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: Identificar apresentações mais graves de COVID-19. Métodos: Pacientes consecutivamente admitidos à unidade de terapia intensiva foram submetidos à análise de clusters por meio de método de explorações sequenciais Resultados: Analisamos os dados de 147 pacientes, com média de idade de 56 ± 16 anos e Simplified Acute Physiological Score 3 de 72 ± 18, dos quais 103 (70%) demandaram ventilação mecânica e 46 (31%) morreram na unidade de terapia intensiva. A partir do algoritmo de análise de clusters, identificaram-se dois grupos bem definidos, com base na frequência cardíaca máxima [Grupo A: 104 (IC95% 99 - 109) batimentos por minuto versus Grupo B: 159 (IC95% 155 - 163) batimentos por minuto], frequência respiratória máxima [Grupo A: 33 (IC95% 31 - 35) respirações por minuto versus Grupo B: 50 (IC95% 47 - 53) respirações por minuto] e na temperatura corpórea máxima [Grupo A: 37,4 (IC95% 37,1 - 37,7)ºC versus Grupo B: 39,3 (IC95% 39,1 - 39,5)ºC] durante o tempo de permanência na unidade de terapia intensiva, assim como a proporção entre a pressão parcial de oxigênio no sangue e a fração inspirada de oxigênio quando da admissão à unidade de terapia intensiva [Grupo A: 116 (IC95% 99 - 133) mmHg versus Grupo B: 78 (IC95% 63 - 93) mmHg]. Os subfenótipos foram distintos em termos de perfis inflamatórios, disfunções orgânicas, terapias de suporte, tempo de permanência na unidade de terapia intensiva e mortalidade na unidade de terapia intensiva (com proporção de 4,2 entre os grupos). Conclusão: Nossos achados, baseados em dados clínicos universalmente disponíveis, revelaram dois subfenótipos distintos, com diferentes evoluções de doença. Estes resultados podem ajudar os profissionais de saúde na alocação de recursos e seleção de pacientes para teste de novas terapias.

Abstract Objective: To identify more severe COVID-19 presentations. Methods: Consecutive intensive care unit-admitted patients were subjected to a stepwise clustering method. Results: Data from 147 patients who were on average 56 ± 16 years old with a Simplified Acute Physiological Score 3 of 72 ± 18, of which 103 (70%) needed mechanical ventilation and 46 (31%) died in the intensive care unit, were analyzed. From the clustering algorithm, two well-defined groups were found based on maximal heart rate [Cluster A: 104 (95%CI 99 - 109) beats per minute versus Cluster B: 159 (95%CI 155 - 163) beats per minute], maximal respiratory rate [Cluster A: 33 (95%CI 31 - 35) breaths per minute versus Cluster B: 50 (95%CI 47 - 53) breaths per minute], and maximal body temperature [Cluster A: 37.4 (95%CI 37.1 - 37.7)°C versus Cluster B: 39.3 (95%CI 39.1 - 39.5)°C] during the intensive care unit stay, as well as the oxygen partial pressure in the blood over the oxygen inspiratory fraction at intensive care unit admission [Cluster A: 116 (95%CI 99 - 133) mmHg versus Cluster B: 78 (95%CI 63 - 93) mmHg]. Subphenotypes were distinct in inflammation profiles, organ dysfunction, organ support, intensive care unit length of stay, and intensive care unit mortality (with a ratio of 4.2 between the groups). Conclusion: Our findings, based on common clinical data, revealed two distinct subphenotypes with different disease courses. These results could help health professionals allocate resources and select patients for testing novel therapies.

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: Avaliar o custo-efetividade da inserção de cateter venoso central guiada por ultrassonografia em tempo real, em comparação com a técnica tradicional, que é baseada na técnica de reparos anatômicos externos, sob a perspectiva da fonte pagadora. Métodos: Uma simulação teórica, baseada em dados de literatura internacional foi aplicada ao contexto brasileiro, ou seja, ao Sistema Único de Saúde (SUS). Foi estruturada uma árvore de decisão, que apresentava as duas técnicas para inserção de cateter venoso central: ultrassonografia em tempo real versus reparos anatômicos externos. As probabilidades de falha e complicações foram extraídas de uma busca nas bases PubMed e Embase, e os valores associados ao procedimento e às complicações foram extraídos de pesquisa de mercado e do Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde (DATASUS). Cada alternativa de passagem do cateter venoso central teve um custo calculado por meio do seguimento de cada um dos possíveis caminhos da árvore de decisão. A razão de custo-efetividade incremental foi calculada considerando-se a divisão do custo incremental médio da técnica de ultrassonografia em tempo real comparada à técnica de reparos anatômicos externos pelo benefício incremental médio, em termos de complicações evitadas. Resultados: O custo final médio avaliado pela árvore de decisão, considerando a incorporação da ultrassonografia em tempo real e a redução de custo por diminuição de complicações, para a técnica de reparos anatômicos externos foi de R$262,27 e, para ultrassonografia em tempo real, de R$187,94. O custo incremental final foi de -R$74,33 por cateter venoso central. A razão de custo-efetividade incremental foi -R$2.494,34 por pneumotórax evitado. Conclusão: A inserção de cateter venoso central com auxílio de ultrassonografia em tempo real esteve associada à diminuição da taxa de falhas e complicações, além de hipoteticamente reduzir custos na perspectiva da fonte pagadora, no caso o SUS.

ABSTRACT Objective: To evaluate the cost-effectiveness, from the funding body's point of view, of real-time ultrasound-guided central venous catheter insertion compared to the traditional method, which is based on the external anatomical landmark technique. Methods: A theoretical simulation based on international literature data was applied to the Brazilian context, i.e., the Unified Health System (Sistema Único de Saúde - SUS). A decision tree was constructed that showed the two central venous catheter insertion techniques: real-time ultrasonography versus external anatomical landmarks. The probabilities of failure and complications were extracted from a search on the PubMed and Embase databases, and values associated with the procedure and with complications were taken from market research and the Department of Information Technology of the Unified Health System (DATASUS). Each central venous catheter insertion alternative had a cost that could be calculated by following each of the possible paths on the decision tree. The incremental cost-effectiveness ratio was calculated by dividing the mean incremental cost of real-time ultrasound compared to the external anatomical landmark technique by the mean incremental benefit, in terms of avoided complications. Results: When considering the incorporation of real-time ultrasound and the concomitant lower cost due to the reduced number of complications, the decision tree revealed a final mean cost for the external anatomical landmark technique of 262.27 Brazilian reals (R$) and for real-time ultrasound of R$187.94. The final incremental cost of the real-time ultrasound-guided technique was -R$74.33 per central venous catheter. The incremental cost-effectiveness ratio was -R$2,494.34 due to the pneumothorax avoided. Conclusion: Real-time ultrasound-guided central venous catheter insertion was associated with decreased failure and complication rates and hypothetically reduced costs from the view of the funding body, which in this case was the SUS.