Medindo a espessura e a função do diafragma usando ultrassom no ponto de atendimento

Resumo

A espessura e a função do diafragma podem ser avaliadas em indivíduos saudáveis e pacientes críticos por meio da ultrassonografia point-of-care. Esta técnica oferece um método preciso, reprodutível, factível e bem tolerado para avaliar a estrutura e função do diafragma.

Resumo

O diafragma é o principal componente da bomba muscular respiratória. A disfunção diafragmática pode causar dispneia e intolerância ao exercício, predispondo os indivíduos afetados à insuficiência respiratória. Em pacientes ventilados mecanicamente, o diafragma é suscetível à atrofia e disfunção por desuso e outros mecanismos. Isso contribui para o fracasso do desmame e desfechos clínicos ruins em longo prazo. A ultrassonografia point-of-care fornece um método válido e reprodutível para avaliar a espessura do diafragma e a atividade contrátil (fração de espessamento durante a inspiração) que pode ser prontamente empregado por clínicos e pesquisadores. Este artigo apresenta as melhores práticas para medir a espessura do diafragma e quantificar o espessamento do diafragma durante a respiração corrente ou inspiração máxima. Uma vez dominada, essa técnica pode ser usada para diagnosticar e prognosticar a disfunção diafragmática, orientar e monitorar a resposta ao tratamento ao longo do tempo, tanto em indivíduos saudáveis quanto em pacientes agudos ou crônicos.

Introdução

Ultrassom refere-se a ondas sonoras além dos limites audíveis superiores da audição humana. O ultrassom tem muitas aplicações além da saúde, sendo a mais famosa provavelmente o desenvolvimento do SONAR (sound navigation and ranging) para uso militar na Primeira Guerra Mundial¹; O ultrassom é agora usado rotineiramente no diagnóstico médico e terapia. A ultrassonografia médica ou ultrassonografia diagnóstica utiliza ondas sonoras de alta frequência (>20 kHz) para fornecer imagens de estruturas de tecidos moles dentro do corpo. Essas ondas sonoras são pulsadas em frequências de 1 a 20 milhões de ciclos/s (mega-hertz, MHz), que podem ser transmitidas ao corpo para examinar estruturas anatômicas, como fígado, coração e músculo esquelético. A ultrassonografia no local de atendimento está se tornando cada vez mais uma pedra angular da avaliação e do manejo de doenças críticas.

A primeira aplicação do ultrassom na medicina foi na década de 1940 pelo Dr. Karl Dussik, que tentou localizar tumores cerebrais medindo a transmissão de feixes de ultrassom através da cabeça². Com o avanço da tecnologia, novas técnicas foram desenvolvidas, incluindo o modo amplitude (modo A) e o modo brilho (modo B)³, seguido pelo desenvolvimento de scanners bidimensionais em 1960 ^4,5. O campo da ultrassonografia diagnóstica tornou-se de grande valia na prática clínica, pois evita a exposição à radiação ionizante e pode ser obtido à beira do leito, evitando a necessidade de transporte hospitalar com riscos associados. A ultrassonografia é segura, bem tolerada, confiável e repetível em pacientes ^6,7.

O diafragma é uma estrutura muscular fina, em forma de cúpula, que atua como a principal bomba respiratória que conduz a ventilação espontânea em humanos. O diafragma separa as cavidades torácica e abdominal e é composto por três segmentos distintos: o tendão central, o diafragma costal e o diafragma crural (Figura 1). O tendão central do diafragma é uma estrutura não contrátil que permite a passagem dos principais vasos sanguíneos da cavidade torácica para a cavidade abdominal. O diafragma costal possui fibras que vão desde a caixa torácica ou processo xifoide até o tendão central. O diafragma crural insere-se nos três primeiros vertebrados lombares. Durante a inspiração, o diafragma costal se contrai, abaixando a cúpula do diafragma enquanto expande a caixa torácica inferior. O diafragma costal sustenta o diafragma crural no rebaixamento da cúpula ^8,9,10.

