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Vol. 40. Núm. 1.Enero - Febrero 2016
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Vol. 40. Núm. 1.Enero - Febrero 2016
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DOI: 10.1016/j.medin.2015.06.001
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Eliminación extracorpórea de CO2: fundamentos fisiológicos y técnicos y principales indicaciones
Extracorporeal CO2 removal: Technical and physiological fundaments and principal indications
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E. Romaya, R. Ferrera,b,
Autor para correspondencia
rferrer@mutuaterrassa.es

Autor para correspondencia.
a Servicio de Medicina Intensiva, Hospital Universitario Mútua de Terrassa, Universidad de Barcelona, Terrassa, Barcelona, España
b Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Respiratorias, España
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Tabla 1. Características técnicas de los diferentes dispositivos de eliminación extracorpórea de CO2
Resumen

Recientemente las mejoras tecnológicas han permitido reducir la complejidad de los dispositivos de oxigenación por membrana extracorpórea, dando paso al desarrollo de dispositivos específicos para la eliminación extracorpórea de CO2. Estos dispositivos tienen un montaje más simple y utilizan flujos sanguíneos más bajos, lo que potencialmente disminuye las complicaciones vasculares y hemodinámicas. Estudios experimentales han demostrado la factibilidad, eficacia y seguridad de la eliminación extracorpórea de CO2 y algunos de sus efectos en humanos.

Esta técnica, que fue concebida como un tratamiento complementario en los pacientes con SDRA grave, permite la optimización de la ventilación protectora e incluso ha abierto el camino a nuevos conceptos, como lo que se ha denominado ventilación «ultraprotectora»”, cuyos beneficios aún están por determinarse. Además, la eliminación extracorpórea de CO2 se está implementando en pacientes con insuficiencia respiratoria hipercápnica agudizada con resultados prometedores.

En esta revisión describiremos los fundamentos fisiológicos y técnicos de esta terapia y sus distintas variantes, así como la evidencia clínica disponible hasta la fecha, enfocados en su potencial en el paciente con insuficiencia respiratoria.

Palabras clave:
Respiración artificial
Dióxido de carbono
Circulación extracorpórea
Síndrome de distrés respiratorio
Enfermedad pulmonar obstructiva crónica
Abstract

In recent years, technological improvements have reduced the complexity of extracorporeal membrane oxygenation devices. This have enabled the development of specific devices for the extracorporeal removal of CO2. These devices have a simpler configuration than extracorporeal membrane oxygenation devices and uses lower blood flows which could reduce the potential complications. Experimental studies have demonstrated the feasibility, efficacy and safety of extracorporeal removal of CO2 and some of its effects in humans.

This technique was initially conceived as an adjunct therapy in patients with severe acute respiratory distress syndrome, as a tool to optimize protective ventilation. More recently, the use of this technique has allowed the emergence of a relatively new concept called “tra-protective ventilation”whose effects are still to be determined. In addition, the extracorporeal removal of CO2 has been used in patients with exacerbated hypercapnic respiratory failure with promising results.

In this review we will describe the physiological and technical fundamentals of this therapy and its variants as well as an overview of the available clinical evidence, focused on its current potential.

Keywords:
Respiration, artificial
Carbon dioxide
Extracorporeal circulation
Respiratory distress syndrome, adult
Pulmonary disease, chronic obstructive
Texto Completo
Introducción

Durante los últimos años diversas estrategias y mejoras tecnológicas han permitido reducir el tamaño y la complejidad de los dispositivos de oxigenación por membrana y soporte extracorpóreo (ECMO), lo que ha permitido que su uso y seguridad hayan aumentado progresivamente1,2.

