Alexandre OUATTARA Service d’Anesthésie Réanimation II,

Hôpital du HautHôpital du Haut--LLéévêquevêque, Groupe Hospitalier Sud, CHU de BORDEAUX, Groupe Hospitalier Sud, CHU de BORDEAUXalexandre.ouattara@chualexandre.ouattara@chu--bordeaux.frbordeaux.fr

ElElééments constitutifs du circuit de ments constitutifs du circuit de

Circulation Circulation ExtraExtra--CorporelleCorporelle

Pr Alexandre OUATTARA

Service d’Anesthésie Réanimation II, Hôpital du Haut-Lévêque,

Pôle d’Anesthésie-Réanimation, Groupe Hospitalier Sud, CHU de Bordeaux

Adaptation Cardiovasculaire à l’ischémie (Unité INSERM 1034)

alexandre.ouattara@chu-bordeaux.fr

ElElééments constitutifs dments constitutifs d’’un circuit de circulation un circuit de circulation

extraextra--corporellecorporelle

physiopathologiques de lphysiopathologiques de l’’hypothermiehypothermie

2

DDééfinition finition

Circuit artificiellement confectionné

Dériver du sang en dehors du corps humain

Réinjecter afin de suppléer un organe

-Tuyaux de connexion

- Pompe à sang (force motrice du circuit)

- Héparinisation

SupplSupplééance rance réénale nale

Prismaflex, Hospal

Aquarius, Edwards

SupplSupplééance hance héépatique patique

Mars, GAMBRO®

But: Chirurgie cardiaque

(« Heart-lung machine » de Gibbon 1953)

Chirurgie sur cœur exsangue et immobile

Particularités

Pompe à sang = suppléance cardiaque + force motrice du circuit

Oxygénateur = suppléance pulmonaire

Héparinisation à forte dose

Suppléance cardio- cardiopulmonaire

RESERVOIR VEINEUX

Echangeur gazeux

POMPE ARTERIELLE

Ligne Veineuse

Cavités droites

LigneArtérielle

SchSchééma ma «« standardstandard »» C.E.C. pour chirurgie C.E.C. pour chirurgie cardiaquecardiaque

Filtre artériel

canule canule

AOOG

VG

AP

OD

VD

VCI

VCS

POMPE = COEUR OXYGENATEUR = POUMONS

VP

Protection myocardique (Protection myocardique (cardioplcardiopléégiegie))

de Leval MR. The circulation of the lungNature Clinical Practice Cardiovascular Medicine (2005) 2, 202-208

Décharge gauche (AP, VP, racine aortique, transeptale ou point VG…)

Alveoli

Rappels anatomiquesRappels anatomiques«« Shunts physiologiques de la circulation du poumonShunts physiologiques de la circulation du poumon »»

Canule veineuse

Ligne veineuse

Réservoir veineux

Membraned ’oxygénation

Echangeurthermique

Groupe thermique Pompeartérielle

Récupérateur

Déchargegauche

Cardioplégie

Récupérateur

Décharge

Canule artérielle

Ligne artérielle

OXYGENATEUR

La CEC de nos joursLa CEC de nos jours……

Matériel à usage unique (sang)

– Canules

• Veineuse

• Artérielles

• Pour cardioplégie

– Tuyaux de connexion (tubing)

– Réservoir

• de sang veineux

• de cardiotomie

– Echangeurs thermiques

– Membrane d’oxygénateur

– Filtres artériels

– Capteurs de mesure GDS

– Contrôleur de niveau

Matériel réutilisables (gros matériel)

– Pompes (console)

– Générateur thermique

– Débitmètre-mélangeur

– Moniteur

• Mesure des GDS

• Saturation en O2

Les pompesLes pompes……

Pompes à galets (ou péristaltiques) « Roller pump »

Pompes centrifuges ou rotatives« centrifugal pump »

Pompes Pompes àà galets ou pgalets ou pééristaltiques ristaltiques «« Roller Roller pumppump»»

Utilisé depuis 1950 (majorité des pompes)Chasse volume par compression Phénomène aspiratif « théorique »