A ultrassonografia transtorácica do diafragma tem ganhado cada vez mais atenção por sua capacidade de monitorar a espessura diafragmática na zona de aposição (Figura 1)11,12,13. O diafragma foi visualizado pela primeira vez com ultrassonografia em 1975 por Haber et ^al.14. A contratilidade do diafragma e o encurtamento muscular durante a inspiração podem ser quantificados usando ultrassom modo-M para monitorar a espessura do diafragma (IDT) e a fração de espessamento (IDF). Essa avaliação da contratilidade fornece uma medida do desempenho muscular do diafragma sob um determinado nível de impulso e esforço inspiratório. O ultrassom no local de atendimento fornece medidas seguras, repetíveis e confiáveis da função e arquitetura do diafragma. Em pacientes ventilados mecanicamente, mudanças na espessura do diafragma ao longo do tempo podem ser usadas para avaliar os impactos negativos da ventilação mecânica, incluindo os efeitos do miotrauma devido à sobreassistência (atrofia; diminuição da espessura expiratória final ao longo do tempo) ou subassistência (lesão induzida pela carga resultando em inflamação, edema; possivelmente representada pelo aumento da espessura expiratória final ao longo do tempo)¹⁵. Essas alterações estão correlacionadas com desfechos clínicos adversos¹⁶. A medida do IDF durante a expiração permite avaliar a atividade diafragmática corrente (i.e., esforço inspiratório). A medida do IDF durante um esforço inspiratório máximo (IDF,máx) fornece uma avaliação da força do diafragma (uma vez que a capacidade geradora de força do diafragma está relacionada à sua capacidade de contrair e encurtar).

Há um consenso substancial sobre o protocolo ideal para aquisição e análise das^medidas17. A competência em imagem de ultrassom de diafragma envolve uma curva de aprendizado moderadamente íngreme; O treinamento completo na técnica e suas possíveis armadilhas é essencial. Estudos têm demonstrado que a proficiência em ultrassom diafragmático pode ser adquirida em um curto período de tempo por meio de treinamento remoto e via web¹⁸. Portanto, esse protocolo foi otimizado para fornecer uma medida consistente da espessura do diafragma e da fração de espessamento que pode ser aplicada tanto em pacientes saudáveis quanto em pacientes com suspeita de patologia respiratória¹⁹

Protocolo

Os estudos que empregam essa técnica receberam aprovação ética do Comitê de Ética em Pesquisa da University Health Network, Toronto, Canadá.

