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1. Resumo do projeto
O desenvolvimento de colapso pulmonar (atelectasia) durante anestesia geral com ventilação
mecânica é frequente, podendo determinar hipoxemia e contribuir para desenvolvimento de
complicações pós-operatórias, como infecção e síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA).
O uso de fração inspirada de oxigênio (FIO2) baixa e de PEEP (Pressão expiratória final positiva)
podem reduzir a quantidade de pulmão atelectasiado.
Atualmente não existem dispositivos para avaliação contínua do colapso pulmonar durante a
anestesia geral que permitam ajustar a ventilação mecânica para minimizar este problema. Também
não é bem conhecida a cinética do desenvolvimento da atelectasia no intraoperatório em diferentes
ajustes de FIO2 e PEEP, bem como as variações de perfusão associadas a ela.
A Tomografia de Impedância Elétrica (TIE) do tórax permite uma análise contínua e não
invasiva da função pulmonar, bem como da quantidade de atelectasia pulmonar. Também possibilita
analisar a perfusão pulmonar durante um período de apneia.
Os objetivos deste estudo são: (a) identificar com o uso da TIE em animais (suínos) sadios em
anestesia geral o valor de PEEP que minimiza o colapso pulmonar; (b) analisar nestes animais a
magnitude e a cinética de desenvolvimento do colapso pulmonar com dois valores de FIO2 (0,4 e 1)
e usando dois valores de PEEP (3 cmH2O e valor titulado pela TIE); (c) comparar os resultados de
colapso pulmonar obtidos na TIE com os resultados obtidos por Tomografia Computadorizada (TC)
de Tórax; (d) avaliar as alterações temporais de perfusão, quantificadas pela TIE e por TC de Tórax.
Nossas hipóteses são: a) a formação do colapso será mais lenta com o uso de FIO2 0,4; b) o uso da
PEEP identificada pela TIE irá minimizar a formação de colapso no período estudado; c) a intensidade
da vasoconstrição hipóxica irá se correlacionar com o grau de colapso pulmonar e/ou ventilação
pulmonar.
Conforme descrevemos no projeto inicial, este estudo foi dividido em dois subprojetos:
1. Subprojeto 1: estudo da evolução da função respiratória, ventilação regional e colapso
em quatro períodos de 01 hora de ventilação mecânica. Total de animais a serem
estudados: 12 animais, sendo que em 6 animais também serão realizadas Tomografias
Computadorizadas do tórax;
2. Subprojeto 2: no projeto inicial o estudo da perfusão pulmonar seria realizado em quatro
períodos de 1 hora de ventilação mecânica, avaliado por TIE e TC de tórax. Neste relatório
2
descrevemos as alterações implementadas no fluxograma deste estudo como relatamos no
item 2.2. O total de animais a serem estudados foi mantido: 08 animais,
A divisão em dois subprojetos se deve a necessidade de, no segundo projeto, haver diversas
injeções de solução salina hipertônica durante apneia (para avaliar a perfusão pela TIE) e realização
de aquisições dinâmicas de TC com infusão de contraste o que poderia trazer dificuldades para a
realização de todos esses procedimentos e interferências nas outras análises do subprojeto 1. Outra
questão importante é que queríamos entender melhor a evolução temporal da formação do colapso,
para poder aprimorar o desenho do subprojeto 2 que analisará a perfusão.
Os dois subprojetos têm as seguintes etapas:
1) Preparo inicial: anestesia, acessos venosos e arterial, monitorização com tomografia de
impedância e pressão de artéria pulmonar. Os animais que realizam a TC de tórax são, após o preparo,
transportados para unidade de Tomografia Computadorizada do NUPAI/PISA (Plataforma de
imagens em sala de autópsia), situado no subsolo da faculdade de Medicina da USP. Esta fase do
estudo tem duração média de 4 horas.
2) Titulação da PEEP: os animais são, inicialmente, submetidos a uma manobra de
recrutamento alveolar (MRA) por um período de 2 minutos, para abrir todos os alvéolos colapsados,
com PEEP máxima de 30cmH2O e pressão inspiratória máxima de 45cmH2O. A seguir a PEEP é
reduzida para 19cmH2O e se inicia a titulação decremental da PEEP em passos de 2cmH2O, até a
PEEP de 1cmH2O. A PEEP escolhida (“PEEP titulada”) é o valor imediatamente acima daquele em
que o colapso pulmonar calculado pela TIE é maior que 3%.
3) Ventilação em 4 períodos de 1 hora: os animais são ventilados em quatro ajustes, em
sequência randomizada, por um período de 1 hora: FIO2 40% e PEEP3, FIO2 40% e PEEP titulada,
FIO2 100% e PEEP3 e FIO2 100% e PEEP titulada. A ventilação é realizada em modo volume
controlado com VT de 6 ml/Kg, frequência respiratória de 20 a 30 ipm (para manter PaCO2 normal)
e relação I:E de 1:2 com onda de fluxo quadrado. Entre cada um dos períodos de uma hora, é feita
uma nova manobra de recrutamento pulmonar para “abrir” os pulmões usando a FIO2 a ser empregada
no novo período. Para o subprojeto 2, esses 4 períodos de 1 hora foram modificados (vide item 2.2),
bem como a coleta de dados (item a seguir).
