Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi...

203
Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano Luciano Gattinoni, MD, FRCP Università di Milano Fondazione IRCCS- “Ospedale Maggiore Policlinico, Mangiagalli, Regina Elena” Milan, Italy

Transcript of Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi...

Page 1: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Fisiologia degli scambi

gassosi durante circolazione

extracorporea

2009, Milano

Luciano Gattinoni, MD, FRCP

Università di Milano

Fondazione IRCCS- “Ospedale Maggiore

Policlinico, Mangiagalli, Regina Elena”

Milan, Italy

Page 2: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygenation assessment:

the basicsthe basics

Page 3: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygenation

• Tension

• Content• Content

• Assessment

Page 4: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygenation

• Tension

• Content• Content

• Assessment

Page 5: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

The basic Physiology

Partial pressure (Tension)

Activity of the unbounded O2molecules

In arterial blood PaO2In venous blood PvO2In alveoli PAO2

PAO2 = FIO2 * 713 – PACO2/RQ

Page 6: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygenation

• Tension

• Content• Content

• Assessment

Page 7: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Ox

yg

en S

atu

rati

on

(%

)

92

94

96

98

100

102

54 pts

PaO2 (mmHg)

0 50 100 150 200 250 300

Ox

yg

en S

atu

rati

on

(%

)

80

82

84

86

88

90

r2 = 0.8973

p < 0.0001

54 pts

Page 8: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Maximal binding capacity of hemoglobin

1 mole Hb (64500 gr/M)

4 moles of oxygen (4 x 22.414 L at 0°C and 760 mmHg)

binds

4 moles of oxygen (4 x 22.414 L at 0°C and 760 mmHg)

Therefore

89656 mL/64500 gr = 1.39 mLO2/grHb

Page 9: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

The basic Physiology

Content

total amount of bounded and unbounded O2 molecules

In arterial bloodIn arterial blood

CaO2 = PaO2 x 0.003 + 1.39 x Hb x SataO2

In venous blood

CvO2 = PvO2 x 0.003 + 1.39 x Hb x SatvO2

In lung capillaries (Hp Sat=100%)

CcO2 = PAO2 x 0.003 + 1.39 x Hb x 1

Page 10: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygen Transport (DO2)

DO2 = CaO2 x Qt

normally

1000 mL/L = 200 mL/Lx 5 L1000 mL/L = 200 mL/Lx 5 L

VO2 ≈ 1/4 - 1/5 of DO2

Venous O2 saturation ≈ 0.75 = 1- VO2/DO2

Page 11: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygenation

• Tension

• Content• Content

• Assessment

– PaO2/FiO2

– Right to left shunt

– Oxygenation Index (OI)

Page 12: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Anatomical shunt compartment

Gasless tissue

Page 13: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

CvO2 CaO2

CvO2

VCO2CcO2

Right to Left Shunt

(CcO2 – CaO2)

(CcO2 – CvO2)

CaO2 x Qt = CcO2 x (Qt-Qs)+CvO2 x Qs

Shunt =

Page 14: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygenation Index = (FIO2 * Mean Airway Pressure) / PaO2

Oxygenation Index

Oxygenation index and severity of lung dysfunction

2–7 Normal or mild pulmonary dysfunction2–7 Normal or mild pulmonary dysfunction

8–9 Moderate pulmonary dysfunction

≥ 10 Severe pulmonary dysfunction

≥ 30 Need for ECMO

Fiser et al. J Heart Lung Transplant 2001;20:631–636.

Page 15: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxy

gen

atio

n I

ndex

40

45

50

55

PaO2 60 mmHg

PaO2 50 mmHg

MAP 25 cmH2O

As an example…

67

6071

63

56

50

Oxygen fraction (%)

50 60 70 80 90 100 110

Oxy

gen

atio

n I

ndex

20

25

30

35

100

86

75

67

83

71

P/F ratio

Page 16: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Carbon dioxide assessment:

the basicsthe basics

Page 17: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Carbon dioxide

• Tension

• Content• Content

• Assessment

Page 18: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Carbon dioxide

• Tension

• Content• Content

• Assessment

Page 19: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

The basic Physiology

Partial pressure (tension)

Activity of the unbounded CO2molecules

In arterial blood PaCO2In venous blood PvCO2

In alveoli PACO2 ETCO2

Page 20: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Carbon dioxide

• Tension

• Content• Content

• Assessment

Page 21: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Contents

Total CO2 = sCO2 + HCO3- + CO3= + PrNHCOO- + NaCO3-

Simplifying

Total CO = 0.03 x PaCO + HCO3-Total CO2 = 0.03 x PaCO2 + HCO3-

i.e.

Total CO2 = 0.03 x PaCO2 x (1 + 10pH-pK)

Remember

1 mMol/L = 2.24 mL%

Page 22: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

40

60

80

BE 0

BE -5

BE -10

BE -15

BE -20

con

ten

t(m

L%

)

20 40 60 80 100 120

20

CO

2co

nte

nt

PCO2 (mmHg)

Page 23: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Carbon dioxide

• Tension

• Content• Content

• Assessment

Page 24: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Dead Space derivation

VA*PACO2 = VCO2

(VA+VDalv)*PETCO2 = VCO2

(VA+VDalv+VDanat)*PECO2 = VCO2

Alveolar PCO2 = Arterial PCO2

It is assumed that:

Page 25: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Physiological Dead

Space

(PaCO2 – PECO2)

PaCO2

Page 26: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Alveolar Dead Space

(PaCO2 – PETCO2)

