Comparação do efeito de sevoflurano e propofol na oxigenação durante a transição gradual para ventilação monopulmonar

Resumos

Justificativa e objetivo:

sabe-se que a vasoconstrição pulmonar hipóxica aumenta como resultado de desafios hipóxicos regionais intermitentes. O objetivo deste estudo foi comparar os efeitos de sevoflurano e propofol na oxigenação e fração de shunt durante a ventilação monopulmonar em um novo modelo de hipóxia pré-condicionado antes da ventilação monopulmonar.

Métodos:

foram anestesiados intraperitonealmente antes das canulações venosa e arterial e traqueostomizados 16 ratos albinos Wistar. Os animais foram randomicamente distribuídos para receber perfusão de sevoflurano a 2% ou 10 mg/kg/h de propofol e ventilados com oxigênio a 100%, a uma taxa inspiratória de 80 respirações/minuto por 30 minutos. Três ciclos de ventilação monopulmonar e ventilação de ambos os pulmões foram feitos e a ventilação monopulmonar foi continuada por 15 min. Amostras de gasometria arterial foram obtidas da seguinte forma: após punção e traqueotomia, após 30 minutos de tratamento com sevoflurano ou propofol e aos cinco e 15 minutos de ventilação monopulmonar.

Resultados:

os níveis de PaO₂ foram maiores e as frações de shunt menores nos ratos que receberam propofol em comparação com os ratos tratados com sevoflurano, mas a diferença não foi significante. Os dois grupos foram comparáveis em termos de PaCO₂.

Conclusões:

os efeitos similares de sevoflurano e propofol na PaO₂ durante a ventilacão monopulmonar após pré-condicionamento hipóxico podem ter resultado de outras causas além da inibição da vasoconstrição pulmonar hipóxica. A transição gradual para a ventilação monopulmonar é uma técnica nova de pré-condicionamento de experimentos para ventilação monopulmonar.

Ventilacão monopulmonar; Transicão gradual; Sevoflurano; Propofol

Background:

It is known that hypoxic pulmonary vasoconstriction increases as a result of intermittent regional hypoxic challenges. The aim of this study was to compare the effects of sevoflurane and propofol on oxygenation and shunt fraction during one-lung ventilation in a novel model of hypoxic preconditioning before one-lung ventilation.

Methods:

Sixteen Wistar-albino rats were anesthetized intra-peritoneally before venous and arterial cannulations and tracheotomized. The animals were randomly allocated to receive either sevoflurane 2% or 10 mg/kg/h propofol infusion and ventilated with 100% oxygen at an inspiratory rate of 80 breaths/min for 30 min. Three cycles of one-lung ventilation and two-lung ventilation were performed and one-lung ventilation was continued for 15 min. Arterial blood gas samples were obtained as follows: after cannulation and tracheotomy, following 30 min of treatment with sevoflurane or propofol, and at the 5th and 15th min of one-lung ventilation.

Results:

The PaO₂ levels were higher and shunt fractions were lower in rats receiving propofol compared to rats treated with sevoflurane but the difference was not significant; the two groups were comparable in terms of PaCO₂.

Conclusions:

The similar effects of sevoflurane and propofol on PaO₂ during one-lung ventilation following hypoxic preconditioning may be due to other causes beside the inhibition of hypoxic pulmonary vasoconstriction. Gradual transition to one-lung ventilation is a novel technique for preconditioning experiments for one-lung ventilation.

One-lung ventilation; Gradual transition; Sevoflurane propofol

Justificación y objetivo:

se conoce que la vasoconstricción pulmonar hipóxica aumenta como resultado de los retos hipóxicos regionales intermitentes. El objetivo de este estudio fue comparar los efectos del sevoflurano y del propofol en la oxigenación y fracción de shunt durante la ventilación monopulmonar, en un nuevo modelo de hipoxia preacondicionado antes de la ventilación monopulmonar.

Métodos:

dieciséis ratones albinos Wistar fueron anestesiados intraperitonealmente antes de las canalizaciones venosa y arterial, y fueron traqueostomizados. Los animales fueron aleatoriamente distribuidos para recibir una perfusión de sevoflurano al 2% o 10 mg/kg/h de propofol y ventilados con oxigeno al 100%, a una tasa inspiratoria de 80 rpm durante 30min. Se realiza-ron 3 ciclos de ventilación monopulmonar y ventilación de ambos pulmones y la ventilación monopulmonar se continuó durante 15 min. Se obtuvieron muestras de gasometría arterial de la siguiente forma: posteriormente a la punción y a la traqueotomia, y después de 30 min de tratamiento con sevoflurano o propofol, y a los 5 y 15 min de ventilación monopulmonar.

