Determinação do Débito Cardíaco em Modelo Suíno para Perfusão Pulmonar Ex Vivo

Resumo

Este protocolo descreve a técnica cirúrgica utilizada para a colocação de um cateter de termodiluição através da veia jugular em suínos para estimar o débito cardíaco e garantir a perfusão pulmonar adequada durante a perfusão pulmonar ex vivo (PPEV).

Resumo

Devido às suas semelhanças fisiológicas com os humanos, os porcos são usados como modelos experimentais para perfusão pulmonar ex vivo (EVLP). A PPEV é uma técnica que perfunde pulmões que não são adequados para transplante por meio de uma bomba de circulação extracorpórea para melhorar sua função e aumentar sua viabilidade. Os protocolos de PPEV existentes são diferenciados pelo tipo de solução de perfusão e fluxo de perfusão, que varia de 40% a 100% do débito cardíaco (DC) estimado de acordo com a área de superfície corporal (SCC). Os dispositivos para medir o CO usam princípios físicos simples e outros modelos matemáticos. A termodiluição em modelos animais continua sendo o padrão de referência para estimar o CO devido à sua simplicidade e facilidade de reprodução. Portanto, o objetivo deste estudo foi reproduzir a medida de DC por termodiluição em suínos e comparar sua precisão e exatidão com as obtidas pela BSA, peso e método de Fick, para estabelecer o fluxo de perfusão durante a PPEV. Em 23 suínos, um cateter de termodiluição foi colocado na veia jugular direita e a artéria carótida do mesmo lado foi canulada. Amostras de sangue foram obtidas para gasometria e o DC foi estimado por termodiluição, área de superfície corporal ajustada, princípio de Fick e por peso corporal. O CO obtido pela BSA foi maior (p = 0,0001, ANOVA, Tukey) do que o obtido pelos outros métodos. Concluímos que, embora os métodos utilizados neste estudo para estimar o DC sejam confiáveis, existem diferenças significativas entre eles; portanto, cada método deve ser avaliado pelo investigador para determinar qual atende às necessidades do protocolo.

Introdução

Nos centros de transplante pulmonar, a perfusão pulmonar ex vivo (PPEV) é uma ferramenta que ajuda a aumentar o potencial de doação de pulmões que não atendem aos critérios padrão para transplante¹. Isso é conseguido preservando e melhorando a funcionalidade pulmonar de doadores com morte encefálica ou parada cardíaca, bem como avaliando o desempenho pulmonar antes do transplante ^2,3,4. Na PPEV, uma bomba de circulação extracorpórea permite que a perfusão do pulmão seja transplantada através de um trocador gasoso de membrana e um filtro de captura de leucócitos⁵.

Até o momento, vários protocolos de PPEV foram descritos (Toronto, Lund e Organ Care System). Estes são diferenciados pelo tipo de solução de perfusão utilizada, se o átrio esquerdo é mantido aberto ou fechado durante a perfusão, e pelo fluxo de perfusão, que varia de 40% a 100% (dependendo da técnica utilizada) do débito cardíaco (DC) estimado do doador ^6,7,8. DC é a quantidade de sangue bombeada pelo coração por minuto⁹ e é o mecanismo pelo qual a perfusão tecidual é mantida. Assim, o monitoramento do CO garante a oxigenação tecidual adequada. O CO, produto da freqüência cardíaca e do volume sistólico, é medido em litros 10,11,12. No entanto, essa abordagem para manter a perfusão tecidual também depende de outros fatores, como retorno venoso, uso periférico de oxigênio, resistência vascular sistêmica, respiração, volume sanguíneo total e posição corporal¹².

Existem vários dispositivos para medir e monitorar o CO, alguns dos quais usam princípios físicos simples, enquanto outros usam modelos matemáticos. Esses métodos incluem o princípio de Fick, termodiluição (diluição transpulmonar ou de lítio), análise da onda de pressão arterial para estimar o volume sistólico (VS) e métodos menos invasivos, como Doppler ou biorreatância torácica. No entanto, nenhum dispositivo de monitorização do CO pode atender a todos os requisitos clínicos devido às limitações da técnica de monitorização correspondente^10,13.

