Oxigene suas ideias: um pouco sobre ECMO – Parte 1

Oxigene suas ideias: um pouco sobre ECMO – Parte 1

A palavra ECMO é um acrônimo e significa membrana de oxigenação extracorpórea. Em inglês: Extracorporeal Membrane Oxigenator.

Em uma análise simples, podemos dizer que a hemodiálise está para os rins assim como a ECMO está para o sistema cardiopulmonar.

Mesmo se intubarmos um paciente, o aparelho de ventilação mecânica não é capaz de realizar as trocas gasosas. Na verdade, esse dispositivo tem a função de pressurizar as vias aéreas do paciente, fornecendo uma certa quantidade de ar que, através do tubo orotraqueal, chega até os alvéolos. A troca de gás carbônico por oxigênio, no que chamamos de hematose, é função do próprio pulmão.

A membrana alvéolo-capilar pode estar comprometida em diversas doenças que cursam com a síndrome de desconforto respiratório agudo (SDRA). Nela, os alvéolos ficam preenchidos por edema inflamatório e o resultado é um pulmão heterogêneo e que não consegue desempenhar seu papel na respiração.

Na maioria das vezes, conseguimos contornar a hipoxemia com uma estratégia de ventilação protetora e com o posicionamento do paciente em prona. No entanto, vez ou outra, somos confrontados com casos mais graves, cuja hipoxemia mostra-se refratária a essas condutas.

O desenvolvimento da ECMO veio de encontro a esse problema, se apresentando como um suporte extra-corpóreo, capaz de desempenhar tanto o papel dos pulmões quanto o do coração.

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Historicamente, o primeiro caso de suporte cardiopulmonar bem sucedido feito por meio de ECMO, foi publicado em 1972, no artigo “Prolonged extracorporeal oxigenation for acute post-traumatic respiratory failure (shock-lung syndrome)”.

Trata-se do relato de um paciente de 24 anos, admitido em contexto de politrauma (atropelamento por carro). Inicialmente ele foi submetido a cirurgia corretiva de aneurisma traumático de aorta torácica. No quarto dia de pós operatório, ele intercorreu com insuficiência respiratória hipoxêmica, com necessidade de fração inspiratória de oxigênio (FiO2) de 100%, PEEP de 8cmH2O e volume corrente de 1000mL.

Cumpre-se dizer que o famoso estudo ARMA somente foi publicado no ano 2000 e os benefícios do uso de baixos volumes correntes e pressão de platô abaixo de 30 cmH2O eram desconhecidos. Outras terapias instituídas para esse paciente foram: uso de metilprednisolona 40mg de 4/4 horas, diureticoterapia com 25g e manitol de 2/2 horas e 25g de albumina de 8/8 horas. Sim, caro leitor, a terapia intensiva mudou muito desde então…

No sexto dia de pós operatório a relação PaO2/FiO2 era de apenas 38. Nesse momento, foi instalada a membrana de Branson: um precursor da ECMO veno-arterial, que permaneceu por 75 horas, entre o sexto e nono dias. Nesse período, houve melhora progressiva da função pulmonar e da oxigenação do paciente.

Ele recebeu alta com oito semanas de hospitalização, tendo sido transferido para um hospital de reabilitação ortopédica. Em análise espirométrica posterior, foi evidenciada que sua capacidade vital forçada era de 64% e o volume corrente era de 78% do valor predito para a idade. Consequências prováveis da síndrome de desconforto respiratório em sua fase mais tardia, que cursa com fibrose pulmonar. Em carta para o editorial, o médico e pesquisador Warren M. Zapol, concluiu que a “ECMO é uma ponte para se manter a oxigenação e a perfusão tecidual, até que a doença pulmonar possa de alguma forma se resolver.”

Desde 2009, com a pandemia de H1N1, temos vivenciado um aumento crescente tanto do uso quanto do número de publicações sobre ECMO. Muito embora, a utilização da membrana de oxigenação extracorpórea não tenha se traduzido em redução de mortalidade no contexto de SDRA, os profissionais que atuam em UTI não devem se privar de conhecer seus princípios de funcionamento.

