ABSTRACT Objective: To characterize the pressures, resistances, oxygenation, and decarboxylation efficacy of two oxygenators associated in series or in parallel during venous-venous extracorporeal membrane oxygenation support. Methods: Using the results of a swine severe respiratory failure associated with multiple organ dysfunction venous-venous extracorporeal membrane oxygenation support model and mathematical modeling, we explored the effects on oxygenation, decarboxylation and circuit pressures of in-parallel and in-series associations of oxygenators. Results: Five animals with a median weight of 80kg were tested. Both configurations increased the oxygen partial pressure after the oxygenators. The return cannula oxygen content was also slightly higher, but the impact on systemic oxygenation was minimal using oxygenators with a high rated flow (~ 7L/minute). Both configurations significantly reduced the systemic carbon dioxide partial pressure. As the extracorporeal membrane oxygenation blood flow increased, the oxygenator resistance decreased initially with a further increase with higher blood flows but with a small clinical impact. Conclusion: Association of oxygenators in parallel or in series during venous-venous extracorporeal membrane oxygenation support provides a modest increase in carbon dioxide partial pressure removal with a slight improvement in oxygenation. The effect of oxygenator associations on extracorporeal circuit pressures is minimal.

RESUMO Objetivo: Caracterizar as pressões, as resistências, a oxigenação e a eficácia da descarboxilação de dois oxigenadores associados em série ou em paralelo durante o suporte com oxigenação veno-venosa por membrana extracorpórea. Métodos: Usando os resultados de insuficiência respiratória grave em suínos associada à disfunção de múltiplos órgãos, ao modelo de suporte com oxigenação por membrana extracorpórea veno-venosa e à modelagem matemática, exploramos os efeitos na oxigenação, descarboxilação e pressões do circuito de associações de oxigenadores em paralelo e em série. Resultados: Testaram-se cinco animais com peso mediano de 80kg. Ambas as configurações aumentaram a pressão parcial de oxigênio após os oxigenadores. O teor de oxigênio da cânula de retorno também foi ligeiramente maior, mas o efeito na oxigenação sistêmica foi mínimo, usando oxigenadores com alto fluxo nominal (~ 7L/minuto). Ambas as configurações reduziram significativamente a pressão parcial de dióxido de carbono sistêmico. Como o fluxo sanguíneo na oxigenação por membrana extracorpórea aumentou, a resistência do oxigenador diminuiu inicialmente, com aumento posterior, com fluxos sanguíneos mais altos, mas pouco efeito clínico. Conclusão: A associação de oxigenadores em paralelo ou em série durante o suporte com oxigenação veno-venosa por membrana extracorpórea proporciona um modesto aumento na depuração da pressão parcial de dióxido de carbono, com leve melhora na oxigenação. O efeito das associações de oxigenadores nas pressões de circuitos extracorpóreos é mínimo.

RESUMO Objetivo: A evidência de melhora da sobrevivência com uso de oxigenação por membrana extracorpórea na síndrome do desconforto respiratório agudo ainda permanece incerta. Métodos: Esta revisão sistemática e metanálise foi registrada na base de dados PROSPERO com o número CRD-42018098618. Conduzimos uma busca estruturada nas bases Medline, LILACS e ScienceDirect visando a ensaios randomizados e controlados que tivessem avaliado o uso de oxigenação por membrana extracorpórea associada com ventilação mecânica (ultra)protetora em pacientes adultos com síndrome do desconforto respiratório agudo grave. Utilizamos a ferramenta de riscos de viés da Cochrane para avaliar a qualidade da evidência. O desfecho primário consistiu em avaliar o efeito do uso oxigenação por membrana extracorpórea no último relato de mortalidade. Os desfechos secundários foram: falha terapêutica, tempo de permanência no hospital e necessidade de terapia de substituição renal em ambos os grupos. Resultados: Incluíram-se na metanálise dois ensaios randomizados e controlados, compreendendo 429 pacientes, dos quais 214 receberam suporte respiratório extracorpóreo. A razão mais comum para a insuficiência respiratória foi pneumonia (60% - 65%). O suporte respiratório com oxigenação por membrana extracorpórea foi associado a uma redução na mortalidade e redução em falha terapêutica com taxas de risco (RR: 0,76; IC95% 0,61 - 0,95; RR: 0,68; IC95% 0,55 - 0,85, respectivamente). O uso de oxigenação por membrana extracorpórea reduziu a necessidade de terapia de substituição renal com uma RR de 0,88 (IC95% 0,77 - 0,99). O tempo de permanência na unidade de terapia intensiva e no hospital foram maiores no grupo de pacientes que recebeu suporte com oxigenação por membrana extracorpórea, com acréscimo de 14,84 (P25°-P75°: 12,49 - 17,18) e 29,80 (P25°- P75°: 26,04 - 33,56) dias, respectivamente. Conclusão: O suporte com oxigenação por membrana extracorpórea na síndrome do desconforto respiratório agudo grave está associado a uma redução da taxa de mortalidade e da necessidade de terapia de substituição renal, porém apresenta aumento substancial no tempo de permanência na unidade de terapia intensiva e no hospital. Nossos resultados podem ajudar no processo decisório junto ao leito quanto ao início do suporte com oxigenação por membrana extracorpórea na síndrome do desconforto respiratório agudo grave.