4) Coleta de dados: Após o recrutamento, todos os quatro grupos foram ventilados
inicialmente por 5 minutos com o valor da “PEEP titulada”, considerada a “medida basal” para cada
período. A seguir, foi ajustada a PEEP seguindo a sequência aleatória escolhida. Gasometrias, arterial
e venosa mista, bem como dados da monitorização foram colhidos no período basal, após 5 min do
ajuste da PEEP e ao final de cada período de uma hora. Nos mesmos tempos também foram feitas
3
aquisições de TC volumétrica nos animais em que a TC iria ser realizada. A impedância foi gravada
de modo contínuo para análise da ventilação regional, colapso pulmonar e mecânica respiratória.
5) Análise das imagens de TIE e TC: a partir dos dados de TIE gravados, foram analisados
em diversos momentos do período de 1 hora o colapso pulmonar. As imagens geradas também foram
divididas em 4 regiões de interesse (ROIs), sendo a ROI 4, a região gravitacional dependente (dorsal)
(figura 1). Nesta ROI medimos o Delta Z, que representa a variação da impedância e avalia as
alterações da distribuição regional da ventilação; e o Z mínimo, que representa a linha de base da
impedância e avalia a aeração e o volume pulmonar. A ventilação regional é expressa como fração
da ventilação total do pulmão. A aeração na ROI4 é expressa em variação em relação ao período basal
(na PEEP titulada) em unidades arbitrárias.
Para análise das densidades pulmonares da TC foi usado o software Osiris para Windows. A marcação
das regiões de interesse foi realizada manualmente em 10 fatias extrapoladas da TC original através
de um método validado para suínos .Os cortes tomográficos com as ROIs desenhadas foram
posteriormente analisados em um software desenvolvido em linguagem Java (Luva, versão 1.0), que
estratifica a quantidade de pulmão em quatro diferentes intervalos de densidade pulmonar: não aerada
(> -200UH), pobremente aerada (-201 a -500UH), normalmente aerada (-500 a -900UH) e
hiperaerada (-900 a -1000UH). Os resultados foram expressos em massa de tecido não aerado em
relação ao percentual da massa pulmonar total.
Figura 1. Software da TIE e a representação gráfica do delta Z e mínimo Z na região dorsal.
Delta Z
Mínimo Z
ROI
1
2
3
4
4
2. Relatório atual – realizações no período
Conforme descrito no relatório anterior, até aquela data haviam sido realizados 14
experimentos, sendo 05 excluídos pois apresentaram alterações significativas na TC de tórax, seja
por infiltrados pulmonares (talvez por infecção pulmonar preexistente) ou por colapso significativo
em 4 casos, mesmo em PEEP elevadas, associado em alguns casos, com colapso cardiovascular,
necessitando de doses progressivamente mais elevadas de vasopressores. No último relatório
tínhamos a análise de 8 dos 9 animais, todos relativos ao subprojeto 1. O nono animal precisou ser
excluído por presença de pneumonia no lobo inferior. Foram realizados mais 3 experimentos, mas
somente 1 animal pode ser aproveitado pois os outros 2 ou apresentaram problemas pulmonares
(infecção pulmonar e acúmulo de secreção pulmonar em uma das fases do estudo que determinou
atelectasia obstrutiva impedindo a comparação com as outras fases). Optamos por finalizar o
subprojeto 1 com 9 animais, pois as diferenças que queríamos observar eram todas bem evidentes e
com significância estatística, mesmo com 09 animais. Esses dados são apresentados no item 2.1.
Estamos finalizando o manuscrito deste estudo para submissão.
Ao final de dois desses últimos experimentos, realizamos testes com o novo desenho
subprojeto 2 (estudo de perfusão). Esses testes foram realizados no período noturno no Instituto de
Radiologia do HC-FMUSP, pois conforme discutido no relatório anterior não foi possível comprar a
bomba infusora de contraste que seria utilizada para a realização dos experimentos na faculdade de
medicina da USP (vide item 2.3.2). No primeiro teste, observamos diversas dificuldades logísticas e
práticas para realizar esse experimento complexo no período noturno (horário que foi
disponibilizado), em um tempo curto, distante do aparelho para análise da gasometria arterial e venosa
mista. Isso determinou que realizássemos parcialmente a coleta de dados proposta e com perda ou má
qualidade de certos dados (principalmente a gasometria que era realizada muito tempo após a coleta).
Por isso, optamos pela construção de uma bomba injetora artesanal (vide item 2.3.2) para podermos
realizar os estudos no tomógrafo localizado na faculdade de medicina, durante o período diurno e
com maior tempo disponível. No segundo teste que fizemos no instituto de radiologia, a bomba
injetora artesanal funcionou adequadamente. Após o teste da bomba injetora de contraste, realizamos
mais dois experimentos do subprojeto 2, sendo que no segundo ocorreu um pneumotórax e o
experimento não pode ser completado.
As alterações no software para análise da perfusão pela TC foram realizadas em parte, mas
novas adequações necessárias ainda estão sem andamento. Observamos ainda algumas discordâncias
importantes entre a perfusão avaliada pela Tomografia Computadorizada e a Tomografia de
Impedância (vide item 2.3.3) em certas fases do estudo. Será necessário uma análise e alterações no
software de análise de perfusão pela impedância elétrica para identificar e corrigir as estimativas
incorretas que ocorrem quando o débito cardíaco é muito elevado (por exemplo, após iniciar a infusão
de nitroprussiato de sódio).
