avaliação clínica de um oxigenador de membrana de

AVALIAÇÃO CLÍNICA DE UM
OXIGENADOR DE MEMBRANA
DE BAIXO VOLUME DE
ENCHIMENTO ("PRIMING")
J. F. Biscegli*, A. J. P. Andrade*, P. P.
Paulista*, S. A. Oliveira***, L. C. B. Souza, **
J. Leme*, R. M. Toffano****, B. Piccini****
*
Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia - São Paulo; ** Hospital do Coração Associação
Sanatório Sírio - São Paulo; *** Benemérita Beneficência Portuguesa de São Paulo - São
Paulo; **** Nipro Medical Ltda. - São Paulo.
RESUMO
Uma nova geração de oxigenadores de membrana de fibra oca capilar Vital (Nipro,
São Paulo, Brasil) foi desenvolvida e testada. A proposta deste estudo foi avaliar a
performance operacional deste oxigenador sobre condições clínicas e analisar os
resultados obtidos em relação às rotinas da perfusão, comparando com os limites
fisiológicos de pacientes em circulação extracorpórea, durante uma cirurgia
cardíaca.Seguindo as rotinas aprovadas nas instituições que se dispuseram a realizar
as avaliações e os consentimentos informados obtidos de 32 pacientes randomizados,
o oxigenador Vital foi utilizado nos procedimentos cirúrgicos com pacientes adultos,
sem grupo de exclusão por patologia. Os parâmetros do estudo foram agrupados nas
seguintes categorias: hematológicos, hemodinâmicos, performance do oxigenador e
dados pós-operatórios. Todos os pacientes receberam anestesias cirúrgicas idênticas
e cuidados pós-operatórios iguais. Os oxigenadores foram utilizados dentro de seu
fluxo de sangue preconizado de 1,0 a 7,0 L/min, oferecendo baixo volume de
enchimento ("priming") da câmara de oxigenação.Não foram observadas diferenças
estatísticas entre os pacientes submetidos ao grupo do oxigenador Vital comparado
com os demais tipos de oxigenadores utilizados nas rotinas dos procedimentos
cirúrgicos das instituições envolvidas.PALAVRAS-CHAVE: Oxigenador de sangue,
cirurgia cardíaca, circulação extracorpórea.
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento estratégico de uma nova família de oxigenadores de membrana
e, neste caso, do tamanho para pacientes adultos deve levar em conta as novas
demandas como: técnicas cirúrgicas, aumento da idade média dos pacientes
submetidos à circulação extracorpórea (CEC) prolongada. O surgimento de novos
materiais e superfície sintéticos nos processos de manufatura dos oxigenadores, bem
como a substituição e ou eliminação de materiais como o silicone antiespumante e as
esponjas de poliuretano, refletem um esforço para melhorar a biocompatibilidade e
minimizar os distúrbios ao fluxo de sangue associados à CEC. As exigências
relacionadas ao projeto do oxigenador Vital (Nipro Medical Ltda., São Paulo, Brasil)
visaram minimizar a dinâmica das forças de "shear stress" no movimento da
passagem do sangue pela câmara de oxigenação (1, 2), bem como áreas de
estagnação do sangue, pois ambas promovem danos celulares e acelulares aos
elementos do sangue. Todavia, a capacidade do oxigenador em transferir o gás em
sua câmara de oxigenação é uma característica importante e determinou sua
utilização clínica (3). Outra exigência de projeto e de fabricação deste aparelho foi
garantir os demais requisitos como custo e processos de produção.
Esta nova geração de oxigenadores de membrana capilar foi introduzida na cirurgia
cardíaca brasileira, em 2001, pela Nipro Medical e, a partir de então, em vários países
na Europa, Ásia e Oriente Médio.As principais inovações introduzidas na família dos
oxigenadores Vital foram baseadas no seu desenho que possui uma câmara de
oxigenação muito simples com baixo "shear stress" e um trocador de calor alocado
dentro de seu reservatório venoso, trabalhando como trocador de calor de passagem
sem seqüestro de volume de sangue ("priming"). A eliminação das esponjas de
poliuretana e, em conseqüência, o silicone antiespumante da linha de sangue venoso,
permitiu separar fisicamente esta linha das linhas de sangue aspirado.Os dados das
avaliações "In Vitro" do projeto foram disponibilizados para a comunidade médica do
Brasil, de modo a dar sustentabilidade à avaliação clínica do oxigenador Vital em
cirurgias cardiopulmonares.
A decisão de incorporar um novo oxigenador na prática clínica deve ser tomada por
análises quantitativas das características mecânicas e de custo efetivo do produto.