PaCO2

Page 27: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Shunt effect

PvCO2 PaCO2

VCO2PcCO2

PcCO2=PACO2

PvCO2

Greater the shunt, greater the difference between

alveolar and arterial CO2

Page 28: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

PCO2cascade

PACO2

Ventilated/

perfused lung

Alveolar

VD/VT

PETCO2

Anatomic

VD/VT

PECO2

PvCO2 PaCO2

PvCO2

VCO2PcCO2

perfused lung VD/VT VD/VT

Page 29: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Artificial Lung

• Determinants of oxygenation

• Determinants of Decarboxylation• Determinants of Decarboxylation

• The performance of the membrane

lung

Page 30: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Artificial Lung

• Determinants of oxygenation

• Determinants of Decarboxylation• Determinants of Decarboxylation

• The performance of the membrane

lung

Page 31: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

The oxygen charged by the

artificial lung depends,

for a given input saturation, for a given input saturation,

on the blood flow in the

device

Page 32: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Performance

Oxygenator

Input:

37°C

Hb 15 gr/dLHb 15 gr/dL

Sat IN 70%

Bovine blood

Page 33: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Remember that:

The output blood is fully oxygenated,

even at low extracorporeal gas flow

Oxygen transfer is greater with lowerOxygen transfer is greater with lower

input saturation

Oxygen transfer increases linearly with

extracorporeal blood flow

Page 34: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Artificial Lung

• Determinants of oxygenation

• Determinants of Decarboxylation• Determinants of Decarboxylation

• The performance of the membrane

lung

Page 35: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

In the venous blood the CO2

content is ≈ 45-50 mL%.

Theoretically from 0.5 L of

blood it is possible to clear the

metabolic CO2 production

Page 36: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Carbon dioxide transfer as a function of blood input pCO2, at different blood flow rates

Kolobow et al Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs. 1977. 23: 17-21

Page 37: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Kolobow et al Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs. 1977. 23: 17-21

Page 38: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Performance

Oxygenator

Input:

37°C

Bovine blood

PCO2 45 mmHg

Page 39: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Artificial Lung Performances(11 pts)

Day 1 Day 10

Blood Flow 1 L 2 L

Gas Flow 1.5 L 2.5 L

Input PO2 47 ± 12 mmHg 31 ± 10 mmHgInput PO2 47 ± 12 mmHg 31 ± 10 mmHg

Output PO2 530 ± 80 mmHg 479 ± 80 mmHg

Input PCO2 52.8 ± 8 mmHg 47.7 ± 8 mmHg

Output PCO2 35.4 ± 7 mmHg 29.0 ± 7 mmHg

∆PCO2 17.4 mmHg 18.7 mmHg

Input SatO2 76 ± 8 57 ± 7

Page 40: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

CO2 clearance increases with:

Gas flow (primarily)

The logarithm of Blood Flow

Input PCO2

Page 41: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

While in natural lung…While in natural lung…

Page 42: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

15

20

60

80

100

% DP40 ∆∆∆∆P5

Content/Tension relationship

49

54

( mL/100mL whole blood)

∆∆∆∆C5∆∆∆∆C5

0

5

10

0 20 40 60 80 100 120 140

0

20

40

60%

(mmHg)PO2

DP40 ∆∆∆∆P5

PCO2

35 40 45 503034

39

44

40 40 4580

Page 43: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

OXYGENATION

FiO2 =1.0 250 mL min-1

CO REMOVAL

VO2

250

mL min-1

Sata 98%

PaO2 110 mmHgHb 15 g

Satv 82%

PvO2 47 mmHg

7000 mL min-1

PBF

CO2 REMOVAL

VA 9500 mL min-1

VCO2

200

mL min-1

CO2 cont 34 mL

PaCO2 15 mmHg

PvO2 47 mmHg

CO2 cont 52 mL

PvCO2 43 mmHg

1100 mL min-1

PBF

Gattinoni et al., European Advances in Intensive Care, 1983; 21: 97-117

Page 44: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

5000

6000

7000

8000

9000

1 104

60

70

80

90

100

110

120

VE

PaCO2V

E (

mL

*min

-1)

Pa

CO

2 (mm

Hg

)

gas flow 10 l/min EC onset

0

1000

2000

3000

4000

5000

0

10

20

30

40

50

60

0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72

VE

(m

L*m

in (m

mH

g)

Time (h)

Page 45: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygen transfer in artificial and natural lung:

Interaction

The model

Limits of oxygenation in V-V bypass

Consequences of loss of hypoxic

vasoconstriction

Page 46: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygen transfer in artificial and natural lung:

Interaction

The model

Limits of oxygenation in V-V bypass

Consequences of loss of hypoxic

vasoconstriction

Page 47: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Lu

ng

End-capillary blood

Intrapulmonary

shunt

Art

eria

lblo

od

Mixed-venousNatural Lung

Post

lung

O2 natural lung

O2 ECMO

Art

ific

ial

Lu

ng

Pre

lung

Art

eria

l

Body Tissues

VO2

Page 48: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Time course to

equilibrium

Shunt 40%

Art

eri

al O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

94

96

98

100

Mix

ed

Ve

no

us O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

90

95

100QECMO/Qtot 70% QECMO/Qtot 70%

Arterial Oxygen Saturation (%) Mixed Venous Oxygen Saturation (%)

Shunt 40%

STEP

1 2 3 4 5 6 7

Art

eri

al O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

80

82

84

86

88

90

92

94

STEP

1 2 3 4 5 6 7

Mix

ed

Ve

no

us O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

60

65

70

75

80

85

QECMO/Qtot 10%

QECMO/Qtot 10%

Page 49: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Time course to

equilibrium

Shunt 60%

Art

eri

al O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

92

94

96

98

Mix

ed

Ve

no

us O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

85

90

95QECMO/Qtot 70% QECMO/Qtot 70%

Arterial Oxygen Saturation (%) Mixed Venous Oxygen Saturation (%)