ABSTRACT Objective: The evidence of improved survival with the use of extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) in acute respiratory distress syndrome is still uncertain. Methods: This systematic review and meta-analysis was registered in the PROSPERO database with the number CRD-42018098618. We performed a structured search of Medline, Lilacs, and ScienceDirect for randomized controlled trials evaluating the use of ECMO associated with (ultra)protective mechanical ventilation for severe acute respiratory failure in adult patients. We used the Cochrane risk of bias tool to evaluate the quality of the evidence. Our primary objective was to evaluate the effect of ECMO on the last reported mortality. Secondary outcomes were treatment failure, hospital length of stay and the need for renal replacement therapy in both groups. Results: Two randomized controlled studies were included in the meta-analysis, comprising 429 patients, of whom 214 were supported with ECMO. The most common reason for acute respiratory failure was pneumonia (60% - 65%). Respiratory ECMO support was associated with a reduction in last reported mortality and treatment failure with risk ratios (RR: 0.76; 95%CI 0.61 - 0.95 and RR: 0.68; 95%CI 0.55 - 0.85, respectively). Extracorporeal membrane oxygenation reduced the need for renal replacement therapy, with a RR of 0.88 (95%CI 0.77 - 0.99). Intensive care unit and hospital lengths of stay were longer in ECMO-supported patients, with an additional P50th 14.84 (P25th - P75th: 12.49 - 17.18) and P50th 29.80 (P25th - P75th: 26.04 - 33.56] days, respectively. Conclusion: Respiratory ECMO support in severe acute respiratory distress syndrome patients is associated with a reduced mortality rate and a reduced need for renal replacement therapy but a substantial increase in the lengths of stay in the intensive care unit and hospital. Our results may help bedside decision-making regarding ECMO initiation in patients with severe respiratory distress syndrome.

RESUMO Objetivo: Descrever a transferência de energia do ventilador mecânico para os pulmões; o acoplamento entre a transferência de oxigênio por oxigenação por membrana extracorpórea venovenosa (ECMO-VV) e o consumo de oxigênio do paciente; a remoção de dióxido de carbono com ECMO; e o efeito potencial da oxigenação venosa sistêmica na pressão arterial pulmonar. Métodos: Modelo matemático com cenários hipotéticos e utilização de simulações matemáticas por computador. Resultados: A transição de ventilação protetora para ventilação ultraprotetora em um paciente com síndrome da angústia respiratória aguda grave e complacência respiratória estática de 20mL/cmH2O reduziu a transferência de energia do ventilador para os pulmões de 35,3 para 2,6 joules por minuto. Em um paciente hipotético, hiperdinâmico e ligeiramente anêmico com consumo de oxigênio de 200mL/minuto, é possível atingir saturação arterial de oxigênio de 80%, ao mesmo tempo em que se mantém o equilíbrio entre a transferência de oxigênio pela ECMO e o consumo de oxigênio do paciente. O dióxido de carbono é facilmente removido e a pressão parcial de dióxido de carbono normal é facilmente obtida. A oxigenação do sangue venoso, por meio do circuito da ECMO, pode direcionar o estímulo da pressão parcial de oxigênio na vasoconstrição pulmonar por hipóxia para valores normais. Conclusão: A ventilação ultraprotetora reduz amplamente a transferência de energia do ventilador para os pulmões. A hipoxemia grave no suporte com ECMO-VV pode ocorrer, a despeito do acoplamento entre a transferência de oxigênio, por meio da ECMO, e o consumo de oxigênio do paciente. A faixa normal de pressão parcial de dióxido de carbono é fácil de atingir. O suporte com ECMO-VV potencialmente alivia a vasoconstrição pulmonar hipóxica.

