Anatomia topografica del cuore e vie di accesso chirurgico
Il cuore occupa una posizione strategica nel corpo: insieme a cervello e polmoni, rappresenta uno degli organi vitali più protetti dallo scheletro. A differenza del cervello, racchiuso in una struttura rigida e fissa (il cranio), il cuore è circondato da una struttura elastica e mobile, la gabbia toracica, perché deve poter continuare a muoversi e pulsare.
Il cuore è contenuto in un compartimento preciso chiamato mediastino, lo spazio mediano del torace situato tra le due regioni pleuro-polmonari.
Il mediastino si suddivide ulteriormente in una porzione anteriore e una posteriore, separate idealmente da un piano frontale che passa per la biforcazione della trachea nei due bronchi principali e per la faccia dorsale del pericardio.
Il cuore stesso è avvolto da un sacco protettivo, il pericardio, che ha una duplice funzione.
Le vie di accesso chirurgico al cuore
Per operare il cuore è necessario raggiungerlo attraverso la gabbia toracica. Nel tempo sono state sviluppate diverse tecniche, da quella tradizionale più invasiva a opzioni mininvasive, pensate per ampliare la platea di pazienti operabili.
| Tecnica | Descrizione | Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|---|---|
| Sternotomia completa | Taglio longitudinale dell'intero sterno; approccio tradizionale | Massima esposizione del cuore e dei grandi vasi; ideale per interventi complessi (bypass multipli, sostituzioni valvolari complesse) | Più invasiva, recupero più lungo, maggior rischio di infezioni e dolore post-operatorio |
| Mini-toracotomia | Piccola incisione tra le coste, senza tagliare lo sterno | Minor trauma chirurgico, recupero più rapido, miglior risultato estetico | Accesso più limitato |
| Emisternotomia | Taglio parziale dello sterno, a forma di "J" o "T" | Buon accesso chirurgico, meno invasiva della sternotomia completa | Più invasiva della mini-toracotomia, tecnica più selettiva |
- Necessità di accesso cardiaco
- scelta tra invasività e precisione
- sternotomia (massima esposizione, più invasiva) oppure tecniche mininvasive (minor trauma, accesso più limitato)
Il sistema cardiocircolatorio: funzione generale
L'apparato cardiocircolatorio è un sistema chiuso e continuamente attivo. Il cuore, contraendosi ritmicamente, pompa il sangue nei vasi sanguigni che lo distribuiscono a tutti i tessuti e organi del corpo, realizzando un ciclo continuo di andata e ritorno.
Il sangue svolge due funzioni fondamentali nel suo percorso:
- porta alle cellule le sostanze nutritive, in particolare ossigeno (O₂);
- rimuove i prodotti di scarto, in particolare anidride carbonica (CO₂).
Passando attraverso i polmoni, il sangue cede la CO₂ e si arricchisce di nuovo di O₂, mentre i polmoni si riforniscono di ossigeno dall'aria ed eliminano la CO₂ verso l'esterno.
Dati fisiologici essenziali
A riposo il cuore batte 60-80 volte al minuto, pompando circa 95 ml di sangue a ogni battito, per un totale di circa 6 litri al minuto. Durante uno sforzo fisico molto intenso la frequenza può salire fino a 200 contrazioni al minuto, con una gittata di quasi 200 ml a battito (circa 50 litri al minuto).
Forma e dimensioni del cuore
Il cuore ha una forma vagamente conica, con la base rivolta in alto e verso destra, leggermente inclinata all'indietro. Il suo volume è paragonabile a quello di una mano chiusa a pugno.
Nei mammiferi il cuore è diviso in due metà, destra e sinistra, non comunicanti tra loro, ognuna costituita da un atrio e da un ventricolo: questa organizzazione garantisce una circolazione doppia e completa.
Le tuniche del cuore
Il cuore è avvolto da un sacco protettivo esterno, il pericardio, e presenta diversi strati concentrici, dall'esterno verso l'interno.
- Epicardio: sottile membrana che ricopre la superficie più esterna del cuore (è lo strato viscerale del pericardio).