5
Para adequar todas essas alterações, solicitamos uma mudança de orçamento para remanejar
a verba que seria destinada para compra da bomba infusora. Esse remanejamento foi aprovado, e a
verba será utilizada para pagamento da bomba infusora de contraste artesanal, para pagamento de
programadores para ajustes nos softwares de análise e para outros itens necessários ao projeto
(solicitamos adição de material de consumo para mais 4 experimentos para compensar as perdas
ocorridas). Estamos solicitando junto com este relatório solicitação prorrogação da vigência deste
auxílio.
2.1. Resultados parciais do subprojeto 1
Dos 17 experimentos realizados para o subprojeto 1, temos resultados completos de 9 animais,
sendo que destes, 6 realizaram TC de tórax. A seguir mostramos alguns resultados do estudo.
A média da PEEP titulada para os 9 animais foi de 11,6 ± 1,4 cmH2O, variando de 9 a 13
cmH2O. Essa variação não é tão grande, pois o peso dos animais é semelhante e os animais são jovens
e saudáveis. Em humanos, em uma amostra com maior variação de peso e idade, observamos em
estudo submetido para publicação uma variação bem maior. De qualquer modo, mesmo pequenos
ajustes da PEEP podem promover maior colapso, reduzir a complacência pulmonar e aumentar a
pressão de distensão que está associado com maior risco de complicações pós-operatórias
(Neto 2016). Acreditamos que nossos dados dão suporte para a importância de individualizar a
escolha da PEEP durante a ventilação com anestesia geral (com relaxante muscular) em pacientes
com pulmão saudável. Mesmo com esse valor de PEEP usado, que geralmente é considerado alto por
muitos anestesistas para pacientes com pulmão saudável, não foi possível evitar completamente a
formação de colapso pulmonar (figuras 2 e 3).
Na figura 2, vemos que houve aumento significativo da percentagem de colapso pulmonar
recrutável estimado pela tomografia de impedância elétrica (TIE) no decorrer do tempo (P< 0,05) -
no período de 1 hora de ventilação mecânica. A diferença na porcentagem de colapso foi significante
entre os grupos de PEEP titulada e PEEP 3 (P <0,001). Para o fator FIO2 (1 ou 0,4) não houve
diferença significante. Nos passos com “PEEP titulada” o colapso foi aumentando de forma
progressiva no decorrer do tempo (figura 5), enquanto no grupo de PEEP 3 houve aumento abrupto
logo após a redução da PEEP.
Nos 6 animais avaliados por TC volumétrica do tórax, observamos diferença, na massa tecido
pulmonar não aerado em percentual da massa pulmonar total (figura 3), entre as FIO2, principalmente
na PEEP de 3 (diferença do observado pela TIE). Houve aumento progressivo do tecido pulmonar
não aerado no tempo (períodos “pré”, antes do ajuste da PEEP; 5 minutos e 50minutos após ajustar a
PEEP) no grupo de PEEP 3, mas esse aumento não foi significante para a PEEP titulada.
6
Figura 2. Colapso pulmonar estimado pela TIE (média ± erro padrão) nos 4 grupos em 9 animais
no decorrer do tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
Figura 3. Massa de tecido pulmonar não aerado (média ± erro padrão), em porcentagem da massa
pulmonar total, avaliado pela TC de tórax, nos 4 grupos no decorrer do tempo em 6 animais.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
* P< 0,05 para fator FIO2 na análise de modelo misto para PEEP 3 ou para PEEPtit.
# P< 0,05 para fator tempo na análise de modelo misto para PEEP 3 ou para PEEPtit.
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
0 5 10 20 30 40 501PréPós
RM
PEEP p < 0,05FIO2 p = 0,83
Tempo p < 0,05
Cola
pso T
IE (
%)
Tempo (min)
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
N = 9
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5min 50minPré
TC
-m
assa n
ão a
era
da (
%)
Tempo (min)
*
#*
PEEP p < 0,05
FIO2 p < 0,05Tempo p < 0,05
N = 6
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
7
Na figura 4 temos a complacência normalizada pelo valor da complacência no tempo “Pós-
RM” (alguns ciclos respiratórios após o final do recrutamento pulmonar). Podemos observar uma
queda da complacência ao longo do tempo em todos os grupos, mas que ocorre de modo abrupto no
grupo de PEEP 3. Não houve diferença significante entre as duas FIO2 (de modo semelhante ao
observado para o colapso estimado pela TIE). A diferença foi significante para o fator PEEP. De
modo inverso, a pressão de distensão (figura 5) aumentou após a redução da PEEP, não havendo
diferença entre as FIO2.
Na figura 6 temos a ventilação regional (Delta Z) na região dorsal (ROI 4) em fração do total
da ventilação em todo o pulmão. Não houve variação significante no decorrer do tempo nos passos
com PEEP titulada. Nos grupos de PEEP 3, houve redução abrupta da ventilação regional. Não houve
diferença em relação as diferentes FiO2 dentro do mesmo valor da PEEP.
Observamos na figura 7 o valor de aeração na região dorsal (ROI 4) estimado pela TIE nos 4
grupos. Houve queda discreta, mas significante, no decorrer do tempo no grupo da PEEP titulada e
queda mais pronunciada nos passos com PEEP 3. Em relação à FIO2, houve diferença significante
entre as duas FiO2 nas duas PEEP.
