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Fisiologia da ECMO, VA e VV: o que saber para prática médica?

A Oxigenação por Membrana Extracorpórea (ECMO, do inglês Extracorporeal Membrane Oxygenation) constitui uma modalidade terapêutica avançada que para tratamento de pacientes com insuficiência respiratória grave e/ou falência cardíaca refratária ao tratamento clínico convencional. 

 Considera-se a ECMO como um suporte de vida extracorpóreo e seu mecanismo principal consiste na remoção de dióxido de carbono e oxigenação do sangue, possibilitando assim a descarga dos pulmões e/ou coração, aliviando o trabalho desses órgãos e permitindo sua recuperação.

A ECMO pode ser categorizada em dois principais subtipos, a venoarterial (VA) e a venovenosa (VV), cada uma com indicações fisiopatológicas específicas. Falaremos mais sobre elas abaixo. 

Subtipos de ECMO

Como mencionado anteriormente, a ECMO se divide em dois principais subtipos: venoarterial (VA) e venovenosa (VV), cada um com suas indicações e fisiopatologias específicas.

Utiliza-se a VA-ECMO em casos de insuficiência cardíaca refratária ou disfunção ventricular grave, onde a oxigenação pulmonar não é adequada para manter a vida. Nesse cenário, retira-se o sangue do átrio direito ou da veia cava inferior, oxigenado e, em seguida, devolvido à aorta ou à artéria pulmonar, contornando o coração. A escolha dessa modalidade é para oferecer suporte cardíaco, independentemente da função pulmonar.

Por outro lado, a VV-ECMO é direcionada a pacientes com insuficiência respiratória grave, onde a oxigenação pulmonar não é suficiente para atender às necessidades metabólicas. Nesse caso, retira-se o sangue da veia jugular ou femoral, passa pelo oxigenador e retorna à mesma veia, facilitando uma troca gasosa eficaz. Escolhe-se esta modalidade quando a função cardíaca está preservada.

Fisiopatologia da ECMO: como funciona

A fisiopatologia da da ECMO baseia-se em princípios fundamentais de oxigenação e remoção de dióxido de carbono (CO2) do sangue, visando fornecer suporte circulatório e/ou respiratório em casos de insuficiência cardíaca ou respiratória grave.

O circuito extracorpóreo padrão envolve um oxigenador, uma bomba de propulsão de sangue e acessos vasculares, que são as cânulas de drenagem e de retorno do sangue. Tem ainda os sensores de fluxo e pressão, sistema de controle de temperatura para resfriamento ou aquecimento do sangue e pontos de acesso arterial e venoso para coleta de sangue no circuito, que é importante para avaliarmos a condição do paciente. 

Imagem I:  Esquema ilustrativo de circuito padrão de oxigenação por membrana extracorpórea. O sangue venoso é removido do paciente por uma cânula de drenagem e bombeado (bomba de propulsão) para o oxigenador. Após passar pelo oxigenador, no qual se encontra a membrana de oxigenação, o sangue é devolvido para o paciente através de uma artéria (oxigenação por membrana extracorpórea venoarterial) ou uma veia (oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa). Existem vias de acesso localizadas ao longo do circuito da oxigenação por membrana extracorpórea (pontos de acesso venoso e arterial) para infusão de medicações, fluídos e coleta de exames laboratoriais, além de sensores de pressão (pré-membrana e pós-membrana) e de fluxo. Fonte: Chaves et al, 2019.
Bomba e propulsão

A bomba de propulsão funciona impulsionando o sangue do paciente para a membrana oxigenadora, provocando a geração de fluxo para o sistema.

Oxigenador

O oxigenador é o componente central da ECMO, onde ocorre a troca gasosa entre o sangue e o gás de oxigênio. Geralmente é composto por membranas semipermeáveis que permitem a difusão do oxigênio do gás para o sangue e a remoção do CO2 do sangue para o gás.

Acessos aos vasos e cânulas

Os acessos venosos são realizados pela via percutânea, utilizando a técnica de Seldinger e são guiados pelo ultrassom. Já os acessos arteriais, podem ser tanto pela via percutânea, como também pela via cirúrgica. 

Independente de qualquer escolha, é importante observar o posicionamento das cânulas com radiografia ou ultrassom, para evitar complicações, como as que abordaremos mais abaixo em nosso texto. 

Imagem II: Radiografias de tórax e abdome mostrando posicionamento adequado da cânula. Cânula de saída na imagem à esquerda indicada por uma seta azul e cânula de entrada na imagem à direita indicada por uma seta amarela. Fonte: Wrisinger e Thompson, 2022.

VA-ECMO

Quando usa a ECMO para suporte circulatório (VA-ECMO),  o sangue proveniente da veia cava inferior é drenado através da canulação da veia femoral direita. Em seguida, o sangue passa pela bomba de propulsão e pela membrana de oxigenação, retornando para o sistema arterial do paciente, através da artéria femoral esquerda, como é possível ver na imagem abaixo.

