Versão Inglês

Ano:  1996  Vol. 62   Ed. 3  - Maio - Junho - (3º)

Seção: Artigos Originais

Páginas: 206 a 217

Estudo da Umidificação e do Aquecimento dos Gases Inspirados Durante a Ventilação Mecânica no Cão.

Study of Humidification and Heating of Inspired Gases During Mechanical Ventilation in Dogs.

Autor(es): Regina Helena García Martins*,
José Reinaldo Cerqueira Braz**,
Júlio Defaveri***,
Paulo Roberto Curi****.

Palavras-chave: umidade; temperatura; ventilação mecânica

Keywords: humidity; temperature; mechanical ventilation

Resumo:
Estudamos, em cães anestesiados, submetidos a intubação traqueal e ventilação mecânica os efeitos do aquecimento e da umidificação dos gases inspirados. 40 cães foram anestesiados, entubados e submetidos à ventilação mecânica. Em seguida, foram distribuídos em 5 grupos em diferentes condições de aquecimento e de umidificação absoluta do ar inspirado: - G1=22-26°C e 17-20 mg H2O.l-1; G2: 27-31º C e 23-27 mg H2O.l-1; G3: 32-36 C e 30-36 mg H2O.l-1; G4: 37-41º C e 40-49 mg H2O.l-1; G5: 42-46º C e 59-65 mg H2O.l-1. Os parâmetros estudados foram: pressão arterial média (PAM), frequência cardíaca (FC), pressão venosa de cava inferior (PVCI), pressão endotraqueal, pHa, temperatura retal e histologia traqueobrônquica. Em Gl e G5 houve pequeno aumento da pressão endotraqueal e da PVCI. Em GI, G2 e G3 não se observaram alterações histológicas importantes, ocorrendo apenas hipotermia progressiva. Em G4, apesar de não ocorrerem alterações importantes na maioria dos atributos estudados, houve alterações histológicas importantes da arvore traqueobrônquica, além de diminuição da temperatura retal. Em G5, houve acidose metabólica, importantes alterações histológicas e manutenção da temperatura retal. O aquecimento e a umidificação absoluta dos gases inspirados não devem ultrapassar, respectivamente, 36°C e 36 mg H2O.l-1; mas não devem ser inferiores a 27º C ou apresentarem umidade absoluta inferiores a 23 mg H2O.l-1. Entretanto, a manutenção da temperatura corpórea só é conseguida quando se fornece ao ar inspirado temperatura igual ou superiora 42° C.

Abstract:
The authors studied the effect of temperature and humidity of inhaledgases on the respiratory tract of dogs submitted to mecanicventilation. According to these two variables, fourty dogs were divided in fivegroups: - G1=22-26°C and 17-20 mg H2O.l-1; G2: 27-31º C and 23-27 mg H2O.l-1; G3: 32-36 C and 30-36 mg H2O.l-1; G4: 37-41º C and 40-49 mg H2O.l-1; G5: 42-46º C and 59-65 mg H2O.l-1. The following parameters were evaluated: medial arterial pressure, cardiacfrequency, venous pressure of inferiorcava(CVP), endotracheal pressure, arterial pH, PaO2, PaCO2, rectal temperature, and the histology of the tracheobronchial tree. In the groups G1 and G5, the endotracheal pressure and CVP presented a slight raise. In the groups Gl, G2 and G3, there was no histological modification or progressive hypothermia. The group G5 presented metabolic acidosis and great histological alteration; in this group the rectal temperature remained stable. The group G4 presented great histological alteration and hypothermia. In conclusion, the temperature and humidity of inhaled gases should not be higher than 36° C and 36 mm H2O.l-1, respectively. However, the stability of body temperature only is achieved when the temperature of the inhaled airis 42º Corhigher.

INTRODUÇÃO

As vias aéreas superiores possuem importante papel no condicionamento do ar inspirado. Durante a inspiração, os gases vão se aquecendo e umidificando, em sua passagem pelas fossas nasais e rinofaringe, completando praticamente todo seu condicionamento até os primeiros anéis traqueais. Nos brônquios, atingem o chamado ponto de saturação isotérmica, no qual os gases encontram-se aquecidos a temperaturas próximas à corpórea, ao redor de 37°C, e saturados em vapores de água (44 mgHZO.I-'). Na expiração, ocorre fenômeno inverso; o ar vai sendo resfriado e gotículas de água vão sendo depositadas ao longo do trato respiratório. O calor e a umidade recuperados durante a expiração serão reaproveitados no próximo ciclo respiratóri (1,2).

