La soluzione cardioplegica è il mezzo con cui il miocardio ischemico è protetto dalla morte cellulare. Questo si ottiene riducendo il metabolismo miocardico attraverso una riduzione del carico di lavoro cardiaco e l’uso dell’ipotermia.
Chimicamente, l’alta concentrazione di potassio presente nella maggior parte delle soluzioni cardioplegiche diminuisce il potenziale di membrana a riposo delle cellule cardiache. Il normale potenziale di riposo dei miociti ventricolari è di circa -90 mV. Quando la cardioplegia extracellulare sposta il sangue che circonda i miociti, la tensione di membrana diventa meno negativa e la cellula si depolarizza più facilmente. La depolarizzazione causa la contrazione, il calcio intracellulare viene sequestrato dal reticolo sarcoplasmatico attraverso le pompe di Ca2+ dipendenti dall’ATP, e la cellula si rilassa (diastole). Tuttavia, l’alta concentrazione di potassio della cardioplegia extracellulare impedisce la ripolarizzazione. Il potenziale di riposo del miocardio ventricolare è di circa -84 mV ad una concentrazione di K+ extracellulare di 5,4 mmol/l. Aumentando la concentrazione di K+ a 16,2 mmol/l si alza il potenziale di riposo a -60 mV, un livello al quale le fibre muscolari sono inescibili agli stimoli ordinari. Quando il potenziale di riposo si avvicina a -50 mV, i canali del sodio vengono inattivati, provocando un arresto diastolico dell’attività cardiaca. I cancelli di inattivazione di membrana, o h Na+ gates, sono dipendenti dalla tensione. Meno negativo è il voltaggio di membrana, più h gates tendono a chiudersi. Se la depolarizzazione parziale è prodotta da un processo graduale come l’innalzamento del livello di K+ extracellulare, allora le porte hanno tutto il tempo per chiudersi e quindi inattivare alcuni dei canali Na+. Quando la cellula è parzialmente depolarizzata, molti dei canali Na+ sono già inattivati, e solo una frazione di questi canali è disponibile per condurre la corrente Na+ verso l’interno durante la fase 0 di depolarizzazione.
L’uso di altri due cationi, Na+ e Ca2+, può anche essere usato per arrestare il cuore. Rimuovendo il Na+ extracellulare dal perfusato, il cuore non batterà perché il potenziale d’azione dipende dagli ioni Na+ extracellulari. Tuttavia, la rimozione di Na+ non altera il potenziale di membrana a riposo della cellula. Allo stesso modo, la rimozione del Ca2+ extracellulare provoca una diminuzione della forza contrattile e un eventuale arresto in diastole. Un esempio di una soluzione bassa bassa è l’istidina-triptofano-chetoglutarato. Al contrario, l’aumento della concentrazione di Ca2+ extracellulare aumenta la forza contrattile. L’aumento della concentrazione di Ca2+ a un livello abbastanza alto provoca l’arresto cardiaco in sistole. Questo sfortunato evento irreversibile è chiamato “cuore di pietra” o rigore.
L’ipotermia è l’altro componente chiave della maggior parte delle strategie cardioplegiche. Viene impiegata come un altro mezzo per abbassare ulteriormente il metabolismo miocardico durante i periodi di ischemia. L’equazione di Van ‘t Hoff permette di calcolare che il consumo di ossigeno diminuisce del 50% per ogni riduzione di 10 °C della temperatura. Questo effetto Q10 combinato con un arresto cardiaco chimico può ridurre il consumo di ossigeno del miocardio (MVO2) del 97%.
La cardioplegia fredda è data nel cuore attraverso la radice aortica. L’apporto di sangue al cuore proviene dalla radice aortica attraverso le arterie coronarie. La cardioplegia in diastole assicura che il cuore non consumi le preziose riserve di energia (adenosina trifosfato). Il sangue viene comunemente aggiunto a questa soluzione in quantità variabili da 0 a 100%. Il sangue agisce come un tampone e fornisce anche nutrienti al cuore durante l’ischemia.
Una volta che la procedura sui vasi cardiaci (innesto di bypass coronarico) o all’interno del cuore come la sostituzione della valvola o la correzione del difetto cardiaco congenito, ecc. Il fluido freddo (di solito a 4 °C) assicura che il cuore si raffreddi a una temperatura di circa 15-20 °C, rallentando così il metabolismo del cuore e prevenendo i danni al muscolo cardiaco. Questo è ulteriormente aumentato dal componente cardioplegia che è ad alto contenuto di potassio.
Quando la soluzione viene introdotta nella radice aortica (con un cross-clamp aortico sull’aorta distale per limitare la circolazione sistemica), questo è chiamato cardioplegia antegrade. Quando viene introdotta nel seno coronarico, viene chiamata cardioplegia retrograda.
Sebbene ci siano diverse soluzioni cardioplegiche disponibili in commercio, non ci sono chiari vantaggi di una soluzione cardioplegica rispetto ad un’altra. Alcune cardioplegie, come le soluzioni del Nido o dell’Istidina-Triptofano-Ketoglutammato, offrono un vantaggio rispetto al sangue e ad altre cardioplegie cristalloidi, in quanto richiedono una sola somministrazione durante gli interventi cardiaci brevi, rispetto ai colpi multipli richiesti dal sangue e da altre cristalloidi.
Sono disponibili diverse soluzioni cardioplegiche.