Figura 4. Evolução da complacência pulmonar normalizada (média ± erro padrão) para o valor
alguns ciclos após a manobra de recrutamento pulmonar (tempo Pós-RM) nos 4 grupos em 9
animais no decorrer do tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
0 5 10 20 30 40 501PréPós
RM
Co
mpla
cê
ncia
norm
aliz
ad
a
Tempo (min)
PEEP p < 0,05
FIO2 p = 0,52Tempo p < 0,05
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
0,0
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
N = 9
8
Figura 5. Evolução da pressão de distensão (média ± erro padrão) nos 4 grupos em 9 animais no
decorrer do tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
Figura 6. Ventilação na região dorsal (ROI 4) em fração da ventilação total do pulmão estimada
pela TIE (média ± erro padrão) nos 4 grupos em 9 animais no decorrer do tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
0
4
6
8
1 0
1 2
0 5 10 20 30 40 501PréPós
RM
Pre
ssã
o d
e d
iste
nsã
o (
cm
H2O
)
Tempo (min)
PEEP p < 0,05
FIO2 p= 0,61Tempo p < 0,05
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
N = 9
De
lta
Z -
RO
I 4
(fr
açã
o)
Tempo (min)
PEEP p < 0,05
FIO2 p = 0,85
Tempo p = 0,33
Interação PEEP*Tempo p < 0,05
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
N = 9
0 5 10 20 30 40 501PréPós
RM
0,0
0,1
0,2
0,3
9
Figura 7. Aeração (mínimo Z) na região dorsal estimada pela TIE (média ± erro padrão) nos 4
grupos no decorrer do tempo em 9 animais. Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O * P< 0,05 para fator FIO2 na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
# P< 0,05 para fator tempo na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
Para a relação PaO2/FiO2, observou-se diferença entre os valores dos dois grupos de PEEP e
entre as diferentes FIO2 (figura 8). Devido ao comportamento não linear da PaO2/FIO2 durante a
variação FIO2 não é tão simples comparar os resultados das duas FIO2.
Figura 8. Relação PaO2/FIO2 (média ± erro padrão) nos 4 grupos em 9 animais no decorrer do tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O * P< 0,05 para fator FIO2 na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
# P< 0,05 para fator tempo na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
0 5 10 20 30 40 501PréPós
RM
-0,0
-0,1
-0,2
-0,3
Mín
imo
Z n
orm
aliz
ado
(unid
ade
s a
rbitrá
ria
s)
Tempo (min)
PEEP p < 0,05
FIO2 p < 0,05Tempo p < 0,05
Interação PEEP*Tempo p < 0,05
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
#*
N = 9
*
0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
4 0 0
4 5 0
5min 50minPré
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
PaO
2/F
IO2
(m
mH
g)
PEEP p < 0,05
FIO2 p < 0,05
Tempo p < 0,05
Interação PEEP*Tempo p < 0,05
Tempo (min)
#*
*
N = 9
10
Podemos observar na figura 9 que a mistura venosa na FIO2 de 0,4 foi menor que o shunt na
FIO2 de 1, um resultado que esperávamos que fosse o contrário (maior na FIO2 de 0,4). Uma das
hipóteses para esse resultado seria a de uma vasoconstricção hipóxica mais efetiva nas FIO2 menores,
o que explicaria o fato de a pressão de artéria pulmonar ser maior na FIO2 de 0,4 (figura 10).
Figura 9. Shunt/mistura venosa (média ± erro padrão) nos 4 grupos em 6 animais durante o tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
* P< 0,05 para fator FIO2 na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
# P< 0,05 para fator tempo na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
Figura 10. Pressão média de artéria pulmonar (média ± erro padrão) nos 4 grupos em 9 animais
ao longo do tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
* P< 0,05 para fator FIO2 na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
O débito cardíaco (figura 11) foi significante menor nas PEEP maiores (PEEP titulada), mas
isso não causou alterações clinicas relevantes (hipotensão ou taquicardia).
0
2
4
6
8
1 0
1 2
1 4
5min 50minPré
Tempo (min)
Shunt/
mis
tura
ve
no
sa
(%
)
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
N = 6
PEEP p < 0,05
FIO2 p < 0,05
Tempo p = 0,10
*
*
0
1 8
2 0
2 2
2 4
2 6
2 8
5min 50minPré
Tempo (min)
PA
Pm
(mm
Hg)
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
N = 9
PEEP p < 0,05
FIO2 p < 0,05
Tempo p = 0,95
*
*
11
Figura 11. Débito cardíaco (média ± erro padrão) nos 4 grupos em 7 animais ao longo do tempo.
Análise multivariada de modelo misto. F0,4: FIO2 = 0,4; F1,0: FIO2 = 1, PTIT: PEEP titulada; P3: PEEP = 3cmH2O
* P< 0,05 para fator FIO2 na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
# P< 0,05 para fator tempo na análise de modelo misto para PEEP 3 ou PEEPtit.
Conclusões
Nossos resultados demonstram que uso de uma PEEP individualizada obtida por titulação
decremental reduz de forma importante a quantidade de atelectasia detectada pelas duas tecnologias
de imagem em relação à PEEP baixa (=3cmH2O), independente da FIO2 utilizada. O uso de FIO2 de
1 amplificou o colapso medido pela TC, isto é, a quantidade de pulmão deaerado, mas não houve
diferenças entre as FIO2 em relação à mecânica respiratória, colapso estimado pela TIE e à ventilação
regional (redução da ventilação na região dorsal) detectada pela TIE.