Esse intenso dinamismo de trocas calóricas e de umidade só é possível em pacientes que apresentam respiração nasal, vias aéreas íntegras e desobstruídas.

Alguns fatores comprometem a integridade das vias aéreas no paciente anestesiado, como: intubação traqueal e ventilação mecânica: inalação de gases frios e secos fornecidos pelos sistemas de anestesia, os quais habitualmente não possuem umidificadores aquecidos acoplados; emprego de anestésicos inalatórios, principalmente os halogenados, os quais provocam períodos variáveis de ciliestase e também aumentam a possibilidade de complicações pulmonares no pós-operatório pelo acúmulo de secreções ao longo das vias aéreas; trauma mecânico, durante intubação prolongada, pela presença da cânula e de seu balonete em contato com a mucosa respiratória, levando à isquemia vascular e necrose epitelial (3,4,5).

O paciente anestesiado também é predisposto a perdas calóricas exageradas durante a anestesia. Entre os principais fatores responsáveis pela ocorrência de hipotermia, têm-se: depressão dos centros termorreguladores centrais e periféricos pela ação das drogas anestésicas; ação de bloqueadores neuromusculares, os quais impedem o trabalho respiratório e o tremor; infusão de soluções não aquecidas; exposição das cavidades e das vísceras; uso de antissépticos voláteis; sala operatória com temperatura ambiente abaixo de 22°C (6,7,8,9,10).

Alguns métodos têm sido utilizados na prevenção de hipotermia durante a anestesia, como: emprego de aquecedores de ambiente, cobertores aquecidos e o enfaixamento dos membros, aquecimento das soluções a serem transfundidas e o emprego dos umidificadores aquecidos aos gases inspirados. Estes últimos têm-se mostrado altamente eficazes no controle da hipotermia quando associados aos demais métodos citados. Entretanto, ainda não se tem perfeita definição quanto aos níveis ideais de aquecimento e de umidificação a serem fornecidos aos gases inspirados afim de prevenirem a ocorrência de hipotermia, sem provocarem alterações hemodinâmicas, respiratórias, gasométricas ou histopatológicas do epitélio respiratório (11,12).

Assim, o objetivo do presente trabalho foi o de estudar, em cães anestesiados com pentobarbital sódico, submetidos à intubação traqueal e à ventilação mecânica com pressão positiva intermitente, os efeitos do aquecimento e da umidificação dos gases inspirados no equilíbrio ácido-base, na hemodinâmica cardiovascular, na pressão endotraqueal, na temperatura corporal e na histopatologia da árvore traqueobrônquica.

MATERIAL E MÉTODO

Quarenta cães foram submetidos a anestesia intravenosa com pentobarbital sódico (dose inicial 30 mg.kg-' de peso e doses complementares de 5mg.kg-1 a cada 45 minutos), intubação endotraqueal com sonda (BARD) n° 38, provida de balonete de alta complacência e com elevado volume residual, ventilação mecânica com mistura de ar ambiente e O2 (1 l.min.-1) em sistema semi-aberto sem reinalação, empregando-se ventilador mecânico ciclado a pressão (K. TAKAOKA, mod. 850-10).

Ao circuito respiratório, no ramo inspiratório, foi introduzido sistema para aquecimento e umidificação do ar inspirado, conforme o grupo a ser estudado. Para esse fim, empregou-se umidificador de arraste (OFTEC), contendo água até o seu maior nível, imerso parcialmente em um sistema de banho maria com controle de temperatura.

Os animais foram distribuídos em cinco grupos dependendo das condições de aquecimento e de umidificação fornecidos aos gases inspirados (Tabela 1).

Foram estudados os seguintes atributos: pressão arterial média, pressão de veia cava inferior, freqüência cardíaca, pressão endotraqueal, pH arterial, temperatura retal e exame histopatológico da árvore traqueobrônquica.

As medidas da umidade relativa dos gases inspirados foram obtidas através de um higrômetro de haste tipo V.E.B. (Alemanha Oriental), adaptado ao ramo inspiratório do sistema de ventilação.

Para o cálculo da umidade absoluta do ar inspirado, utilizou-se a seguinte fórmula (13):

da = ds x F / 100

onde:
da = umidade absoluta do ar inspirado (mg H2O.l-1).
ds = umidade absoluta do ar em condição de saturação (mg H2O.l-1), obtida através de tabela especifica (13).
F = umidade relativa do ar inspirado (em %)

As medidas da temperatura dos gases inspirados foram realizadas através de termômetro de mercúrio acoplado à porção proximal da válvula bidirecional.