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O circuito de uma ECMO pode ser representado conforme o diagrama abaixo. Uma bomba centrífuga é capaz de gerar uma pressão negativa dentro de uma cânula venosa, drenando o sangue desoxigenado do paciente e o direcionando até a membrana oxigenadora. Aí, por meio de um processo de difusão simples, ocorre a troca de gás carbônico por oxigênio. Agora, o sague oxigenado é devolvido para o paciente por meio de uma outra cânula que pode ser posicionada no leito venoso (quando queremos fornecer suporte apenas pulmonar) ou no leito arterial (quando queremos fornecer suporte cardíaco e pulmonar).

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A bomba centrífuga tem a função de gerar rotações a partir de um sistema de gravitação eletromagnética. Ele tem a vantagem de causar pouca hemólise, diferente do ocorrido com sistema de roletes, tão comuns nas máquinas de circulação extracorpórea das cirurgias cardíacas. Por meio de força centrífuga, o sangue é drenado do paciente e direcionado para a membrana oxigenadora.

A membrana de trocas gasosas é composta de diversos túbulos semi-permeáveis. Ela apresenta três funções: oxigenação, clareamento de gás carbônico e troca de calor.

O sangue venoso do paciente é despejado por entre os túbulos e, dentro deles, passa o ar pressurizado, contendo certa quantidade de oxigênio. Por meio do processo de difusão simples, o gás carbônico desprende-se da hemoglobina (local de maior concentração) para o interior os túbulos (local de menor concentração), dando lugar para o oxigênio.

Para a regulação das trocas gasosas entre a membrana e o sangue do paciente devemos conhecer dois dispositivos: a fração entregue de oxigênio (FdO2) e o gás de arraste (ou sweep gas). A FdO2 nada mais é que a porcentagem de oxigênio que queremos ofertar para o paciente e varia de 21% até 100%, muito semelhante à fração inspiratória de oxigênio, que regulamos na ventilação mecânica. Quanto maior a fração de oxigênio ofertada para o paciente, maior é a capacidade de oxigenar seu sangue. O Gás de arraste corresponde à velocidade que o ar comprimido é empurrado para dentro dos túbulos, à semelhança de um fluxômetro. Quanto maior essa velocidade, maior é a capacidade de clareamento do gás carbônico.

A membrana de trocas gasosas é um dispositivo hermético e, por fora de dela, podemos interpor uma corrente aquecida de água, capaz de prevenir a perda excessiva de calor, o que poderia ocasionar hipotermia ao paciente.

A região compreendida entre a bomba centrífuga e a membrana oxigenadora é conhecida como zona de segurança, ou safe zone. Nesse ponto do circuito, há menos risco de gerarmos embolia gasosa, sendo, portanto, ideal para o acoplamento de dispositivos, como máquinas de diálise.

O sangue, agora oxigenado, é devolvido para paciente o paciente, conduzido por um sistema de cânulas que pode ser posicionado no leito venoso ou arterial.

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Na canulação veno-venosa, o suporte oferecido para o paciente é apenas pulmonar. Geralmente, o sangue é drenado da veia cava inferior e devolvido na junção entre veia cava superior e átrio direito. É esperado que uma pequena porcentagem do sangue oxigenado recircule pelo dispositivo de ECMO. No entanto, a maior parte segue o fluxo fisiológico, direcionando-se para o ventrículo direito, circulação pulmonar, átrio esquerdo e ventrículo esquerdo, perfundindo, por fim, todos os órgãos e sistemas. Nesse sentido, a ventilação mecânica é ajustada de modo ultra protetor, com volumes correntes de cerca de 3mL/Kg de peso predito, PEEP baixa e baixa frequência respiratória. Tudo isso para garantir que não haja lesão alveolar decorrente da ventilação mecânica e o pulmão possa, com o tempo, desinflamar e voltar a desenvolver sua função primordial. Observe o desenho à esquerda.

As principais indicações para a canulação veno-venosa são: síndrome de desconforto respiratório com hipoxemia refratária, pré e pós transplante pulmonar, trombo-embolismo pulmonar, asma e DPOC refratários ao tratamento de primeira linha e que haja dificuldade na ventilação mecânica.