Tuyau dans un corps de pompe circulaire Compression par deux galets opposés (180°)Mouvement de rotation Compression continue du tuyau

Pompe occlusive ou « sub-occlusive »Excessive = risque hémolyse Insuffisante = débit erronéTest d’occlusivité (1 cm entre 5 sec et 1 min)

Inserts permet adaptation diamètre tuyau

Débit de pompe (~ 0,2-7 l/min)- Diamètre de pompe (longeur tuyau dans corps de pompe)- Diamètre du tuyau - Vitesse de rotation de la tête de pompe

Pompe à galets (« roller pump »)

Stator

Vis micrométrique (occlusivité optimale)

Galet

Inserts

Potentiomètre

Rotor

ComplicationsComplications

• Anomalies d’occlusion (défaut ou excessif)

• Mauvaises calibration

• Rupture de tuyaux (embolie gazeuse)

• Embolie de particules (silicone +++)

• Hyperpression (déconnection ou rupture)

• Dépression excessive (microbulles, phénomène de cavitation)

• Peu utilisable pour une assistance de longue durée

• Lésions cellulaires (> centrifuges)

«« Une manivelle toujours Une manivelle toujours àà portportéée de maine de main…… »»

Pompes péristaltiquesStructurées dans un console de CEC

Pompe de cardioplégie.

Pompe de décharge gauche.

Pompe de récupérateur.

Pompe artérielle.

Pompes centrifuges ou rotatives Pompes centrifuges ou rotatives «« centrifugalcentrifugal or or kinetickinetic pumpspumps »»

Cône avec ou sans aubes dans structure solide (PVC)

Orifice entrée (axe de rotation) + orifice sortie (perpendiculaire)

Mouvement de rotation entrainé couplage magnétique (7000 t/min max)

Mobilisation d’un fluide selon principe « vortex imposé »

Gradient de pression à l’intérieur du cône (force centrifuge)

- Pression négative au centre (aide au drainage veineux)

- Pression positive en périphérie (expulsion du sang)

Pompes non occlusives Pompes non occlusives

Pré-charge et post-charge dépendantes

Débit dépend:

- Gradient de pression crée dans le cône (vitesse de rotation)

- Taille des canules, longueur et diamètre des tuyaux

- Volémie du patient (pré-charge de la pompe)

- Résistances vasculaires systémiques (post-charge de la pompe)

Importance mesurer débit artériel (électromagnétique ou ultrasonique)

Débit rétrograde possible quand pompe à l’arrêt ou vitesse rotation

insuffisante (<1500 TRM). Clampage des lignes impClampage des lignes impéératifratif

Avantages

Pas de risque de rupture ou déconnexion en cas d’occlusion artérielle

Moins de lésions cellulaires (érythrocytes, plaquettes)

Utilisation plus prolongée (plusieurs jours)

Moins de dépression si anomalies RV (moins pourvoyeuse de microbulles)

Faible volume d’amorçage (Rotaflow Maquet 32 ml)

Moins de risque d’embolie gazeuse massive (désamorçage)

Pompes centrifuges

Revolution, Sorin ®

(avec aubes vitesse moindre)

Jostrarotaflow (Maquet) 32 ml Biomedicus, Medtronic®

(cones superposés)

Maquet Cardiopulmonary

Stockert centrifugal pump console

Biomedicus 550, Medtronic

Biomedicus 560, Medtronic

Mesure du dMesure du déébit sanguin bit sanguin par effet dopplerpar effet doppler Manivelle de secoursManivelle de secours

Perfusion pulsPerfusion pulséée? e?