A temperatura ambiente foi mantida acima de 21° C através de aquecedores de ambiente. Nos dias frios, os cães foram cobertos com campos cirúrgicos.

A Figura 1 esquematiza as áreas de biópsias realizadas na árvore traqueobrônquica. Os fragmentos retirados foram fixados em solução de formol a 10%, incluídos em parafina, cortados, corados pela hematoxílina-eosina e examinados por microscópio óptico comum.

Foram analisados os seguintes parâmetros: Epitélio: perda de cílios, erosão, necrose celular, grau de infiltração de polimorfonucleares (PMN) e linfomononucleares; Córion: congestão, hemorragia e grau de infiltração de polimorfonucleares e linfomononucleares. Os atributos foram avaliados semiquantitativamente, usando pontuação de 0 a no máximo 4 (Tabela II), conforme proposição modificada de OPHOVE (14).

Os resultados hemodinâmicos respiratórios, e gasométricos foram submetidos a análise estatística pela análise de perfil e os resultados histológicos, pelo método não paramétrico de Kruskal-Wallis. Quando p<0,05, caso em que a estatística foi considerada significante, a análise foi complementada calculando-se os contrastes entre os pontos médios dos grupos. Para essas variáveis, utilizou-se a mediana como indicadora de tendência central (15).

TABELA I - Distribuição dos grupos experimentais, de acordo com a temperatura, umidade relativa e umidade absoluta dos gases inspirados.




Figura 1. - Representação esquemática das áreas onde foram realizadas as biópsias na árvore traqueobrônquica.

RESULTADOS

As Figuras (2 a 10) resumem os principais resultados hemodinâmicos e hemogasométricos encontrados nos diferentes grupos nos cinco momentos experimentais. Os resultados dos atributos histopatológicos estudados estão na Tabela III. Na Figura 11, são apresentadas algumas das principais alterações histopatológicas observadas no experimento.

DISCUSSÃO

O aumento da pressão arterial média observada nos momentos finais do experimento provavelmente ocorreu devido à possível superfícialização anestésica, apesar da administração periódica, a cada 45 minutos, de doses complementares do pentobarbital sódico.

Os grupos GI e G5 apresentaram valores elevados de PVCI e, concomitantemente, valores mais elevados da pressão endotraqueal. Assim, o aumento da pressão endotraqueal pode ter elevado a PVCI. A hiperhidratação das vias aéreas observada no grupo G5, pode ter provocado grande absorção de líquidos pela mucosa respiratória e balanço hídrico positivo, o que também pode ter contribuído para o aumento da pressão da veia cava inferior.

Os grupos G1 e G5 também apresentaram pequeno aumento da pressão endotraqueal. Ao grupo G1, forneceu-se ar inspirado à temperatura ambiente, pobre em umidificação e em aquecimento, condição que pode ter desencadeado hiperreatividade brônquica, aumentando assim a pressão endotraqueal.

RASHAD et al. (1967) (16), ao submeterem cães à inalação de gases à temperatura de 20°C e umidade relativa de 18% durante 5 horas, encontraram diminuição da complacência estática dos pulmões. Resposta semelhante à inalação de gases secos ou pobres em umidificação também ficou evidente no trabalho de NOGUCHI et al. (1973) (17), os quais submeteram cães traqueotomizados à inalação de gases com variação da umidade relativa (menor que 40% ou próxima a 100%) e da temperatura (15, 20, 25, 30, 35 e 40°C). Os autores evidenciaram diminuição da complacência estática pulmonar no grupo submetido a inalação de gases frios e com baixa umidade. Para GREENSPAN et al. (1991) (5), a resposta broncomotora pode ser desencadeada à temperatura dos gases inspirados próximas a 24°C.

Em G5, ao contrário de G1, utilizaram-se aquecimento e umidificação muito elevados. A hiperhídratação das vias aéreas pode ter contribuído para o aumento da pressão endotraqueal.

A taquicardia persistente observada em todos os grupos é atribuída à ação vagolítica ou simpatomimética do pentobarbital, ou ainda à ação reflexa dos barorreceptores arteriais em resposta à diminuição da pressão arterial média que foi observada nos momentos iniciais da anestesia (18, 11,20). Todos os grupos apresentaram diversos graus de acidose metabólica, mais acentuada no grupo G5. A acidose pode ser atribuída ao jejum prolongado de 14 horas a que esses animais foram expostos.