1. Avaliação da espessura e fração de espessamento do diafragma durante a respiração corrente

1. Identificação do diafragma
   1. Colocar o paciente em posição semi-reclinada (30°-45° do paralelo) nas costas. Retire qualquer peça de roupa do lado direito do peito.
      OBS: Procedimento semelhante pode ser utilizado para visualização da cúpula diafragmática esquerda; o lado esquerdo é geralmente mais difícil de visualizar, e a precisão das medidas é relatada como sendo muito menor¹⁹.
   2. Ligue o tablet que alimenta a unidade de ultrassom portátil e inicie a aplicação apropriada (consulte a Tabela de Materiais). Iniciar exame musculoesquelético com transdutor linear de alta frequência (mínimo de 12 MHz).
      NOTA: Qualquer sistema de ultrassom pode ser usado para executar esta técnica.
   3. Cubra a ponta do transdutor de arranjo linear com uma quantidade suficiente de gel de ultrassom e verifique se o ultrassom está no modo B para posicionamento. Segure a sonda envolvendo a ponta da sonda com o polegar e o indicador (Figura 2A).
   4. Palpar a superfície da parede torácica para localizar o oitavo, nono ou^10º espaços intercostais direitos entre as linhas axilares média e anterior, como mostrado nas Figuras 1C e Figura 2A, e colocar a sonda na zona de aposição (tipicamente ao redor do oitavo espaço intercostal).
   5. Incline o transdutor no plano sagital de modo que ele fique inteiramente situado entre as costelas (Figura 2A) e nenhum artefato costal seja visível na imagem (Figura 2B). Se uma costela aparecer na imagem, ajuste o ângulo da sonda inclinando para cima ou para baixo. Se uma costela ainda estiver visível, gire a sonda até que apenas o diafragma esteja visível. Se a visualização do diafragma continuar problemática, deslize a sonda para cima ou para baixo para um novo espaço intercostal.
   6. No monitor de ultrassonografia, identificar duas linhas paralelas brancas brilhantes imediatamente superiores ao fígado, indicando as membranas pleural e peritoneal (Figura 2B). O diafragma costal relativamente hipoecoico pode ser visualizado nas entrelinhas.
   7. Ajuste a profundidade da imagem clicando no botão aumentar ou diminuir a profundidade para otimizar o tamanho do diafragma. Verifique se o diafragma está centralizado no monitor do monitor. Isso garantirá a máxima resolução das linhas pleurais e peritoneais das estruturas circundantes.
   8. Se a imagem permanecer subótima (ou seja, os pulmões ou as costelas estiverem visíveis na imagem ou as membranas pleural e peritoneal não forem claramente visualizadas), ajuste a sonda para melhor visualização deslocando a sonda para cima e para baixo ao longo do espaço costal, para frente e para trás da base, ou girar. Veja a Tabela 1 para exemplos de problemas comuns na ultrassonografia transdiafragmática.
2. Otimizando imagens
   1. Quando o transdutor estiver no local correto, otimize a qualidade da imagem alterando os seguintes componentes antes da coleta de dados.
      NOTA: Em diferentes softwares de unidade de ultrassom, há diferenças de modelo e software. Neste software, realizamos os seguintes cliques no botão para atingir o objetivo.
   2. No software da unidade de ultrassom, clique no botão de ganho para alterar o brilho da imagem. Aumente o ganho clicando no botão de aumento , para fazer a imagem parecer mais brilhante. Por outro lado, clique no botão diminuir para escurecer a imagem. Se o ganho for muito baixo, as estruturas podem ser difíceis de determinar. Se o ganho for muito alto, ecos estranhos podem aparecer e a imagem aparecerá muito brilhante.
   3. Se disponível na unidade de ultrassom, clique no botão de foco para ajustar o foco para alterar a qualidade da imagem. Clique no botão aumentar para aumentar o foco ou no botão diminuir para diminuir o foco.
3. Aquisição de imagens
   1. Uma vez que o posicionamento e a qualidade da imagem tenham sido otimizados, coloque o ultrassom no modo M clicando no botão do modo M no software de ultrassom.
   2. Uma única linha de varredura vertical aparecerá na tela de geração de imagens. Coloque a linha entre o corte onde as linhas pleural e peritoneal são mais claras.
      NOTA: Pode haver alguma variabilidade entre os dispositivos de ultrassom na obtenção de imagens em modo M. Certifique-se de uma área clara onde membranas pleurais e peritoneais bem definidas sejam visualizadas antes do início do modo M. Coloque a linha de varredura em um local onde as membranas pleural e peritoneal estejam bem definidas durante todo o ciclo respiratório e nenhum pulmão ou costela entre no campo de visão.
   3. Execute o modo M ao longo de um ciclo completo de inspiração e expiração durante a respiração das marés e, em seguida, clique no botão congelar e, em seguida, salve os botões para capturar o estado real e salvar a imagem. Se disponível, ajuste a velocidade de varredura clicando no botão de velocidade de varredura para ajustar a taxa de coleta para garantir que dois ciclos respiratórios sejam obtidos. Repita esse processo para obter outra imagem.
   4. Com um marcador seguro para a pele, marque a localização da sonda no corpo do paciente, para ajudar a garantir que a mesma posição exata do diafragma seja medida ao longo do tempo. Isso é essencial para manter a reprodutibilidade da medida, uma vez que a espessura do diafragma varia ao longo de sua área^{superficial19}.
   5. A partir dessas imagens, pode-se medir a espessura do diafragma (Tdi) e a fração de espessamento (IDF). Se os valores da segunda imagem em modo M não estiverem dentro de 10% da primeira imagem, repita a aquisição da imagem em modo M até que duas imagens com um conjunto de valores dentro de 10% uma da outra sejam obtidas. Veja detalhes sobre a análise de imagens abaixo.
   6. Quando o exame estiver concluído, clique no botão finalizar o exame no software de ultrassom.
   7. Para exportar arquivos, clique em Exportar imagens e verifique se os arquivos são exportados no formato DICOM.
   8. Limpe o lado do paciente se houver algum gel restante e higienize o equipamento de ultrassom com lenços desinfetantes apropriados.
4. Analisando imagens
   1. Abra os arquivos DICOM necessários no visualizador MicroDicom DICOM ou software similar.
   2. Clique na ferramenta "distância" (pode ser chamada de paquímetro ou linha reta) e desenhe uma linha reta da borda interna da membrana pleural até a borda interna da membrana peritoneal no final da expiração (Tdi,ee).
   3. Certifique-se de que ambas as membranas não estejam incluídas nesta medição e que ambas as extremidades da reta sejam colocadas diretamente (verticalmente) uma da outra de modo que não haja diferença de tempo entre os marcadores, o que pode aumentar artificialmente a distância, conforme Figura 2B¹⁷.
   4. Registre esse valor como espessura do diafragma (Tdi,ee).
   5. Repetir o passo 4.2 no pico de inspiração da mesma respiração para obter a espessura do diafragma no pico de inspiração (Tdi,pi).
   6. Se o paciente não parecer estar respirando e nenhuma fração de espessamento diafragmático for evidente durante a inspiração, medir o Tdi,pi em um local representativo da espessura do diafragma durante a fase inspiratória (neste caso, será aproximadamente o mesmo que Tdi,ee), como pode ser visto na Figura 3.
   7. Tanto o Tdi,ee quanto o Tdi,pi devem ser analisados a partir da mesma respiração, como pode ser visto na Figura 2C, para avaliar a fração de espessamento do diafragma durante a respiração corrente (IDF).
   8. Usando Tdi,pi e Tdi,ee, calcule o TFdi para cada respiração:
      