Pompes péristaltiques (à galets)

Bénéfices théoriques (plus physiologique) • Meilleure perfusion des organes (cerveau, foie, pancréas, rein,…)

• Meilleure micro-circulation

• Meilleure homéostasie hormonale

• Diminution de la réponse inflammatoire

Techniquement • Augmentation intermittente de la vitesse de rotation (X 40-60)

• Pic de débit pouvant atteindre 10 l/min (débit pulsé)

• Pression artérielle pulsée (≈ 50 mmHg)

Dans la littérature…• Bingyang J et al. ASAIO Journal 2006; 52:357-361

“These results clearly suggest that pulsatile flow is superior to nonpulsatile flow…”

• Alghamdi A et al. J Card Surg 2006;21:347-54

« The evidence is conflicting and therefore does not support making recommendation…”

Tuyaux de connexionTuyaux de connexion

Connexion des divers éléments

Unité de mesure : inch ou pouce (25, 4 mm)

1/2 (12 mm)

3/8 (9 mm)

1/4 (6 mm)

Bonne hémocompatibilité

Bonne souplesse

Bonne tolérance variations de T° (pas de modification structurelle )

3/8

1/2

1/4

MatMatéériaux riaux (polym(polymèères synthres synthéétiques) tiques)

Polychlorure de vinyle (PVC)

- Transparent

- Naturellement rigide

- Souplesse par adjonction du DEHP (40-50%)

- Garde en mémoire formes

- Peu de détachement particulaires (< 5 µm)

- Rupture par fissuration

Silicone

- Présence d’un atome de silicium

- Pas d’adjonction de matériel

- Translucide

- Souplesse naturelle

- Pas de conservation en mémoire des formes

- Détachement particulaires ++++ (> 5µm)

- Rupture par traction

RRééservoir de sang veineux et de cardiotomieservoir de sang veineux et de cardiotomieCollecter (capacité plusieurs litres)- Sang veineux cavités droites par gravité- Aspirations péricardiques (« Soupe inflammatoire »)

- Interface air/sang

- Riche en débris lipidiques

- Riche en interleukines et complément

- Riche en hémoglobine plasmatique (hémolyse)

- Filtration plus fine et indépendante

- Sang de la décharge gauche (racine aortique, VG, AP)

Interface air/sang +++

Ouverture à la pression atmosphérique

Réservoirs différenciés (cardiotomie et sang veineux)

Filtres micropores 20 à 180 µm (cardiotomie et sang veineux)

Syphon de drainage vers la pompe artérielle D903 Avant Dideco

40 µm

30 µm

Capiox RX 25 (Terumo) Affinity MR TR (Medtronic®)

150 µm

30 µm

47 µm20 µm

40 à 50 cm

Capteur de niveauCapteur de niveau

Capteur disposé sur le réservoir

Alarme pour niveau prédéterminé

Asservissement pompe artérielle au contrôle de niveau (panneau de contrôle)

Générateur thermique (« bloc chaud-froid »)

• Réchauffer ou refroidir le sang du circuit de CEC

• Echangeur thermique

• Plusieurs compartiments indépendants

• Refroidissement : eau froide ou bloc de glace

(alimentation électrique constante+++)

• Procédure de maintenance mensuelle – Vidage complet du générateur

– Comprimé Micropur®

• Gradient température générateur thermique-sang veineux < 10°C

• Pas d’injection artérielle > 37,5°CStockert

Principe de lPrincipe de l’’ééchangeur thermiquechangeur thermique

Sang Sang

Entrée eau chaude ou froide

Sortie eau chaude ou froide

Transfert énergie thermique d’un fluide à un autre (conduction)

A travers une membrane d’échange (aucun mélange +++)

Acier inoxydable ou fibre creuse en polyéthylène ou de polyuréthrane

Echangeur thermique de lEchangeur thermique de l’’oxygoxygéénateur nateur

D 905 EOS, Dideco, Mirandola, Italie

Intégré à l’oxygénateur

Situé en amont de la membrane d’échange gazeux

Risque microbulles si réchauffement d’un sang saturé en oxygène

Echangeur thermique indEchangeur thermique indéépendant pendant (circuit de (circuit de cardioplcardiopléégiegie))

Membrane dMembrane d’’oxygoxygéénateur nateur

Fonction unité fonctionnelle pulmonaire = alvéole

Echanges gazeux entre phase sanguine et gazeuse

Membrane continue ou microporeuse

Oxygénation + décarboxylation

Situé en aval de la pompe artérielle

- Résistance à l’écoulement (pression motrice)