STEP

1 2 3 4 5 6 7

Art

eri

al O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

76

78

80

82

84

86

88

90

92

STEP

1 2 3 4 5 6 7

Mix

ed

Ve

no

us O

xyg

en

Sa

tura

tio

n (

%)

60

65

70

75

80

85

QECMO/Qtot 10% QECMO/Qtot 10%

Shunt 60%

Page 50: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

The equilibrium is reached when O2

from artificial lung plus O2 from

natural lung equals O2 consumed by2

tissues

VO2 = O2ECMO + O2NATURAL LUNG

Page 51: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Art

eria

l O

xyg

en S

atu

rati

on

(%

)

88

90

92

94

96

(mL

/min

)

340

360

380

400

420

ECMO

mathematical model

Shunt 50%

ECMO blood flow 50%

CO 9 L/min

Hb 11 gr/dL

VO2 250 mL/min

STEP

1 2 3 4 5 6 7

Art

eria

l O

xyg

en S

atu

rati

on

(%

)

78

80

82

84

86

88

VO

2 (

mL

/min

)

240

260

280

300

320

340

O2

tran

sfer

Page 52: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygen transfer in artificial and natural lung:

Interaction

The model

Limits of oxygenation in V-V bypass

Consequences of loss of hypoxic

vasoconstriction

Page 53: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Steady stateA

rter

ial

Ox

yg

en S

atu

rati

on

(%

)

90

95

100

ECMO

mathematical model

ECMO Blood Flow (%CO)

10 20 30 40 50 60 70

Art

eria

l O

xyg

en S

atu

rati

on

(%

)

75

80

85

90

Shunt 60%

Shunt 50%

Shunt 40%

Page 54: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oxygen transfer in artificial and natural lung:

Interaction

The model

Limits of oxygenation in V-V bypass

Consequences of loss of hypoxic

vasoconstriction

Page 55: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Anatomical shunt compartment

Gasless tissue

Page 56: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Fu

ncti

on

al

sh

un

t

0.4

0.6

0.8

1.0

Fu

ncti

on

al

sh

un

t

0.4

0.6

0.8

1.0

Anatomical shunt compartment

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Fu

ncti

on

al

sh

un

t

0.0

0.2

0.4

Anatomical shunt compartment

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Fu

ncti

on

al

sh

un

t

0.0

0.2

0.4

A B

Cressoni M. et al. Crit Care Med. 2008 Mar;36(3):669-75.

Page 57: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

200

300

400

200

300

400

PaO

2/F

IO2

(mm

Hg

)

PaO

2/F

IO2

(mm

Hg

)Anatomical shunt compartment

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0

100

Anatomical shunt compartment

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0

100

A B

PaO

PaO

Cressoni M. et al. Crit Care Med. 2008 Mar;36(3):669-75.

Page 58: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Hypoxic vasoconstriction

maintains oxygenation at

different degrees of

anatomical shunt

Page 59: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

QS

QT

=Gr. non aerated tissue

Lung Total Weight (gr.)K x

=Perfusion/ gr. non aerated tissue

K

Perfusion Ratio

=Perfusion/ gr. Tot.

K

Assumptions: 1) Edema near homogeneously distributed

2) Qs perfuses only the non aerated tissueHU > -100

HU > -300

Cressoni M. et al. Crit Care Med. 2008 Mar;36(3):669-75.

Page 60: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Perfusion ratio

and its change

depend on

(R2 0.83)

1) Size of the “bad” lung

2) Global perfusion

3) Hypoxic stimulus

(PsO2 = PvO20.38 x PAO2

0.42)

Perfusion Ratio

(PsO2 = PvO2 x PAO2 )

Decreasing the size

(recruitment)

Decreasing the CO

Perfusion ratio ↑

Perfusion ratio ↓

AS AVERAGE – It does not change

Page 61: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

PV

R M

AX

(%

)

60

80

100

Hypoxic vasoconstriction

Theoretical modelPsO2 = PvO2

0.38 x PAO20.42

PVR max (%) = 100 x (PsO2-2.616)/(6.683 x 10-5 + PsO2

-2.61)

PvO2

0 20 40 60 80 100

PV

R M

AX

(%

)

0

20

40

FiO2 40%FiO2 60%FiO2 80%FiO2 100%

Page 62: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Therefore don’t be surprised

if providing 3-4 L ECMO

fully oxygenated blood flow,

arterial PaO2 and saturationarterial PaO2 and saturation

change minimally, since

functional shunt tends to

increase

Page 63: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Decarboxylation: interaction with

spontaneous and mechanical breathing

Page 64: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Control of breathing using an

extracorporeal membrane lung

The lung rest concept

Kolobow T, Gattinoni et al., Anesthesiology, 1977; 46: 138-141

Page 65: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Kolobow et al Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs. 1977. 23: 17-21

Page 66: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

This happens also in

spontaneously breathing menspontaneously breathing men

during CO2 removal

Page 67: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Alveolar ventilation as a function of CO2 elimination

Gattinoni et al Anest. e Rianim. 1977. 18(4): 396-406

Page 68: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Gattinoni et al Anest. e Rianim. 1977. 18(4): 396-406

Page 69: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Control of intermittent positive pressure breathing

