AVALIAÇÃO DOS OXIGENADORES DE MEMBRANAS

ÍNDICE GERAL   Introdução   Avaliação das Trocas Gasosas   Avaliação do Desempenho do Permutador de Calor   Avaliação do Priming Dinâmico do Aparelho   Capacidade, Conteúdo e Transferência de O2

INTRODUÇÃO

A capacidade de recolher oxigênio do gás instilado no oxigenador, a eficiência da remoção de dióxido de carbono e das trocas térmicas, o gráu de traumatismo imposto ao sangue e seus elementos constituintes, não são os mesmos em todos os oxigenadores. Além disso, um mesmo oxigenador, durante a perfusão pode apresentar deterioração da sua performance, a um ponto em que torne-se necessária a sua substituição.

Para facilitar a descrição da função dos diversos aparelhos e, até certo ponto, permitir a comparação de um aparelho com os demais, estabeleceu-se um conjunto de normas de avaliação. Os fabricantes dos aparelhos, cirurgiões, perfusionistas, fisiologistas e representantes do FDA (Food and Drug Administration) dos Estados Unidos, estabeleceram as orientações da AAMI/ISO (Association for the Advancement of Medical Instrumentation/International Standards Organization), relativas à avaliação de oxigenadores. As instruções daquele organismo descrevem a metodologia de testes que resultam em dados básicos, que podem servir para comparação com aparelhos desenvolvidos ou em testes, em qualquer parte do mundo. Estas normas não se destinam a especificar um padrão mínimo de desempenho para os oxigenadores. Na realidade, destinam-se a padronizar os testes e o formato do relatório dos resultados.

Os padrões de avaliação da AAMI/ISO são amplamente aceitos. Praticamente todos os fabricantes apresentam as características e a performance dos seus aparelhos nos testes padronizados pela AAMI. São padrões de avaliação industrial, que servem à comparação de diferentes produtos. Isso permite aos usuários, cirurgiões e perfusionistas, conhecer melhor as características funcionais de cada aparelho e comparar novos produtos, com aqueles que habitualmente usam.
Apesar desses esforços, a comparação dentre os diversos aparelhos ainda é difícil, em virtude de variações na forma de apresentar os dados coletados na avaliação. Sob certas condições, a análise do desempenho de um determinado aparelho pode ser decisiva na sua escolha ou no seu descarte.

As normas da AAMI servem para a avaliação de qualquer tipo de oxigenador, e não apenas para os oxigenadores de membranas.

A avaliação dos oxigenadores, segundo os padrões recomendados pela AAMI/ISO consiste de:
1. Avaliação das trocas gasosas;
2. Avaliação do desempenho do permutador de calor;
3. Avaliação do priming dinâmico do aparelho.

Retorna ao Índice Geral

AVALIAÇÃO DAS TROCAS GASOSAS

A avaliação da eficiência das trocas gasosas de um oxigenador é feita pela avaliação em separado da capacidade de transferir oxigênio do gás que ventila o aparelho para o sangue e da capacidade de transferir dióxido de carbono (CO2) do sangue para o gás que ventila o aparelho.

Os testes são feitos com sangue (em geral sangue bovino) nas seguintes condições:

Saturação venosa= 65 +/- 5%
Hematócrito= 35%
Temperatura= 37 +/- 2 graus Centígrados
pH= 7,35
V:Q= (relação entre o fluxo de gás e o fluxo de sangue):
1:1 ou outra relação recomendada pelo fabricante.
pCO2= 45 +/- 5mmHg
pO2= 41,5mmHg
BE= 0,0 +/- 5mEq/l
Hgb= 12 +/- 1g%

A coleta e a análise dos dados fornecem um valor de referência para a transferência de gases pelo oxigenador. Desse modo, a performance é representada pela transferência de gases a um determinado fluxo sanguíneo (fluxo sanguíneo de referência). Isto se aplica tanto ao oxigênio quanto ao dióxido de carbono.

O fluxo sanguíneo de referência (reference flow rate) é o fluxo de sangue capaz de transferir um mínimo de 4,5ml de oxigênio e 3,8ml de dióxido de carbono nas condições específicas do teste.