En consonancia con estos avances, y en aras de progresar en esa simplificación, Gattinoni y Kolobow fueron los pioneros en describir la necesidad de disociar el soporte de oxigenación de un soporte extracorpóreo exclusivamente de ventilación con el objetivo de optimizar la protección pulmonar durante la ventilación mecánica. Así es como nace la eliminación extracorpórea de CO2 (ECCO2R)3. Estos dispositivos extraen CO2 de la sangre venosa mediante su paso a través de una membrana similar a la de las ECMO. La diferencia fundamental radica en que se utilizan flujos sanguíneos mucho menores y, por tanto, cánulas arteriales o venosas de menor tamaño4. Su utilidad principal fue concebida inicialmente para los pacientes con síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA) grave, en los que la estrategia de ventilación protectora produce hipercapnia importante5; sin embargo, más recientemente se está implementando también en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) agudizada6.

En el SDRA, la estrategia de la ARDSNet de utilizar un bajo volumen corriente (Vc) (6-8ml/Kg de peso ideal) para disminuir la distensión pulmonar y una PEEP alta para mejorar la oxigenación demostró un descenso importantísimo de la mortalidad7. Además, el fenómeno de hiperinsuflación y de apertura y cierre alveolar conducen, per se, a una entidad denominada daño inducido por el ventilador, que se minimiza usando esta estrategia8. En un análisis post hoc del estudio de la ARDSNet se observó que tanto los pacientes que recibían Vc bajo como alto se beneficiaban de una presión de meseta (Pplat)<30cmH2O, evidenciando que pueden ser necesarias reducciones adicionales del Vc para mantener la Pplat<30cmH2O9. En esta misma línea, se ha comprobado que el uso de Vc bajos puede prevenir el desarrollo de SDRA en pacientes en riesgo10. Sin embargo, a pesar de los beneficios descritos, la adherencia a la estrategia de ventilación protectiva aún dista de ser adecuada u homogénea, y en algunos casos puede llegar a ser insuficiente11.

Efectos de la hipercapnia

Los efectos de la hipercapnia han sido ampliamente analizados en estudios con animales y corroborados en algunos estudios clínicos observacionales12,13. La acidosis hipercápnica, mientras a nivel de otros tejidos como el cerebro puede causar vasodilatación, a nivel pulmonar produce vasoconstricción, aumentando la presión arterial pulmonar media, lo cual, añadido a los efectos de la ventilación de presión positiva, conduce a un importante aumento de la poscarga del ventrículo derecho14. La hipertensión pulmonar inducida por la hipercapnia puede contribuir a la aparición de cor pulmonale en el paciente con SDRA y aumentar la mortalidad15. Asimismo, la hipercapnia y la acidosis constituyen un factor de riesgo probado para la aparición de arritmias que incrementa la complejidad del manejo de estos pacientes. A nivel de otros tejidos, la acidosis hipercápnica puede aumentar la secreción gástrica y producir cierto grado de vasodilatación sistémica.

Contrariamente, algunos estudios evidencian que la concentración elevada de CO2 disminuye el daño pulmonar mediante la atenuación de los efectos de los radicales libres y la disminución de la actividad de los neutrófilos16 y otros factores inmunológicos, e incluso ejerce efectos protectores ante el daño pulmonar inducido por endotoxina17. Sin embargo, muchos de estos cambios pueden no ser explicados solo por la hipercapnia, sino por la acidosis, e incluso ser independientes, tal y como ocurre en las monocapas epiteliales alveolares en las que la hipercapnia con pH compensado no produce beneficio e incluso puede causar daño18.

Diversos autores han propuesto utilizar ventilación mecánica ultraprotectora (3-4ml/Kg de peso ideal) combinada con ECCO2R con la intención última de prevenir la lesión pulmonar aguda inducida por el ventilador. Esta estrategia potencialmente evitaría los riesgos de la hipercapnia y reduciría las necesidades de sedación19,20.