A medição do CO por termodiluição transcardíaca é um método simples e facilmente reprodutível em suínos. Envolve a colocação de um cateter com termistor na artéria pulmonar e a injeção de um volume de líquido com temperatura inferior à do sangue. O termistor detecta mudanças na temperatura ao longo do tempo, que são então plotadas na forma de uma curva, com a área sob a curva representando o volume minuto¹⁴. Vários estudos descreveram que, para modelos animais de PPEV, o CO pode ser calculado pelo peso (100 mL/kg)¹⁵, termodiluição e método de^Fick10,13. No entanto, na clínica, o DC é calculado usando o índice cardíaco (IC), que é o DC ajustado à área de superfície corporal do doador¹⁶. No entanto, não há estudos comparando esses métodos em modelos experimentais de suínos.

O objetivo deste estudo foi reproduzir a medida de CO por termodiluição em suínos e comparar sua precisão e acurácia com as obtidas por meio de CO ajustado por BSA, peso e método de Fick para estabelecer o fluxo de perfusão durante a PPEV.

Protocolo

O protocolo (B09-17) foi aprovado pelo comitê de bioética do INER (Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias "Ismael Cosio Villegas"). Vinte e três porcos Landrace clinicamente saudáveis de ambos os sexos, pesando entre 20-25 kg, foram usados para este estudo. Os animais foram manejados de acordo com as especificações técnicas para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório da Norma Oficial Mexicana¹⁷ e do Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório dos EUA¹⁸. Todos os animais foram obtidos do Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias Ismael Cosio Villegas e foram alojados em gaiolas individuais em condições ambientais idênticas, providos de água e ração ad libitum. Em todos os animais, um cateter de termodiluição foi colocado na veia jugular direita e um cateter arterial foi colocado na artéria carótida do mesmo lado para coletar a gasometria e então calcular o DC. Os detalhes dos reagentes e equipamentos usados estão listados na Tabela de Materiais.

1. Preparação experimental

1. Diluir 1000 UI de heparina em cada uma das três soluções de cloreto de sódio a 0,9% de 250 mL (solução salina, SS).
2. Conecte os transdutores de pressão ao monitor de sinais vitais. Utilizar cada transdutor para medir a pressão na porta correspondente do cateter de termodiluição.
3. Conecte as soluções heparinizadas ao transdutor por meio de infusão intravenosa sem agulha. Certifique-se de que eles estejam limpos e prontos para serem conectados ao cateter.
4. Remova o cateter de termodiluição da embalagem. Mergulhe a extremidade distal em NaCl a 0,9% para verificar a integridade do balão.
5. Verifique a permeabilidade das conexões distal e proximal do cateter. Mantenha o cateter na mesa de instrumentos cirúrgicos até o uso.

2. Preparação animal

1. Administrar 0,05 mg/kg de atropina e 4 mg/kg de tiletamina-zolazepam por via intramuscular a todos os suínos na sala de preparação animal (seguindo protocolos aprovados institucionalmente).
2. Deixe os porcos sem perturbação, mas sob vigilância até que fiquem deitados e permaneçam nessa posição sem sinais de excitação ou resposta a estímulos nociceptivos.
3. Coloque o animal sedado em decúbito ventral e insira um cateter na veia marginal da orelha esquerda.
4. Transfira o animal para a sala de cirurgia para cirurgia.
5. Coloque o animal em posição dorsal e administre 4 mg/kg de propofol IV, 300 μg/kg de brometo de vecurônio e 0,1 mg/kg de fentanil IV.
6. Abaixe a mandíbula do porco com a ajuda da equipe do laboratório para manter a boca aberta e a língua para fora.
7. Pulverize lidocaína a 10% nas cordas vocais, limpe a saliva acumulada com gaze presa por pinça anelar e separe a epiglote da abertura laríngea.
8. Identifique a entrada traqueal com um laringoscópio e uma lâmina reta número 3 e, em seguida, insira um tubo endotraqueal de 7 Fr com um balão.
9. Encha o balão e fixe o tubo na mandíbula após verificar sua colocação nas vias aéreas.
10. Conecte o porco à máquina de anestesia para manter um estado anestésico com sevoflurano a 2,5% a 3% (Figura 1).
11. Ventilar o animal em modo ventilatório controlado por volume com frequência de 25 respirações/min, volume corrente de 6-8 mL/kg de peso, FiO₂% de 50%-70% para manter SaO₂ maior que 90%, gatilho de 2, pressão expiratória final positiva (PEEP) de 5 cmH₂O, razão de inspiração de 1:2 s e fluxo inspiratório de 15 L/min e máximo de 30 L/min.