De um modo geral, na prática, o fluxo sanguíneo de referência corresponde ao menor valor dentre os seguintes:
a. fluxo sanguíneo de referência para o oxigênio;
b. fluxo sanguíneo de referência para o dióxido de carbono;
c. fluxo sanguíneo recomendado pelo fabricante;
d. fluxo sanguíneo de 6l/min.

Fluxo de Referência de Oxigênio (Oxygen Reference Blood Flow)

É o flxuo de sangue (expresso em l/min), que produz um aumento do conteúdo de oxigênio de 45ml O2/ l, após a passagem pelo oxigenador. O sangue deve estar nas condições "standard" de teste já enunciadas.

Fluxo de Referência de Dióxido de Carbono (Carbon Dioxide Reference blood Flow)

É o fluxo de sangue (expresso em l/min), que produz a redução de 38ml de CO2/l, após a passagem pelo oxigenador. O sangue deve estar nas condições "standard" de teste já enunciadas.

Quando um único valor de fluxo de referência é apontado, habitualmente refere-se ao menor dos dois valores obtidos, o do oxigênio ou o do dióxido de carbono.

Na prática, a forma mais comum de indicar os valores de referência para a transferência de gases, oxigênio e CO2 é apresentar um gráfico com curvas obtidas a diferentes fluxos. Um grande número de fabricantes oferece a informação nesse formato.

Algumas vêzes a informação sobre a transferência de gases é dada segundo o conceito de fluxo proporcional ou referenciado (rated flow). O fluxo referenciado é o fluxo máximo que proporcionará uma saturação arterial de O2 superior a 95%, quando a saturação do sangue venoso é superior a 65-75%, com um hematócrito de 40-42% à temperatura de 37 graus Centígrados.

Devido à excelência do design e dos materiais usados na construção dos oxigenadores, os produtos à disposição no mercado, via de regra, são bastante eficazes, em relação às trocas gasosas. Poderão eventualmente surgir situações limítrofes, se a área de membranas disponível for pequena em relação ao peso ou à superfície corpórea do paciente. Essa circunstância, contudo, mais frequentemente traduz a escolha inadequada do tamanho do oxigenador.

Retorna ao Índice Geral

AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO PERMUTADOR DE CALOR

Os permutadores de calor em uso nos oxigenadores são bi-direcionais; significa que são capazes de intercambiar calor em ambos os sentidos, do sangue para a água do permutador e desta para o sangue. Durante o resfriamento o sangue cede calor à água do permutador; no reaquecimento, ao contrário, a água do permutador cede calor ao sangue.

A construção dos permutadores de calor para o resfriamento e o reaquecimento do sangue nos oxigenadores, inclui a seleção de uma superfície biologicamente inerte, capaz de permitir uma adequada troca de calor, sem produzir superaquecimento do sangue. A energia para o resfriamento e o reaquecimento é fornecida pela circulação de água não estéril, bombeada por uma unidade de termo-regulação, com uma fase de aquecimento (resistência elétrica) e uma fase de resfriamento (mistura água/gelo). A superfície para as trocas térmicas geralmente é de alumínio ou de aço inoxidável; ambas são fáceis de revestir com polímeros, para acentuar a biocompatibilidade. O desenho dos permutadores procura oferecer a maior superfície possível para as trocas térmicas, sem aumentar excessivamente o tamanho ou a capacidade das câmaras do aparelho. O aumento da superfície para as trocas de calor é obtido pela distribuição em tubos paralelos ou de uma espiral de parede corrugada.

A quantidade de calor transferida entre a água e o sangue, em um permutador de calor, pode ser determinada com relativa facilidade. A quantidade de energia térmica transferida ao sangue é igual à diferença entre a energia térmica do sangue na saída do permutador e a energia térmica do sangue na entrada do oxigenador.

A avaliação dos permutadores de calor, em geral, é feita pela determinação do coeficiente de transferência térmica. Este coeficiente corresponde à uma equação em que o numerador é a diferença entre a temperatura do sangue na entrada e na saída do permutador. O denominador da equação é a diferença entre a temperatura do sangue e a temperatura da água, na entrada do permutador de calor. Este coeficiente deve ser calculado a diferentes fluxos de sangue e de água no permutador de calor. Em geral, os oxigenadores do mercado tem permutadores de calor com coeficiente de trocas térmicas entre 0,6 e 0,7. Estes valores são bastante adequados às situações habituais da circulação extracorpórea.