Resultados:

los niveles de PaO₂ fueron más elevados y las fracciones de shunt menores en los ratones que recibieron propofol en comparación con los ratones tratados con sevoflurano, pero la diferencia no fue significativa, ya que los 2 grupos fueron comparables en términos de PaCO₂.

Conclusiones:

los efectos similares de sevoflurano y propofol en la PaO₂ durante la ventilación monopulmonar después del preacondicionamiento hipóxico pueden deberse a otras causas ade-más de por la inhibición de la vasoconstricción pulmonar hipóxica. La transición gradual hacia la ventilación monopulmonar es una técnica nueva de preacondicionamiento de experimentos para la ventilación monopulmonar.

Ventilación monopulmonar; Transición gradual; Sevoflurano; Propofol

Introdução

Durante a ventilação monopulmonar (VMP), o pulmão operado não só permanece atelectásico, mas também hipoperfundido por causa da vasoconstrição pulmonar hipóxica (VPH), um mecanismo de proteção que desvia o fluxo de sangue pulmonar das regiões do pulmão com baixas tensões alveolares de oxigênio para as áreas mais bem ventiladas do pulmão e reduz o shunt intrapulmonar e a hipóxia sistêmica. ^1-3 Para maximizar a VPH no pulmão não ventilado, ciclos intermitentes repetidos de deflação-inflação para o pulmão (pré-condicionamento hipóxico [PCH]) são recomendados durante o início de uma ventilação monopulmonar.^4-6

Embora seja geralmente aceito que os anestésicos voláteis inibam a VPH e possam promover a hipoxemia de forma dependente da dose durante a VMP, ^2,7,8 os anestésicos intravenosos (IV), incluindo propofol, têm uma pequena atividade inibidora da VPH. ^8,9

O objetivo principal do presente estudo foi determinar a eficácia do PCH com o uso de um novo modelo de "transição gradual" para a VMP, conforme definido em um estudo anterior, ⁷ antes de iniciar a VMP e comparar os efeitos de sevoflurano e propofol durante o procedimento.

Materiais e métodos

Os animais foram tratados de acordo com os princípios de cuidados com animais de laboratório e todos os procedimentos experimentais foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa e Tratamento de Animais da Faculdade de Medicina da Universidade Dokuz Eylul.

Dezesseis ratos albinos Wistar (com peso de 312-382 g) foram anestesiados por injeção intraperitoneal de cetamina (40 mg/kg) e xilazina (5 mg/kg) antes das canulações venosa e arterial.

A canulação da veia femoral foi feita com tubo de polietileno para a perfusão de agentes; a mesma cânula também foi usada para perfundir soro fisiológico continuamente, a uma taxa de 3 mL kg^-1 h^-1. A artéria femoral do outro lado foi igualmente canulada para medir a pressão sanguínea e monitorar com gasometria arterial. Após traqueotomia, uma cânula de calibre 16 foi inserida na traqueia e ligada imediatamente ao ventilador mecânico (Kent Scientific Pressure-Controlled Ventilator) e aos animais foram ventilados em modo de pressão controlada com uma fração de oxigênio inspirada (FiO₂) de 100% e uma taxa respiratória de 60 respirações/minuto. Para eliminar artefatos causados por movimentos respiratórios espontâneos, a paralisia foi induzida com 0,1 mg/kg de brometo de rocurônio.

Após um período de estabilização de 15 minutos, amostras de sangue foram colhidas para gasometria arterial. Os animais foram randomicamente distribuídos para receber perfusão de sevoflurano a 2% através de um vaporizador calibrado (Grupo S: n = 8) ou 10 mg/kg/h de propofol (Grupo P: n = 8) por 30 minutos após o período de estabilização. No fim de 30 minutos, a cânula traqueal foi avançada e confirmou-se que a ponta estava no brônquio, o pulmão foi ventilado durante um minuto e a cânula foi retraída para ventilação de ambos os pulmões (VAP). Os animais foram ventilados com uma fração inspirada de oxigênio (FiO₂) de 100% e uma taxa respiratória de 80 respirações/minuto durante esse período. Os ratos foram submetidos à VMP após três ciclos de um minuto de VMP e um minuto de VAP. Esse procedimento foi feito em todos os animais antes do início das investigações. Amostras de sangue para gasometria arterial foram colhidas aos cinco e 15 minutos de VMP e a fração de shunt foi calculada.