Recentemente autores sugerem modelos para avaliações de oxigenadores para
garantir sua prática clínica (2,5).As duas chaves para estas avaliações incluem a
determinação de um sistema de acuracidade na eficiência terapêutica e no impacto
econômico (4). Nesta linha de raciocínio é que foi conduzida a avaliação clínica do
oxigenador de membrana adulto Vital (Nipro Medical, São Paulo, Brasil).
MATERIAIS E MÉTODOS
Descrição do oxigenador
O oxigenador de membrana adulto Vital, como outros oxigenadores de membrana de
última geração, é definido por inovações introduzidas em novo conceito e desenho (5).
Resumidamente, o oxigenador Vital foi desenhado para reduzir, tanto quanto fosse
possível, o seu volume de "priming" na câmara de oxigenação, removendo o trocador
de calor da junção com a câmara de oxigenação e introduzindo-o dentro do
reservatório venoso. Este conceito visa também a redução da superfície de contato
entre o sangue e partes do corpo do oxigenador. O oxigenador Vital removeu as
esponjas de poliuretana siliconizada do contato com o sangue venoso da linha de
drenagem das cavas, e introduziu um pré-filtro de poliéster de 105 µm de porosidade
para uma eventual remoção de ar das linhas de cava.
A membrana de fibra oca capilar tem as dimensões de 380 µm diâmetro externo e 50
µm de espessura de parede. As fibras na câmara de oxigenação são paralelas,
amarradas entre si em forma de esteiras e em dupla camada com inclinação de 6° em
sentido oposto, tal que as fibras de uma camada estão a 12° de inclinação em relação
às da outra camada.O oxigenador adulto Vital permite faixa de fluxo operacional de 1,0
a 7,0 L/min de sangue e fluxo máximo da mistura gás/sangue de até 14 L/min. A
modificação na câmara de oxigenação, com a remoção do trocador de calor e o uso
de fibras em dupla camada com inclinações de 6° opostas, permitiu uma otimização na
capacidade de oxigenação do novo desenho (6).Com o novo arranjo das fibras na
câmara de oxigenação, a área efetiva total de troca gasosa nas fibras ficou em 1,9 m2
e com o menor volume de "priming" entre todos os oxigenadores disponíveis - 180 ml.
Protocolo de estudo
Um grupo de 32 pacientes, sem exclusão do tipo de patologia, foi designado para a
avaliação clínica em três grandes hospitais com procedimentos de cirurgia cardíaca,
na cidade de São Paulo, Brasil, mostrados na Tabela 1.
As instituições revisaram o protocolo de avaliação clínica através dos médicos chefes
de cada grupo cirúrgico e obtiveram o consentimento informado dos pacientes
submetidos a uma primeira cirurgia cardíaca, incluídos neste estudo.
•
•
•
Idade: 15 a 83 anos;
Peso: 46,5 a 113 Kgf;
Mulheres: 15; homens: 17.
Todos os pacientes foram operados por cirurgiões chefes de cada grupo
cirúrgico com anestesias idênticas e os mesmos cuidados pós-operatórios de
rotina em cada Hospital.O circuito de extracorpórea obedeceu aos padrões
usados pelas perfusionistas de cada grupo cirúrgico, e as bombas de sangue
foram as peristálticas das máquinas de CEC. Os conjuntos de tubos e os filtros
arteriais foram também fornecidos pela Nipro Medical.O volume total da
solução de "priming" foi de 1200 ml a 2000 ml balanceado no perfusato em:
•
Solução cristalóide 9% (3 casos)
Diluição parcial - sangue+soro fisiológico 3% (1 caso)
•
Colóide - soro fisiológico+albumina 3% (1 caso)
•
Durante a CEC a pressão arterial foi mantida entre 70 e 90 mmHg, com relação de
fluxo de 2 a 2,4 L/min/m2. Foram utilizados normotermia nos casos de "Coronary
Arterial Bypass Grafting" (CABG) (32°C) e hipotermia moderada para as outras
patologias, de acordo com o caso cirúrgico (26 a 28°C).A cardioplegia com sangue foi
utilizada na relação 4:1, sangue solução, (24 a 28 mEq/L) de acordo com a técnica de
cada grupo cirúrgico, mostrado na Tabela 2.
Dados Laboratóriais
Adicional às análises padrões de laboratório, foram feitas as medidas de Tempo de
Protrombina (TP) pré e pós-operatório, Tempo de Tromboplatina Parcial Ativado
(TTPA), contagem de plaquetas, nível de fribrinogênio, complemento total (CH100) no
pós-operatório, com 10 minutos protamina para reversão e retorno do Tempo de
Coagulação Ativado (TCA), mostrado na Tabela 3.
A heparinização usada foi de (400 U/kgf de peso corporal) para manter o TCA acima
de 600 segundos. No final da cirurgia e da CEC, a reversão da Heparina foi feita com
Protamina (1 mg para cada 100 U de Heparina total administrada) para retornar a
coagulação normal.