   9. Obtenha um segundo par de medidas a partir da mesma imagem em modo M (consulte a Figura 2C).
   10. Repita as etapas 1.4.1-1.4.9 na segunda imagem do modo M. Neste momento, foram obtidas quatro medidas de IDT,ee e quatro medidas de IDF.
   11. Se os valores da segunda imagem em modo M não estiverem dentro de 10% da primeira imagem, repita a aquisição da imagem em modo M até que duas imagens com um conjunto de valores dentro de 10% uma da outra sejam obtidas.

Figura 1: Visão geral da anatomia do diafragma e colocação da sonda de ultrassom. (A) Estruturas anatômicas para ultrassonografia do diafragma costal. O diafragma consiste no tendão central, diafragma costal e diafragma crural. (B,C) Para visualizar o diafragma costal na zona de aposição à ultrassonografia, o paciente é colocado na posição semi-reclinada e o oitavo, nono ou^10º espaço intercostal é localizado. Uma sonda de ultrassom linear de alta frequência (>12 MHz) é colocada paralelamente às costelas no espaço intercostal ao longo da linha axilar média para visualizar o diafragma costal como um corte transversal. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Espessura e espessamento do diafragma durante a respiração corrente. (A) A sonda é colocada no oitavo, nono ou^10º espaço intercostal para visualizar o diafragma como um corte transversal. (B) Na imagem modo-B, as setas brancas demonstram as membranas pleural e peritoneal hiperecoicas. (C) A imagem em modo M projeta variação na espessura do diafragma em um determinado ponto ao longo do tempo. Da esquerda para a direita, as linhas amarelas medem a espessura do diafragma no final da expiração (Tdi,ee) e a espessura do diafragma no pico de inspiração (Tdi,pi) da primeira respiração, e as linhas vermelhas denotam a espessura da segunda respiração. A espessura do diafragma (Tdi,ee) mede 1,20 e 1,25 mm e o IDF 26% e 23%, respectivamente, em um indivíduo saudável do sexo masculino. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Tabela 1: Problemas comuns na ultrassonografia transdiafragmática Clique aqui para baixar esta tabela.

