AVALIAÇÃO DE OXIGENADOR DE MEMBRANA DURANTE TESTE IN VIVO. Alzira Maria da Silva Martins(1), Sergio Nogaroto(2), Bruno Piccini(3), Rosemary Toffano(4), Fabio Vampel(5), José Francisco Biscegli(6) (1), (2), (3), (4), (5), Edwards Lifesciences Macchi Ltda, Av. Santa Catarina, 2580, São Paulo-SP, Brasil, CEP: 04378-200. (6) Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, Avenida Dr. Dante Pazzanese, 500, São Paulo-SP, Brasil, CEP: 04012-909. P/ contactar o autor: Alzira Martins

ABSTRACT

In our laboratories, we researched and developed a new membrane oxygenator, which has a passing by heat exchanger inserted in the venous reservoir. With this alteration in the heat exchanger it became possible a prime reduction of about 280 mL. The objective of the present paper was to evaluate the new device and identify details with surgical procedures utilizing calves, and using all perfusion techniques and functional and laboratory analysis.

The device required a low priming (180 mL), provided excellent arterial saturation at a maximal flow (7 L/min), easy of filling and removal of bubbles, high performance of heat exchanger at different blood flows and low free hemoglobin levels.

Regarding the procedures in calves it was observed changes in the pH, as a consequence of fibrillation; elevated levels of CO2 partial pressure (PCO2) and hypotension while in low flow situations; variations of lactic dehydrogenase (LDH); hypokalemia and a need to use heparin at doses of 6 mg/kg, due to the fact that cow have a low antithrombin 3 concentration, as well as a blood rich in protein and other substances which interact with heparin and sequester and desviate it from its function.

Rev Latinoamer Tecnol Extracorp 9,3,2002

RESUMO

Em nossos laboratórios, pesquisou-se e desenvolveu-se um novo oxigenador de membrana, o qual possui um trocador de calor de passagem inserido no reservatório de sangue venoso, com esta mudança física do trocador de calor foi possível uma redução do priming na ordem de 280 mL.
O objetivo deste trabalho foi avaliar o novo dispositivo e conhecer detalhes com procedimentos cirúrgicos utilizando bezerros, sendo utilizadas todas as técnicas de perfusão, análise funcional e laboratorial.
O dispositivo apresentou baixo priming (180 mL); excelente saturação arterial em fluxo máximo (7 L/min); facilidade de enchimento e remoção de bolhas, alta performance do trocador de calor em diferentes fluxos de sangue e baixos níveis de hemoglobina livre.
Quanto ao procedimento em bezerros foi observada alteração nos valores do potencial hidrogênionico (pH), decorrentes de fibrilação; níveis elevados de pressão parcial de CO2 (pCO2) e hipotensão quando em situações de hipofluxo; variações na concentração da desidrogenase láctica (LDH); e quadros de hipopotassemia, associados ao jejum e estresse aos quais os animais são submetidos; e necessidade de utilização de heparina na concentração de 6mg/kg, devido ao fato de que os bovinos possuem baixa concentração de trombina 3, como também por possuírem um sangue rico em proteínas e outras substâncias que interagem com a heparina, seqüestrando-a e desviando-a de sua função.

A maioria das pesquisas visando desenvolver um oxigenador ideal concentra-se em oxigenadores de membranas, pois estes apresentam vantagens de oxigenação artificial sob o aspecto da interação gás/sangue, segurança e controle de gás [1].

O oxigenador analisado tem como quebra de paradigma um trocador de calor inserido no reservatório de sangue venoso, diferenciando de todos os oxigenadores disponíveis no mercado onde geralmente o trocador de calor é anexo à câmara de oxigenação, terminando como câmara cheia, enquanto este novo dispositivo desenvolvido utiliza um trocador de calor de passagem. Esta mudança física e estrutural do trocador de calor de câmara cheia para câmara de passagem representaram uma redução de priming na ordem de 280 mL entre os oxigenadores disponíveis no mercado.

O trocador de calor projetado é constituído por uma serpentina helicoidal de alumínio anodizado com entrada e saída de água de ½ polegada e engate do tipo Hansen. O reservatório possui entrada de sangue venoso de ½ polegada com conector rotativo, tomada de amostra venosa tipo "luer lock" e tomada de temperatura do tipo "yellow spring".

A câmara de oxigenação possui um volume de enchimento em torno de 180±10mL. A fibra tipo esteira Liba Mat é embobinada em duas camadas, com inclinação de forma a minimizar os espaços dentro da câmara que é constituída por dois cilindros. A faixa operacional do fluxo de sangue do oxigenador desenvolvido é de 2 a 7 L/min. Isto foi conseguido devido ao arranjo das fibras embobinada em estrias de camadas sobrepostas com ângulos de inclinação opostos, permitindo uma maior eficiência na troca gasosa.

