1. Resumo do projeto - USP€¦ · 2.1. Resultados parciais do subprojeto 1 Dos 17 experimentos...

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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.


* 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.


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.


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.


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.


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


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


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.


* P< 0,05 para fator FIO2 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.



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.




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



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



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.

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