(IPPB) by extracorporeal removal of carbon dioxide

Gattinoni et al., Br. J. Anesth., 1978; 50: 753

Page 70: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 71: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Corso Teorico-Pratico

Trattamento

dell’Insufficienza Respiratoria Acuta

mediante Supporto Extracorporeo

Centro di Simulazione

Fondazione IRCCS Policlinico, Mangiagalli e Regina Elena

Milano

2009

Page 72: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Il circuito extracorporeo:

Tipologie possibili

Giorgio IottiAnestesia e Rianimazione 2

Pavia

Page 73: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Sistema Respiratorio

Pump Failure

Lung Failure

Scambiatore di Gas

Pompa

Insp

Esp

Page 74: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

INSUFFICIENZA RESPIRATORIA

PUMP FAILURE - IPERCAPNICA

Inquadramento Diagnostico Fisiopatologico

Page 75: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

INSUFFICIENZA RESPIRATORIA

PUMP FAILURE - IPERCAPNICA LUNG FAILURE - IPOSSIEMICA

Inquadramento Diagnostico Fisiopatologico

Page 76: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 77: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

• The syndrome did not respond to usual and ordinary methods of respiratory and ordinary methods of respiratory therapy

Page 78: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

• The syndrome did not respond to usual and ordinary methods of respiratory and ordinary methods of respiratory therapy

• Positive end-expiratory pressure (PEEP) was most helpful in combating atelectasys and hypoxemia

Page 79: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

CPT

Vtidal

FRC

VolumiPolmonari

StartStart

Plim

Ptidal

EEP

PressioniAlveolari

Page 80: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

CPT

Vtidal

FRC

VolumiPolmonari

StartStart

Plim

Ptidal

EEP

PressioniAlveolari

Page 81: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

CPT

Vtidal

FRC

VolumiPolmonari

↓ VtStart ↓ VtStart

Plim

Ptidal

EEP

PressioniAlveolari

Page 82: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

CPT

Vtidal

FRC

VolumiPolmonari

↓ VtStart ↑ Freq.↓ VtStart

Plim

Ptidal

EEP

PressioniAlveolari

↑ Freq.

Page 83: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

INSUFFICIENZA RESPIRATORIA

PUMP FAILURE - IPERCAPNICA LUNG FAILURE - IPOSSIEMICA

• Ossigeno• Ventilazione protettiva• Ventilazione protettiva• ↓ spazio morto• Pronazione• Manovre di reclutamento• iNO• Attività resp. spontanea

UTILIZZO OTTIMALE / MASSIMALE

DELL’ORGANO MALATO

Page 84: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Il gioco qualche volta non funziona…

• Anche con tutti i trucchi, le acrobazie e le precauzioni che abbiamo imparato, talvolta la sola POMPA ARTIFICIALEtalvolta la sola POMPA ARTIFICIALEnon basta:

– Severa IPERCAPNIA

–Pericolosa IPOSSIEMIA

Page 85: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

INSUFFICIENZA RESPIRATORIA

PUMP FAILURE - IPERCAPNICA LUNG FAILURE - IPOSSIEMICA

• Ossigeno• Ventilazione protettiva• Ventilazione protettiva• ↓ spazio morto• Pronazione• Manovre di reclutamento• iNO• Attività resp. spontanea

UTILIZZO OTTIMALE / MASSIMALE

DELL’ORGANO MALATOSOSTITUZIONE con

ORGANO ARTIFICIALE

Page 86: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

INSUFFICIENZA RESPIRATORIA

PUMP FAILURE - IPERCAPNICA LUNG FAILURE - IPOSSIEMICA

Page 87: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Supporto Respiratorio Extracorporeo

• Prelevo del sangue

• Lo tratto con uno scambiatore di gas Extra Corporeo a MembranaExtra Corporeo a Membrana

� Rimozione di CO2 (CO2R) ECCO2R

� + Ossigenazione (O) ECMO

• Reinfondo il sangue trattato

Page 88: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

va ECMO

Rimozione di CO2

Ossigenazione

Assist. Cardiaca

Page 89: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

JAMA 1979; 242:2193-6

Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory

failure. A randomized prospective study.

Zapol WM, Snider MT, Hill JD, Fallat RJ, Bartlett RH, Edmunds LH,

Morris AH, Peirce EC 2nd, Thomas AN, Proctor HJ, Drinker PA, Pratt

PC, Bagniewski A, Miller RG Jr.

Nine medical centers collaborated in a prospective randomized study to

evaluate prolonged extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) as a

therapy for severe acute respiratory failure (ARF). Ninety adult patients were therapy for severe acute respiratory failure (ARF). Ninety adult patients were

selected by common criteria of arterial hypoxemia and treated with either

conventional mechanical ventilation (48 patients) or mechanical ventilation

supplemented with partial venoarterial bypass (42 patients). Four patients in

each group survived. The majority of patients suffered acute bacterial or viral

pneumonia (57%). All nine patients with pulmonary embolism and six

patients with posttraumatic acute respiratory failure died. The majority of

patients died of progressive reduction of transpulmonary gas exchange and

decreased compliance due to diffuse pulmonary inflammation, necrosis, and

fibrosis. We conclude that ECMO can support respiratory gas exchange but

did not increase the probability of long-term survival in patients with severe

ARF.