Eficiência do oxigenador
A evolução dos oxigenadores de membrana sempre procurou contemplar uma boa
troca gasosa com a menor área efetiva de fibras para reduzir a área de contato. A
transferência de oxigênio é calculada pelo princípio de FICK modificado:
Transferência de oxigênio (ml/min) = [(SaO2 - SvO2) x (Hb x 1,34) x Qb x 10]
Onde: SaO2 - saturação arterial da hemoglobina
SvO2 - saturação venosa da hemoglobina
Hb - concentração da hemoglobina (mg/dl)
Qb - fluxo da bomba em L/min
10 - é a conversão de mlO2/dl para mlO2/L
Após o enchimento do oxigenador e a remoção de todo ar no circuito interno com
solução cristalóide, efetuou-se a recirculação com 4 L/min durante 10 minutos, com a
linha de gás ventilando a 1 L/min, este é considerado o tempo pré operatório do
circuito de CEC. A primeira amostra de gasometria foi proposta para 15 minutos de
CEC, a segunda aos 30 minutos e a última antes da saída de perfusão aqui
identificados como Tempo 2, 3 e 4, respectivamente.Os parâmetros monitorados nos
oxigenadores foram: concentração do O2 usado no misturador de O2+ar; temperatura
do sangue nos pontos arterial e venoso do oxigenador e a temperatura da água de
circulação no trocador de calor, através do sistema de ajuste e leitura da máquina de
circulação extracorpórea, respeitando a diferença de no máximo 10°C entre o sangue
e a água e o limite superior de 42°C da água circulante. A gasometria PO2 e PCO2
(pressões parciais de O2 e CO2) e o Ht (hematócrito) também foram avaliados. A
pressão trans membrana (PTM) foi calculada medindo a pressão de entrada (PE) e
saída (PS) na câmara de oxigenação do oxigenador Vital:
PTM = PE - PS (mmHg)
O fator de "performance" do trocador de calor (FP) foi calculado pela equação:
FP = (Tse - Tss) / (Tse - Tae)
Onde: Tse - temperatura de sangue na entrada (°C)
Tss - temperatura de sangue na saída (°C)
Tae - temperatura da água na entrada (°C)
RESULTADOS
Trinta e dois pacientes foram submetidos ao uso clínico do oxigenador de membrana
Vital. Todos os oxigenadores foram montados no circuito de CEC. A feitura do
"priming" e a remoção de ar do circuito
obedeceram aos procedimentos padrões
estabelecidos no protocolo do
estudo.Não foram registradas
complicações com os 32 pacientes nem
qualquer tipo de morbidade que pudesse
ter relação com o uso do oxigenador
Vital.
Os dados relacionados ao tipo de
patologia e distribuição da patologia são mostrados na figura 1, que ilustra o gráfico de
distribuição de patologias, com predominância nas cirurgias coronárias (50%), seguido
pela valvular (28%).A tabela 3 lista os 32 oxigenadores Vital distribuídos nos três
hospitais, associados aos dados dos pacientes e patologias, sendo que no Instituto
Dante Pazzanese de Cardiologia e no Hospital Beneficência Portuguesa foram usados
11 oxigenadores e no Hospital do Coração, 10 oxigenadores.Na tabela 4 estão os
dados da perfusão separados por limites mínimo, máximo e médio encontrados para
os 32 pacientes. O paciente com mais tempo
de CEC esteve em perfusão por 153 minutos e o de menor tempo de CEC foi de 25
minutos, com uma média de 82,4 minutos. O tempo de aquecimento variou de 9 a 38
minutos, com uma média de 22,2 minutos, e a menor temperatura de hipotermia foi de
17,4°C. Os limites de Ht pós CEC variaram de 18 a 48%, com uma média de
38,1%.Os casos cirúrgicos que utilizaram hemoconcentrador ao final da cirurgia
removeram de 300 a 2300 ml de soro, com uma média de 1191,7 ml. Finalmente, o
"priming" para o preenchimento total do oxigenador Vital variou de 1200 a 2000 ml,
com uma média de 1504,7 ml.
DISCUSSÃO
O desenvolvimento do oxigenador de membrana Vital foi submetido, em primeira
instância, a uma avaliação exaustiva em laboratório, teste "In Vitro", seguido por
avaliações experimentais com bezerros e, finalmente, após estes experimentos, foi
submetido a esta avaliação clínica com 32 pacientes em 3 hospitais. Os estudos em
laboratório "In Vitro" permitiram conhecer em detalhes todos os parâmetros funcionais
do oxigenador Vital, de modo a registrar, controlar e analisar estes dados frente aos
parâmetros esperados para um oxigenador para pacientes adultos (7, 8).Embora
existam controvérsias sobre os resultados obtidos nestes testes "In Vitro" de acordo
com os padrões internacionais, outros autores acordam serem os testes "In Vivo"
experimentais melhores para determinar os parâmetros funcionais de um oxigenador
(3, 11, 12).
