcial (PTT) realizado a cada 4 horas. Além disso, foi utilizado pelo menos um tromboelastograma com heparinase diariamente para a avaliação da crase sangüínea.
Em geral, os pacientes foram ventilados em modo bi-vent, com fração inspirada de oxigênio de 40% ou menos. A freqüência respiratória foi pré-fixada a 8-10 ciclos/min com volume corrente de 8-10 ml/kg e pressão positiva ao final da expiração inferior a 8 cmH2O. Os parâmetros do ventilador foram definidos para impedir picos de pressão nas vias aéreas superiores a 35 cmH2O. Os parâmetros ventilatórios eram alterados para otimização da gasometria arterial.
Um misturador de ar e oxigênio foi usado para a ventilação do oxigenador de membrana. Os fluxos de sangue da bomba centrífuga e de ar do oxigenador de membrana foram mantidos na razão 1:1 para garantir função eficiente do oxigenador.
Baixa dosagem de fármacos inotrópicos foi utilizada para manter a contratilidade ventricular e otimizar a descompressão ventricular, além de impedir estase sangüínea intracavitária com formação de trombos.
A maioria dos pacientes recebeu, concomitantemente, o implante de balão intra-aórtico na tentativa de reduzir a pós-carga ventricular esquerda, otimizar a perfusão coronariana e adicionar pulsatilidade à circulação.
Todos os pacientes foram controlados com cateter de artéria pulmonar e saturação venosa central de oxigênio contínua e ecocardiografia seriada. Nove dos 11 pacientes foram controlados com eletroencefalografia contínua durante a assistência circulatória.
A função ventricular foi avaliada à beira do leito clínica, hemodinâmica e ecocardiograficamente. A visualização direta e subjetiva do coração, em pacientes que foram mantidos em esternotomia, também foi utilizada. Tentativas formais de desmame foram iniciadas após, pelo menos, 24 horas de suporte em ECMO. Durante as tentativas de desmame, reduziu-se progressivamente o fluxo da bomba centrífuga para avaliar a ejeção ventricular. Fluxos inferiores a 1l/min foram permitidos por intervalos curtos de tempo (inferiores a 2 minutos). Nessas tentativas, utilizaram-se TCA entre 200 e 220 segundos e PTTa entre 65 e 90 segundos. Além disso, fármacos inotrópicos endovenosos e de vasodilatadores pulmonares, como o óxido nítrico e o sildenafil, foram adicionados conforme a necessidade. Os parâmetros de ventilação mecânica foram ajustados e a manutenção do hematócrito superior a 30% foi considerada para todos os pacientes.
Com a melhora progressiva da função cardíaca, reduzia-se o fluxo da bomba centrífuga progressivamente. O sistema de ECMO era retirado quando se conseguisse índice cardíaco nativo superior a 2,2l/min/m2 com pressões de enchimento ventriculares otimizadas, durante os testes de desmame.
Dados foram coletados retrospectivamente, por revisão de prontuários médicos e a análise estatística foi puramente descritiva.
As características demográficas de todos os pacientes estão demonstradas na
A idade média dos pacientes foi de 63,5 anos (45,5% homens). A etiologia da insuficiência cardíaca foi isquêmica em 63,6%, não-isquêmica em 18,2%, e impossibilidade de desconexão de circulação extracorpórea após cardiotomia em 18,2%. No total, 18,2% dos pacientes estavam em parada cardiorrespiratória (PCR) e 36,4% tiveram PCR nos 60 minutos que antecederam o implante da assistência mecânica. O tempo necessário para a instituição do suporte circulatório desde o início das manobras de ressuscitação cardiorrespiratória nos dois pacientes em PCR foi de 30 e 45 minutos, respectivamente. Ambos foram atendidos no laboratório de hemodinâmica e o segundo paciente teve a introdução das cânulas por meio de esternotomia, realizada pela impossibilidade de acesso cirúrgico aos vasos periféricos. Setenta e três por cento dos pacientes apresentavam choque cardiogênico pós-IAM, e 63% encontravam-se num contexto pós-operatório de cirurgia cardíaca.
A duração média de suporte foi de 77 horas (de 10 a 240 horas). Nesse período, as principais complicações estiveram relacionadas a sangramento e disfunção orgânica, conforme
A assistência circulatória mecânica ao coração agudamente insuficiente é um componente integrante do programa de insuficiência cardíaca institucionalizado e multidisciplinar.