Quer dizer, a TC de tórax, na presença de FIO2 baixa, não consegue identificar precocemente
áreas não funcionais, isto é, não ventiladas mas com ar aprisionado devido ao colapso de vias aéreas,
pois, conforme a FIO2 usada, a porcentagem de nitrogênio é alta e este gás demora muito tempo para
ser absorvido (minutos a horas conforme o volume). Essa área não ventilada, mas aerada (nitrogênio),
não é classificada como atelectasia na TC. Isso se deve ao fato que a TC avalia densidades pulmonares
e somente classificamos uma região como atelectasia quando ela está praticamente deareada. A
impedância analisada variação de ar (ventilação) e estima o colapso através da queda complacência
do pixel (ventilação dividido pela pressão de distensão).
0
3
4
5
6
5min 50minPré
Tempo (min)
Dé
bito
ca
rdía
co
(L
/min
)
F1,0 PTIT
F1,0 P3
F0,4 PTIT
F0,4 P3
N = 7
PEEP p < 0,05
FIO2 p = 0,70
Tempo p = 0,23
12
Um dos resultados originais de nosso estudo, é que esses achados de certo modo contestam o
paradigma de que o uso de FIO2 baixa reduz o grau de atelectasia. Quer dizer, se definirmos atelectasia
como pulmão totalmente deaerado isso é verdade, conforme já demonstrado por outros estudos
usando TC durante o intraoperatório. No entanto, os principais fatores causais das complicações
perioperatório são (1) a pressão de distensão alta durante a ventilação mecânica no perioperatório
(causada por queda da complacência) (Neto 2016) e (2) a presença de atelectasia no pós-operatório
(Hedenstierna 2016, Costa Leme 2017). Em nossos dados, o uso de FIO2 baixa não evita o aumento
da pressão de distensão com uso de PEEP baixa. Nosso estudo não avalia o segundo fator (atelectasia
no pós-operatório). Poderíamos teorizar que na FIO2 baixa o pulmão não ventilado teria uma
atelectasia menos “firme”, mais fácil de ser aberta, pois contém nitrogênio no seu interior. No entanto,
estudos clínicos prévios comparando duas FIO2 (baixa e alta) não evidenciaram redução significante,
com o uso de FIO2 baixa, do grau de atelectasia pós-operatória (após extubação).
Nosso estudo também permitiu trazer evidências interessantes sobre a formação da atelectasia
pulmonar. Existem questionamento sobre qual é a participação dos dois principais mecanismos para
formação de atelectasia (compressão do parênquima pulmonar pelo diafragma/abdômen e reabsorção
de gases em regiões onde há colapso de vias aéreas ou baixa relação ventilação/perfusão). Pudemos
evidenciar que para a deaeração completa do tecido pulmonar os dois mecanismos estão presentes,
sendo que na FIO2 alta a reabsorção do gás é mais rápido (conforme já mostrado anteriormente).
2.2. Resultados parciais do subprojeto 2
No subprojeto 2 nosso objetivo é estudar a perfusão no pulmão saudável na presença de
atelectasia. Muitos estudos sobre perfusão pulmonar que avaliam a vasoconstrição hipóxica (HPV)
são realizados utilizando-se gás com baixa fração de oxigênio (causando hipoxemia), ou por
intubação seletiva de um pulmão, ou através de oclusão de segmento pulmonar ou em modelo de
pulmão ex vivo. Os dados disponíveis sobre as alterações da perfusão em áreas de shunt ou
hipoventiladas causadas pela formação de atelectasia no pulmão saudável em ventilação mecânica
em condições de anestesia geral (com uso de relaxante muscular) ainda são limitados e inconsistentes
(Sylvester 2012).
Diversos fatores influenciam a resposta de HPV que atua desviando o fluxo sanguíneo da
circulação pulmonar de áreas pobremente ventiladas para manter uma adequada relação
ventilação/perfusão regional. O fator mais importante é a pressão parcial de oxigênio regional (PO2).
A PO2 depende principalmente da PO2 alveolar (PAO2), mas também da oxigenação do capilar
pulmonar, isso é do oxigênio no sangue venoso misto (PvO2) (Lumb 2015):
• Estímulo do oxigênio regional = PAO2 0,62 + PvO2
0,38
13
Sendo assim, fatores que alteram a PvO2 também influenciam a HPV como, por exemplo,
mudanças no débito cardíaco, alterações no consumo de oxigênio etc. Em áreas onde o pulmão não
está aerado, o estimulo do oxigênio será dado somente pela PvO2.
Outros fatores também modificam a resposta da HPV: idade, pH, PaCO2, temperatura e
medicamentos. Além disso a intensidade da HPV também pode variar ao longo do tempo. O volume
pulmonar também tem um efeito importante sobre a resistência vascular pulmonar (RVP) e,
possivelmente, sobre a HPV. A RVP é mínima na capacidade residual funcional e aumenta de forma
exponencial conforme o volume pulmonar aumenta ou diminui.
Nosso objetivo neste projeto será estudar o efeito da PEEP (PEEP titulada que produz colapso
estimado pela TIE menor de 1% e PEEP= 0 cmH2O), da atelectasia (causada pela PEEP 0) e da FIO2
(0,4 e 1) sobre a perfusão regional do pulmão atelectasiado utilizando a TC de tórax em período de
tempo curto (10-30minutos). Iremos também avaliar a perfusão pulmonar pela tomografia de
impedância elétrica para ver se é possível detectar as variações regionais da perfusão no pulmão
saudável e comparar com ventilação regional estimada pela tomografia de impedância.