Imagem III: Circulação extracorpórea venoarterial periférica (VA-ECMO). Fonte: Chaves et al, 2019.

Na ECMO-VA, insere-se uma cânula para drenagem em uma veia e outra para retorno, que fica em uma artéria. Existem duas configurações: central e periférica, dependendo dos vasos usados. Na configuração central, a cânula de drenagem vai diretamente para o átrio direito e a de retorno para a artéria aorta. Já na configuração periférica, o sangue é drenado das veias femoral ou jugular e retorna ao paciente pelas artérias carótida, axilar ou femoral. Isso resulta na circulação pulmonar sendo contornada.

VV-ECMO

Quando utiliza-se a ECMO para suporte respiratório (VV-ECMO), a canulação da veia femoral direita drena o sangue proveniente da veia cava inferior. Em seguida, o sangue passa pela bomba de propulsão e pela membrana de oxigenação, retornando para o sistema venoso do paciente através da veia jugular interna direita, conforme ilustrado na imagem abaixo:

Imagem IV: Circulação extracorpórea venovenosa periférica (VV-ECMO). Fonte: Chaves et al, 2019.

Nesse tipo de ECMO, a cânula de drenagem geralmente é inserida na veia femoral direita e a cânula de retorno, na veia jugular interna direita. 

Monitoramento da ECMO: parâmetros hemodinâmicos e gasométricos

O monitoramento da Oxigenação por Membrana Extracorpórea (ECMO) envolve a avaliação de diversos parâmetros hemodinâmicos e gasométricos, visando garantir uma perfusão tecidual adequada e uma troca gasosa eficaz. Abaixo estão alguns dos principais parâmetros monitorados e seus significados:

Parâmetros Hemodinâmicos

  • Pressão Arterial: A pressão arterial sistêmica é monitorada para avaliar a perfusão tecidual. Uma pressão arterial inadequada pode indicar disfunção circulatória e a necessidade de ajustes na ECMO ou em outras terapias de suporte.
  • Débito Cardíaco: O débito cardíaco é frequentemente monitorado para garantir uma perfusão tecidual adequada. Uma redução no débito cardíaco pode indicar disfunção cardíaca ou inadequação da ECMO.
  • Pressão Venosa Central (PVC): A PVC é um indicador da pressão no átrio direito e reflete o retorno venoso ao coração. Alterações na PVC podem indicar desidratação, hipovolemia ou disfunção cardíaca.
  • FiO2
  • Saturação Venosa Mista de Oxigênio (SvO2): A SvO2 é a porcentagem de oxigênio no sangue venoso misto que retorna ao coração. Uma SvO2 baixa pode indicar hipóxia tecidual e a necessidade de aumentar a oferta de oxigênio.

Parâmetros Gasométricos

  • PaO2 (Pressão parcial de oxigênio arterial): A PaO2 reflete a quantidade de oxigênio dissolvido no sangue arterial. Uma PaO2 baixa pode indicar hipoxemia e a necessidade de ajustes na ventilação ou na ECMO.
  • PaCO2 (Pressão parcial de dióxido de carbono arterial): A PaCO2 indica a quantidade de dióxido de carbono no sangue arterial. Uma PaCO2 elevada pode indicar hipoventilação ou disfunção da ECMO na remoção de CO2.
  • Bicarbonato (HCO3-): O bicarbonato é um importante tampão no sangue que ajuda a regular o pH. Alterações no bicarbonato podem indicar distúrbios ácido-base e auxiliar no diagnóstico e tratamento.
  • pH: O pH arterial reflete o equilíbrio ácido-base do sangue. Alterações no pH podem indicar acidose ou alcalose metabólica ou respiratória, que podem exigir intervenções específicas.

O monitoramento contínuo desses parâmetros é essencial para garantir uma ECMO eficaz e segura, permitindo intervenções precoces para corrigir quaisquer desequilíbrios que possam surgir durante o suporte ECMO.

Complicações ao uso do ECMO

O controle e o monitoramento do ECMO é muito importante para evitar complicações, que podem ser graves e potencialmente fatais. Entre elas, podemos citar:

Hemorragia

A anticoagulação é frequentemente necessária durante a ECMO para prevenir a formação de coágulos no circuito extracorpóreo. No entanto, isso aumenta o risco de sangramento, tanto no local do acesso vascular quanto em outros locais do corpo. Hemorragias podem variar de pequenos sangramentos a hemorragias maciças, exigindo intervenção imediata.

Coagulação e Trombose

Apesar da anticoagulação, ainda pode ocorrer formação de coágulos no circuito extracorpóreo ou nos vasos sanguíneos do paciente. Isso pode levar à obstrução dos cateteres, do oxigenador ou até mesmo à formação de trombos intravasculares, aumentando o risco de embolia.

