LE INDUSTRIE DELL'ECMO: UN CASO NOSTRANO

Un respiratore extracorporeo a membrana è un sistema complesso, formato dall’unione di vari componenti diversi tra loro. Accade quindi che esistano diversi settori specializzati nella produzione delle singole parti del sistema, che devono cooperare per il funzionamento del sistema complessivo.

La ELSO (Extracorporeal Life Support Organization), l’organizzazione che si dedica a coordinare le istituzioni sanitarie che si occupano di ricerca e valutazione di nuove terapie per il supporto agli organi non funzionanti, ha pubblicato una lista di aziende accreditate per la produzione componenti ed attrezzature impiegate nei respiratori extracorporei a membrana (ECMO).

Molte tra queste aziende sono statunitensi, mentre altre hanno sede nell’Europa settentrionale (Svezia, Irlanda, Germania) ed alcune in Giappone, tuttavia è interessante il caso della Sorin Group.

 Si tratta di una società piemontese nata a Saluggia, in provincia di Vercelli, nel 1956, inizialmente dedita alla ricerca nel settore dell’energia nucleare. Con il tempo l’azienda è entrata nel mercato dell’industria biomedica, con la produzione di valvole mitraliche e stimolatori cardiaci. Al momento è una delle più grandi società produttive di cannule, ovvero dei dispositivi che si inseriscono nei vasi sanguigni del paziente per il drenaggio o la reimmissione del flusso sanguigno. Dal 2003 è stata rifondata, dopo esser stata assorbita dalla SNIA, ed opera tuttora nell’ambito dei dispositivi biomedici.

Molti degli stabilimenti produttivi si trovano in Brasile, Canada, Cina, Repubblica Dominicana, Francia, Germania, Italia e Stati Uniti (link per la lista completa). In Italia sono attivi gli stabilimenti di Mirandola (MO) e Saluggia, per l’ambito della chirurgia cardiaca.

fonti: link

LE TECNOLOGIE DIETRO L'ECMO: LA PRODUZIONE DEL PMP

La Tecnologia viene descritta come lo studio delle scienze applicate con particolare riferimento ai processi industriali di trasformazione.

Uno dei materiali che stanno alla base del funzionamento dell’ECMO è il polimetilpentene: si tratta di una poliolefina ottenuta mediante polimerizzazione Ziegler-Natta (video). Il polimetilpentene viene infatti usato per la produzione delle membrane a fibre cave presenti negli ossigenatori, le quali consentono lo scambio dei gas tra sangue ed aria. Ma quali sono i processi tecnologici alla base della produzione di manufatti di questo materiale? Di seguito sono illustrate alcune lavorazioni tipiche eseguite sul materiale.

Dopo che il polimetilpentene è stato prodotto, viene venduto sotto forma di pellet con il nome commerciale di TPX, a questo punto viene trasformato nel prodotto finale mediante una serie di lavorazioni: al seguente link è possibile apprezzare quale siano le possibili lavorazioni tecnologiche eseguite sul materiale grezzo.

Il TPX viene dapprima riscaldato a circa 300°C, può quindi essere sottoposto ad uno dei seguenti processi:

·         Stampaggio a iniezione: ovvero l’iniezione del materiale plastico sotto pressione all’interno di uno stampo chiuso; la temperatura deve essere sufficientemente alta da consentire una riduzione della viscosità del materiale, per garantirne lo scorrimento;

video

·         Estrusione: è un processo tramite il quale si deforma plasticamente un materiale (metallico o polimerico), per ottenere dei prodotti aventi sezione costante; si forza infatti il materiale, opportunamente riscaldato, a passare all’interno di una matrice con una geometria precedentemente definita, riuscendo anche ad ottenere dei pezzi con sezione di geometria piuttosto complessa;

·       Stampaggio per soffiaggio: consiste nell’insufflare un gas all’interno di un materiale plastico riscaldato, che si espande andando ad occupare il volume di una forma, assumendone la forma; si usa per la produzione di pezzi cavi come recipienti e bottiglie.

Ricorrendo ad alcuni tra questi processi e ad altri trattamenti particolari, attraverso procedimenti complessi che prevedono largo uso di reazioni chimiche, si riescono a produrre le membrane a fibre cave usate negli ossigenatori: per una descrizione più dettagliata della produzione di tali membrane visitare il seguente link.