3. Colocação do cateter de termodiluição e medição do débito cardíaco

1. Manter o animal em decúbito dorsal sob anestesia geral e realizar antissepsia da região cervical com iodopovidona (Figura 2). Faça uma incisão paramediana de 10 cm usando um lápis de eletrocautério e disseque o tecido subcutâneo para expor a veia jugular externa direita por dissecção romba.
2. Colocar dois pontos de seda 2-0, um na porção distal e outro na porção proximal do vaso dissecado (Figura 3).
3. Insira o cateter extracorpóreo do local do pescoço para a região torácica onde o coração está localizado. Meça a profundidade de inserção usando marcações no cateter para alcançar a artéria pulmonar (PA). Ligue a porção distal do vaso e coloque uma alça dupla na porção proximal para prender o cateter uma vez inserido.
4. Faça uma incisão transversal de 2 mm na porção ventral do vaso usando uma tesoura de íris. Abra as bordas da incisão com pinça hemostática de mosquito de Halsted e insira o cateter de termodiluição 5Fr na veia jugular direita (Figura 4, Figura 5 e Figura 6). Direcione o cateter para a artéria pulmonar (AP) seguindo as curvas exibidas no monitor.

4. Colocação do cateter arterial

1. Uma vez que a veia é dissecada e as suturas de referência são colocadas, desloque o músculo esternocefálico (equivalente ao esternocleidomastóideo) lateralmente.
2. Disseque a musculatura pré-traqueal (esterno-hióidea) até que a artéria carótida seja exposta.
3. Canular a artéria carótida semelhante à veia jugular e conectá-la ao transdutor de pressão para monitorar a pressão arterial sistêmica.

5. Avaliação

1. Uma vez colocado o cateter de termodiluição na veia jugular direita e o cateter arterial na artéria carótida do mesmo lado, colher amostras para gasometria.
2. Obter os valores da gasometria e avaliar o débito cardíaco (DC) pelo método de termodiluição, área de superfície corporal e método de Fick.
   NOTA: Para procedimentos detalhados, consulte os relatórios publicados anteriormente^19-21.

6. Análise estatística

1. Analisar dados que demonstrem uma distribuição normal usando análise de variância (ANOVA) e realizar o teste post hoc de Tukey. Expresse os valores como a média ± erro padrão. Considere valores de p <0,05 como indicativos de significância estatística.

7. Medição de termodiluição

1. Injectar um bólus de 5 ml de SS frio a 4 °C no lúmen proximal do cateter de termodiluição em menos de 4 s.
2. Observe a curva de termodiluição (temperatura/tempo) na tela do monitor. A curva deve mostrar uma subida rápida seguida por uma descida suave e gradual até a linha de base, com valores numéricos exibidos com uma ou duas casas decimais.
3. Repita o processo de injeção em bolus com dois bolus adicionais de SS frio até que as curvas sejam válidas, semelhantes e dentro de 10% do valor médio.
4. Depois de confirmar a validade e semelhança das curvas, calcule a média dos três valores e registre-a como o valor final de CO em litros por minuto. Obter CO e outros índices da curva de termodiluição utilizando cálculos baseados na equação de Stewart-Hamilton²¹.