- Miocardio: spesso strato muscolare sottostante, responsabile della contrazione ritmica e quindi della funzione di pompa.
- Endocardio: membrana lucida che riveste l'interno del cuore, ricopre le pareti interne e le valvole cardiache e si continua con il rivestimento interno di arterie e vene, detto endotelio.
Le valvole cardiache e il circuito a doppia pompa
Il cuore possiede uno scheletro fibroso che fa da supporto a quattro valvole: due atrio-ventricolari e due semilunari arteriose. Tutte e quattro sono collocate su un unico anello fibroso, per cui apertura e chiusura, sia in termini di tempo che di entità, sono interdipendenti tra loro.
I volumi a destra e a sinistra possono variare momentaneamente (ad esempio durante vasocostrizioni e vasodilatazioni indotte da uno stato di stress, come essere interrogati), ma il prodotto finale deve pareggiare: un lato compensa l'altro. Questo meccanismo è reso possibile dall'autoregolazione della volemia attraverso le camere cardiache, che si espandono e cambiano volume in base a quanto sangue arriva loro.
- L'atrio riceve il sangue
- si espande in base all'afflusso
- rilascia al ventricolo la quantità che questo è in grado di accogliere
- il tutto è regolato dalla frequenza cardiaca
Circolazione in serie: differenze tra destra e sinistra
Il cuore destro e il cuore sinistro funzionano come due pompe in serie, pur avendo caratteristiche strutturali e pressorie molto diverse.
| Caratteristica | Cuore sinistro | Cuore destro |
|---|---|---|
| Pressione di esercizio | Alta | Bassa |
| Distanza dagli organi serviti | Maggiore (organi periferici) | Minore (polmoni, vicini) |
| Struttura della pompa | Muscolare, parete spessa ("cicciotta") | Più sottile |
| Tipo di vasi | Arterie muscolo-elastiche | Sistema venoso di compenso |
| Componente prevalente | Muscolare | Elastica |
Il ciclo cardiaco
Per ciclo cardiaco si intende la successione ritmica dell'attività del cuore, ovvero la sequenza alternata di contrazione e rilasciamento (riempimento ed eiezione).
La durata totale del ciclo cardiaco a riposo è di circa 800 millisecondi, suddivisa in due fasi principali.
Diastole (≈500 ms)
Fase di riempimento: volume telediastolico 120-140 ml; pressione telediastolica nel ventricolo destro ≈4 mmHg, nel ventricolo sinistro ≈9 mmHg
Sistole (≈300 ms)
Fase di eiezione: gittata sistolica 70-90 ml; volume telesistolico 35-50 ml; pressione sistolica nel ventricolo sinistro 80-120 mmHg, nel ventricolo destro 8-25 mmHg
Il grafico pressione-volume del ventricolo sinistro (diagramma di Wiggers-type) mostra un anello che rappresenta un singolo ciclo cardiaco: durante la diastole il volume aumenta a pressione quasi costante (fase A-B), poi la contrazione isovolumetrica fa salire rapidamente la pressione a volume costante (B-C), segue l'eiezione sistolica con calo di volume (C-D) e infine il rilasciamento isovolumetrico (D-A) chiude il ciclo.
Il sistema di conduzione elettrica del cuore
L'attività di pompaggio del miocardio non è casuale, ma è avviata e coordinata da un sistema di conduzione elettrica che garantisce la contrazione sincrona di migliaia di cellule muscolari.
- Il nodo sinusale (o seno-atriale), situato nell'atrio destro, genera spontaneamente il ritmo cardiaco di base.
- Gli impulsi elettrici si propagano dagli atri fino alla muscolatura dei due ventricoli tramite apposite vie di conduzione.
- Il nodo atrio-ventricolare permette la sincronizzazione tra l'attività dell'atrio destro e quella del ventricolo sinistro.
- Da qui partono branche di conduzione isolate (a sinistra tre branche: anteriore, media e posteriore; a destra una sola branca) che si uniscono poi nelle fibre del Purkinje, diffondendo lo stimolo a tutto il miocardio ventricolare.