Per un approfondimento sulla produzione delle membrane poliolefiniche a fibre cave, si rimanda al seguente link per la visione di un brevetto che mostra nel dettaglio la tecnica di produzione adottata e i vari processi tecnologici impiegati.

Approfondimenti: polimerizzazione Ziegler-Natta

ECMO: I RISCHI

L’uso del polmone artificiale, come per altri dispositivi medici, comporta dei rischi per l’eventuale insorgenza di problematiche ed effetti collaterali.

In particolare, i pazienti sottoposti a ECMO sono a rischio per quanto riguarda:

·         Trombosi, dovuta ad infiltrazione di gas nel flusso sanguigno durante il passaggio nell’ossigenatore; il problema può essere affrontato riducendo la superficie di contatto tra sangue e gas, e assumendo degli anticoagulanti;

·         Ischemia, soprattutto nel caso in cui l’incannulazione avvenga in corrispondenza di vasi sanguigni che conducono agli arti, i quali possono presentare quindi un insufficiente apporto di sangue; il problema si riduce facendo uso di cannule back-flow, che consentono ad una parte del flusso di immettersi nella direzione dell’arto;

·         Variazioni nella temperatura corporea: si ha infatti che il sangue, nel suo percorso attraverso il circuito del dispositivo, ceda del calore all’ambiente circostante, portandosi ad un livello termico troppo basso e causando Ipotermia; il rischio è evitato facendo passare il sangue attraverso un riscaldatore che ne controlla accuratamente la temperatura prima della reimmissione nel corpo del paziente (di solito il livello di normotermia viene leggermente ridotto per ridurre le funzioni metaboliche dell’individuo);

·         Emolisi e Cavitazione: esse si possono presentare nel caso in cui la pressione del condotto di drenaggio del sangue del paziente sia troppo inferiore rispetto a quella corporea, producendo quindi elevata turbolenza per il flusso sanguigno; si può evitare ciò mediante un controllo dei componenti del circuito ed un’accurata regolazione dei parametri dello stesso (ad esempio la velocità della pompa);

·         Emorragie, dovute a coagulazione del sangue o lesioni dei vasi nei pressi dei punti di cannulazione, oppure ad attività chirurgiche non perfettamente riuscite;

Si possono altresì avere problematiche legate agli aspetti puramente meccanici del sistema, come rotture di alcuni componenti del circuito, deconnessioni degli stessi dal circuito, dislocamenti delle cannule (ovvero creazione di ginocchi). Tali eventualità possono comportare l’interruzione della terapia, con rischi molto elevati per il paziente. 

Fonti: link 1, link 2 

UN SIMBOLO DEL POLMONE ARTIFICIALE

Il simbolo è un elemento atto a suscitare nella mente un’idea diversa da quello che è il suo immediato aspetto sensibile, ma capace di evocarla attraverso qualcuno degli aspetti che caratterizzano l’elemento stesso.

Spesso i polmoni vengono rappresentati dal seguente simbolo, ovvero una rappresentazione schematizzata che ne riprende la forma. 

Spesso, tuttavia, quando il corpo di un paziente non è in condizione di espletare delle funzioni basilari per la sopravvivenza, come la respirazione, deve essere intubato. Ciò, sostanzialmente, vuol dire collegare il paziente ad un macchinario che svolga le funzioni vitali compromesse, mediante dei condotti, dei tubi appunto, come avviene anche nel caso del polmone artificiale.

Il tubo diventa quindi, per il paziente, un mezzo per “ricevere la vita”, ma si trasforma anche nella metafora della malattia e quindi della sofferenza, ed in un certo senso anche di un vincolo imposto e quindi dell’assenza di libertà. Per tale motivo, non esistendo un simbolo universalmente condiviso ed accettato che indichi il polmone artificiale, si è scelto, in accordo alla definizione, un oggetto che potesse rimandare agli stati d’animo e ai sentimenti che comporta vivere in dipendenza da una macchina: il tubo.