Todos os grupos, com exceção do grupo G5, apresentaram diminuição progressiva e contínua da temperatura retal, o que indica que, para a manutenção da temperatura corpórea, entre outras medidas, também é necessário o fornecimento aos gases inspirados de temperatura e umidificação muito elevada.

SHANKS (1974) (21) conseguiu manter um grupo de cães anestesiados em normotermia apenas quando utilizou ar inspirado com temperatura de 40°C e umidade relativa de 100%. No presente experimento, entretanto, foi necessária utilização de temperatura entre 42 a 46°C do ar inalado para a manutenção da temperatura corpórea.

TABELA II - Escore histológico semiquantitativo utilizado para avaliacão das alterações epiteliais e do córion das biópsias retiradas da traquéia, da carina e dos brônquios.



TABELA III - Mediana das areas (A) e dos grupos (B) dos atributos histopatológicos estudados em cada momento nos cinco grupos experimentais.

Por outro lado, RASHAD & BENSON (1967) (22), em studo em crianças anestesiadas e intubadas por seis horas, mantiveram a temperatura corpórea dentro dos níveis de normalidade, utilizando ar inspirado em temperatura de 0°C e com 100% de umidade relativa.


A importância e a eficácia dos umidificadores aquccidos na manutenção da temperatura corpórea também foram constatadas por CONAHAN et al, 1987 (6), quais conseguiram manter em normotermia um grupo pacientes que inalaram ar à temperatura próxima a 38°C por três horas.

Segundo BRANSON & CHATBURN (1993) (11), a temperatura de 33°C do ar inspirado é a ideal, urna vez que pequenos aumentos adicionais não conseguem reaquecer o paciente, além de não serem bem tolerados. No paciente ou no animal de experimentação com intubação traqueal, a presença da cânula impede o adequado condicionamento do ar inspirado. A umidificação inadequada pode causar ressecamento das secreções, resultando em obstrução das vias aéreas artificiais, aumentando a possibilidade de instalação de afecções respiratórias.

Os umidificadores aquecidos são utilizados em anestesía e em terapia respiratória porque tornam os gases inspiratórios confortáveis ao paciente, preservam o tapete mucoso e, ao aquecerem o ar inspirado, podem promover umidade relativa de até 100%, evitando perdas calóricas decorrentes da evaporação de água na árvore traqueobrônquica (21, 22, 23).

Figura 2. - Pressão arterial média (mmHg). Média dos valores observados em cada momento nos cinco grupos experimentais. Comentário estatístico: houve tendência de os perfis dos grupos serem similares. A variável mostrou-se mais elevada nos momentos M4 e M5 em todos os grupos.



Figura 3. Pressão de veia cava inferior (mmHg). Média dos valores observados em cada momento nos cinco grupos experimentais. Comentário estatístico: Os valores da pressão da veia cava inferior mostraram-se mais elevados nos grupos G 1 e G5, desde os momentos iniciais da experimentação.



Figura 4: Freqüência cardíaca (bat.min-1). Média dos valores observados em cada momento nos cinco grupos experimentais Comentário: Não houve alteração significativa da freqüência cardíaca nos grupos estudados. Os valores da frequência cardíaca mantiveram-se elevados em todos os grupos.



Figura 5. Pressão endotraqueal (mmHg). Média dos valores observados em cada momento nos cinco grupos experimentais Comentário: Os valores da pressão endotraqueal foram mais elevados em G5. Houve aumento da pressão endotraqueal ao longo do tempo nos grupos G1, G4 e G5.

Os resultados histopato lógicos indicam que as maiores alterações histológicas foram observadas na mucosa respiratória nos animais do G4 e G5, com reação inflamatória aguda. Povavelmente, isto deveu-se ao elevado aquecimento e à alta umidade absoluta doar inspirado a que esses grupos foram expostos, com efeitos nocivos sobre a mucosa da árvore traqueobrônquica.

O epitélio respiratório é composto por uma camada principal de células ciliadas e células mucossecretoras. Na submueosa, encontram-se freqüentemente acúmulos focais de linfócitos, macrófagos e plasmócitos responsáveis pelas respostas imunológicas da árvore traqueobrônquica. Entretanto, no processo inflamatório agudo, há migração de células polimorfonucleares para o epitélio e córíon, como se observou com maior intensidade em G4 e principalmente G5. Na porção final dos cílios, há fina lâmina de muco que se move com o movimento ciliar. O muco é constituído por cadeias de polipeptídios lineares com múltiplos oligossacarídeos, os quais podem sofrer alterações estruturais frente a vários fatores agressores do epitélio, trazendo como consequência acúmulo e espessamento das secreções traqueobrônquicas (24).