As indicações para a assistência mecânica ao coração incluem assistência cardíaca crônica e ponte para a recuperação, ponte para o transplante cardíaco, assistência de curta duração ao choque cardiogênico após cardiotomia, assistência temporária a procedimentos percutâneos de alto risco e ressuscitação cardíaca de emergência na parada cardiorrespiratória. Além dessas, o cirurgião cardíaco pode ser acionado, ainda, para o implante de suporte circulatório em cenários que incluam embolia pulmonar, hipotermia e trauma, dentre outros.
A utilização do suporte circulatório mecânico para assistência cardíaca temporária e de curta duração é necessária para o manuseio da insuficiência cardíaca aguda, em diversas situações clínicas diferentes. A avaliação dos dispositivos de assistência mecânica nesse cenário é difícil em razão da instabilidade clínica dos pacientes antes do implante dos dispositivos e da acuidade dessa parcela de pacientes. Ao contrário da maior parte dos pacientes candidatos a transplante que se tornam elegíveis para a assistência mecânica crônica (ponte para o transplante), a assistência de curta duração normalmente se apresenta com grande carga de co-morbidades e insulto isquêmico a órgãos vitais, além da instabilidade hemodinâmica. Determinar segurança e eficácia dos dispositivos para a assistência mecânica temporária nessa população complexa de pacientes não é um processo fácil.
A estratégia ideal para a assistência de curta duração deve combinar baixo custo, adaptabilidade a diversas aplicações e requisições individuais de cada cenário clínico, além de facilidade e rapidez de implementação. O sistema ECMO e a logística para sua implementação têm demonstrado preencher tais critérios nessa experiência inicial.
Em pacientes adultos, a utilização da ECMO para assistência circulatória tem muitas limitações. Uma das principais preocupações é que a descompressão ventricular esquerda não seja adequada, resultando em hipertensão pulmonar, edema e hemorragia7. A esse respeito, o controle das pressões de enchimento ventricular com o cateter de artéria pulmonar é fundamental para o manuseio desses pacientes. Para acessar esse problema, no entanto, utiliza-se o balão intra-aórtico, concomitantemente à ECMO, além de baixas doses de fármacos inotrópicos positivos na tentativa de reduzir a pós-carga ventricular e facilitar a ejeção ventricular. O uso do ecocardiograma transesofágico ou a passagem da sonda do eco através de dreno mediastinal especificamente desenhado para esse fim pode guiar a terapia para a descompressão ventricular de pacientes que mantêm hipertensão pulmonar após a instituição da ECMO. A manutenção de hipertensão pulmonar a despeito da instituição das manobras supracitadas deve requerer intervenção cirúrgica para descompressão ventricular esquerda.
Nessa casuística, seis dos 11 pacientes (54,5%) apresentavam idade superior a 70 anos e alguns autores consideram a idade no momento de indicar ou contra-indicar esse procedimento. A péssima sobrevida de pacientes idosos não deve justificar essa terapia, sobretudo se já há falência renal ou hepática pré-ECMO ou se existe dano neurológico pós-ECMO4. Nesse grupo de pacientes, a ECMO não deve ser promovida. Entretanto, se a ECMO for instituída, e uma melhora clínica não for rapidamente observada, o término precoce da assistência deve ser defendido.
Smedira e cols.4 relatam, numa casuística de 202 adultos submetidos a assistência circulatória com ECMO, uma taxa de sobrevida em 30 dias de 38%. A necessidade de hemodiálise foi de 40%. Na casuística aqui relatada, 45,4% dos pacientes estavam vivos em 30 dias, e 72,7% dos pacientes necessitaram hemodiálise durante a assistência. Dois dos oito pacientes que necessitaram de hemodiálise, entretanto, já se apresentavam em terapia de substituição renal quando da implementação da ECMO. A seleção de pacientes está intimamente relacionada aos resultados obtidos com a assistência. A disfunção renal é uma das variáveis que mais negativamente afetam o desmame do sistema e a sobrevida8.
O choque cardiogênico após infarto agudo do miocárdio (IAM) apresenta índices de mortalidade que variam de 55% a 81% em 30 dias9,10, se conduzidos sob tratamento clínico otimizado. Nesse contexto, a revascularização do miocárdio, apesar de melhorar a taxa de sobrevida dos pacientes em seis meses, não é capaz de alterar a mortalidade hospitalar desses9. Na casuística aqui discutida, a maior parte dos adultos relatados apresentava-se num contexto de choque cardiogênico após IAM. Apesar de todos os pacientes com coronariopatia obstrutiva terem sido submetidos a revascularização do miocárdio (percutânea ou cirúrgica) durante a assistência com ECMO, a estratégia mais agressiva, que combina a assistência circulatória como ponte para a recuperação ou para o transplante, tem sido associada a melhores taxas de mortalidade hospitalar10.