O estudo terá 3 fases (figura 12), sendo que ao final de cada fase será infundido nitroprussiato
de sódio para reduzir parcialmente o efeito da HPV e avaliar o efeito sobre a perfusão regional:
1. FIO2 0,4 PEEP titulada
2. FIO2 0,4 PEEP zero
3. FIO2 1 PEEP zero
A perfusão será estudada, em cada um dos passos, pela TC de tórax através de uma aquisição
dinâmica de 20 segundos durante infusão de contraste iodado. Essa aquisição será realizada em uma
região torácica com espessura de 19,6 mm, acima do diafragma. Também será realizado uma TC
volumétrica para avaliar o volume pulmonar total e a aeração do parênquima. A perfusão será avaliada
pela impedância elétrica através da infusão de solução hipertônica a 7,5% durante uma apneia de
cerca de 30 segundos. Conjuntamente serão coletados dados hemodinâmicos e gasometria arterial.
Na figura 13, observamos as imagens tomográficas de um dos casos estudados. Podemos ver
que com a PEEP titulada há um predomínio da perfusão normalizada pelo tecido nas regiões dorsais.
Com a redução da PEEP e a formação de colapso ocorre redução da perfusão normalizada nas regiões
dorsais com discreto aumento após a infusão do nitroprussiato de sódio.
Observamos que a redução da PEEP causa uma redução significativa do volume pulmonar
avaliado por TC volumétrica do tórax (figura 14A) que é maior com o uso de FIO2 de 1. Com a PEEP
de zero também temos um aumento significativo da quantidade de tecido pulmonar não-aerado
(colapso) (figura 14B) tanto em porcentagem de volume pulmonar total quanto em porcentagem de
massa pulmonar total, que também é maior com FIO2 de 1.
14
Na figura 15 podemos observar o efeito da redução da PEEP e o efeito do nitroprussiato de
sódio sobre o shunt/mistura venosa, relação PaO2/FIO2 e sobre a PvO2. A redução da PEEP determina
aumento da pressão média de artéria pulmonar (efeito da HPV). O valor de PEEP usado também
determina alterações no débito cardíaco e pressão arterial média.
Figura 12. Novo fluxograma do subestudo de perfusão pulmonar que avalia 3 fases que
combinam duas PEEP (PEEP titulada e PEEP zero) com duas FIO2 (0,4 e 1). O tempo para avaliar
a resposta será curto (10 minutos). Na fase 2 avaliaremos um segundo período de tempo
(30minutos após redução da PEEP).
Manobra
recrutamento
FIO2 0,4
Tempo
(minutos)
FIO2 0,4
PEEP titulada
Ajusta
PEEP titulada
VT 8mL/kg
T0T0 +
10 min
Gasometria
Perfusão EIT
TC Helicoidal
TC Perfusão
Inicia nitroprussiato
Aguarda ↓ PAP > 20%
T0_NPT0_NP +
10 min
FASE 1 – FIO2 0,4 PEEP titulada
Reduz
PEEP para
0 cmH2O
Tempo
(minutos)
FIO2 0,4
PEEP = 0
T0T0 +
10 min
Gasometria
Perfusão EIT
TC Helicoidal
TC Perfusão
Inicia nitroprussiato
Aguarda ↓ PAP > 20%
T0_NPT0_NP +
10 min
FASE 2 – FIO2 0,4 PEEP 0
Manobra
recrutamento
FIO2 1
Tempo
(minutos)
FIO2 1
PEEP = 0
Ajusta
PEEP = 0
VT 8mL/kg
T0T0 +
10 min
Gasometria
Perfusão EIT
TC Helicoidal
TC Perfusão
Inicia nitroprussiato
Aguarda ↓ PAP > 20%
T0_NPT0_NP +
10 min
FASE 3 – FIO2 1 PEEP 0
T0 +
30 min
Desliga
nitroprussiato
Desliga
nitroprussiato
Desliga
nitroprussiato
15
Figura 13. Imagens de perfusão e aeração de um corte tomográfico (4,8 mm de espessura) das diversas
fases do estudo. As imagens são obtidas por aquisição dinâmica (a espessura total da área de aquisição
é de 19,6mm) de 20 segundos realizada durante infusão de contraste iodado na velocidade 10mL/s. A
esquerda temos a perfusão bruta (cor mais clara significa maior perfusão), no centro a perfusão
normalizada para a quantidade de tecido pulmonar no pixel e a direita a aeração pulmonar (vide legenda
na parte superior a direita). De cima para baixo temos as 3 fases do estudo. Em cada fase as imagens
foram obtidas 10 minutos após o ajuste da PEEP e FIO2 (“Pré”) e 10 minutos após titular o nitroprussiato
de sódio para obter-se uma redução estável da pressão média de artéria pulmonar em pelo menos 20%
(tempo “Após Nitro”) com objetivo de inibir a HPV.
FIO2 0,4
PEEP 11
Perfusão
(bruta)
Perfusão
(normalizada
por tecido)
Aeração
Pré
Após
Nitro
FIO2 0,4
PEEP 0
FIO2 1
PEEP 0
Pré
Após
Nitro
Pré
Após
Nitro
16
Figura 14. Em A o volume pulmonar (em mL) em cada uma das fases do estudo. Em B temos a
porcentagem de pulmão colapsado medido em % do volume e da massa pulmonar total.