A circulação extracorpórea como método de suporte em cirurgia cardíaca é sob o ponto de vista histórico relativamente recente. Após longo período de pesquisas e experiências, foi construído um sistema de respiração e circulação artificiais, capaz de suprir temporariamente as necessidades metabólicas do ser humano [2].

Os ensaios preliminares com protótipos geralmente são realizados em bezerros devido ao volume sangüíneo. No entanto, a literatura é pobre quanto a execução deste procedimento. A avaliação do produto foi efetuada com procedimentos cirúrgicos em bezerros, utilizando as técnicas de perfusão, análise funcional e laboratorial.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 - Materiais

• Acepran^®(uso veterinário)
• Aparelho para monitoração de TCA (tempo de coagulação ativada)
• Cânula arterial e ou femoral
• Cânulas veia cava dupla estágio
• Conjunto Descartável para CEC tamanho adulto
• Equipamento para medida de amostra gasométrica
• Gelo
• Máquina de Circulação extracorpórea modelo BM6 Edwards Macchi.
• Material tradicional.
• Microscópio para análise dos elementos figurados
• Misturador de gás 02 + ar (Blender)
• Módulo de cardioplegia para repor e infusão da solução cardioplégica
• Oxigenador de membrana EDWARDS VITALTM.
• Oxy sat para monitoração artero/venosa com controle de saturação on line
• Pinças para tubos
• Seis bezerros com peso corporal de 80 a 147 Kg.
• Suportes para oxigenador e filtro arterial
• Termômetro digital com sonda esofágica
• Todas as drogas ortodoxas do procedimento de CEC em cirurgia cardíaca.

2. 2 Métodos

Foram adquiridos 6 (seis) bezerros da raça Girolando, com peso conforme descrito abaixo:

Bezerro 1 = 80 Kg
Bezerro 2 = 90 Kg
Bezerro 3 = 90 Kg
Bezerro 4 = 120 Kg
Bezerro 5 = 147 Kg
Bezerro 6 = 110 Kg

Os animais foram submetidos ao jejum de 24 horas para água e 72 horas para alimentos volumosos e concentrados (capim e ração).

2.2.1 Técnica de Anestesia

Na pré-anestésica foi administrado 0,2 mg/kg/peso de acepromazina, juntamente com 0,3 mg/kg/peso de amidazolan IV através da veia jugular.

Na sala cirúrgica o animal foi colocado na mesa em decúbito lateral. Efetuada tricotomia em toda a região jugular, torácica e abdominal do animal.Anti-sepsia com álcool iodado 2%. A punção jugular se fez através de Cateter curto, sendo efetuado ráfia na pele do animal com fio de algodão, para fixação do cateter.

2.2.2 Indução

Com thiomembutal 10 mg/kg, o animal foi entubado com sonda oro traqueal, utilizando ventilação modelo Takaoka. Durante anestesia foi administrado Pancuron de 30 em 30 minutos, sendo utilizado 50% da dose inicial do Thiomembutal. Se o animal apresentasse hipertensão era administrado Nitroprussiato de Sódio, sendo 1 frasco diluído em 500 mL de soro glicosado a 5% e, quando animal apresentasse hipotensão era administrado Dopamina 250mg diluído em 250mL de soro glicosado a 5%.

2.2.3 Procedimento Médico

Colocados campos cirúrgicos estéreis para isolamento da área, em seguida foi efetuada dissecação da artéria femoral. Observou-se grande dificuldade em acesso a esta artéria, devido a sua profundidade. Após a dessecação da artéria foram coletados 10 mL de sangue para execução do teste tempo de coagulação ativado (TCA). Outra amostra de sangue também foi coletada em seringa plástica de 20 mL heparinizada, para os demais exames laboratoriais. Um transdutor de pressão foi utilizado para a monitoração da pressão arterial do animal.

Abertura do tórax com bisturi elétrico, hemostasia revisada com o mesmo, retirado a 4a costela do animal, colocado o afastador, abertura do pericárdio, o sangue da cavidade foi aspirado.

2.2.4 Técnica para Instalação da circulação extracorpórea (CEC)

Foram utilizados em todos os animais cânulas aórticas. Nas veias cavas superiores ou inferiores, foram utilizadas cânulas venosas do kit cor da Edwards Lifesciences (1° bezerro), nos demais foiram utilizadas cânulas aramadas de duplo estágio.

Efetuada heparinização do animal em campo com Liquemineâ (Roche), sendo nos dois primeiros animais 3 mg/kg/peso e nos demais 6 mg/kg/peso.

2.2.5 Técnica de CEC

Máquina utilizada foi uma BM6 da Edwards Lifesciences calibrada conforme orientações do Manual do produto e fabricante. Foi montado o circuito normal de circulação extracorporea. A saturação arterio-venosa foi monitorada com um aparelho "on "line"(OXY SAT).

2.2.6 Variações de Fluxo Sanguíneo

A determinação do fluxo foi de 50mL/kg/peso/min em normotermia; e 40mL/kg/peso/min em hipotermia moderada E no reaquecimento do animal, após 34° C foi usado fluxo de 60mL/kg/peso/min.