2. Avaliação da fração máxima de espessamento do diafragma

NOTA: A fração máxima de espessamento do diafragma pode ser avaliada durante a mesma sessão experimental que a espessura do diafragma.

1. Aquisição de imagens
   1. Utilizando a mesma metodologia descrita acima, identifique o diafragma usando o ultrassom modo B e otimize de acordo.
   2. Em pacientes ventilados mecanicamente, certifique-se de que haja drive respiratório adequado para avaliação funcional do diafragma medindo a pressão de oclusão das vias aéreas (P_0,1) no ventilador. O P_0,1 deve ser de pelo menos 2 cm H₂O para prosseguir. Se for inferior a 2 cm H₂O, considere reduzir a sedação ou o suporte ventilatório para aumentar o drive respiratório antes da ultrassonografia.
   3. Uma vez que o drive respiratório esteja adequado em pacientes ventilados mecanicamente, reduza o suporte ventilatório a um nível mínimo (por exemplo, pressão de suporte (PSV): 0 cm H₂O; pressão expiratória final positiva (PEEP): 0 cm H₂O; níveis modestos de PSV ou PEEP podem ser mantidos se necessário para a troca gasosa) para aumentar temporariamente a contratilidade diafragmática.
      OBS: A retirada do suporte ventilatório aumenta o drive respiratório e o esforço para facilitar a avaliação da função diafragmática.
2. Coloque o ultrassom no modo M clicando no botão Modo M .
3. Durante a execução do modo M, treine o participante a realizar um esforço inspiratório volitivo máximo contra uma via aérea não ocluída (i.e., manobra da capacidade inspiratória), instruindo o participante a "respirar fundo" se for possível.
   1. Se o paciente não conseguir seguir comandos para realizar esforços inspiratórios máximos, aplicar uma breve manobra de oclusão das vias aéreas (manobra de Marini)²⁰ por até 20 s para estimular o aumento do trabalho respiratório. Em seguida, solte a oclusão e meça o TFdi,max após a liberação da oclusão.
4. Congele a gravação e salve a imagem.
5. Repita os passos 2.1-2.4 mais duas vezes para obter um total de três imagens em modo M para análise, ou até que o ultrassonografista esteja confiante de que o paciente fez esforços volitivos máximos.
6. Exporte imagens em modo M no formato DICOM para uma análise cega offline cuidadosa.
7. Limpe o lado do paciente para limpar qualquer gel restante e higienize o equipamento de ultrassom com lenços desinfetantes apropriados.
8. Analisando imagens
   1. Abra os arquivos DICOM necessários no visualizador MicroDicom DICOM ou software similar.
   2. Clique na ferramenta de distância (pode ser chamada de paquímetro ou linha reta) e desenhe uma linha reta da borda interna da membrana pleural até a borda interna da membrana peritoneal no final da expiração (Tdi,ee) e pico de inspiração (Tdi,pi) durante uma tentativa inspiratória máxima, como pode ser visto na Figura 3B.
   3. Certifique-se de que todas as medidas excluam as membranas pleural e peritoneal e que ambas as extremidades da linha reta sejam colocadas diretamente (verticalmente) uma da outra, de modo que não haja diferença de tempo.
   4. TFdi,max para cada respiração é calculado como:
      
