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AJUSTES DO FLUXO DE GÁS INSTILADO NO OXIGENADOR DURANTE A CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA.Hasan Karabulut, Fevzi Toraman, Sümer Tarcan, Önder Demirhisar e Cem Alhan. Departamento de Cirurgia Cardiovascular, Hospital Acibadem. Istambul, Turquia. Originalmente publicado em Perfusion 17:(5), 353-356,2002. Reproduzido com permissão dos Editores Traduzido do original por Maria Helena L. Souza e Decio O. Elias. |
Cardiopulmonary bypass (CPB) is one of the major tools of cardiac surgery. However, no clear data are available for the ideal value of sweep gas flow to oxygenator during CPB. The aim of this study was to determine the best value for sweep gas flow during CPB. Thirty patients undergoing isolated CABG were randomly and equally allocated into three groups. Sweep gas flow to oxygenator was kept at 1.35 l/min/m2 in group 1, 1.60 l/min/m2 in group 2, and 2.0 l/min/m2 in group 3. All patients were operated on under the same anaesthetic regime and surgical techniques. Samples for blood gas analysis were collected at T1: before CPB; T2: 5 min after the initiation of CPB; T3: just before rewarming; and T4: at the end of rewarming. Five minutes after the initiation of CPB (T2), PCO2 decreased significantly in groups 2 and 3 compared to group 1 (p < 0.02). With the addition of hypothermia (T3), the changes in the pH and PCO2 became more profound and, in this period, the levels in group 3 patients outranged the physiologic limits, with pCO2 and pH values being 28±3 mmHg and 7.50±0.04, respectively. At the end of the rewarming period (T4), in spite of increased carbon dioxide production, PCO2 values were below the pphysiologic limits in groups 2 and 3. We conclude that sweep gas flow to the oxygenator should be kept between 1.35 and 1.60 l/min/m2 during CPB to avoid hypocapnia, which results in alkalosis and has hazardous effects on lung mechanics, cerebral blood flow, and the cardiovascular system.
Rev Latinoamer Tecnol Extracorp 10,3,2003
A circulação extracorpórea é um dos principais adjuntos da cirurgia cardíaca. Contudo, não há dados claros disponíveis para o valor ideal do fluxo de gás instilado no oxigenador, durante a CEC. O objetivo deste estudo foi determinar o melhor valor para o fluxo de gás instilado durante a CEC. Trinta pacientes submetidos à cirurgia de pontes coronárias isoladas foram igual e randomicamente alocados em 3 grupos. O fluxo de gás instilado no oxigenador foi mantido em 1,35 l/min/m2 no grupo 1, 1,60 l/min/m2 no grupo 2 e 2,0 l/min/m2 no grupo 3. Todos os pacientes foram operados sob o mesmo regime anestésico e a mesma técnica cirúrgica. As amostras de sangue para análise dos gases foram coletadas em T1: antes da CEC; T2: 5 min após o início da CEC; T3: imediatamente antes do reaquecimento e T4: ao final do reaquecimento. Cinco minutos após o início da CEC (T2), a pCO2 caiu significativamente nos grupos 2 e 3 comparados ao grupo 1 (p<0,02). Com a adição de hipotermia (T3), as alterações do pH e da pCO2 tornaram-se mais pronunciadas e, nesse período, os níveis nos pacientes do grupo 3 ultrapassaram os limites fisiológicos, com os valores da pCO2 e do pH sendo 28±3 mmHg e 7,50±0,04 respectivamente. Ao final do período de reaquecimento (T4), apesar do aumento da produção de dióxido de carbono, os valores da pCO2 estavam abaixo dos limites fisiológicos nos grupos 2 e 3. Nós concluimos que o fluxo de gás instilado no oxigenador deve ser mantido entre 1,35 e 1,60 l/min/m2, durante a CEC, para evitar a hipocapnia, o que resulta em alcalose e tem efeitos nocivos na mecânica pulmonar, no fluxo sanguíneo cerebral e no sistema cardiovascular.
A circulação extracorpórea (CEC) é um complemento frequente da cirurgia cardíaca. Durante a CEC, o sangue dessaturado drena do átrio direito para o reservatório venoso pela linha venosa e é oxigenado por difusão do oxigênio através da membrana semi-permeável do oxigenador. A remoção do dióxido de carbono do sangue depende do fluxo de gás instilado, do coeficiente de equalização do oxigenador e da relação ventilação/perfusão (V/Q) [1]. Existe uma transição acentuada entre um fluxo de gás relativamente sensitivo e um fluxo de gás relativamente insensitivo às trocas de CO2. A transição ocorre quando o fluxo de gás instilado é aproximadamente quarenta a sessenta vezes maior que a velocidade de troca do C02 [2]. Quando o fluxo de gás instilado cai abaixo de vinte vezes a velocidade de troca do CO2, esta última torna-se altamente dependente do fluxo de gás instilado [2]. O espaço morto paralelo, que é um marcador da ineficiente ventilação, aumenta com a relação V/Q e o fluxo do gás instilado aumenta e reduz-se quando o coeficiente de equalização diminui [1]. Prévios estudos in vitro [2,3] focalizaram a relação entre o fluxo de gás instilado e a velocidade de troca do CO2. Neste estudo in vivo, nós examinamos os efeitos de três diferentes fluxos de gás instilado sobre os gases sanguíneos quando o fluxo sanguíneo é constante.