Em razão do desenho simplificado no circuito da câmara de oxigenação do
oxigenador Vital, foi possível uma significativa redução em seu "priming", com uma
eficiência sustentável e homogênea na capacidade de troca gasosa entre o início e o
final da CEC. O baixo "shear stress" ( ) obtido nos cálculos durante o projeto da
câmara do oxigenador Vital e a baixa pressão transmembrana (PTM) estão suportados
pelo desenho do circuito simplificado na câmara sendo apenas um cilindro com fluxo
de sangue fluindo pelas geratrizes deste cilindro.Diversos autores que examinaram
estas duas grandezas (PTM e ) em diversas situações afirmam que a PTM não se
correlaciona com o e a hemólise, porque as dimensões da câmara do oxigenador
(raio e comprimento) devem ser levados em consideração no projeto dos diferentes
oxigenadores (6, 9, 11, 13). Isto é, o desenho da câmara de oxigenação que tem um
circuito hemodinâmico mais simplificado causa menor , isto porque tem menor
resistência interna à passagem de sangue.
As câmaras de oxigenação do oxigenador Vital, quando considerados seu raio e
comprimento, e seu desenho sem o trocador de calor acoplado permitiram no cálculo
do um valor bastante inferior aos demais oxigenadores (14).Considerando todos os
aspectos construtivos, projeto, desenho e conceito do oxigenador Vital e seus
resultados da avaliação clínica, endossado pelo aceite das perfusionistas e médicos
que participaram e registraram os dados funcionais do oxigenador Vital, permitiram a
aprovação do oxigenador Vital para uso clínico.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. DESOMER, F; FOUBERT, L; VANACKRE, M. et al. Impact of Oxygenator Design on Hemolysis,
Shear Stress and White Blood Cell and Platelet Counts. J. Cardiothorac Vasc Anesth 1996; 10;884-89
2. BEARSS, M.G. The Relationship Between Membrane Oxygenator Blood Path Pressure Drop and
Hemolysis: an In Vitro Evaluation. J. Extra-corp Technol 1993; 25 87-92
3. FRIED D.W; BELL-THOMPSON J. Oxygen Transfer Efficiency of Three Microporus Polypropylene
Membrane Oxygenators. Perfusion 1991; 6105-14
4. SPACKMAN T.N. A Theoretical Evaluation of Cost-Effectiveness of Pulmonary Array Catheters in
Patients Undergoing Coronary Artery Surgery J. Cardiothorac Vasc Anesth 1994; 8:510-76
5. BECKLLEY, P.D; MORRIS, S.M; SMITH, J.J. McNAMARA, J.L; NOVAK, J.A. Comparison of the
Performance Characteristics of Three Generations of Membrane Oxygenators: Univox, Univox Gold and
Spirac Gold. Perfusion, 1996; 11:61-70
6. GAYLOR ,J.D.S; HICKEY, S; BELL, G; PEI, J.M. Membrane Oxygenators: Influence of Design of Five
Membrane Oxygenators. Perfusion 1994, 9:357-33
7. MEHRA, A.P; AKINS, A; MAISURIA, A; GLENVILLE, B.E. Air Handling Characteristics of Five
Membrane Oxygenators. Perfusion 1990; 5:117-33
8. GOURBY, T; FLEMING, J; TAYLOR, K.M; ASLAM, M. Evaluation of a Range of Extracorporeal
Membrane Oxygenators. Perfusion 1990; 5:117-33
9. INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARRIZATION. ISO/CD 7199. BLOOD_GAS
EXCHANGERS (Oxygenators) 1990. Document ISO/TC ISO/SC2.
10. FRIED, D.W; DE BENEDETTO, B.N; LEO, J.J. Rethinking the AAMJ/ISO "International Standard" for
Oxygen Transfer Performance of Artificial Lungs. Perfusion 1994; 9:335-42
11. NOWAK, J; POLS, G; BRANDS, W; ROSSEEL, P. Clinical of the Bentley Univox Membrane
Oxygenator. Perfusion 1992; 7:59-65
12. FRIED, D.W; BELL-THOMSON, J. Oxygen Transfer Performance of a New Sarns Membrane
Oxygenator. Perfusion 1992; 7:263-71
13. ALFRED H. S; LANCE, W. F; ANSELMO, A; ZUORUI, Song and Timothy Galbraith. Clinical Evaluation
of a New Generation Membrane Oxygenator: A Prospective Randomized Study. Perfusion 1998; 13:165175
14. BEN F. BRIAN, PhD. Comparative Analysis of Shear Stress and Pressure Drop in Membrane
Oxigenators. Senior Research Engineer Cobe Cardiovascular. Arvada, Colorado.