A fração de shunt foi calculada com o uso da seguinte a fórmula:

$\begin{array}{c}\frac{{\mathit{Q}}_{\mathit{S}}}{{\mathit{Q}}_{\mathit{t}}}\mathrm{(}\mathrm{fra}\mathrm{ç}\mathrm{ã}\mathrm{o}\mathrm{de}\mathrm{shunt}\mathrm{)}\mathrm{=}\mathrm{(}\mathrm{5}\mathrm{.}\mathrm{8}\mathrm{\times }\mathrm{IR}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{.}\mathrm{7}\mathrm{,}\mathrm{onde}\mathrm{IR}\mathrm{foi}\mathrm{o}\mathrm{í}\mathrm{ndice}\mathrm{respirat}\mathrm{ó}\mathrm{rio}\mathrm{.}\hfill \\ \mathrm{(}\mathit{a}\mathrm{)}\mathrm{IR}\mathrm{=}\frac{{\mathrm{PAO}}_2-{\mathrm{PaO}}_2}{{\mathrm{PaO}}_2}\hfill \\ \mathrm{(}\mathit{b}\mathrm{)}{\mathrm{PAO}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{([}\mathrm{PB}\mathrm{-}{\mathrm{PH}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{]}\mathrm{\times }{\mathrm{FIO}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{-}{\mathrm{PaCO}}_{\mathrm{2}}\hfill \end{array}$

PB = pressão barométrica (760 mmHg ao nível do mar); PH₂ O = pressão parcial de água (47 mmHg); PAO₂ = pressão parcial alveolar de oxigênio; PaO₂ = pressão parcial de oxigênio; PaCO₂ = pressão parcial arterial de dióxido de carbono; FIO₂ = fração arterial inspirada de oxigênio.

Usamos o método proposto por Koessler et al. e Peyton et al. ^10,11 O cálculo foi feito com a fórmula IR (Índice Respiratório Index) = {[(PB - PH₂ O) × FIO₂ ] - PaCO₂ - PaO₂ }/PaO₂ .

Análise estatística

Todos os resultados foram expressos em média ± desvio padrão. Os parâmetros dispersos foram expressos pelos valores SE. O SPSS 11.0 para Windows foi usado para as análises estatísticas. O teste de Kolmogorov-Smirnov foi usado para avaliar as diferenças entre grupos.

Os testes estatísticos foram feitos com o nível de significância estabelecido em p < 0,05.

Resultados

Os ciclos intermitentes de deflação-inflação antes da VMP foram avaliados em 16 ratos randomicamente alocados para tratamento com inalação de sevoflurano ou propofol.

Não houve diferenças significativas na gasometria e fração de shunt entre os grupos do protocolo, tanto no fim do período de estabilização quanto após o tratamento com sevoflurano ou propofol.

Após 30 minutos de anestesia, quedas acentuadas nas tensões de oxigênio arterial (média ± SE) foram observadas nos grupos de propofol e sevoflurano cinco minutos após o início da VMP (101,48 ± 12,37 e 77,08 ± 6,17, respectivamente). A redução foi de 29% e 38% nos grupos propofol e sevoflurano, respectivamente, e essa redução não foi significante entre os grupos (p = 0,074). Após 15 minutos, a queda de oxigenação foi mais acentuada (média de 71,65 ± 5,39 [57,90-103,10] e 66,01 ± 4,19 [56,50-100,08]). Consistentemente, os valores da PaO₂ foram maiores no grupo propofol para a duração da VMP ( fig. 1).

Figura 1
Alterações relacionadas ao tempo na pressão arterial parcial de oxigênio durante a ventilação monopulmonar.

De forma semelhante, os níveis arteriais de dióxido de carbono mostraram um aumento no início da VMP nos ratos tratados tanto com propofol quanto com sevoflurano aos cinco minutos (35,44 ± 2,9; 41,62 ± 2,05, respectivamente) e aos 15 minutos (38,27 ± 2,36; 47,54 ± 2,54, respectivamente). Consequentemente, os valores do pH diminuíram e a diferença entre os dois grupos foi significante aos cinco minutos (7,41 ± 0,3 e 7,34 ± 0,02, p = 0,022, respectivamente) ( fig. 2). A diferença não foi evidente no fim de 15 minutos (7,38 ± 0,2 e 7,31 ± 0,02, p = 0,052).