| Tabela 1. Dados demográficos e operatórios. | ||||
| Grupo 1 1,35 l/min/m2 | Grupo 2 1,60 l/min/m2 | Grupo 3 2,0 l/min/m2 | Valor de p | |
| Idade (anos) | 52,5±16,6 | 59,4±9,2 | 56,5±11,5 | ns |
| Sup. Corpórea (m2) | 1.74±.20 | 1.89±.19 | 1.88±.20 | ns |
| Tempo CEC (min) | 61±25 | 105±19 | 69±13 | ns |
| Tempo de Clamp Aorta (min) | 36±17 | 45±22 | 38±8 | ns |
| Hematocrito pre-op. | 38,3±6,1 | 37,7±3,3 | 41,4±5,4 | ns |
| ns = não significativo. | ||||
| Tabela 2. Valores dos gases sanguíneos 5 min após o início da CEC. | |||
| Grupo 1 1,35 l/min/m2 | Grupo 2 1,60 l/min/m2 | Grupo 3 2,0 l/min/m2 | |
| paH | 7,44±0,04 | 7,45±0,03 | 7,48±0,04 |
| pvH | 7,39±0,02a | 7,39±0,03 | 7,42±0,03 |
| PaO2 (mmHg) | 332±86 | 410±79 | 322±75 |
| PaCO2 (mmHg) | 39±4b,c | 35±3 | 34±4 |
| PvCO2 (mmHg) | 45±4 | 43±3 | 43±4 |
| Hematócrito (%) | 25,4±3,2 | 24,2±2,9 | 26,0±2,5 |
| ap=0,04 comparado ao grupo 3. bp=0,02 comparado ao grupo 2. cp=0,04 comparado ao grupo 3. | |||
MATERIAIS E MÉTODOS
Após a aprovação do comitê de ética, trinta pacientes sem qualquer doença sistêmica adicional, submetidos à cirurgia eletiva de pontes coronárias foram igualmente randomizados e alocados em três grupos (Tabela 1). O fluxo de gás instilado no oxigenador foi indexado à superfície corpórea e foi mantido em 1,35 l/min/m2 no grupo 1, 1,60 l/min/m2 no grupo 2 e 2,0 l/min/m2 no grupo 3. A medicação pré-anestésica usada foi o midasolam e a anestesia consistiu de uma combinação de fentanyl, midasolan e pancurônio. Após a entubação traqueal, a ventilação mecânica foi iniciada com oxigênio e nitrogênio e a anestesia foi mantida com midasolan e infusão de vecurônio e inalação de sevoflurane. Um oxigenador de membrana microporosa de fibras ocas (D 708 Simplex III; Dideco, Mirandola, Itália), foi usado para a CEC. Um volume de solução de Ringer lactato de 1.300-1.500 ml foi usado para o prime. Durante a CEC hipotérmica (320C), o fluxo da perfusão foi mantido em 2 l/min/m2, a FiO2 foi mantida em 0,6 e os valores do hematócrito, entre 25% e 30%. A adequácia da perfusão tissular durante a CEC foi avaliada pelos níveis do lactato sanguíneo, pela a diferença veno-arterial de dióxido de carbono (pv-a CO2), pela diurese e pelo nível de BE do sangue. Foram coletadas amostras para análises da gasometria em T1: antes da CEC; T2: cinco minutos após o inicio da CEC; T3: imediatamente antes do reaquecimento e T4: ao final do reaquecimento. A análise das gasometrias foi feita com um analisador ABL 700 (Radiometer, Copenhagen, Denmark) usando o protocolo alfa-stat. Os resultados foram analisados com medidas repetidas ANOVA e amostras independentes para o teste de t. A análise estatística foi realizada com o emprego do programa SPSS Statistical (SPSS, Chicago, IL). As variáveis foram consideradas significativas quando os valores de p estavam abaixo de 0,05.