Page 90: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

vv ECMO

Rimozione di CO2

Ossigenazione

Page 91: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Kolobow T, Zapol W, Pierce J (1969) Trans Am Soc Artif Intern Organs 15:172-7

Page 92: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Anesth Analg 57: 470: 1978

Page 93: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 94: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 95: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

av ECLA

(ILA Novalung)

Rimozione di CO2

Page 96: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 97: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 98: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 99: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 100: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

A confronto

Page 101: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

va ECMO

Rimozione di CO2

Ossigenazione

Assist. Cardiaca

Page 102: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

vaECMO respiratoria: problemi

• Fortissima dipendenza dal supporto extracorporeo

• Ridotta perfusione polmonare• Ridotta perfusione polmonare

• Scarsa ossigenazione del sangue in uscita da VS (coronarie, tronchi sovraortici)

• Problemi di perfusione distale della zona dipendente dall’arteria incannulata

• Embolizzazione sistemica

Page 103: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

av ECLA

(ILA Novalung)

Rimozione di CO2

Page 104: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

avECLA: vantaggi

• Bassa richiesta di tecnologia

– Semplicità

– Investimenti ridotti

– Facile trasportabilità– Facile trasportabilità

• Comunque necessari:

– Misuratore flusso extracorporea

– Flussimetro di precisione

– Hemochron (ACT)

Page 105: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

avECLA: problemi

• Notevole aumento della richiesta di prestazione cardiaca (shunt a-v)

• Dipendenza dalle condizioni emodinamiche del paziente

• Ridotta perfusione distale della zona dipendente dall’arteria incannulatadall’arteria incannulata

• Dispersione di calore (scambiatore di calore assente)

• Facilità di passaggio di gas nella camera ematica dell’ossigenatore (pressione transmembrana!!)

• Facilità di apposizioni trombotiche dell’ossigenatore (flusso relativamente basso)

• Scarsa capacità di ossigenazione

Page 106: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 107: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 108: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 109: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

avECLA: problemi

• Scarsa capacità di ossigenazione

• Se bisogna passare allo step successivo (vvECMO), abbiamo fatto un grosso buco in un’arteria!

Page 110: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

vv ECMO

Rimozione di CO2

Ossigenazione

Page 111: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

vvECMO: limiti

• Capacità di ossigenazione: non consente un supporto totale

• Assistenza cardiaca: nessuna, se non • Assistenza cardiaca: nessuna, se non indiretta

Page 112: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Decapnizzatori

• vvECMO a bassissimo flusso

• Nessuna ossigenazione

• CO2 removal molto limitato• CO2 removal molto limitato

• Circuiteria da CRRT

– non eparinata

– Pompa sangue ?

– Concepita per uso discontinuo

– Cambi, tempo e impegno, costi

Page 113: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Conclusioni

• A voi le conclusioni sulla “ECMO respiratoria” più appropriata oggirespiratoria” più appropriata oggi

Page 114: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

La gestione del ventilatore ed

interazione con il bypass

Giuseppe Foti

Istituto Anestesia e RianimazioneIstituto Anestesia e Rianimazione

Università di Milano-Bicocca

dir. Prof. A. Pesenti

Ospedale S. Gerardo Monza

Page 115: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

…….ma adesso che sono in bypass,

il ventilatore

serve ancora ?

VENTILAZIONE OSSIGENAZIONE

Page 116: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Cosa succede alla partenza della

CEC

Rimozione > 70% VCO2Rimozione > 70% VCO2

Page 117: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

PCO2 !!

ATTENZIONE SHIFT pH e

PCO2 !!

• � subito

– FR (sempre)

– TV (se necessario)– TV (se necessario)

– I/E (attenzione)

• Guided by:

– EndTidalCO2

– EGA

• entro 10’

Page 118: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Se non serve più ventilare, perché

tengo il ventilatore ?

• Malgrado �ECBF la PaO2 può essere �

• ECBF/C.O.

• � SvO2 � �Vasocostrizione ipossica

Page 119: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

PO2 e PAP

PAPPAP

�������� Flusso CECFlusso CEC�������� SvOSvO22

SvOSvO22

Page 120: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Se non serve più ventilare, perché

tengo il ventilatore ?

• Per Ossigenare

Come

• Tenendo aperto il polmone

Page 121: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

FR = 30

Paw = [(30*1) + (15*1)] / 2 = 22.5

30

Attenzione ai cambi bruschi di

Pmedia

FR = 15

Paw = [(30*1) + (15*2)] / 3 = 20

30

1” 1”

15

30

1” 2”

15

30

Page 122: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Attenzione ai cambi bruschi di

Pmedia

Attenzione ai cambi bruschi di

Pmedia

• Evitare immediatamente la sovradistensione

• Ridurre Pplat < 30

• TV < 6 ml/Kg

NO GOOD BETTER

Page 123: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Perché/Come contrastare i bruschi

cambi Pmedia ?

Perché/Come contrastare i bruschi

cambi Pmedia ?

• Dereclutamento

(Plasmorrea/Capillary Leak)

• ���� PEEP

• Evitando ���� I/E

Page 124: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Strategie Ventilatorie in ECMO

(una guerra di religione)

Recruiter Non Recruiter

Page 125: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 126: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

High survival in adult patients with ARDS treated by High survival in adult patients with ARDS treated by extracorporeal membrane oxygenation, extracorporeal membrane oxygenation, minimal minimal sedation, and pressure supported ventilationsedation, and pressure supported ventilation

Linden V et al. Linden V et al. ICM 2000; 26: 1630ICM 2000; 26: 1630

�� 17 patients17 patients

�� LIS 3.5LIS 3.5�� LIS 3.5LIS 3.5

�� PaOPaO22/FiO/FiO22 46 mmHg46 mmHg

�� Length of bypass 3Length of bypass 3--52 days52 days

��((conventionalconventional VV or VA 9/17)VV or VA 9/17)

�� PEEP 10 PSV 15PEEP 10 PSV 15

�� Survival Rate 76 %Survival Rate 76 %

Page 127: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

lung rest settings were :

- peak inspiratory pressure 20–25,

- positive endexpiratory pressure 10–15,

- rate 10,

- FiO2 0・3.