ABSTRACT Objective: To describe (1) the energy transfer from the ventilator to the lungs, (2) the match between venous-venous extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) oxygen transfer and patient oxygen consumption (VO2), (3) carbon dioxide removal with ECMO, and (4) the potential effect of systemic venous oxygenation on pulmonary artery pressure. Methods: Mathematical modeling approach with hypothetical scenarios using computer simulation. Results: The transition from protective ventilation to ultraprotective ventilation in a patient with severe acute respiratory distress syndrome and a static respiratory compliance of 20mL/cm H2O reduced the energy transfer from the ventilator to the lungs from 35.3 to 2.6 joules/minute. A hypothetical patient, hyperdynamic and slightly anemic with VO2 = 200mL/minute, can reach an arterial oxygen saturation of 80%, while maintaining the match between the oxygen transfer by ECMO and the VO2 of the patient. Carbon dioxide is easily removed, and normal PaCO2 is easily reached. Venous blood oxygenation through the ECMO circuit may drive the PO2 stimulus of pulmonary hypoxic vasoconstriction to normal values. Conclusion: Ultraprotective ventilation largely reduces the energy transfer from the ventilator to the lungs. Severe hypoxemia on venous-venous-ECMO support may occur despite the matching between the oxygen transfer by ECMO and the VO2 of the patient. The normal range of PaCO2 is easy to reach. Venous-venous-ECMO support potentially relieves hypoxic pulmonary vasoconstriction.

RESUMO Objetivo: Caracterizar pacientes graves transportados em suporte respiratório ou cardiovascular extracorpóreo. Métodos: Descrição de uma série de 18 casos registrados no Estado de São Paulo. Todos os pacientes foram consecutivamente avaliados por uma equipe multidisciplinar no hospital de origem. Os pacientes foram resgatados, sendo a oxigenação por membrana extracorpórea instalada in loco. Os pacientes foram, então, transportados para os hospitais referenciados já em oxigenação por membrana extracorpórea. Os dados foram recuperados de um banco de dados prospectivamente coletado. Resultados: De 2011 até 2017, 18 pacientes com 29 (25 - 31) anos, SAPS3 de 84 (68 - 92), com principais diagnósticos de leptospirose e influenza A (H1N1) foram transportados no Estado de São Paulo para três hospitais referenciados. Uma distância mediana de 39 (15 - 82) km foi percorrida em cada missão, em um tempo de 360 (308 - 431) minutos. As medianas de um (0 - 2) enfermeiro, três (2 - 3) médicos e um (0 - 1) fisioterapeuta foram necessárias por missão. Dezessete transportes foram realizados por ambulância e um por helicóptero. Existiram intercorrências: em duas ocasiões (11%), houve falha de fornecimento de energia para a bomba e, em duas ocasiões, queda da saturação de oxigênio < 70%. Treze pacientes (72%) sobreviveram para a alta hospitalar. Dos pacientes não sobreviventes, dois tiveram morte encefálica; dois, disfunção de múltiplos órgãos; e um, fibrose pulmonar considerada irreversível. Conclusões: O transporte com suporte extracorpóreo ocorreu sem intercorrências maiores, com uma sobrevida hospitalar alta dos pacientes.

ABSTRACT Objective: To characterize the transport of severely ill patients with extracorporeal respiratory or cardiovascular support. Methods: A series of 18 patients in the state of São Paulo, Brazil is described. All patients were consecutively evaluated by a multidisciplinary team at the hospital of origin. The patients were rescued, and extracorporeal membrane oxygenation support was provided on site. The patients were then transported to referral hospitals for extracorporeal membrane oxygenation support. Data were retrieved from a prospectively collected database. Results: From 2011 to 2017, 18 patients aged 29 (25 - 31) years with a SAPS 3 of 84 (68 - 92) and main primary diagnosis of leptospirosis and influenza A (H1N1) virus were transported to three referral hospitals in São Paulo. A median distance of 39 (15 - 82) km was traveled on each rescue mission during a period of 360 (308 - 431) min. A median of one (0 - 2) nurse, three (2 - 3) physicians, and one (0 - 1) physical therapist was present per rescue. Seventeen rescues were made by ambulance, and one rescue was made by helicopter. The observed complications were interruption in the energy supply to the pump in two cases (11%) and oxygen saturation < 70% in two cases. Thirteen patients (72%) survived and were discharged from the hospital. Among the nonsurvivors, there were two cases of brain death, two cases of multiple organ dysfunction syndrome, and one case of irreversible pulmonary fibrosis. Conclusions: Transportation with extracorporeal support occurred without serious complications, and the hospital survival rate was high.