| Tabela 3. Valores dos gases sanguíneos durante a hipotermia. | |||
| Grupo 1 1,35 l/min/m2 | Grupo 2 1,60 l/min/m2 | Grupo 3 2,0 l/min/m2 | |
| paH | 7,40±0,03a,b | 7,45±0,04c | 7,50±0,04 |
| pvH | 7,37±0,01b,d | 7,40±0,04 | 7,43±0,04 |
| PaO2 (mmHg) | 405±49 | 422±52 | 304±81 |
| PaCO2 (mmHg) | 37±3b,e | 32±4f | 28±3 |
| PvCO2 (mmHg) | 42±4b,d | 38±4 | 35±3 |
| Hematócrito (%) | 27,9±4,1 | 27,0±1,8 | 28,1±2,5 |
| ap=0,001comparado ao grupo 2. bp=0,001 comparado ao grupo 3. cp=0,03 comparado ao grupo 3. dp=0,03 comparado ao grupo 2. ep=0,003 comparado ao grupo 2. fp=0,003 comparado ao grupo 3. | |||
| Tabela 4. Valores dos gases sanguíneos durante o reaquecimento. | |||
| Grupo 1 1,35 l/min/m2 | Grupo 2 1,60 l/min/m2 | Grupo 3 2,0 l/min/m2 | |
| paH | 7,45±0,05 | 7,47±0,04 | 7,50±0,05 |
| pvH | 7,38±0,03a | 7,42±0,03 | 7,44±0,04 |
| PaO2 (mmHg) | 239±96 | 249±95 | 183±56 |
| PaCO2 (mmHg) | 32±4 | 28±5 | 28±5 |
| PvCO2 (mmHg) | 40±3b,c | 35±3 | 34±4 |
| Hematócrito (%) | 28,3±5,3 | 27,6±1,9 | 28,5±2,7 |
| ap=0,03 comparado ao grupo 2. bp=0,02 comparado ao grupo 2. cp=0,001 comparado ao grupo 3. | |||
RESULTADOS
Os três grupos foram comparáveis em relação à pressão parcial de oxigênio, hemoglobina e hematócrito em todos os pontos das medidas. Os valores mínimos e máximos destes parâmetros foram: PaO2 167-422 mmHg; Hb: 7,1 a 10,7 g/dl e Ht: 21% a 33%. O pH , a PCO2, a SO2 e o BE arteriais foram similares nos três grupos em T1 (p > 0,05). Os valores dos gases sanguíneos em T2, T3 e T4 são mostrados nas Tabelas 2-4. Cinco minutos após o inicio da CEC (T2), a PCO2 caiu significativamente nos grupos 2 e 3, em comparação ao grupo 1 (p < 0,02). Com a adição de hipotermia (T3), as alterações do pH e da PCO2 tornaram-se mais profundas e neste período, o grupo 3 apresentou valores de PCO2 e pH fora dos limites fisiológicos, sendo de 28 +/- 3 mmHg e 7,50 +/- 0,04, respectivamente. Ao final do período de reaquecimento (T4) , apesar da produção aumentada de dióxido de carbono, os valores da PCO2 ficaram abaixo dos limites fisiológicos dos grupos 2 e 3.
DISCUSSÃO
A velocidade das trocas de CO2 nos pulmões artificiais depende diretamente do fluxo de gás instilado. A redução do fluxo de gás instilado permite o acúmulo do CO2 no lúmen das fibras, o que eleva a pressão parcial do CO2 no lado do gás e reduz o gradiente que comanda as trocas de CO2. Durante a CEC, a redução do fluxo de gás instilado é usada para prevenir a hipocapnia e a alcalose respiratória. A PCO2 arterial é controlada pelo ajuste do fluxo de gás instilado, tipicamente entre 5 e 10 l/min. No presente, a dependência das trocas de CO2 ao fluxo é melhor compreendida sob um aspecto qualitativo. Assim, o perfusionista aumenta ou diminui o fluxo de gás por tentativas e erros.
A análise dos gases sanguíneos é realizada rotineiramente durante a CEC, para assegurar a oxigenação, os níveis de dióxido de carbono e o estado do pH apropriados. Nos dias atuais, dispositivos de monitorização in-line são usados por muitos perfusionistas. Estes dispositivos identificam alterações no estado do paciente, quase instantaneamente. Alguns perfusionistas usam indicadores da saturação de oxigênio in-line. Estes indicadores são freqüentemente colocados no lado venoso para determinar a adequácia da perfusão. Eles são simples e de baixo custo, mas não propiciam a informação fornecida por outros dispositivos mais sofisticados.