Page 128: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Recruiter strategy

� PAW

� B.F.

Page 129: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Non Recruiter strategy

� PAW

� B.F.

Page 130: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Non Recruiter strategy

• Low PEEP (5-10)

• LPS

– PSV

• High Blood Flow• High Blood Flow

– II° drainage cannula

• NO PNX

•• PulmonaryPulmonary HypertensionHypertension

–– VV--A bypass?A bypass?

� B.F.

Page 131: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Reclutamento e PAP

PAP

PVCPVC

RMs = 70 cmH2ORMs = 70 cmH2O

Page 132: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Non Recruiter strategy

In 33 patients (49%), a secondaccesscannula was needed to augmentcannula was needed to augmentECMO support.

Page 133: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Recruiter strategy

• RMs

• PEEP Titration

• SIGH

•• PNX ?PNX ?•• PNX ?PNX ?

Page 134: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

%

Opening and closing pressures

30

40

50

Opening

pressure

Closing

pressure

Paw > 35 cmH2O

to fully recruit

Paw [cmH2O]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

10

20 pressure

Crotti et al. Am J Respir Crit Care Med 2001

Page 135: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Modern PEEP TitrationModern PEEP Titration

10 1215

7

10

Page 136: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Spo2 e RM’s

• � � Problema risolto !Era un’atelettasia

• � e poi � � Ripeto e � PEEP

•± �� Pressione Rm’s

oppure aspetto

Page 137: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Quante RM’s ?

• Pochissime se uso SIGH

• In Controllata e Assistita

• Che pressione ? � quella di reclutamento• Che pressione ? � quella di reclutamento

• A chi ? � A quelli che reclutano

Page 138: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Sigh (1 ogni 3 min)

Effects of periodic lung recruitment maneuvers on gas exchange and

respiratory mechanics in mechanically ventilated ARDS patients.G. Foti, M.Cereda, M.E. Sparacino, L. De Marchi,F. Villa, A. Pesenti Intensive Care Med (2000) 26: 501-507

Pressione di reclutamento

Sigh (1 ogni 3 min)

↑Oxygenation

↓↓↓↓ Qva/Qt

SIGH

Page 139: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Monitoraggio

reclutamento

Monitoraggio

reclutamento• EGA

– P/F

– PaO2 al 100%

– Shunt– Shunt

– Rapporto B.F./C.O.

• Meccanica respiratoria

– Cpl, FRC

• Imaging

– Rx

– TC

Page 140: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Monitoraggio reclutamento

durante V-A bypass

• Quale sangue proviene dai polmoni ?

• Incannula la radiale dx• Incannula la radiale dx

– Se attività cardiaca

– Sangue proveniente dal polmone naturale

Page 141: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oh..oh…c’è un PNX

• Presto mettiamo drenaggio toracico

• Aspettiamo e convertiamoci

Page 142: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Oh..oh…c’è un PNX

• Non mi convertirò mai!

– Dg percutaneo

– Guidato scopia– Guidato scopia

– Identificazione eco

• Bene, non sbolla più

• Tiriamolo via

•• Non rimuovete le frecce Non rimuovete le frecce

durante CEC (durante CEC (…augh…augh))

Page 143: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Identificazione Ecografica PNX

Page 144: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Sono passate ormai 2

settimane…dobbiamo fare la tracheo.

• Se proprio non se ne può fare a meno

• Percutanea meglio che chirurgica

• Fantoni meglio delle altre

– Attenzione al tracheoscopio rigido– Attenzione al tracheoscopio rigido

– Tecnica con fibroscopia flessibile

– Mantenete Paw con il tubino

– Sospendere/ridurre eparina

Page 145: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

When a ALI/ARDS pts. can be When a ALI/ARDS pts. can be

weaned to PSV from CMV ?weaned to PSV from CMV ?

n.s.181±67218±68PaO2/FiO2

pFailureFailure22%

SuccessSuccess78%

PaO2 > 80

PEEP < 15

< .0520.2 ±19.29.2 ±13.5Days from

Tube

< .050.70 ±0.090.52 ±0.10Vd/Vt

< .0530 ±1642 ± 15Cst,rs

(ml/cmH2O)

Cereda M, Foti G. et al. Crit Care Med 2000 Vol.28 n° 5; 1269-1275

Page 146: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

BENEFICI Respiro Spontaneo in ARDS

spontaneous breathing controlled ventilation, NMBA

Page 147: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Set: BIPAP+PSV, Pmax = 35-40cmH2O

Ti = 3-5 s.

RRBIPAP = 0.5-1 b.p.m.

Page 148: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

ECMO per favorire il passaggio

al respiro assistito

• Quando è terminata fase iperacuta

– No capillary leak

• Per favorire reclutamento alveolare• Per favorire reclutamento alveolare

• Per accelerare il weaning

• Dottore..dottore..la frequenza respiratoria �– Aumenta PSV..mmm..no anzi

– Sedalo un pochino…..mmm….,aspetta

– Aumenta gas flow !

Page 149: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

E se facessimo a meno del ventilatore ?del ventilatore ?