Figura 2
Alterações relacionadas ao tempo na pressão parcialdo pH arterial durante a ventilação monopulmonar. * p < 0,05anestesia com propofol em comparação com anestesia comsevoflurano.

Após a transição gradual para VMP, Q_s / Q_t não mostraram uma diferença significativa em relação ao agente anestésico. A fração de shunt pulmonar (Q_s / Q_t ) aumentou de 28,53 ± 1,91 para 42,67 ± 3,87 no grupo propofol e de 40,61 ± 7,25 para 53,72 ± 4,20 no grupo sevoflurano aos cinco minutos de VMP. A alteração na fração de Q_s / Q_t de cinco para 15 minutos de VMP (57,31 ± 3,53 e 61,18 ± 4,20 nos grupos propofol e sevoflurano, respectivamente) não foi significativa entre os dois regimes anestésicos.

Discussão

O presente estudo mostrou que sevoflurano e propofol, nas doses administradas, tiveram efeitos semelhantes na oxigenação arterial e fração de shunt durante VMP em modelo de rato de PCH.

Em estudos prévios com o uso de animais, concluiu-se que a hipóxia intermitente aumenta a VCP e que os resultados têm implicações importantes para a feitura de experimentos de VCP e para a interpretação das alterações gasométricas durante a VMP. ^4-6 De forma semelhante, Singh et al. ¹² demonstraram pela primeira vez que o precondicionamento com uma dose baixa de cobalto era benéfico para proteger os pulmões e o cérebro ao atenuar a lesão oxidativa induzida por hipóxia hipobárica. Na tentativa de aumentar a tolerância à hipoxemia que se desenvolve durante a VMP, avaliamos o efeito em modelo singular para o precondicionamento; isto é, “transição gradual” para VMP.

O PCH é definido como uma resposta pró-adaptativa rápida e reversível à exposição à hipóxia leve que protege as células do insulto hipóxico ou isquêmico subsequente e relata-se que ocorre em duas fases temporalmente distintas: precoce e tardia. A prevenção de hipóxia por meio de precondicionamento precoce ocorre em poucos minutos, atinge o pico em cerca de uma hora e dura cerca de quatro horas. ¹³ Portanto, pela primeira vez, usamos três ciclos consecutivos de um minuto de VMP e de VAP antes de um período mais longo de VMP para permitir a adaptação dos tecidos à próxima hipoxemia. Em modelo animal de PCH, Shukla et al., ¹⁴ mostraram que a exposição aguda à hipóxia hipobárica levou ao aumento de água nos pulmões e vazamento de proteína total e albumina em líquido de lavagem. No entanto, quando os animais foram expostos à hipóxia depois do PCH, um decréscimo significativo do conteúdo de água nos pulmões, bem como do vazamento de proteína total e albumina sérica, foi observado. A adaptação prévia induzida pelo PCH resultou no aumento da tolerância à hipóxia letal.

O efeito de sevoflurano e propofol em relação à oxigenação e fração de shunt durante a VMP logo após o precondicionamento também foi avaliado. Apesar dos relatos ^15,16 sobre a diminuição da oxigenação e aumento da fração de shunt por causa da inibição da VPH com agentes anestésicos inalatórios, alguns relatos ^17-19 indicaram o contrário. Glasser et al., ² concluíram que a atenuação da VPH não é uma característica geral de todos os anestésicos inalatórios. Além disso, Abe et al., ⁹ demonstraram em sua investigação clínica que o propofol melhorou a oxigenação e a fração de shunt durante a VMP em comparação com anestésicos voláteis. De acordo com nossos resultados em ratos que receberam propofol ou sevoflurano, a diminuição da oxigenação arterial foi paralela ao aumento da fração de shunt entre a transição para VMP, mas os grupos não diferiram a esse respeito. Embora os valores da PaO₂ (fig. 1) tenham sido maiores e os das frações de shunt menores no grupo propofol, em comparação com o grupo sevoflurano, a diferença entre os grupos não atingiu um nível significante. A VMP causou um aumento na PaCO₂, que foi seguido por uma diminuição adequada do pH, significante apenas aos cinco minutos. Acreditamos que a escolha da anestesia não afetou o aumento dos níveis de dióxido de carbono e a diminuição do pH observados.