Os processos metabólicos do organismo produzem CO2, quando o O2 é utilizado. A PCO2 arterial afeta o pH do sangue. O controle da PCO2 é necessário para o manuseio adequado dos gases sanguíneos, durante a CEC. Clinicamente, se o ponto de partida for uma PCO2 de 40 mmHg, uma relação matemática pode ser demonstrada. Se a PCO2 arterial aumenta em 20 mmHg, o pH arterial vai cair 0,20. Se a PCO2 arterial cai 10 mmHg o pH vai aumentar 0,10. A alcalose ocorre quando o organismo tem um pH aumentado: ele é ocasionado por um fator respiratório ou por um fator metabólico. A alcalose respiratória é causada por grande remoção de dióxido de carbono pelo oxigenador na CEC e isto é causado pelo excesso de gás instilado para remover o CO2.
A hipocapnia, que resulta em alcalose tem efeitos maléficos na mecânica pulmonar, no fluxo sanguíneo cerebral e no sistema cardiovascular. Ambos, alcalose e hipocapnia foram apontados como capazes de aumentar a resistência pulmonar e diminuir a complacência pulmonar, especialmente na fase de saída da CEC [4,5]. Em um modelo de pulmão isolado perfundido com soluções tamponadas, Laffey et al. demonstraram que a alcalose da hipocapnia é diretamente lesiva ao pulmão e potencia a injúria pulmonar aguda induzida pela isquemia/perfusão [6].
Embora a oxigenação cerebral seja auto regulada durante a cirurgia cardíaca, antes e depois da CEC, foi demonstrado que, durante a CEC, a hemoglobina, a temperatura o pH, e a PCO2 determinam, pelo menos, 85% de todas as modificações na oxigenação cerebral e as principais causas de insuficiente oxigenação cerebral, são a redução na hemoglobina pela hemodiluição, a vasoconstrição devida à hipocapnia e o desvio para a esquerda da curva de saturação da hemoglobina na alcalose e na hipotermia [7]. Lundar et al. rápidamente alteraram a PaCO2 por períodos de um ou dois minutos pelo aumento do fluxo de gás no oxigenador de membranas e mostraram significativa reatividade do CO2 cerebral, especialmente a níveis de pressões cerebrais superiores a 35 mmHg. Este é o nível mais comum durante a CEC [8].
As variações da PaCO2 também afetam a hemodinâmica sistêmica. Foi demonstrado que a hipocapnia (PaCO2=30 mmHg) reduz significativamente o índice cardíaco em 9%, o que se associa a uma alteração inversa do índice da resistência vascular sistêmica [9]. Recentemente, Mas et al. demonstraram que a hipocapnia aguda (PaCO2 de 41 para 34 mmHg) resultou em um aumento significativo da resistência vascular sistêmica e da extração de oxigênio [10]. Em nosso estudo, a PaCO2 cai significativamente nos grupos 2 e 3 em comparação ao grupo 1 (p < 0,02) cinco minutos após o inicio da CEC (T2). A hipotermia e a perfusão prolongada acentuaram estas alterações e, no momento T3, o grupo 3 teve níveis não fisiológicos, com valores de PCO2 e pH respectivamente de 28 +/- 3mmHg e 7,5 +/- 0,04. Ao final do período de reaquecimento (T4), apesar do aumento da produção de dióxido de carbono, os valores da PCO2 estavam abaixo dos limites fisiológicos nos grupos 2 e 3. Curiosamente, neste período os valores da PCO2 e do pH venosos estavam dentro dos limites fisiológicos. Por esta razão a monitorização contínua dos gases sanguíneos venosos pode ser imprecisa, especialmente durante o período de reaquecimento.
A principal limitação deste estudo parece ser o uso de um especifico modelo de oxigenador (D 708 Simplex III; Dideco). Entretanto, Federspiel e Hattler apresentaram uma análise simples e o resultado gráfico para caracterizar o efeito do fluxo de gás instilado sobre o intercâmbio de CO2 nos pulmões artificiais [2]. A análise e suas aplicações não requerem detalhado conhecimento do lado do sangue ou das características de transferência de massa da membrana dos oxigenadores e nem dos trajetos do fluxo de gás e do fluxo de sangue no interior do aparelho. Também não são necessárias a matemática detalhada ou o modelo computadorizado dos processos de transporte que ocorrem no interior do dispositivo. De preferência, a análise explora uma normalização útil para, simplesmente, correlacionar as trocas de CO2 nos pulmões artificiais ao fluxo de gás instilado, independente de fluxos específicos do dispositivo e das complexidades da transferência de massa. Assim, embora um modelo específico de oxigenador seja usado, as recomendações obtidas desse estudo para o fluxo de gás instilado podem ser universalmente aplicadas a todos os oxigenadores de membranas.
Nós concluímos que o fluxo de gás instilado no oxigenador deve ser mantido entre 1,35 e 1,60 l/min/m2 durante a CEC, para evitar a hipocapnia, que resulta em alcalose e tem um efeito prejudicial sobre a mecânica pulmonar, o fluxo sanguíneo cerebral e o sistema cardiovascular.
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