Page 150: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

2/87 Survival

in Intubated in Intubated

because of Pneumonia

Page 151: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Ventilazione Diversamente

Invasiva (DIV)

1 Week

CEC

P/F 64

PEEP 15

GB 280

Plt 19.000

P/F 104

PEEP 10

GB 1050

Plt 33.000

Start

CEC

Page 152: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 153: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 154: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 155: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Pediatric ECMO Management: Pulmonary

• Optimal ventilator settings vary

• Limit peak pressures to 30 cm H2OH2O

• Delivered tidal volumes 4-6 cc/kg

• Rate 5-10 breaths/minute

• PEEP 12-15 cm H2O

• Inspiratory time longer

• Goal FiO2 0.21

Page 156: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Federico Pappalardo, MD

Department of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia and Intensive Care

Università Vita e Salute San Raffaele Hospital, Milano

Page 157: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

� Hemorrhagic complications 54% (37/68)

• ECMO cannulation site 22%

• GI bleeding 10%

• Respiratory tract 10%• Respiratory tract 10%

• Intracranial hemorrhage 9%

• Genital bleeding 9%

� Median amount of blood administered per patient 1880 mL

� NO thromboembolic complications ???

Page 158: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Overall adult ECLS SurvivalOverall adult ECLS Survival

Respiratory 53%

Cardiac 32%

ELSO Registry (100 centers)

Cardiac 32%

eCPR 37%

Page 159: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

THROMBIN GENERATION/EFFECTS

XaXVIIIa, , PLCa++

Tissue Factor(TF:VIIa)

*

IXa

IX

Contact(XIIa)

Prothrombin

PT fragment 1.2

Va, Ca++

THROMBIN

, PL

FPAXIII

FV, FVIII, FXI FXIa, FVa/FVIIIa

Platelets

BTG, PF4

activation/consumption

*TFPI

bradykinin

APC

FVi, FVIIIi

Thrombomodulin*

Protein C

ATIII

ATIII

ATIII

ATIII

*

PT fragment 1.2

Fibrin (M)Fibrinogen

Fibrin (Ps)

Fibrin (Pi)

XIIIa

tPA*

EC

Plasminogen PLASMIN

D-dimer

FSP

Platelet GP1bPAP complexes

-2-antiplasmin

PAI1

tPA:PAI1*

TAT

ATIII

Page 160: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Injury of vessels wallleads to contact between blood and subendothelial cells

Tissue factor (TF) isexposed and binds toFVIIa or FVII whichis subsequently converted to FVIIa

1. Initiation phase

FXa binds to FVa on thecell surface

The complex between TF and FVIIa activates FIX and FX

Page 161: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

The FXa/FVa complexconverts small amountsof prothrombin intothrombin

The small amount ofthrombin generatedactivates FVIII, FV, FXIand platelets locally.FXIa converts FIX to FIXa

2. Amplification phase

Activated plateletsbind FVa, FVIIIaand FIXa

Page 162: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

The FVIIIa/FIXa complexactivates FX on thesurfaces of activatedplatelets

FXa in association withFVa converts largeamounts of prothrombininto thrombin creating a “thrombin burst”.

3. Propagation phase

The “thrombin burst”leads to the formationof a stable fibrin clot.

Page 163: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 164: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

ASA, Dipyridamol, Clopidogrel

Heparin

Coumadin

Page 165: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

PAT

aPTT

INR

TEG

Page 166: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

• Haemostasis starts with the interaction between TF

and FVIIa on the surface of subendothelial cells.

• The small amount of thrombin generated during the amplification phase activates platelets locally on whose surface the subsequent reactions take place.whose surface the subsequent reactions take place.

• The resulting thrombin burst results in the formation of a stable clot.

Page 167: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Activation Balance

Inappropriate

Site

Inappropriate

Amount

Inappropriate Control

ThrombosisDVT/PTE

MIStroke

Bleeding

Transfusion

Inappropriate Control

Page 168: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 169: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 170: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

� Contact activation : interface of blood with nonendothelial surface

� Pericardial activation : mediated by trasfusion of pericardial bloodpericardial blood

� Mechanical consumption : shear forces imposed by circuit’s component

Page 171: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

� Pulsatile, axial or centrifugal device

� Cannulation (apical, atrial)

� Coagulation disease (anti-phospholipid antibodies,..)

� Heart disease (acute infarction, icmp, myocarditis,

Anticoagulation ManagementAnticoagulation Management

� Heart disease (acute infarction, icmp, myocarditis,

dcmp)

� Cardiac rhythm (fibrillation)

� Age (children)

Page 172: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Anticoagulation management

safe

Anticoagulation ManagementAnticoagulation Management

Anticoagulation management

low costs simple

Page 173: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Heparin activates platelets directly-GP IIb/IIIa activated-P-selectin expressed

+ Platelet Activated

Platelet

HeparinP-selectin

GP IIb/IIIa

Low concentrations of heparin increase the affinity of thrombin for fibrin.

Fibrin

ThrombinThrombin

ThrombinHeparin

+Thrombin

Heparin can induce

Heparin inactivated by Platelet Factor 4 (PF4)

FibrinHeparin can induce an immune response in the form of HIT/HITTS and lead to thrombocytopenia and thrombosis

Anti-bodies

Platelet

Factor 4+Heparin

Fibrin

2

1

Thrombin2

1

Thrombin

2

1

ThrombinHeparin

Heparin cannot bind clot-bound thrombin

P P

P

P

P

Heparin binds to plasma proteins and cells

PP

Cell

PPCell

PP

Heparin exhibitsa nonlinear

dose-response.