8. Determinação do débito cardíaco ajustado para a área de superfície corporal (BSA) ou índice cardíaco

1. Para determinar o débito cardíaco (IC) ajustado, calcule a área de superfície corporal (SCC) usando a fórmula de DuBois-DuBois¹⁹:
   SCQ = 0,007184 × (Altura (cm) ^0,725) × (Peso (kg) ^0,425).
2. Uma vez obtida a BSA, calcular o IC utilizando a fórmula²⁰:
   IC = CO/BSA.
   NOTA: CO é determinado na etapa 7.

9. Estimativa do débito cardíaco pelo método de Fick

1. Para calcular o débito cardíaco (DC) pelo método de Fick, determine-se o consumo de oxigênio (VO₂) e a diferença nos níveis de oxigênio obtidos a partir da gasometria arterial (SaO₂) e venosa (SvO₂). Calcular VO₂ utilizando a fórmula²¹:
   VO₂ = CO x (SaO₂ - SvO₂).
2. Em seguida, determine o débito cardíaco usando a fórmula²¹:
   CO = VO₂ / ([SaO₂ - SvO₂] × 10).

10. Estimando o débito cardíaco por peso corporal

1. Determinar o débito cardíaco por peso corporal dos animais seguindo relatos prévios ^8,15.
   NOTA: No protocolo de PPEV, vários grupos relataram que o débito cardíaco (DC) estimado por peso corporal em suínos é de 100 mL/kg ^8,15.

11. Eutanásia

1. Eutanasiar todos os animais com uma overdose de pentobarbital sódico (150 mg / kg / IV) através da bainha da veia jugular (seguindo protocolos aprovados institucionalmente) assim que todas as medições forem concluídas.
2. Continuar a anestesia geral e a monitorização cardíaca até que o traçado eletrocardiográfico (ECG) não mostre atividade elétrica cardíaca^17,18.

Resultados

Todos os animais sobreviveram ao procedimento cirúrgico e ao tempo de estudo. Um animal (4,3%) desenvolveu ruptura da veia jugular devido à tração excessiva durante a inserção do cateter. Além disso, nenhum dos vasos intervencionados apresentou sangramento. Nos animais estudados, foi necessária uma média de 25-30 cm de inserção do cateter para atingir a AP. Em três casos (13%), o cateter foi direcionado para o membro superior direito do porco. Nesses casos, o cateter foi retraído para o local de inserção, ...

Discussão

A PPEV em suínos tem uma tradução direta para a prática clínica humana, dada a comparabilidade no tamanho, fisiologia e sequência genômica das duas espécies²². De acordo com o protocolo de PPEV selecionado pela pesquisadora, a medida do DC é essencial para determinar o fluxo necessário para perfundir os pulmões. Além disso, dependendo dos recursos e conhecimentos disponíveis, o método adequado pode ser escolhido. No entanto, nenhum estudo comparou os métodos de avaliação do CO sim...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anesthesia machine	General Electric	Carescape 620
Atropine	Amixteria, Stern Pharma GmbH
Catheter Insyte Autoguard 20 GA	Becton Dickinson	381434
Electrocautery pencil	BBraun Aesculap	GN211
Endotracheal tube with a 7 Fr balloon	Rush	MG 027770 002
Fentanyl	Janssen-Cilag
Iodopovidone	Degasa	NDC6732635208
Laryngoscope	Riester
Lidocaine Spray	Pisa
Pressure transducers	Edwards Lifesciences	PX260
Propofol	Pisa
Sevofluorane	Pisa
Silk sutures 2-0	Covidien	GS833
Sodium pentobarbital	Pfizer
straight blade of laryngoscope #3	Miller; Riester
Swan-Ganz 5Fr thermodilution catheter	Arrow Thermodilution Ballon Catheter	Ref AI-07165
Tiletamine-zolazepam	Virbac
Vecuronium bromide	Pisa