- Pression de la phase sanguine> phase gazeuse (embols gazeux)

Types de membraneTypes de membrane(polym(polymèères) res)

Continues (échange par diffusion)

Silicone (fine couche)

Polyméthylpentène (meilleure diffusion)

Semi-perméables ou microporeuse (polypropylène)

Echanges gazeux par micropores (par étirement ou adjonction de paraffine)

Temps d’utilisation théoriquement limité <6 h (risque infiltration plasmatique)

Principe de fonctionnement de la membrane Principe de fonctionnement de la membrane dd’’oxygoxygéénation.nation.

CO2CO2

Sang veineux → → Sang artérialisé

CO2

O2 CO2

CO2CO2

CO2O2

Air/O2Air/O2

Air/O2Air/O2

OxygOxygéénateur nateur àà membrane plane membrane plane

Membranes en spirale (Ultrox de Medtronic)Membrane de silicone

Membrane en couches Modèles CML de Cobe (semi-perméable) M8 et M16 Jostra (silicone)

Surface d’échange importante

Volume de priming plus important

OxygOxygéénateur nateur àà membrane tubulaires ou fibres membrane tubulaires ou fibres

Fibres creuses disposées en faisceaux

Enveloppe rigide

Première utilisation début années 1980

Sang à l’exterieur, gaz à l’intérieur

Membrane tubulaire microporeuse

Micropore < 0,2 µm

Transfert d’O2 Transfert de CO2

DDéébitmbitmèètres mtres méélangeurs langeurs

Modulation ventilation de la membrane (oxygénateur)

Flux continu mélange O2/Air

Rotamètres (débitmètres à flotteur)

Débit de balayage 0,2 à 10 L/min avec une FiO2 20% à 100%

Filtre bactérien

«« OxygOxygéénateurnateur »»

Réservoir veineux et cardiotomie

Membrane d’oxygénation.

Echangeur thermique.

Quadrox (Maquet)

D903 Avant (Dideco)

Capiox RX 25 (Terumo)

Pack prPack préé--connectconnectéé

Synthesis (Sorin®) Affinity MR TR (Medtronic®)

CDITM Blood ParameterMonitoring System 500, Terumo

Mesure des gaz du sang Mesure des gaz du sang

Mesure par spectrophotométrie (absorbance faisceau d’ondes spectre infrarouge 400-500 nm) Calibration nécessaire

Datamaster, Dideco

Filtre artériel

Description

- Filtre micropore (type écran)

- Ligne artérielle (entre oxygénateur et canule artérielle)

- Accordéon (� surface de filtration )

- Pores > 20 µm (40 µm)

- Ligne de court-circuit (ouverte si obstruction du filtre)

- Système de purge vers filtre de réservoir de cardiotomie (valve unidirectionnelle)

Filtration

- Microemboli particulaires – gazeux et macroemboli gazeux

Recommandé par ACC/AHA 2004 et souhaitable par ANAES 2004

Inconvénients

- Volume priming supplémentaire et purge plus délicate

- Hémolyse

- Activation du complément

Canule aortiqueCanule aortique

Sur aorte ascendante après héparinisation

En aval du clamp aortique

Permet réinjection systémique du sang artérialisé

Réchauffé ou refroidi

Lésions de jet sur canule droite (canule coudée)

Canule droite. Canule coudée

Canules veineusesCanules veineuses

Dérivation sang veineux vers réservoir (par gravité)

Canulation atrio-cave(chirurgie coronaire)

Canulation bicave(ouverture des cavités droites après serrage)

CanulationCanulation aortique (apraortique (aprèès hs hééparinisation) parinisation)

Fixation de la canule.