A estratégia de utilização adicional do controle da anticoagulação por meio da tromboelastografia com heparinase11 pode estar relacionada ao melhor controle da crase sangüínea desses pacientes, mas estudos controlados fazem-se necessários. Nessa casuística, em que a maioria dos pacientes foi controlada com eletroencefalografia contínua, não se identificaram eventos cerebrais novos durante o período de ECMO. Também não foi observada trombose de bomba ou circuito nem houve necessidade de troca de membrana de oxigenação em nenhum paciente.
Apesar de a ECMO promover rápida ressuscitação, resolução da injúria orgânica e oferecer tempo para avaliação pré-transplante cardíaco, os dispositivos de assistência ventricular permitem a assistência circulatória prolongada, de baixo risco além de reabilitação. Pacientes que não sobrevivem ao período inicial com ECMO não sobreviveriam aos dispositivos de assistência ventricular, e a estratégia de utilização da ECMO como "ponte para a ponte" é capaz de otimizar a utilização de recursos e melhorar os resultados do suporte prolongado7.
O sistema ECMO é capaz de prover suporte cardiopulmonar e adequado fluxo sangüíneo aos órgãos; entretanto, complicações relacionadas direta ou indiretamente a essa modalidade de suporte circulatório ainda são consideráveis e impedem a melhoria dos resultados se dispositivos de mais longa permanência não estiverem disponíveis (ponte para ponte), sobretudo para a parcela de pacientes mais jovens (candidatos a transplante), o que justifica uma maior agressividade de manuseio clínico. A sobrevida após ECMO e as taxas de desmame do sistema têm se mantidas estáticas ao longo da última década. O avanço mais significativo tem sido visto em centros transplantadores e de assistência circulatória, onde candidatos a transplante recebem dispositivos de mais longa duração após a ECMO (ponte para ponte)12. Para a excelência de resultados, entretanto, além de investimentos em qualificação de recursos humanos, uma gama de diferentes opções de dispositivos deve estar disponível para atender às diversas requisições que essa população de pacientes agudamente enfermos requer.
O sistema ECMO é uma opção para a assistência circulatória temporária de pacientes adultos com falência cardíaca aguda refratária, podendo ser utilizado como ponte para a recuperação ou com o intuito de selecionar candidatos à assistência circulatória prolongada (ponte para a ponte). O treinamento de equipe multidisciplinar, a disponibilização de nova tecnologia e refinamentos nos métodos serão necessários para a melhoria dos resultados.
Esta é uma análise retrospectiva, de uma única instituição, com um pequeno número de pacientes. O manuseio dos pacientes e os protocolos utilizados foram modificados durante o tempo do estudo.
Potencial Conflito de Interesses
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Correspondência: Alexandre Siciliano Colafranceschi Rua Dona Mariana, 143, sala A 12 - Botafogo Rio de Janeiro, RJ - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 03/07/07; revisado recebido em 15/09/07; aceito em 30/11/07.
BACKGROUND: The extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) has been used in the neonatal and childhood periods with excellent results. The adult experience has been modest with inferior immediate results. The intermediate survival, however, has been promising. We have been using the extracorporeal membrane oxygenation for temporary mechanical circulatory support of adults that present with acute refractory cardiogenic shock in our institution. There is no other published experience of the use of this system in this scenario in Brazil. OBJECTIVE: To describe our experience with the use of the extracorporeal membrane oxygenation for circulatory support in adults. METHODS: Retrospective analysis of the medical files of patients submitted to the implant of extracorporeal membrane oxygenation system for circulatory assistance in acute and refractory cardiogenic shock. RESULTS: Eleven patients (63,5yo; 45,5%male) were considered for analysis from 2005 to 2007. Median support time was 77 hours (10-240h) and 5 patients have survived 30 days (45,5%). Two patients were subsequently submitted to prolonged paracorporeal circulatory assistance. Mortality on ECMO (6 patients) was due to multiple organ failure (66,6%) and refractory bleeding (33,4%). CONCLUSION: ECMO system is an option to be used in acute refractory cardiogenic shock as a bridge to recovery or selecting patients that might benefit from prolonged paracorporeal assist devices (bridge to bridge).