Propomos duas razões para os resultados de nosso estudo. Primeiro, como De Conno et al., ²⁰ descreveram recentemente, o anestésico volátil sevoflurano tem um papel imunomodulador em pacientes submetidos à VMP com uma redução significativa dos níveis de mediadores inflamatórios. A análise dos autores mostrou um aumento quase exponencial de mediadores inflamatórios correlacionado com o tempo de VMP no grupo propofol. Curiosamente, uma correlação significante foi observada entre a PCR e o tempo de VMP no grupo propofol, que foi claramente atenuada no grupo sevoflurano. Segundo, já que a prevenção da hipóxia com o precondicionamento ocorre em poucos minutos, ¹³ usamos ciclos de um minuto de deflação-inflação. No entanto, recentemente, Duan et al., ²¹ usaram um protocolo no qual os ratos inalaram uma mistura de ar hipóxico por cinco minutos seguida por 10 minutos de inalação de ar. As diferenças metodológicas entre os dois estudos podem explicar a discrepância entre os resultados.

O início da VMP é caracterizado pelo desenvolvimento de um shunt intrapulmonar significativo por meio do colapso do pulmão, com o potencial de hipoxemia intraoperatória. A ausência de uma diminuição maior da oxigenação ou aumento na fração de shunt entre cinco e 15 minutos de VMP pode indicar que VPH máxima foi atingida em cinco minutos. Esses resultados estão de acordo com as observações feitas por Chen et al., ⁴ que relatam que a VPH máxima foi atingida no início da hipóxia e não houve aumento adicional com episódios repetidos de hipóxia. Ao contrário, Marshall e Marshall ¹⁵ mostraram que na presença de azul de metileno há uma resposta vasoconstritora pulmonar hipóxica, que é potencializada com o tempo. Pirlo et al., ⁵ descobriram que desafios hipóxicos intermitentes, repetidos 2-4 vezes, a um lobo do pulmão potencializam e, finalmente, maximizam a VPH lobar. Assim, preterindo a questão isolada do fator tempo, há relato de que a hipóxia intermitente aumenta a VPH de forma quantitativa.

Abe et al., ⁹ concluíram que propofol melhorou a oxigenação durante a ventilação monopulmonar (VMP) em comparação com anestésicos voláteis. Existe a possibilidade, entretanto, de que a oxigenação durante a VMP possa melhorar com o tempo. Consequentemente, Ishikawa et al., ²² mostraram que após o início da VMP a média da PaO₂ rapidamente diminuiu e, em seguida, aumentou gradualmente.

A técnica de ventilação é importante se quisermos diminuir a incidência de hipoxemia durante a VMP. Assim, uma estratégia ventilatória cuidadosa foi adotada neste estudo para evitar fatores de estresse adicionais à resposta inflamatória desencadeada pela VMP. Há relatos de que a ventilação com pressão controlada em ratos proporciona um padrão de fluxo de desaceleração - o que resulta em uma distribuição mais homogênea de volume corrente -, recruta as regiões pulmonares mal ventiladas e melhora a oxigenação. ^3,23 Além disso, o trauma pulmonar é atenuado quando o pico e o platô das pressões transalveolares são controlados. ^3,24

Em resumo, sevoflurano administrado a uma concentração de 2% resultou em alterações comparáveis ao propofol na fração de shunt em ratos durante a “transição gradual” para VMP. Da mesma forma, PaO² e PaCO₂ não diferiram entre os grupos. As alterações na fração de shunt durante a VMP provavelmente podem resultar de fontes diferentes da atenuação da resposta da VPH. Alterações hemodinâmicas, perfusão pulmonar e, em particular, estratégias ventilatórias apropriadas que impedem o colapso alveolar podem ser mais importantes para obter-se uma oxigenação arterial ideal durante a VMP do que qualquer agente anestésico de escolha ou manobras de precondicionamento. A “transição gradual” para VMP em ratos é um modelo singular de PCH e nossos resultados indicam que períodos mais longos de VMP podem ser necessários.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Mar-Apr 2014

Histórico

• Recebido
  16 Jan 2013
• Aceito
  22 Mar 2013