Retorna ao Índice Geral

AVALIAÇÃO DO PRIMING DINÂMICO DO APARELHO

As necessidades de perfusato dos oxigenadores são importantes na sua avaliação global. Diversos parâmetros podem ser analisados, com relação aos volumes de priming.

O primeiro parâmetro é o priming estático do oxigenador, ou priming inicial.. Corresponde ao volume de perfusato (ml) necessário para encher a fase sanguínea do oxigenador até o nível mínimo recomendado pelo fabricante para o início da perfusão.

Volume Mínimo de Operação (Nível Mínimo). Corresponde ao volume de perfusato contido no oxigenador quando o nível do reservatório está no mínimo recomendado pelo fabricante, para o fluxo de referência.

Volume Máximo de Operação. Corresponde ao volume de sangue contido no oxigenador quando o nível do reservatório está no máximo recomendado pelo fabricante, para o fluxo de referência.

Priming Dinâmico. Corresponde ao volume de perfusato necessário para encher o oxigenador até um nível especificado para uma dada condição de operação (geralmente o fluxo máximo para uma determinada avaliação).

A prática diária demonstra a grande eficácia dos aparelhos em uso nos dias atuais. Entretanto, a atenção às características funcionais de cada aparelho pode contribuir para a rápida identificação de eventual malfunção e permitir a sua rápida correção. Diferenças de funcionamento de oxigenadores de diferentes fabricantes são esperadas e não são indicativas de qualquer superioridade; na maioria das vêzes representam características individuais peculiares a cada produto.

Retorna ao Índice Geral

CAPACIDADE, CONTEÚDO E TRANSFERÊNCIA DE O2

Os gases importantes para a função normal dos tecidos orgânicos são o oxigênio (O2) e o dióxido de carbono (CO2). O oxigênio é necessário à realização dos processos metabólicos, enquanto o dióxido de carbono é o produto final do metabolismo normal.

A quantificação dos gases é habitualmente feita pela determinação da sua pressão parcial, expressa em milímetros de mercúrio. A pressão parcial de um gás pode ser definida como a pressão exercida pelo gás em uma mistura de gases ou dissolvido em líquidos. Tomemos o ar atmosférico como exemplo. A pressão barométrica ou pressão do ar atmosférico ao nível do mar é de 760mmHg (pressão "total" do ar atmosférico). Este valor corresponde à soma das pressões parciais de todos os gases que compõem o ar atmosférico. Como nos pulmões há grande eliminação de CO2 do sangue, a composição do ar dos alvéolos se modifica pela maior quantidade desse gás. A tabela abaixo relaciona os componentes do ar atmosférico e do ar contido nos alvéolos pulmonares , sua concentração e a pressão parcial de cada gás.

Podemos observar que a soma das pressões parciais dos gases do ar atmosférico é igual a 760mmHg. O mesmo ocorre com o ar alveolar, que está em equilíbrio com o ar atmosférico, apesar das concentrações dos gases serem diferentes. A concentração do oxigênio diminui pela sua passagem do ar alveolar para o sangue e a concentração do CO2 se eleva, em virtude da sua eliminação do sangue para o ar alveolar. Como o ar inspirado é umidificado nas vias aéreas superiores, a concentração de vapor d'água, no ar alveolar, também aumenta. A redução do nitrogênio no ar alveolar é apenas relativa; ela ocorre em função do aumento da concentração dos demais gases.

A pressão parcial de um gás pode ser calculada multiplicando-se a sua concentração pela pressão total da mistura. Quando um gás (em equilíbrio com a atmosfera, não pressurizado) ocupa todo o volume sózinho a sua pressão parcial é de 760mmHg. Assim, quando ventilamos um oxigenador com oxigênio puro (Fi=1), a PO2 será de 760mmHg.

A captação e o transporte de oxigênio no sangue podem ser conceituados por algumas grandezas, como a capacidade de oxigênio, o conteúdo de oxigênio e a saturação de oxigênio.