Hospital Pró-Cardíaco, Rio de Janeiro, RJ - Brazil
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The Extra Corporeal Membrane Oxygenation system (ECMO) – a set of cannulae, an artificial oxygenation membrane, and a pump – provides pulmonary, heart, or cardiorespiratory support. When used for cardiorespiratory assistance, it is in the occurrence of heart failure, pulmonary failure, or both. It is an extra corporeal circulation closed circuit. Deoxygenated, carbon dioxide rich blood is drained from the venous system and pumped through an artificial oxygenation membrane, to then return to arterial system after oxygenation. It is a continuous flow. The aim is to keep tissue perfusion with oxygenated blood while waiting for the recovery of impaired organ: heart, lungs, or both. The concept is called recovery bridge. Particularly under heart failure condition, another aim when using the ECMO system is to act as a bridge to other prolonged circulation support devices in case native cardiac function is not restored. By doing that, better candidates for prolonged ventricular support can be selected, as well as costs optimized.
Extracorporeal life support for infants and children has been reported with excellent results1,2. The experience using ECMO for adults is more modest, and immediate results are poor3,4, and its use is controversial – whether for respiratory insufficiency or cardiogenic shock.
Patients presenting cardiogenic shock after acute myocardial infarction (AMI), cardiotomy, or cardiac arrest, among other conditions, report high hospital mortality rate. Even if primary etiological factor is managed through therapeutic approach (for instance: myocardial revascularization), hospital mortality rate is kept unchanged. Initial resuscitation through ECMO may improve hospital mortality rate in this scenario.
The purpose of the present paper is to report the experience of using ECMO for cardiopulmonary support of adult patients with primary, acute or refractory heart failure.
Materials were initiated in March, 2005, after minimum requirements were met for training and continuous education of ECMO specialists5, as well as the necessary institutional requirements for effective use of the method6 in compliance with Extra Corporeal Support Organization (ELSO).
From March, 2005 through June, 2007 eleven adult patients were evaluated for mechanical circulatory support. All patients were on ECMO due to refractory, acute heart failure.
Endpoints for mechanic support implant were:
1) Cardiogenic shock refractory to at least two IV positive inotropic drugs with or without the use of intra-aortic baloon.
2) Cardiorespiratory Arrest.
Few patients presented invasive hemodynamic control at the point of initial evaluation; therefore, ventricular filling pressures and cardiac index were not considered for the purpose of decision making in regard to ECMO implant. On the other hand, all patients submitted to ECMO implant had their clinical course and hemodynamic management helped by intracavitary pressure measurement obtained from a pulmonary artery catheter.
Patients over 75 years of age with chronic, advanced heart failure condition, organic dysfunction other than renal, suspicion of sepsis or coagulation mechanism dysfunction were not considered for this therapeutic mode.
Patients originally ineligible for heart transplant had the ECMO system implanted in case recovery of ventricular dysfunction were anticipated, as it occurs with cardiogenic shock patients after cardiotomy or those presenting refractory cardiac arrest from unknown or treatable cause.
The extra corporeal life support circuit is made up of an oxygenation membrane (Jostra Quadrox D, Maquet – NJ, EUA), a centrifugal pump, (Jostra Rotaflow, Maquet – NJ, EUA), silicone-coated cannulae with or without a circuit adapted hemofilter, an air mixer, and a heat exchanger.
The choice pathway for arterial perfusion was obtained via puncture of femoral or axillary dissection, or alternatively, the introduction of the cannula into ascending aorta. The venous drainage cannula was positioned in right atrium directly or through a femoral vein. Insertion sites of arterial and venous cannulae were depended on support indication, the urgency to restore blood flow, where the patient was located at the facility (emergency room, hemodynamic laboratory, intensive care unit or surgery room), in addition to patient’s individual characteristics.
For patients under cardiogenic shock after cardiotomy cannullae were inserted preferably through central vessels surgery – the same vessels used for conventional extra corporeal circulation, whereas for cardiac arrest patients cannulae were preferably inserted in femoral or axilar vessels, or both.
Heart failure patients had heparin antagonization at 75% protamine administration after cardiotomy, which means to say, 75 IU of heparin for 1mg of protamine. Heparin was administered after mediastinal bleeding control, at the point when mediastinal drainage was lower than 75ml/h for 3 hours. The purpose was to keep APTT (activated partial thromboplastin time) between 45 and 65 seconds, taking into account administration flow and other clinical characterists of each patient. All other patients received IV non-fractioned heparin before cannulae insertion (100 IU/Kg).