Figura 15. Relação PaO2/FIO2 (A), PvO2 (B), shunt/mistura venosa (C), débito cardíaco (D), pressão
média de artéria pulmonar (E) e pressão arterial média (F) nas três fases do estudo, antes e após infusão
de nitroprussiato de sódio utilizado para suavizar a HPV.
Vo
lum
e p
ulm
on
ar (
mL
)
F IO 2 0 ,4
P E E P 1 3
F IO 2 0 ,4
P E E P 0
F IO 2 1
P E E P 0
0
5 0 0
1 0 0 0
1 5 0 0
2 0 0 0
B. % pulmão não-aerado (colapso)A. Volume pulmonar (mL)
%
F IO 2 0 ,4
P E E P 1 3
F IO 2 0 ,4
P E E P 0
F IO 2 1
P E E P 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
% V o lu m e p u lm o n a r n ã o -a e ra d o
% M a s s a p u lm o n a r n ã o -a e ra d a
Pa
O2
/FIO
2(m
mH
g)
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
A. PaO2/FIO2
Pv
O2
(m
mH
g)
3 5
4 0
4 5
5 0
Sh
un
t /
mis
tura
ve
no
sa
(%
)
0
1 0
2 0
3 0
4 0
Dé
bit
o c
ard
íac
o (
L/m
in)
3
4
5
6
7
B. PvO2 C. Shunt
D. Débito cardíaco E. PAP F. PAM
Pre
ss
ão
Arté
ria
Pu
lmo
na
r (
mm
Hg
)
1 5
2 0
2 5
3 0
Pre
ss
ão
Arte
ria
l M
éd
ia (
mm
Hg
)
7 0
8 0
9 0
1 0 0
1 1 0
1 2 0
1 3 0
Pré Pós
Nitro
Pré Pós
Nitro
Pré Pós
Nitro
Pré Pós
Nitro
Pré Pós
Nitro
Pré Pós
Nitro
FiO2 0,4 PEEP 13 FIO2 0,4 PEEP 0 FIO2 1 PEEP 0
17
Na figura 16 temos a porcentagem de perfusão em 4 regiões isogravitacionais (eixo
ventrodorsal) avaliada através da TC de tórax de um animal do estudo. Podemos observar a maior
porcentagem de perfusão na região dorsal com o uso da PEEP titulada. Com a redução da PEEP, há
deslocamento da perfusão para as regiões ventrais. Nosso software de análise da perfusão por TC de
tórax está sendo alterado para permitir outras análises, inclusive em regiões menores para verificar
diferenças entre as duas FIO2. O software de análise da perfusão por tomografia de impedância
também será submetido a alguns aperfeiçoamentos.
Figura 16. Distribuição percentual da perfusão em 4 regiões isogravitacionais em um corte
tomográfico nas 3 fases do estudo (antes e após a infusão de nitroprussiato). Na parte superior (A)
temos a perfusão bruta (não ajustada) e, em B, a perfusão normalizada pela densidade (quantidade de
tecido pulmonar) do pixel.
B. Perfusão normalizada : porcentagem por região isogravitacional
A. Perfusão bruta : porcentagem por região isogravitacional
Pe
rfu
sã
o
(%)
P ré
F IO 2 0 ,4
P E E P 1 3
P ó s N itr o
FIO 2 0 ,4
P EEP 1 3
P ré
F IO 2 0 ,4
P E E P 0
P ó s N itr o
FIO 2 0 ,4
P EEP 0
P ré
F IO 2 1
P E E P 0
P ó s N itr o
FIO 2 1
P EEP 0
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
R O I 4 - D o rs a l
R O I 3
R O I 2
R O I 1 - V e n tra l
Pe
rfu
sã
o n
orm
ali
za
da
po
r t
ec
ido
(%
)
P ré
F IO 2 0 ,4
P E E P 1 3
P ó s N itr o
FIO 2 0 ,4
P EEP 1 3
P ré
F IO 2 0 ,4
P E E P 0
P ó s N itr o
FIO 2 0 ,4
P EEP 0
P ré
F IO 2 1
P E E P 0
P ó s N itr o
FIO 2 1
P EEP 0
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
R O I 4 - D o rs a l
R O I 3
R O I 2
R O I 1 - V e n tra l
18
2.3. Dificuldades encontradas
2.3.1. Qualidade dos animais fornecidos
Conforme descrevemos no primeiro relatório, tivemos problemas com os animais fornecidos,
ou por eles terem evoluído com choque progressivo apesar do uso de agentes vasopressores ou por
apresentarem alterações pulmonares compatíveis com infecção o que dificultava a interpretação dos
resultados considerando que os animais deveriam estar saudáveis.
Nosso objetivo era trocar o fornecedor para o subprojeto 2. No entanto, devido as dificuldades
logísticas (até o momento não temos condições de alojar grandes animais no biotério da faculdade de
medicina – situação que está para ser resolvida) não foi possível a troca. Manteremos o mesmo
fornecedor até o final deste estudo para evitar que haja algum fator de confusão com a troca de
fornecedor. Nos últimos experimentos, os animais utilizados pareciam apresentar menos problemas.
2.3.2. Compra da bomba infusora para Tomografia Computadorizada
Conforme descrevemos no último relatório, o auxílio pesquisa incluía uma verba para compra
de bomba automatizada para infusão de contraste para Tomografia Computadorizada no valor de US$
14.235,00. Este equipamento seria alocado na sala de tomografia do NUPAI (Núcleo de Pesquisa
Integrada em Autópsia e Imagenologia) no subsolo da faculdade de medicina da USP. No entanto, o
modelo cotado não estava mais sendo vendido no Brasil e não encontramos outro produto com preço
compatível, nem da mesma marca e nem de outras vendidas no Brasil.