Infecções

O uso de cateteres e a exposição prolongada a dispositivos extracorpóreos aumentam o risco de infecções, incluindo infecções do local de inserção dos cateteres, bacteremia, sepse e infecções relacionadas à ECMO, como endocardite ou pneumonia associada à ventilação mecânica.

Disfunção de Órgãos

A ECMO pode contribuir para a disfunção de órgãos, como rins, fígado e pulmões. Isso pode ocorrer devido à hipoperfusão dos órgãos durante a ECMO, à exposição a agentes anticoagulantes ou à resposta inflamatória sistêmica induzida pela circulação extracorpórea.

Embolia

Partículas de coágulo, ar ou debris podem se desprender e migrar para a circulação sistêmica, resultando em embolia pulmonar, cerebral ou em outros órgãos. Essas embolias podem causar comprometimento da função dos órgãos afetados e até mesmo levar a eventos isquêmicos graves.

Lesão Vascular

A inserção de cateteres grandes pode causar lesões nos vasos sanguíneos, incluindo estenose, dissecção ou perfuração vascular. Essas complicações podem resultar em hemorragias, formação de pseudoaneurismas ou necessidade de intervenção cirúrgica.

Complicações Metabólicas

Alterações nos eletrólitos, acidose metabólica, hipoglicemia e outras complicações metabólicas podem ocorrer durante o suporte ECMO, exigindo monitoramento e intervenção adequados.

É essencial que a equipe médica que gerencia pacientes em ECMO esteja ciente dessas complicações potenciais e tome medidas preventivas e terapêuticas para minimizar seu impacto. 

A seleção cuidadosa dos pacientes, a manutenção de técnicas assépticas durante a inserção dos cateteres, o monitoramento rigoroso e a resposta rápida a complicações são fundamentais para melhorar os resultados e a segurança dos pacientes em ECMO.

Indicações da ECMO

Indica-se a membrana extracorpórea em casos de insuficiência respiratória aguda ou grave e/ou falência cardíaca refratária, onde as terapias convencionais não são suficientes para a oxigenação tecidual adequada e suportar a vida do paciente. As principais indicações para o uso da ECMO incluem:

  • Insuficiência respiratória grave: Quando a ventilação mecânica convencional não consegue manter uma oxigenação arterial adequada (hipoxemia) e/ou remover o dióxido de carbono (hipercapnia), isso ocorre em casos de síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA), pneumonia grave, lesão pulmonar aguda, embolia pulmonar maciça, entre outras condições
  • Falência cardíaca refratária: Nos casos em que a terapia medicamentosa e a ressuscitação cardíaca convencional não conseguem manter uma perfusão tecidual adequada, como na miocardite grave, infarto do miocárdio extenso, cardiomiopatias avançadas, choque cardiogênico, entre outros.
  • Pontes para transplante ou recuperação: Em pacientes que aguardam transplante cardíaco ou pulmonar, indica-se a ECMO como uma ponte temporária, fornecendo suporte circulatório e/ou respiratório até que um órgão adequado esteja disponível. Além disso, em alguns casos, a ECMO pode possibilitar a recuperação do coração ou pulmões, evitando a necessidade de transplante.
  • Suporte durante procedimentos de alto risco: em intervenções cirúrgicas ou procedimentos invasivos onde pode cursar com insuficiência cardíaca ou respiratória aguda, como cirurgia cardíaca de alto risco, transplante pulmonar, cirurgia de revascularização do miocárdio, entre outros, a ECMO pode ser utilizada para fornecer suporte temporário durante o procedimento e no período pós-operatório imediato.

De forma mais didática, podemos separar a indicação de acordo com o subtipo da ECMO: 

Indicações para VA-ECMO:

  • Insuficiência cardíaca crônica aguda
  • Insuficiência cardíaca aguda secundária a miocardite
  • Embolia pulmonar maciça
  • Massa mediastinal
  • Choque cardiogênico refratário
  • Taquicardia ventricular refratária
  • Choque pós-cardiotomia
  • Hipotermia
  • Parada cardíaca com RCP contínua (ECPR)

Indicações para VV-ECMO:

  • Síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA)
  • Fístula broncopleural
  • Estado asmático
  • Ponte para transplante de pulmão
  • Pneumonia viral/bacteriana refratária
  • Lesão pulmonar aguda
  • Hipóxia/hipercarbia refratária

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Referências

  1. CHAVES, R.C.F. et al. Oxigenação por membrana extracorpórea: revisão da literatura. ARTIGOS DE REVISÃORev. bras. ter. intensiva 31 (3) • Jul-Sep 2019 •
  2. Wrisinger WC, Thompson SL. Basics of Extracorporeal Membrane Oxygenation. Surg Clin North Am. 2022 Feb;102(1):23-35.
  3. Vyas A, Bishop MA. Extracorporeal Membrane Oxygenation in Adults. [Updated 2023 Jun 21]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. 
  4. WRISINGER, W.C., THOMPSON, S.L. Basics of Extracorporeal Membrane Oxygenation. Surg Clin N Am 102 (2022) 23–35