   5. Registre o valor mais alto de pelo menos três tentativas consistentes como TFdi,max.

Figura 3: Exemplos de fração de espessamento do diafragma mínima e máxima. (A) A espessura do diafragma ultrassonográfico (IDT) e a fração de espessamento (IDF) foram medidas na presença de contração diafragmática mínima. Se necessário, ajuste a velocidade de varredura; duas respirações são usadas para avaliar a presença de IDF. Na ausência de nítido pico de espessura inspiratória, o momento do esforço inspiratório é determinado clinicamente à beira do leito. O TFdi aqui é calculado como 11%, mas seria a média em mais duas respirações (total de quatro respirações capturadas em duas imagens). (B) A fração máxima de espessamento do diafragma medida durante os esforços inspiratórios máximos (TFdi,max) é estimulada treinando o paciente a fazer esforços volitivos máximos, ou seguindo uma malva de Marini se o paciente não puder ser treinado e houver um P_0,1 >2 cm H₂O. TFdi,max é calculado aqui como 208%, no entanto, o maior valor obtido após várias (pelo menos três) tentativas seria registrado como o TFdi,máx. Há diferença pronunciada no IDF e no IDT durante uma inspiração máxima (B) em comparação com um esforço inspiratório mínimo (A). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussão

A ultrassonografia diafragmática fornece uma técnica não invasiva, confiável e válida para monitorar a estrutura e a função do diafragma em indivíduos saudáveis e pacientes criticamente enfermos. A fração de espessamento do diafragma fornece uma medida à beira do leito da atividade contrátil e da função do diafragma que é muito mais viável do que as medidas de pressão transdiafragmática de contração magnética, o método padrão-ouro tradicional para avaliar a função diafragmática³³. O monitoramento da função e espessura do diafragma por ultrassom no local de atendimento fornece um meio de detectar a atrofia do diafragma. Dessa forma, os especialistas recomendam que um mínimo de 15 ultrassonografias transdiafragmáticas separadas sejam realizadas e analisadas para desenvolver competência¹⁷.

Para garantir medidas reprodutíveis e precisas, é imperativo marcar o posicionamento da sonda¹⁹. A imagem em modo B deve ser otimizada ajustando o posicionamento da sonda, bem como a profundidade, o ganho e o foco do instrumento. A velocidade de varredura do ultrassom utilizado deve ser ajustada para obter um mínimo de duas respirações dentro de uma imagem capturada, se possível. Por fim, as medidas devem ser repetidas até que valores consistentes (dentro de 10%) sejam obtidos.

Algumas das dificuldades associadas à obtenção de Tdi e TFdi são a colocação e orientação da sonda linear. A Tabela 1 destaca alguns cenários comuns e as medidas de solução de problemas associadas que os usuários devem tomar.

Algumas limitações dessa técnica de ultrassom precisam ser observadas. Primeiro, a espessura do diafragma varia muito entre os pacientes, e as mudanças na espessura ao longo do tempo precisam ser referenciadas ao valor basal (por exemplo, para diagnosticar atrofia). Em segundo lugar, apesar da simplicidade da técnica, o treinamento é necessário para garantir a competência. Uma plataforma de treinamento on-line baseada na web foi validada para alcançar a competência na técnica¹⁸. Terceiro, a técnica de ultrassom descrita fornece dados limitados sobre a estrutura (massa) e função (contratilidade) muscular. Novas técnicas, como a ultrassonografia de cisalhamento e a elastografia ultrassonográfica, podem fornecer informações adicionais sobre rigidez e fibrose muscular34,35,36,37,38.

Em resumo, a ultrassonografia transdiafragmática fornece medidas-chave da estrutura e função diafragmática que podem ser facilmente realizadas em pacientes saudáveis e criticamente enfermos. Essa técnica é confiável e válida, considerando um usuário competente e com treinamento suficiente. Este artigo descreve como realizar ultrassom transdiafragmático e adverte os usuários a passar por treinamento suficiente antes da aquisição de dados.

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
10-15 MHz linear array transducer	Philips	L12-4	Any 10-15MHz linear array transducer may be used
Any DICOM viewer software  Example: MicroDicom DICOM viewer	MicroDicom		Free for non-commerical use analysis software: https://www.microdicom.com/company.html
Lumify Ultrasound Application	Philips		Other systems will use their own software
Lumify Ultrasound System	Philips		Any ultrasound system may be used
Skin Safe Marker	Viscot	1450XL	Used for marking location of probe
Ultrasound Gel	Wavelength	NTPC201X	Any ultrasound gel may be used