All patients received non-fractioned heparin during circulatory support. Although activated coagulation time (ACT) was originally used to guide anticoagulation level, non-fractioned heparin coagulation adjustment through PTT every 4 hours was preferred. Additionally, at least one heparinase thromboelastogram (HepTEG) was performed daily for coagulation mechanism evaluation.
Patients were typically submitted to biventricular ventilation mode, with 40% oxygen inspiration fraction or less. Respiratory rate was pre-fixed at 8-10 cycles/min with current 8-10mL/kg volume and positive end-expiratory pressure (PEEP) lower than 8 cmH2O. Ventilation parameters were defined to prevent pressure peaks in upper airways to exceed 35 cmH2O. Ventilatory parameters were changed to optimize arterial gasometry.
An air-oxygen mixer was used for membrane oxygenator ventilation. Centrifugal pump blood flow and membrane oxygenator air flow were kept at 1:1 to guarantee oxygenator efficient function.
Low dosing of inotropic drugs was used to keep ventricular contractility and to optimize ventricular decompression, in addition to preventing intracavitary blood stasis with formation of thrombi.
Most patients received concurrent intra-aortic balloon implant in an attempt to reduce left ventricle post-load, optimize coronary perfusion, and add pulsatility to circulation.
All patients were controlled through a pulmonary artery catheter and continuous central venous oxygen saturation and serial echocardiogram. From the eleven patients, nine were controlled through continuous electroencephalography during circulatory support.
Ventricular function was evaluated clinically, hemodynamically, and echocargiographically at hospital bed. Direct, subjective visualization of heart in esternotomy patients was also utilized. Formal weaning attempts were started after at least 24 hours on ECMO support. During weaning attempts centrifugal pump flow was progressively reduced for ventricular ejection evaluation. Flows under 1l/min were allowed for short periods of time (under 2 minutes). ACT between 200 and 220 seconds and APPT between 65 and 90 seconds were used during those attempts. Additionally, the use of inotropic IV drugs and pulmonary vasodilators – such as nitric oxide and sildenaphil – were added as needed. Mechanic ventilation parameteres were adjusted and hematocrit kept above 30% was considered for all patients.
As cardiac function progressively improved, centrifugal pump flow was progressively reduced. The ECMO system would be removed whenever the patient succeeded in reaching native cardiac index above 2.21/min/m2, with optimized filling pressures during weaning tests.
Data were collected retrospectively through medical records. Statistical analysis was essentially descriptive.
Patients’ demographics can be found on
Patients’ mean age was 63.5 years of age (45.5% were males). Ischemic heart failure etiology was reported by 63.3% of patients; non-ischemic by 18.2%, and the impossibility of post-cardiotomy extracorporeal circulation weaning by 18.2%. Out of all patients, 18.2% were undergoing cardiorespiratory arrest and 36.4% had reported cardiorespiratory arrest within the 60 minutes prior to mechanic support. Time necessary for circulatory support as of cardiorespiratory resuscitation maneuvers for the two patients undergoing cardiorespiratory arrest was 30 and 45 minutes, respectively. Both were assisted at the hemodynamic laboratory. The second patient had the cannulae inserted through esternotomy, which was performed due to the impossibility of surgical access to peripheral vessels. \ From all patients, 73% presented post-AMI cardiogenic shock, and 63% was going through post-operative period after heart surgery.
Average support time was 77 hours (from 10 to 240 hours). During that time period major complications were related to bleeding and organic dysfunction, as shown in
Mechanical circulatory support to acutely failing heart is part of an institutionalized, multidisciplinary heart failure program.
The indications for mechanical circulatory support include chronic cardiac support and recovery and bridge to recovery, bridge to heart transplant, short-term support to post-cardiotomy cardiogenic shock, temporary support to high-risk percutaneous procedures, and emergency cardiac resuscitaton in cardiorespiratory arrest. Additionally, the heart surgeon may be requested for the implant of circulatory support under scenarios that include, but are not restricted to, pulmonary embolus, hypothermy, and trauma.
Mechanical circulatory support for temporary, short-term cardiac support is necessary to manage acute heart failure under a number of different clinical settings. The evaluation of mechanical support devices under such scenario is not easy due to patients’ clinical instability before devices implant as well as to the typically acute condition presented by this kind of patient. As opposed to most transplant candidate patients who turn eligible for chronic mechanical assistance (bridge to transplant), short-term support is usually associated to a high level of co-morbidities and ischemic insult to vital organs, in addition to hemodynamic instability. To establish the safety and efficacy level of temporary mechanical support devices in this complex population of patients is not an easy task.