Tecnología y fundamentos técnicos de la extracción extracorpórea de CO2

La simplificación técnica ha permitido que el desarrollo y potenciales aplicaciones de la extracción extracorpórea de CO2 (ECCO2R) avancen de forma rápida, evitando algunos de los problemas iniciales asociados a la ECMO. En este sentido, la ECCO2R es teóricamente más simple y requiere de menos logística y personal para su uso. De hecho, en el caso de los dispositivos de bajo flujo, la complejidad es similar a la presentada por las técnicas de reemplazo renal continuo, que son ahora prácticamente ubicuas21.

La eliminación de CO2 es actualmente un paso intermedio entre el soporte ventilatorio convencional y el soporte total con ECMO. Esto se justifica en el hecho de que es capaz de sustituir más de un 50% de la necesidad ventilatoria y, por tanto, permite disminuir los requerimientos de ventilación minuto convencional. Las membranas que permiten el intercambio gaseoso se componen generalmente de fibras huecas de material biocompatible (poli-4-metil-1-penteno)22 con una superficie de intercambio que va de 0,6 a 2,5m2 y en algunos casos están recubiertas de heparina u otros compuestos para mejorar la biocompatibilidad. La diferencia técnica fundamental con la ECMO es el reducido flujo sanguíneo que emplea (entre 300-500ml/min), que es suficiente para la eliminación de la mayoría del CO2 producido por el metabolismo, todo ello gracias a la mayor solubilidad y cinética lineal de este gas en plasma21. La ventaja fundamental de usar una menor velocidad de flujo de sangre es que permite usar cánulas de menor calibre y posibilita un mejor control de la anticoagulación.

Esta eliminación eficiente del CO2 permitiría, con escasos riesgos, reducir las necesidades de ventilación mecánica y disminuir la hipercapnia, evitando sus efectos en el sistema nervioso central, en el corazón derecho y otros ya descritos previamente.

Las cánulas que se pueden usar varían entre 13-17Fr de calibre y su colocación suele realizarse a pie de cama mediante la técnica de Seldinger. Por su parte, gracias a la experiencia técnica acumulada con la ECMO, las bombas de sangre también han visto grandes avances, permitiendo disponer de bombas electromagnéticas donde el calor y el trauma mecánico se minimizan. También debemos mencionar la disponibilidad de dispositivos «sin bomba», que utilizan el gradiente arteriovenoso de los pacientes para hacer fluir la sangre por la membrana extractora de CO2.

A continuación describimos brevemente los dispositivos disponibles actualmente (tabla 1 y figura 1):

Tabla 1.

Características técnicas de los diferentes dispositivos de eliminación extracorpórea de CO2

Dispositivo  Tipo de terapia  Bomba  Membrana (material); superficie en m2  Flujo de sangre (L/min)  Volumen de purgado (ml) 
Maquet PALP® CardioHelp®  V-V/V-A/A-V  Rotor magnético  PMP (opción de cobertura con Bioline®); 0,98  0,2-2,8  247 
Alung Hemolung®  V-V bajo flujo  Centrífugo con membrana integrada  PLP poroso con siloxano y heparina; 0,59  0,35-0,55  259 
Estor ProLUNG®  V-V bajo flujo  Rodillo peristáltico  PMP con cobertura de fosforilcolina; 1,8  <0,45  220 
Hemodec DecapSmart®  V-V bajo flujo  Rodillo peristáltico  PLP poroso; 1,35  <0,4  140-160 
Novalung iLA Activve®  V-V bajo, medio y alto flujo  Rotor diagonal  PMP; 0,32 (MiniLung® petite) PMP; 1,3 (iLA®0,5-4,5  240 
Novalung iLA Novalung®  A-V  PMP; 1,3 (iLA®<1,5  240 

A-V: arteriovenoso; PMP: poli-4-metil-1-penteno; PLP: polipropileno; V-A: venoarterial (oxigenación por membrana extracorpórea); V-V: venovenoso.

Figura 1.
(0,24MB).

Esquema conceptual del funcionamiento de los diferentes dispositivos de remoción de CO2.