Il ventricolo si contrae arrotolandosi sulla punta con un movimento elicoidale, assumendo una dinamica di contrazione a forma triangolare; l'atrio invece si contrae in maniera simmetrica.
Dalla cross circulation alla circolazione extracorporea
Un momento storico fondamentale per la cardiochirurgia riguarda l'idea di sostituire temporaneamente le funzioni di cuore e polmoni durante un intervento, per poter operare a cuore fermo senza causare la morte del paziente.
Il problema tecnico principale da risolvere era: come ossigenare il sangue meccanicamente senza creare pericolose embolie gassose (bolle d'aria nel sangue)? La soluzione a questo problema portò alla messa a punto della circolazione extracorporea.
Un'osservazione chiave che guidò la comprensione del sistema è che il sangue ossigenato esce dal cuore sinistro: le due pompe cardiache (destra e sinistra) funzionano in serie, per cui il sangue non ossigenato pompato dal cuore destro va ai polmoni e ritorna ossigenato al cuore sinistro, da cui riparte come sangue sistemico. Il circolo polmonare e quello sistemico risultano quindi strettamente intrecciati tra loro.
La circolazione sistemica
La circolazione sistemica (o grande circolazione) è il circuito principale che porta il sangue ossigenato dal cuore a tutto il corpo, per poi riportarlo indietro verso il cuore stesso.
La circolazione sistemica e periferica
Prima di affrontare la circolazione extracorporea è utile ripassare come il sangue si muove normalmente nel corpo, perché la macchina cuore-polmoni dovrà riprodurne artificialmente il percorso.
Il sangue ossigenato esce dal cuore e raggiunge tutti i tessuti seguendo un tragitto preciso:
- Ventricolo sinistro
- Aorta
- Arterie
- Arteriole
- Capillari tissutali
- Cessione di O₂ e nutrienti, raccolta di CO₂
- Vene
- Vene cave
La circolazione periferica non è un circuito a parte, ma rappresenta semplicemente la porzione della circolazione sistemica che avviene nei tessuti lontani dal cuore (arti, pelle, organi periferici). Comprende:
- il microcircolo (rete dei capillari);
- arteriole e venule;
- gli scambi tra sangue e cellule.
Il sangue non ossigenato che arriva all'atrio destro proviene da tre fonti: il seno venoso coronarico (sangue del cuore stesso), le vene bronchiali del circolo polmonare e le vene cave superiore e inferiore. Questo punto è cruciale per la circolazione extracorporea: per costruire una macchina che ossigeni il sangue dobbiamo prelevarlo proprio dallo sbocco in atrio destro, farlo passare nel circuito e restituirlo in aorta o in un grosso vaso sistemico, lo stesso punto in cui normalmente arriva il sangue ossigenato dai polmoni.
La circolazione extracorporea: come funziona la macchina cuore-polmoni
Durante un intervento di cardiochirurgia il cuore deve essere fermato: per questo serve un sistema esterno che svolga temporaneamente le funzioni di cuore e polmoni.
I componenti principali del circuito
Il circuito base è composto da tre elementi fondamentali in sequenza:
- Camera di raccolta
- Ossigenatore
- Pompa
- Cannule di ritorno in aorta
- Camera di raccolta: molto ampia, perché il sistema deve autoregolare automaticamente il flusso rispetto alla volemia, che cambia istante per istante in base alle condizioni emodinamiche del paziente.
- Ossigenatore: posto sotto la camera, è dotato di una membrana porosa attraverso cui la CO₂ esce e l'O₂ entra.
- Pompa: può essere di diversi tipi (vedi sotto).
Esistono diversi tipi di pompa utilizzati nel circuito:
| Tipo di pompa | Funzionamento |
|---|---|
| Pompa roller | Un tubo di gomma viene schiacciato da un rullo rotante; il punto fisso di rotazione produce calore e attrito |
| Pompa a elica | Spinge il sangue tramite un'elica rotante |
| Pompa centrifuga | Piccola camera con elica che ruota ad altissima velocità sfruttando il campo magnetico: piccoli volumi nel tempo diventano grandi volumi, con minor attrito e riscaldamento |
Il sangue ritorna infine in aorta attraverso cannule piccole a flusso costante.