Conforme discutimos no item 2 (realizações no período), tentamos inicialmente realizar o
estudo no instituto de radiologia do Hospital das Clínicas. Mas por limitação de tempo e dificuldades
logísticas a realização do protocolo proposto se mostrou impraticável neste local. Diante disto,
solicitamos o remanejamento da verba inicialmente aprovada para a compra da bomba importada para
a construção de uma bomba infusora artesanal, construída com materiais de fácil aquisição no Brasil,
para ser utilizada em experimentos em animais realizados na sala de tomografia do NUPAI. A bomba
infusora confeccionada (figura 17) foi testada e comparada com a bomba infusora utilizada para
exames radiológicos em humanos, mostrando velocidade adequada de infusão (podendo ser até mais
rápida que a bomba comercial) e resultados similares quando à quantificação da perfusão. Este
dispositivo foi utilizado nos últimos dois experimentos e tem sido eficaz para o uso previsto.
19
Figura 17. Bomba infusora de contraste artesanal construída para uso em animais.
2.3.3. Software de análise de perfusão por tomografia computadorizada e por
tomografia de impedância elétrica
Conforme descrevemos no relatório anterior, o software de análise da perfusão através da TC
de tórax necessitava de ajustes. Esses ajustes ainda estão em andamento, pois identificamos
necessidades adicionais de análise e variáveis a serem calculadas e exportadas.
Conforme descrevemos no item 2, observamos algumas inconsistências nas estimativas da
perfusão obtida por tomografia impedância elétrica usando injeção de solução hipertônica a 7,5%
quando comparado com a TC de tórax. O software de análise off-line da tomografia de impedância,
em algumas condições de alto débito cardíaco, não está obtendo bons ajustes para estimativa regional
da perfusão pulmonar. Será necessário analisar esses casos para aprimorar os algoritmos de análise
deste software.
3. Descrição sucinta e justificada da aplicação dos recursos de Reserva Técnica e
Benefícios Complementares
No período, para o item “benefício complementar”, foi usado um total de R$ 14.659,00,
restando R$ 7,66 do montante total de R$ 14.666,66 aprovado. Esse recurso foi usado para custear
passagens e estadias em viagens.
No item “Reserva técnica” foi gasto de novembro de 2016 até 22/09/2017 um total de
R$ 7.664,90. O valor da reserva técnica aprovado é de R$ 23.334,54 e, portanto, temos um saldo de
R$ 9.026,72.
Encaixe seringa 60mL
Seringa descartável
60mL
Controle remoto para
ajuste do pistão e disparo
da injeção à distância
Pistão
móvel
Ajuste
fluxo
Retorno/avanço
do pistão
20
A reserva técnica foi utilizada para: 1) compra de materiais necessários para os experimentos
(circuitos e conectores para ventilação mecânica, instrumental cirúrgico, material para o equipamento
de gasometria arterial etc.); 2) material de informática; 3) suporte técnico de informática, backup e
armazenamento de arquivos.
4. Lista das publicações resultantes do auxílio a que o Relatório Científico se refere
No período deste relatório os resultados preliminares do subprojeto 1 foram apresentados no
congresso da Sociedade Torácica Americana (ATS) em maio de 2017 como pôster para discussão
(pôster anexado no formato pdf juntamente com este relatório). Este estudo recebeu um prêmio
(“Abstract scholarship”) dado pelo comitê da seção de “Função e estrutura pulmonar” da ATS.
5. Plano de atividades
Conforme discutimos na introdução, o estudo é composto de dois subprojetos. Em relação ao
subprojeto 1, estamos finalizando o manuscrito para submissão a uma revista de anestesia. Em relação
ao subprojeto 2 existe algumas atividades a serem realizadas:
− Ajuste dos softwares necessários para análise –3 a 4 meses;
− Coleta e análise de dados de 07 animais: 4 meses;
− Análise dos resultados e confecção do manuscrito: até maio de 2018.
Diante do exposto acima, estamos solicitando, junto com este relatório, uma prorrogação da
vigência deste auxílio pesquisa por um período de mais 6 meses (31/05/2018) para terminarmos todas
as atividades propostas.
Bibliografia
Costa Leme A et al. Effect of Intensive vs Moderate Alveolar Recruitment Strategies Added to Lung-
Protective Ventilation on Postoperative Pulmonary Complications: A Randomized Clinical Trial. JAMA
2017; 317: 1422-1432.
Hedenstierna G, Edmark L. Protective Ventilation during Anesthesia: Is It Meaningful? Anesthesiology
2016; 125: 1079-1082.
Lumb AB, Slinger P. Hypoxic pulmonary vasoconstriction: physiology and anesthetic implications.
Anesthesiology. 2015 Apr;122(4):932-46.
Neto AS et al. Association between driving pressure and development of postoperative pulmonary
complications in patients undergoing mechanical ventilation for general anaesthesia: a meta-analysis of
individual patient data. Lancet Respir Med 2016; 4: 272-280
Sylvester JT, Shimoda LA, Aaronson PI, Ward JP. Hypoxic pulmonary vasoconstriction. Physiol Rev.
2012;92(1):367-520.