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Na canulação veno-arterial, suporte oferecido é cardíaco e pulmonar. Da mesma maneira o que o descrito anteriormente, o sangue é drenado da veia cava inferior. A diferença é que, ao ser devolvido para o paciente, ele percorre o leito arterial. Mais comumente, o sangue oxigenado é devolvido em uma das artérias femorais. A pressão oferecida pela bomba centrífuga é capaz de promover um fluxo sanguíneo que ascende dentro a artéria Aorta. Os diversos órgãos e sistemas são, portanto, perfundidos de maneira retrógada. Observe o desenho à direita e perceba que a perfusão dos diversos ramos da aorta, como a artéria mesentérica, artérias renais, tronco celíaco, e até mesmo as carótidas e coronárias torna-se dependente do débito sanguíneo gerado pela bomba centrífuga.

As principais indicações para a canulação veno-arterial são: pré e pós transplante cardíaco, fibrilação ventricular e taquicardia ventricular refratários, após PCR, IAM, IC crônica, pós cardiotomia, tromboembolismo pulmonar.

O aprendizado sobre ECMO demanda vivência e idealmente deve ser feito dentro de um centro especializado. São necessários protocolos e uma estrutura organizada, contando tanto com profissionais habilitados quanto com recursos materiais. Mais importante e factível que o uso da ECMO, é a estratégia de ventilação mecânica protetora e a posição prona. Há muitas condutas que devem ser tomadas antes de se indicar o suporte pulmonar extra-corpóreo para o paciente em contexto de hipoxemia.

Não obstante, o atual cenário de pandemia causada pelo novo coronavírus nos desafia diariamente e conhecimentos básicos sobre ECMO se tornam necessários.

Referências:

1.Extracorporeal Life Support for Adults With Respiratory Failure and Related Indications A Review, Daniel Brodie, MD; Arthur S. Slutsky, MD; Alain Combes, MD, PhD, JAMA. 2019;322(6):557-568, August 13, 2019 Volume 322, Number 6

2.ECMO Extracorporeal Life Support in Adults, Fabio Sangalli, Nicolò Patroniti, Antonio Pesenti, Springer Milan Heidelberg New York Dordrecht London, 2014

3.Prolonged Extracorporeal Oxigenation For Acute Post Traumatic Respirtory Failure (Shock-Lung Syndrome), Use of the Bramson Machine Lung, J. Donald Hill, The New Enagland Journal of Medicine, volume 286, number 12, March, 23, 1972

4.Extracorporeal Membrane Oxygenation in Severe Acute espiratory Failure A Randomized Prospective Study, Warren M. Zapol, JAMA 242:2193-2196, 197

5.Low-Frequency Positive-Pressure Ventilation With Extracorporeal CO2 Removal in Severe Acute Respiratory Failure, Luciano Gattinoni, MD; JAMA 1986;256:881-886

6.Randomized Clinical Trial of Pressure-controlled Inverse Ratio Ventilation and Extracorporeal CO2 Removal for Adult Respiratory Distress Syndrome ALAN H. MORRIS, Am J Respir Crit Care Med Vol 149. pp 295-305, 1994

7.High Survival in Adult Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome Treated By Extracorporeal Membrane Oxygenation, Minimal Sedation, and Pressure Suported Ventilation, Viveka Lindèn, Intensive Care Medicine, 2000, 26: 1630 – 1637

8.Effi cacy and economic assessment of conventional ventilatory support versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure (CESAR): a multicentre randomised controlled trial, Giles J Peek, The Lancet, Vol 374 October 17, 2009

9.Extracorporeal Membrane Oxygenation for Severe Acute Respiratory Distress Syndrome, A. Combes, The New England Journal of Medicine, May 24, 2018 vol. 378 no. 21

https://emblog.mayo.edu/2017/04/10/ecmo-rounds-crash-course/

11.Lower tidal volume strategy (~3 ml/kg) combined with extracorporeal CO2 removal versus ‘conventional’ protective ventilation (6 ml/kg) in severe ARDS, Thomas Bein, Intensive Care Med (2013) 39:847–856



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