Gestione dell'aria e priming del circuito
Tutto ciò che circola ad alta velocità tende a produrre microbolle d'aria, che vanno eliminate costantemente raccogliendole dall'alto del circuito. La parte che riceve il sangue proveniente dal paziente non deve mai contenere aria pre-inserita: per questo il sistema viene pre-riempito (priming) con soluzione fisiologica e altre sostanze prima dell'uso.
Prima del collegamento definitivo al paziente, il circuito fa circolare il liquido di priming su se stesso per circa 20 minuti, in modo da eliminare ogni zona in cui potrebbe accumularsi aria. Solo dopo si introducono le cannule nel paziente, riempite di sangue, e si collegano al circuito.
La cardioplegia: fermare il cuore in sicurezza
In pratica si somministra una soluzione cardioplegica direttamente nelle arterie coronarie. Questa soluzione è ricca di potassio, che induce l'arresto del cuore in diastole (fase di rilasciamento). Così facendo il cuore consuma meno ossigeno ed è protetto da danni durante procedure come il bypass o la sostituzione di valvole.
Per prelevare il sangue dal cuore si utilizza una cannula con 3 fori, posizionata su vena cava superiore, atrio e vena cava inferiore (esistono anche versioni con punta metallica).
Ipotermia ed emodiluizione: proteggere l'organismo
La cardioplegia da sola non basta: il cuore viene fermato attraverso tecniche che agiscono in sinergia tra loro.
- Cardioplegia (potassio)
- paralisi delle fibre muscolari in diastole, nella fase di polarizzazione
- aggiunta di ADP
- raffreddamento
- riduzione del metabolismo cellulare
Oltre alla cardioplegia si aggiunge l'emodiluizione, che comporta circa 2 litri di volume in più: ciò fa scendere l'emoglobina da un valore di circa 10 a 6/5.
La sequenza completa del circuito diventa quindi: ossigenatore – pompa – cardioplegia – scambiatore di calore.
Durante l'intervento, chiudendo le vene cave e l'aorta ascendente si impedisce l'arrivo di sangue dall'aorta, ma rimane comunque del sangue all'interno del cuore, proveniente dai polmoni (attraverso la circolazione bronchiale residua).
La gestione dell'aspirazione in sala operatoria
Per evitare che questo sangue residuo crei disturbo durante l'intervento o raggiunga le coronarie, si utilizzano sistemi di aspirazione differenti a seconda della situazione:
- Cavità cardiache aperte: aspirazione interna al sistema destro, in atrio sinistro o nell'arteria polmonare.
- Cavità cardiache chiuse (quando si vogliono coronarie vuote perché il cuore non deve ripartire e si lavora proprio sulle coronarie): si aspira direttamente dall'aorta, dopo averla clampata.
Esiste anche un aspiratore di campo, esterno alle camere cardiache, che raccoglie il sangue perso nel campo operatorio, mentre l'aspirazione interna alle cavità cardiache serve a mantenerle vuote.
La cardioplegia (circa 1,5 litri) viene somministrata tra la valvola aortica e il clamp della circolazione extracorporea. In presenza di un difetto della valvola aortica, come l'insufficienza, la cardioplegia finisce nel ventricolo sinistro, causando due problemi: non arriva in quantità sufficiente alle coronarie, e il ventricolo sinistro si distende e indurisce per l'iperdistensione, con conseguente ischemia subendocardica. In questi casi si può somministrare la cardioplegia per via retrograda, dalle coronarie al seno coronarico, con la stessa efficacia perché, a differenza dei normali sistemi venosi, nel seno coronarico non sono presenti valvole che ostacolerebbero il flusso in questa direzione.
Gli interventi di cardiochirurgia dell'adulto
Gli interventi principali su cuore e grandi vasi comprendono:
- interventi sulle valvole cardiache;
- interventi sulle coronarie (bypass coronarici);
- interventi sull'aorta;
- rimozione di tumori nelle cavità cardiache (se il tumore invade la parete del cuore, l'intervento non è possibile);
- chirurgia delle aritmie.