LE SPECIFICHE DEGLI OSSIGENATORI EXTRACORPOREI A MEMBRANA

Le Specifiche Tecniche sono dei documenti a cui i produttori devono attenersi e sono create al fine di garantire la qualità del prodotto finale, oltre al soddisfacimento di una serie di parametri qualitativi.

Nella specifica vengono infatti definite prestazioni, modo di funzionamento, materiali, metodi di prova e di collaudo, leggi applicabili, norme di riferimento e altro ancora.

Avere degli standard qualitativi ben definiti è estremamente importante nell’ambito dei prodotti destinati al trattamento medico, a cui si affidano funzioni estremamente importanti e, spesso, vitali.

A tal proposito sono state create, da vari istituti nazionali ed internazionali, delle normative applicabili anche al campo dei sistemi di Ossigenazione extracorporea a membrana (ECMO).

L'Organizzazione internazionale per la normazione (ISO) ha pubblicato una serie di norme, poi recepite da vari istituti nazionali tra cui quello tedesco (DIN) e quello britannico (BSI), riferite ad impianti cardiovascolari e sistemi extracorporei (clicca qui per un esempio). Tali standard si riferiscono a tutti i vari settori coinvolti per la produzione di un apparecchio ECMO: scambiatori sangue-gas, organi artificiali, emofiltri, circuiti sanguigni, connettori per applicazioni intravascolari e ipodermiche, materiali per l’interazione con il sangue, connettori per sistemi di respirazione, e così via.

Oltre a ciò, considerando la terapia con ECMO come un vero e proprio servizio, si cerca di garantirne la qualità attraverso la pubblicazione di alcune linee guida che aiutano a regolare i vari aspetti della terapia. La maggioranza di queste linee guida è stata creata dalla Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) e riguarda ambiti come il trattamento dei pazienti in cura, i criteri per la selezione dei pazienti, l’uso dei macchinari, la guida all’uso dei simulatori per la terapia, il trasporto dei pazienti sottoposti a ECMO, oltre ad indicazioni per i centri che effettuano la terapia. Un testo completo per l'uso e le caratteristiche dell'ECMO è il Red Book, pubblicato da ELSO, giunto alla sua quinta edizione.

Lista normative

ISO: link 1, link 2, link 3, link 4, link 5

BSI: link

DIN: link 1, link 2, link 3, link 4

Lista Linee Guida:

link 1, link 2, link 3, link 4, link 5, link 6

SUCCESSO E DIFFUSIONE: ALCUNI GRAFICI SULL'ECMO

Le informazioni ottenute riguardo all’ECMO con gli strumenti della statistica (vedi post precedente), spesso sono di più immediata comprensione se trasferite all’interno di grafici, in modo che si possano effettuare delle considerazioni generali ad un semplice sguardo. Esistono a tal proposito diversi grafici, alcuni dei quali molto dettagliati, che esprimono svariati tipi di informazioni, come, ad esempio, il numero di centri operanti questa tecnica, il numero di casi o la percentuale di successo.

Il primo grafico proposto è stato elaborato da ELSO in collaborazione con il Dipartimento di Terapia Intensiva del The Alfred Hospital di Melbourne: si tratta di un grafico interattivo che, a fronte dell’inserimento di una serie di parametri riguardanti il paziente, fornisce un’informazione sulla probabilità di successo della terapia. È possibile visualizzarlo al seguente link.

Un altro grafico, sempre creato da ELSO, riguarda il numero di centri che operano l’ECMO ed i casi di utilizzo di anno in anno. Il grafico è aggiornato a Luglio dell’anno corrente, quindi manca l’informazione totale del 2017, tuttavia è chiaro che sia il numero di centri sia il numero di casi in cui la terapia è praticata sono in continuo aumento, specialmente nell’ultimo decennio.

Nel seguente grafico pubblicato in uno studio su CriticalCare, si hanno informazioni sulla percentuale di successi nell’applicazione della terapia e sul numero di ospedali che la praticano. Analogamente al caso di prima, si osserva che il numero di centri che praticano ECMO è in continuo aumento, soprattutto nell’ultimo decennio, mentre l’efficacia della terapia si mantiene pressoché costante, sul 50-60%. Ciò è dovuto al fatto che, nonostante i progressi tecnologici, rimane alto il numero di complicanze dovute all’intervento, e sono alti i numeri dei pazienti che presentano danni permanenti dopo il trattamento.