Dispositivos arteriovenosos

Novalung iLA® (Novalung, Alemania) y membrana Affinity® NT (Medtronic, Minneapolis, MN, EE. UU.): se consigue la eliminación de CO2 y oxigenación parcial mediante la colocación percutánea o quirúrgica (preferiblemente) de una cánula que no ocupe más del 70% de la luz del vaso (usualmente en la arteria femoral) y otra cánula en una vena de gran calibre. Para su funcionamiento el gradiente debe ser mayor o igual a 60mmHg y, por tanto, requiere de cierto grado de estabilidad hemodinámica por parte del paciente.

Dispositivos venovenosos

Novalung iLA Activve® (Novalung, Alemania): utiliza la misma membrana iLA® descrita anteriormente,pero integrada en una consola con una bomba diagonal capaz de trabajar en un amplio rango de flujos (0,5-4,5l/min), lo que permite administrar todo el espectro de soporte ventilatorio extracorpóreo desde ECCO2R de bajo flujo hasta ECMO venovenosa.

DecapSmart® (Hemodec, Salerno, Italia): se trata de un dispositivo con bomba de rodillo, que utiliza una membrana de oxigenación y un hemofiltro en serie. El ultrafiltrado del hemofiltro es reincorporado a la circulación antes de la membrana, produciendo un efecto de recirculación del plasma con el objeto de conseguir una eliminación adicional del CO2 disuelto en él. Asimismo, permite el uso de anticoagulación similar a la de los dispositivos de reemplazo renal.

ProLUNG® (Estor SpA, Pero, Italia): dispositivo similar al anterior, con la salvedad de no usar hemofiltro en su circuito pero disponer de una membrana biocompatible no porosa de poli-4-metil-1-penteno de 1,8m2, haciendo innecesaria la recirculación. Dispone, además, de un monitor que regula el flujo de aire administrado y mide la eliminación de CO2 de forma digital (ProLUNG Meter®).

Hemolung® (Alung Technologies, Pittsburgh, EE. UU.): a diferencia de los anteriores, este dispositivo utiliza un cartucho donde están integradas la bomba y la membrana. El núcleo central rota acelerando radialmente la sangre hacia la periferia, donde se encuentra la membrana que, a pesar de ser de 0,67m2, tiene similar eficiencia en la eliminación de CO2 que los dispositivos descritos previamente.

Pump-Assisted Lung Protection o PALP® (Maquet, Rastatt, Alemania): sistema compacto que incluye la consola, la bomba y la membrana en un solo equipo de reducidas dimensiones (CardioHelp®), lo que le confiere la capacidad de ser muy portátil. Además, permite cambiar la membrana convencional por una diseñada para ECMO completa para traslados.

La eliminación del CO2 por parte de los distintos equipos vendrá determinada principalmente por el flujo sanguíneo promedio y, en menor medida, por el flujo de aire y la superficie y tiempo de contacto con la membrana. Por tanto, una correcta colocación del catéter es fundamental a la hora de optimizar el tratamiento, evitar problemas de coagulación de las membranas y lograr la mayor eficiencia del tratamiento.

Evidencia para su uso

Diversos estudios experimentales demostraron que la ECCO2R es factible, eficaz y segura técnicamente23,24. Con base en los resultados de los estudios experimentales, se ha planteado el uso de las técnicas de ECCO2R en el soporte ventilatorio en situaciones clínicas donde puede ser de utilidad, como el SDRA y la agudización de la EPOC.

En el síndrome de distrés respiratorio

Los fundamentos de su uso en el síndrome de distrés respiratorio (SDRA) en gran parte han sido extrapolados de estudios con ECMO. Los estudios que evalúan el uso del ECCO2R en el SDRA son heterogéneos, utilizando diferentes dispositivos, diseños y desenlaces primarios. Los diferentes estudios evalúan el uso de la ECCO2R como adyuvante de la ventilación protectora, e incluso lo que se ha denominado ventilación «ultraprotectora».