Figura 6. pH arterial. Média dos valores observados em cada momento nos cinco grupos experimentais. Comentário: Os valores do pHa do grupo G5 foram, em geral, menores do que os dos demais grupos.



Figura 7. Temperatura retal (°C). Média dos valores observados em cada momento nos cinco grupos experimentais. Comentário: Os valores da temperatura retal no grupo G5 foram maiores que os dos demais grupos experimentais, em todos os momentos.

Trabalhos "in vivo" (BAETZER, 1967) (25) e "in vitro" (26, 27) foram realizados com o objetivo de detectar a influência das variações da temperatura e da umidade do ar inalado sobre
a atividade mucociliar. Esses autores demonstraram que a atividade ciliar relaciona-se diretamente com a temperatura e a umidade, ou seja, é maior quando a temperatura do ar aproxima-se da temperatura corpórea e sob elevada umidade relativa (90 a 100%); diminuem quando a temperatura é inferior a 30°C ou superior a 40°C e quando a umidade relativa é inferior a 40%.

Embora a maioria dos trabalhos preconize valores altos de umidade relativa (próximos a 100%) do ar inspirado como benéficos ao epitélio respiratório, há necessidade do cálculo da umidade absoluta que quantifica melhor o grau de umidificação do ar inspirado, como pode ser observado na presente pesquisa. A determinação apenas da umidade relativa pode fornecer valores pouco precisos do real teor de umidade do sistema.

CONCLUSÕES

Os resultados obtidos permitem concluir que, no cão, sob ventilação mecânica, o emprego de aquecimento do ar inspirado de 27 a 36°C e umidade absoluta entre 23 a 36 mg H2O.-1 (correspondendo aos grupos G2 e G3) não alteram e maneira significativa a pressão endotraqueal, os atributos cardíovasculares estudados e a mucosa da árvore traqueobrônquica. No entanto, a manutenção da temperatura corporal somente ocorre com o aquecimento da mistura respiratória a temperatura igual ou superior a 42°C. Esta determina elevada umidade e altera de modo significativo mucosa da árvore traqueobrônquica.

O emprego de ventilação com menores aquecimento e idade absoluta (G1) aumenta a pressão endotraqueal e eleva a pressão da cava inferior. Já a ventilação com elevado aquecimento e umidade relativa (G4 e G5), além de determinar importantes alterações de histologia em árvore traqueobrônquica (G4 e G5), aumenta as pressões endotraqueal e de veia cava inferior (G5), além de determinar acidose progressiva (G5).

Figura 8 - A. Mucosa traqueal normal (HE = 80x); B. Maior aumento da figura A. Notar distribuição regular e uniforme dos cílios e a presença intercalada de células mucossecretoras (seta) (HE = 250x); C. Congestão, migração de neutrófilos (seta maior); presença de neutrófilos no interstício (seta menor) e permeando o epitélio. Notar perda focal de cílios (cabeças de seta) (HE = 160x); D. Maior aumento da figura C. Neutrófilos permeando as células epiteliais (seta) (HE = 250x). HE hematoxilina - eosina.



Figura 9. - Temperatura (°C), umidade relativa (%) e umidade absoluta (mgH2O.l-1) dos gases inspirados e expirados durante respiração normalt (14).

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* Docente da Disciplina de Otorrinolaringologia da Faculdade de Medicina de Botucatu - UNESP.
** Docente do Departamento de Anestesiologia da Faculdade de Medicina de Botucatu - UNESP.
*** Docente do Departamento de Patologia da Faculdade de Medicina de Botucatu - UNESP.
**** Docente do Departamento de Melhoramento e Nutrição Animal da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia.

Endereço: Regina Helena Garcia Martins; Departamento de Oftalmologia, Otorrinolaringologia e Cirurgia de Cabeça e Pescoço - UNESP - Botucatu; CEP: 18618-000 - Botucatu - S.P. -
FONE: (0149) 212121 ramal 2256; FAX:(0149) 220421.

Artigo recebido em 09 de novembro de 1995.
Artigo aceito em 19 de janeiro de 1996 .

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