I due grafici seguenti sono tratti da un articolo pubblicato sulla rivista Proffessional Heart Daily: il primo fornisce ancora un’informazione sul numero di centri e di casi, mentre il secondo fornisce un’informazione sulla percentuale di sopravvivenza in base al tempo di trattamento; ogni curva è riferita ad un periodo diverso in cui la terapia è stata applicata. Si può osservare come per trattamenti di lunghezza crescente la probabilità di successo si riduca drasticamente, per poi rimanere costante per trattamenti abbastanza lunghi. Inoltre il grafico ci offre una visione più ottimistica riguardo al “percorso evolutivo” dell’ECMO, con una percentuale di sopravvivenza che aumenta con il progredire della tecnologia a suo supporto, a parità di lunghezza del trattamento.

Si indicano infine due grafici tratti da uno studio dello U.S. Department of Health and Human Services, effettuato alla fine degli anni ’80, ma che può dare un’idea sulle prime applicazioni della tecnica della respirazione extracorporea a membrana attuata su neonati. In particolare si hanno informazioni sulla percentuale di successo e sul numero di centri che praticavano ECMO.

Fonti: link 1,link 2, link 3, link 4, link 5

ECMO: ALCUNE STATISTICHE

La tecnologia della respirazione extracorporea è in continuo sviluppo, per cui spesso vi è la necessità di creare un quadro d’insieme (spesso usando gli strumenti della statistica), che riguardi la diffusione dei centri che praticano la tecnica, del numero di pazienti sottoposti alle terapie, del tasso di successo delle terapie stesse, ed in ultima analisi del rapporto costi-benefici (intesi dal punto di vista clinico, prima che economico), che comporta la scelta di intraprendere una cura con ECMO.

Lo studio di tutti questi parametri consente di monitorare lo sviluppo dei trattamenti della loro efficacia, oltre a dare la possibilità di fare delle previsioni per il futuro.

Si riportano in seguito alcuni dati scaturiti da diverse ricerche sulla respirazione extracorporea a membrana.

In questa tabella, tratta da uno studio effettuato da ELSO (Extracorporeal Life Support

Organization) sono elencati i casi di trattamento con ECMO, classificati per età e tipo di intervento (solo polmonare, solo cardiaco, oppure Extracorporeal Cardiopulmonary Resuscitation, ovvero supporto cardiorespiratorio al paziente). Le colonne invece elencano il numero di pazienti sottoposti a trattamento, il numero di quelli che hanno superato l’inizio del trattamento (l’ExtraCorporeal Life Support) ed il numero di coloro che sono sopravvissuti alla fine del trattamento o all’impianto di un organo funzionante. Si può osservare come le probabilità di successo diminuiscano con l’aumentare dell’età e con il complicarsi della problematica (cardio-polmonare piuttosto che solo polmonare).

In quest’altra tabella, tratta da uno studio svolto su dei neonati dallo U.S. Department of Health and Human Services, vengono messi a confronto i rischi dovuti all’uso dell’ECMO, piuttosto che di Terapie Mediche Convenzionali (CMT) riguardo all’insorgenza di diverse problematiche. Nella prima colonna viene riportata la probabilità dell’evento, calcolata con un livello di fiducia del 95%, mentre la seconda colonna indica il livello di significatività dell’indagine.  Si noti che mentre l’uso dell’ECMO aumenta il rischio di problemi cardiovascolari come emorragie o ischemie cerebrali, esso riduce la probabilità di disabilità alla respirazione e di malattie croniche ai polmoni. Con PPHN si intende Persistent Pulmonary Hypertension of the Newborn.

Nelle tabelle precedenti, tratte dallo stesso studio, si osservano invece le incidenze delle varie patologie, con i relativi tassi di mortalità, oltre ad alcune caratteristiche degli individui della popolazione su cui si è basato lo studio. Si propone infine una tabella che mette a confronto le probabilità di successo, anno per anno, dell’ECMO rispetto ai trattamenti convenzionali.

Mappa dei centri ECMO in Italia.

fonti: link 1, link 2