Terragni et al. realizaron un pequeño estudio con 32 pacientes con SDRA de menos de 72h. Seleccionaron a los pacientes que a pesar de realizar ventilación protectora, presentaban Pplat entre 28 y 30cmH2O, por lo que se les bajó el Vc a 4ml/Kg y se les conectó a la ECCO2R. En el mencionado grupo se pudieron alcanzar Pplat de 25cmH2O con PEEP más alta y se demostró una reducción de citocinas proinflamatorias en el lavado broncoalveolar19, demostrando un efecto biológico que evidencia un menor daño inducido por el ventilador. Con un enfoque similar, el estudio Xtravent20 comparó de forma aleatorizada la ventilación protectiva (6ml/Kg de peso ideal) frente a la ultraprotectiva (3ml/Kg de peso ideal)+ECCO2R. En un análisis post hoc del subgrupo de enfermos con PaO2/FiO2<150mmHg, el tratamiento con ventilación ultraprotectora+ECCO2R redujo significativamente los días libres de ventilación mecánica. Se observaron complicaciones de tipo hemorrágico o locales de las cánulas vasculares en un 7,5% de los enfermos en tratamiento con ECCO2R; en este caso se utilizó la técnica arteriovenosa.

La ECCO2R integrada en un circuito de diálisis demostró una reducción del uso de vasopresores y una mejoría de la acidosis en pacientes con fallo renal y respiratorio en su mayoría debido a neumonía viral25.

Finalmente, una reciente revisión sistemática26 que incluyó 14 estudios (2 estudios aleatorizados controlados y 12 observacionales) no encontró globalmente diferencias en la mortalidad, estancia en UCI o días libres de ventilación mecánica, excepto en el subgrupo de los más graves. En cuanto a seguridad, se observa una progresiva reducción del número de complicaciones. En las técnicas arteriovenosas, la complicación más frecuente fue la isquemia de la extremidad donde estaba la cánula arterial, siendo grave en 6 casos (5 síndromes compartimentales y una amputación). En las técnicas venovenosas, la complicación más frecuente fue la coagulación de la membrana/circuito del dispositivo. En ambos casos los pacientes asignados a ECCO2R tuvieron mayores necesidades transfusionales.

Actualmente están en marcha diversos estudios para determinar la utilidad clínica de los dispositivos de ECCO2R combinados con la ventilación ultraprotectora (como el estudio SUPERNOVA, promovido por la European Society of Intensive Care Medicine), sin embargo, la evidencia disponible hasta la fecha no es concluyente y el uso de esta terapia en el SDRA debe ser individualizada, basándose en criterios fisiológicos y clínicos.

En la enfermedad pulmonar obstructiva crónica agudizada

Las exacerbaciones de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) son la causa más importante de ingreso hospitalario de estos pacientes y pueden presentarse en diversas oportunidades en cortos periodos de tiempo (temporada invernal). Si bien en su mayoría pueden ser tratadas médicamente, en ocasiones puede necesitarse la utilización de soporte ventilatorio tanto no invasivo (VMNI) como invasivo según la gravedad y los síntomas predominantes. Así pues, a una fracción de estos pacientes, a pesar de no presentar grandes cambios en la oxigenación o en los síntomas, la exacerbación les lleva en ocasiones a la retención de CO2, con las inevitables consecuencias que ello implica a nivel del SNC. Además, cada exacerbación constituye un factor de riesgo para nuevas exacerbaciones, con un aumento de la mortalidad27. La mortalidad de los pacientes con exacerbaciones de EPOC ronda el 4,8% en pacientes con VMNI, reportado por Lindenauer et al.28, y el 29,3% en aquellos que fracasan con la VMNI y pasan a ventilación invasiva29. A pesar de los avances en la aplicación y refinamiento de los protocolos de uso de la VMNI, aún existe un porcentaje importante de pacientes (19-40%) que fracasan y requieren ser intubados30.