A capacidade de oxigênio corresponde à quantidade de oxigênio que o sangue é capaz de transportar, expressa em percentual:

Capacidade de O2 (ml de oxigênio/100ml de sangue) = 1,34 (ml de oxigênio) x hemoglobina (g%).

Esta equação para o cálculo da capacidade de oxigênio do sangue é baseada na capacidade de transporte de oxigênio pela hemoglobina. Cada 1 g de hemoglobina pode transportar 1,34ml de oxigênio.

O conteúdo de oxigênio corresponde à quantidade real de oxigênio que o sangue transporta, expressa em volume percentual.

A saturação de oxigênio corresponde à relação entre o conteúdo de oxigênio e a capacidade de oxigênio, expressa em percentual.

SaO2 (%) = Conteúdo de oxigênio / Capacidade de oxigênio

Os gases do sangue, oxigênio e dióxido de carbono, são transportados de dois modos: dissolvidos no plasma e em combinação com componentes do sangue.

Apenas 3% do oxigênio é transportado dissolvido no plasma; 97% do total de oxigênio é transportado mediante ligação química com a hemoglobina das hemácias.

O dióxido de carbono é transportado em pequena quantidade dissolvida no plasma. Mais da metade do CO2 é transportado sob a forma de íon bicarbonato; pouco menos de 1/3 é transportado em ligação química com grupos amino da molécula da hemoglobina e outras proteinas da hemácia, formando compostos carbamínicos e carboxi-hemoglobina.

A determinação das pressões parciais do oxigênio (PO2) e do dióxido de carbono (PCO2) no sangue arterial, informa sobre a capacidade de transferência de gases do oxigenador. Nada informam, entretanto, em relação à adequácia da perfusão dos órgãos do paciente. O PO2 do sangue venoso normal é de aproximadamente 40mmHg (sempre que a saturação de oxigênio do sangue arterial é superior a 95%). Portanto, o achado do PO2 do retorno venoso entre 30 e 40mmHg, é indicativo da adequácia da perfusão do paciente. Um PO2 venoso abaixo de 28 ou 30mmHg, indica que a extração de oxigênio pelos tecidos está elevada, acima do normal; o aumento do fluxo de perfusão, habitualmente corrige o PO2 venoso baixo. Um PO2 venoso elevado, não significa, obrigatoriamente, uma perfusão adequada; também pode ser indicativo da existência de shuntagem arterio-venosa. Esta última possibilidade deve estar presente, quando se utilizam fluxos de perfusão muito elevados ou na vigência de hipotermia acentuada.

Em relação à oxigenação, portanto, duas perguntas devem ser respondidas, durante a perfusão:

1. O oxigenador está funcionando adequadamente ?
2. Os tecidos do paciente estão adequadamente oxigenados e perfundidos?

A análise da gasometria arterial responde à primeira pergunta, enquanto a resposta à Segunda pergunta é dada pela gasometria venosa.

Os mecanismos de transporte, difusão e trocas do CO2, são sempre mais simples e rápidos que os do oxigênio, no pulmão e nos oxigenadores. Desse modo, em qualquer oxigenador, a avaliação das trocas gasosas pode ser feita apenas em relação ao oxigênio. Se esta estiver adequada, as trocas de dióxido de carbono, certamente também estarão.

A capacidade de transferir oxigênio de um oxigenador pode ser medida. Esta determinação constitui um importante parâmetro na avaliação do oxigenador. O cálculo é baseado na diferença artério-venosa de oxigênio. A fórmula para o cálculo é:

Transferência de O2 = (SaO2 - SvO2) (1,34 x Hb) x fluxo (l/min)

Esta fórmula consiste na diferença entre a capacidade de oxigênio do sangue arterial e venoso, multiplicada pelo fluxo de sangue.

Como a saturação de oxigênio do sangue arterial normal é 99-100% e a saturação do sangue venoso normal, durante a perfusão é de 70-75%, podemos usar a fórmula acima para calcular o fluxo de sangue necessário para transportar e liberar nos tecidos a quantidade adequada de oxigênio.

Retorna ao Índice da Seção