CanulationCanulation veineuse veineuse

Canules de Canules de cardioplcardiopléégiegie

Injection du liquide de cardioplégie (sang ou cristalloïdes)

Cardioplégie ostiale(aortotomie nécessaire)

Cardioplégie rétrograde (sinus coronaire)

Cardioplégie antérograde (impossible si IAo)

Rétrograde

Ostiale

Antérograde

Canule de Canule de cardioplcardiopléégiegie

Canule de cardioplégieaorte ascendante

Raccordement à la ligne de cardioplégie

Shunt bloc cœur-poumon

Alimentation sanguine des cavités gauches

•Flux pulmonaire résiduel

•Circulation bronchique (shunts intra-pulmonaires)

•Veines de Thébésius (veines paroi myocardique se jetant dans le ventricule)

Engorgement des cavités ventriculaires cardiaques

gauches

•Dilation du ventricule, augmentation de la tension pariétale

•Diminution de la perfusion sous-endocardique

•Œdème pulmonaire

Altération capacités de récupération myocardique

Décharge ventriculaire gauche

Nécessité d’une décharge gauche

Veine ou artère pulmonaire ou apex VG

Racine aortique

Aiguille transeptale.

Canules de dCanules de déécharge gauchecharge gauche

Drainage RVP dans le VG (persistance retour veineux pulmonaire et shunt)

Risque de distension du VG et ischémie sous-endocardique

Canule dCanule d’’aspiration paspiration pééricardique ricardique

Les consoles de CECLes consoles de CEC

Pompe artérielle à galets ou centrifuge

Pompe à galets - apiration- décharge - cardioplégie

Panneau de contrôle - chronomètres - température

Supports

Console Stöckert SC

Console Stöckert SIII

Console Jostra-Maquet HL 30 02

Console Stöckert S5

Panneau de contrôle de la console de C.E.C.

Affichage des différents paramètres (température cardioplégie, chronomètres, alarme de niveau et/ou de bulles).

Rampe de prélèvement sanguin

Shunt artério-veineux

Valve unidirectionnelle côté artériel

Substances épuréesEau + électrolytes + certaines molécules (PM < 30-50 103 D)

Substance non filtréesElements figures du sang (érythrocyes, plaquettes, leucocytes)

Protéines

Filtration (gradient de pression)

Ligne d’entrée artérielle (pression élevée)

- ligne de recirculation ou Y sortie coronaire

Ligne de sortie: réservoir de cardiotomie

Régulation du débit filtration (Pince de Moore)

HHéémofiltresmofiltres((HHéémoconcentreurmoconcentreur))

Techniques de montage (site à pression élevée)

AIR + O2

Et ce n’est pas tout…

Clamp veineux

Pousse-seringue de cardioplégie

Clamp de Weiss

Pace maker

HHéémocompatibilitmocompatibilitéé

Sang au contact de cellules endothéliales

Sang hépariné contact surface artificiel

- tuyau de connexion

- membrane oxygénateur

Adsorption protéines plasmatiques

Constitution d’une couche fine

Initiation d’un processus thrombotiques et

inflammatoires (activation du complément)

Traitement de surface

Limiter adsorption de protéines plasmatique

Modulation réaction inflammatoires et thrombotique

MatMatéériels biocompatibles riels biocompatibles

HHéémocompatiblitmocompatiblitéé ==Traitement de surfaceTraitement de surface

1. Préhéparinisation- Bioline coating (héparine-polypeptides) Jostra- Capiox X-coating (liaison covalente) Terumo

2. Autres traitements de surface

- Phosphorylcholine (membranes de phospholipides neutres)

- Poly-2-methoxylethyl acrylate (PEMA)

- Facteur H (inhibiteur du complément)…

Tous les constituants du circuit de CEC peuvent être Tous les constituants du circuit de CEC peuvent être prpréé--traittraitééss

Recommandations concernant le monitorage et les dispositifs de sécurité pour la circulation

extracorporelle en chirurgie cardiaque

Agence Nationale d’Accréditation et d’évaluation en Santé

Conclusion Conclusion

Essor technologique majeur (système informatisé+++)

Réduire ses répercussions physiopathologiques

Augmenter niveau de sécurité (jamais infaillible!jamais infaillible!)

Vigilance de chacun des acteurs

- Perfusionniste, chirurgien et anesthésiste-réanimateur

Nécessite un niveau de connaissance (théorique et pratique)

DU et stages pratiques