Es en 2012 cuando se publica el primer estudio clínico sobre la seguridad y eficacia del uso de la ECCO2R en pacientes con insuficiencia respiratoria hipercápnica31. Se trata de un estudio retrospectivo, multicéntrico, en el que a 21 pacientes con hipercapnia agudizada se les instauró tratamiento con ECCO2R arteriovenosa antes del fracaso de la VMNI, definido este como la necesidad de intubar al enfermo. Este grupo de pacientes fue luego comparado con una cohorte retrospectiva de pacientes que requerían ventilación invasiva. El 90% de los pacientes del grupo de intervención no requirió ventilación invasiva. Sin embargo, no se demostraron diferencias en la mortalidad. En cuanto a las complicaciones, se informa de 2 sangrados mayores y 7 menores durante el curso del tratamiento, un seudoaneurisma femoral y un paciente con trombocitopenia inducida por heparina.

Asimismo, Burki et al.6 realizaron un estudio piloto en el que utilizaron ECCO2R venovenosa y, como en el estudio anterior, la usaron en un grupo de pacientes con hipercapnia con importante riesgo de requerir intubación. Además, incluyeron en otra rama pacientes que hubiesen tenido 2 intentos fallidos de destete de la VMNI y que no querían ser intubados, y un tercer grupo de pacientes con ventilación invasiva en los que se evaluaría la ECCO2R en aquellos que no se podían destetar. Tanto en el primer como en el segundo grupo se evitaron las intubaciones y la ventilación invasiva. En el tercer grupo se disminuyó el grado de disnea y el grado de soporte ventilatorio, permitiendo destetar satisfactoriamente a 3 de 11 pacientes.

Más recientemente, Del Sorbo et al.32 realizaron un estudio clínico similar (cohorte pareada) en el que al grupo de intervención se les realizó VMNI más ECCO2R venovenosa. Se observó que el riesgo de ser intubado aumentaba 3 veces en los pacientes con VMNI sola comparativamente con los que la acompañaban de ECCO2R. Sin embargo, la diferencia encontrada no fue significativa. La complicación asociada más frecuente a la ECCO2R fue la coagulación del circuito, tal como se ha reportado en otros estudios.

Otras indicaciones

Existe experiencia clínica en el uso de la ECCO2R en pacientes con fístula broncopleural, disfunción primaria del injerto en el trasplante pulmonar, hipertensión intracraneal e hipercapnia, y otras situaciones clínicas donde la fisiopatología evidencia un potencial beneficio de la ECCO2R. Sin embargo, no deja de tratarse de un uso anecdótico, sin suficiente experiencia clínica acumulada.

Conclusiones

Los avances técnicos de los últimos años han permitido que la ECCO2R sea simple y factible, y se ha posicionado como una herramienta más para el soporte de los pacientes con enfermedades respiratorias graves y alta mortalidad. Es una opción terapéutica que se sitúa entre el soporte ventilatorio convencional y el soporte respiratorio total (ECMO), y por tanto, consideramos que su lugar en la práctica podría encontrarse en el nicho de pacientes con SDRA con una PaO2/FiO2>80 y<150mmHg, en los que ya se haya optimizado el tratamiento y soporte con ventilación convencional al máximo, y en los que se considere oportuno disminuir al mínimo la distensión pulmonar y/o atenuar los efectos de la hipercapnia y la acidosis, para lo cual ha probado ser efectiva. Asimismo, para los pacientes con EPOC agudizada que no tengan indicación de intubación o en los que la VMNI esté contraindicada, la ECCO2R constituye una nueva opción terapéutica que ha de considerarse de forma individualizada en coherencia con la relación riesgo/beneficio.

Por su menor tasa de complicaciones, consideramos las técnicas venovenosas las más adecuadas. Sin embargo, la ECCO2R dista aún de ser la solución definitiva o el dispositivo perfecto, y sus efectos sobre indicadores clínicos aún están por determinarse.

Conflicto de intereses

No hay conflicto de intereses.

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