The ideal strategy for short-term support should combine low cost, adaptability to distinctive applications, and individual requirements by each clinical scenario, in addition to easy, fast implementation. The ECMO system and its implementation logistics have shown to meet those requirements at this early stage.
Adult patients are posed with quite a number of limitations to use ECMO for circulatory support. A major concern is that left ventricular decompression is not appropriate, thus resulting in pulmonary hypertension, edema and hemohrrage7. In that respect, ventricular filling pressures control through pulmonary artery catether is key to manage those patients. To tackle the problem, however, the use of intra-aortic baloon should be concurrent to ECMO, in addition to low doses or positive inotropic drugs as an attempt to reduce ventricular post-load and to make ventricular ejection easier. The use of transesophagic echocardiogram or specifically designed echo probe through mediastinal drain may lead therapy towards the ventricle decompression of patients whose pulmonary hypertension is kept after ECMO implant. Despite procedures as described, pulmonary hypertension should require surgical intervention for left ventricle decompression.
From the eleven patients, six (54.5%) were over 70 years old. Some authors take age range into account at the point of indicating or contra-indicating the procedure. The very poor survival rate of elderly patients should not justify this therapy, especially if renal or hepatic failure are present prior to ECMO, or if any neurologic damage is reported after ECMO4. ECMO should not be performed in this group of patients. However, if ECMO does get to be performed, and clinical improvement is not immediately reported, ECMO early discontinuation should be recommended.
Smedira et al4 reported a 38% 30-day survival rate among 202 adults on ECMO. The need for hemodialysis was 40%. In Materials, the present study reported 45.4% of patients were alive in the 30 days that followed; 72.7% had to be submitted to hemodialysis in the support period. From eight patients, two were submitted to hemodialysis; however, they had been on renal replacement therapy (RRT) when ECMO was implanted. Patient screening is closely related to results obtained from support. Renal dysfunction is one of the variables to most negatively affect weaning from the system and survival8.
Cardiogenic shock after acute myocardial infarction (AMI) reports mortality rates ranging from 55% to 81% within 30 days9,10 if management is optimized. Under such scenario, myocardial revascularization – despite improving patients’ survival rate in 6 months – does not succeed in changing their hospital mortality rate9. In the present study sample, most adults reported post-AMI cardiogenic shock. Although all obstructive coronariopathy patients had been submitted to myocardial revascularization (either percutaneous or surgical) while on ECMO a more aggressive strategy – which is appropriate for circulatory support to act as a bridge for recovery or for transplant – has been associated to better hospital mortality rates10.
The strategy for additional use of anticogulation control through heparinase thromboesastography11 may be associated to better coagulation mechanism control for those patients, although further studies are required. In our sample, with most patients having been controlled through continuous electroencephalography, no new cerebral events were identified during the ECMO period. Neither was pump or circuit thrombosis, or the need to change the oxygenation membrane in any of the patients.
Although ECMO does promote fast resuscitation, organic injury resolution, and time for pre-transplant heart evaluation, ventricular support devices allow low-risk prolonged circulatory support in addition to rehabilitation. Patients who do not survive initial ECMO period would not survive ventricular support devices. The strategy for ECMO use as a "bridge to a bridge" may optimize the use of devices and improve prolonged support results7.
The ECMO system can provide cardiopulmonary support and proper blood flow to the organs. However, complications related to that circulatory support mode – whether directly or indirectly – are still considerable, and prevent improvement of results if longer term devices are not available (bridge to bridge), especially in regard to younger patients (transplant candidates), which gives ground to a more aggressive clinical approach. Post-ECMO survival and system weaning rates have been kept unchanged along the last decade. Most significant advance has been witnessed at transplant and circulatory support centers where transplant candidates receive longer term devices after ECMO (bridge to bridge)12. For the sake of results excellency, however, in addition to investments in human resources qualification, a wide range of device options should be available to meet the specific requirements by a population of acutely affected patients.
The ECMO system is an alternative for temporary circulatory support for adult patients with refractory acute heart failure and may be used as a bridge to recovery or for the purpose of screening candidates for prolonged circulatory support (bridge to bridge). The training of a multidisciplinary team, the availability of new technologies, and the refinement of methods are made necessary for results optimization.
This is a retrospective analysis, based on one institution only, with a small sample of patients. Patients’ management and protocols used were altered along study time.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This study is not associated with any graduation program.