Heparin dose

AC

T

Page 174: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

�UFH continues to dominate ECMO anticoagulation:

• rapidly acting

• easily reversible

• inexpensive

• widely available

• well tollerated by pediatrics and adults

• needs cofactor AT, produce inhibition of factor Xa, thrombin and TF • needs cofactor AT, produce inhibition of factor Xa, thrombin and TF

• thrombin bound to clot or surface of the circuit is not inhibited by AT-UFH complex

Bound thrombin activate clotting and thrombin generation

GREATER UFH NEEDS

Page 175: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

4000

5000 D-Dimer ( ng / ml )

Increased Heparin to

Preserve Haemostasis• High Heparin had

reduced:

– Prothrombin activation

� β−Thromboglobulin

Despotis et al Thromb Hemostasis 1996;76:902-8

2000

3000

Control High Hep

Page 176: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

� The effectiveness of anticoagulation worsens with the duration of ECMO (6 days freedom from thromboembolic events)

� Management of ECMO anticoagulation partially derived from the experiences of CPB

� The popular range for the ACT with UFH during ECMO is 180 to

220 sec220 sec

� aPTT is a valuable tool to assess anticoagulation in situation that do not require high heparin dosing such as ECMO

� In very ill patients requiring continuous infusion of UFH the ACT can not delineate between low and moderate level of anticoagulation compared with aPTT

Page 177: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Dosage of Acetylsalicylacide

Page 178: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Low dosage:Thromboxane A2 (platelet)-> reduction of aggregation

High dosage:Prostacyclin (endothelium)

Dosage of Acetylsalicylacide

Prostacyclin (endothelium)-> increasing aggregation

High dosage:Prostaglandin (stomac)

-> increasing GI-bleeding

Page 179: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 180: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 181: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

400

500

600

Platelets and shockPlatelets and shock

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0

100

200

300

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Grafic 1.: LVAD and RHF

Grafic 2.: LVAD survival

Grafic 3.: TAH survival

Page 182: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Platelets and shockPlatelets and shock

“Platelet transfusion represents a major part of

management of ECMO patients”

“Recurrent platelet dysfunction on ECMO”

“Frequent platelets transfusions even with

normal platelet count” normal platelet count”

“The more critically ill the patient, the more likely

platelets have been given”

Page 183: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 184: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 185: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

LABORATORY TESTING

• Antigen assays- ELISA detects antibodies

reactive against the PF4/Heparin complex

- High sensitivity (90-98%)- High negative predictive

value

• Activation/Functional assays

- SRA (Serotonin release assay)

- Platelet aggregation assay

- Detect the presence of antibodies that activate platelets in the presence of heparin

- High sensitivity (>95%)

- High negative predictive valuevalue

- Moderate positive predictive value

- The magnitude of a positive ELISA can be diagnostically useful

- High negative predictive value

- Moderate positive predictive value

- The magnitude of a positive ELISA can be diagnostically useful

The presence of HIT antibodies does not necessarily predict the development of clinical HIT!!

Page 186: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

There is no single laboratory test that perfectly correlates

with a clinical diagnosis of HIT, because there is currently no

test with 100% sensitivity and specificity for the detection of

pathogenic HIT antibodies

LABORATORY TESTING

pathogenic HIT antibodies

Page 187: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 188: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 189: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 190: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 191: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 192: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 193: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Do

STOP heparin

Switch to alternate anticoagulantSwitch to alternate anticoagulant

Don’t Do

No warfarin (Vit K if warfarin given)

No prophylactic platelets

Dx

HIT antibodies

Ultrasound for lower-limb DVT

Page 194: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 195: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 196: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

COO-

+H3N

Lepirudin Bivalirudin Argatroban

+H3N

BIVALENT DTI UNIVALENT DTI

DTIDTI

Lepirudin Bivalirudin Argatroban

RENAL ENZIMATIC>RENAL HEPATICElimination

Binding

Effect on INR

Immunogenicity

REVERSIBLE REVERSIBLEIRREVERSIBLE

+ ++ ++++

+++ + -

Page 197: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

�Reversible binding to thrombin - BIVALENT DTI�Blocks activation by thrombin of fibrinogen, Fact. V,VIII,XIII and platelets�Cleaved by circulating proteases� Half-life 25-30’

Bivalirudin Bivalirudin

� Half-life 25-30’� Proteolytic clevage by thrombin (80%)� Removal by haemofiltration� AVOID STASIS

Page 198: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 199: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen
Page 200: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Set upSet up

� Albumin in priming

� Consider UF in presence of lung injury and/or capillary leak syndrome

� Heparin bolus 1000 UI after cannulation, then check for bleeding

If bleeding <50 cc/h � start heparin infusion to a target

ACT 180-200, aPTT 60 sec

If bleeding on heparin > 50 ml/h � stopIf bleeding on heparin > 50 ml/h � stop

� 2 UI/mL of heparin in the priming� Weaning ACT >200

Page 201: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

ECMO circuit changeECMO circuit change

� Plasma leak

� Hemolysis likely if:

• Pressure > 300 mmHg on arterial cannula

• Negative pressure > 200 on the venous cannula

• LDH>1000 mg/dL and FHb >40 mg/dL in two samples within 24h• LDH>1000 mg/dL and FHb >40 mg/dL in two samples within 24h

� Thrombi Check HIT

� Thrombocytopenia

� Sistematically every 8-10 days

Page 202: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

WeaningWeaning

� Always keep 0.5L flow (risk of thrombosis)

� If flow is stopped for definitive evaluation

(30 min. observation)

give heparin 10000 UI before lines clamping

� Recirculation

Page 203: Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione ... giorno.pdf · Fisiologia degli scambi gassosi durante circolazione extracorporea 2009, Milano ... Steady state Arterial Oxygen

Figure 1.: RVAD Impeller after 33 days of support Figure 2.: RVAD Impeller after 3 days of low flow support