2.2.7 Tempo de CEC

Os animais permaneceram em circulação extracorpórea superior a 180 minutos.

3.0 RESULTADOS/DISCUSSÃO

3.1 Temperatura esofágica

Todos os experimentos realizados foi provocado hipotermia nos animais, cuja temperatura ficou entre 27°C a 37°C, permitindo avaliar a troca de oxigênio do oxigenador em hipotermia e normotermia (Figura 1).

Figura 1. Variação de temperatura dos bezerros durante a cirurgia.

3.2 Potencial Hidrogênionico (pH)

Com exceção dos bezerros 5 e 6, os demais permaneceram com o pH dentro dos limites (7,35-7,5). O desvio observado no bezerro 5 se deve a fibrilação ocorrida antes da canulação. O bezerro 6 aspirou o Rumem ocorrendo parada cardiorespiratoria, necessitando de entrada em CEC com urgência. No final de 180 minutos, observamos uma certa instabilidade no valor de pH, acredita-se que seja devido a um longo período de CEC (Figura2).

Figura 2. Unidade de pH.

3.3 Pressão Parcial de CO2 (PCO2)

Todos os animais entraram com PCO2 (35-45mmHg) dentro do limite e mantiveram-se estáveis até 60 minutos. O bezerro 6 com 60 minutos apresentou nível elevado de PCO2 (80mmHg), devido a hipofluxo, condição criada para desafiar o oxigenador (Figura 3).

Figura 3. Pressão parcial de CO2.

3.4 PO2

A PO2 de 100 mHg é suficiente para saturar 97% de hemoglobina e a saturação de 100% ocorre com PO2 entre 250-300mmHg valores que podem ser admitidos como limites lógicos para o controle da oxigenação. Entretanto, o único estudo clínico conhecido, sobre o efeito da PO2 arterial no equilíbrio ácido-base em circulação extracorpórea, demonstra que estando adequado o fluxo de perfusão a menor menor incidência de acidose ocorre com PO2 entre 60 e 90mmHg e a maior com PO2 acima de 95 mmHg. [6]

3.5 Pressão Parcial de O2 (PO2)

Todos estão dentro do limites de aceitação (Figura 4).

Figura 4. Valores de PO2.

3.6 Percentual de Saturação

Os animais apresentaram saturação na faixa de 99 a 100%. Exceto o bezerro 3 apresentou saturação de 97% na amostra pré-CEC, pois o tubo de ventilação do animal desconectou-se (Figura 5).

Figura 5. Saturação de O2.

Todos os animais apresentaram-se dentro dos limites estipulados em literatura. Única exceção foi o Bezerro 6, devido à urgência em entrada de CEC (Figura 6).

Figura 6. Valores de HCO3.

3.8 Excesso de Base (BE)

Neste parâmetro três animais não apresentaram regularidade (0 + 2,0). O bezerro n° 1 apresentou hipotensão devido a hipofluxo, pois ocorreu dificuldade de drenagem.

O Bezerro 5 durante canulação, apresentou fibrilação com parada cardio respiratória. Bezerro 3 cânula orofaríngea desconectada, sendo corrigida pelo médico veterinário (Figura 7).

Figura 7. Valores do BE.

3.9 Hematócrito (% HT)

Bezerro 5, animal apresentava quadro de hipotensão, com coração vazio, desta forma foi adicionado além de todo o perfusato, 150 mL de solução cristalóide, levando assim a uma acentuada hemodiluição, conforme gráfico. Para propiciar uma hemoconcentração foi administrado Lasix® (Figura 8).

Figura 8. Valores de hematócrito.

3.10 Hemoglobina Total

Os valores de hemoglobina apresentados no gráfico acompanharam os valores de hematócrito e hemodiluição dentro do que era o esperado (Figura 9).

Figura 9. Valores de hemoglobina.

3.11 Plaquetas

O nível de plaquetas manteve-se dentro dos limites, com exceção do bezerro 1após 180 minutos, possivelmente a quantidade de heparina foi a responsável por este quadro de trompocitopenia. Sabemos que ocorre um seqüestro pelo baço e fígado e que as mesmas retornam a circulação depois da saída de perfusão, porém não há estudos conclusivos para bovinos [3,4] (Figura 10).

Figura 10. Valores de plaquetas.

3.12 Leucócitos

O número de leucócitos não sofreu alteração durante o experimento (Figura11).

Figura 11. Valores de leucócitos.

3.13 Hemácias

Os bezerros 1 ao 5 iniciaram com o número de eritrócitos dentro dos limites, porém ocorreu uma acentuada variação devido a hemodiluição [3,4] (Figura12).

Figura 12. Valores de hemácias.

3.14 Hemoglobina Livre

Os níveis obtidos foram insignificantes ao parâmetro estabelecido neste experimento [3,5] (Figura13).

Figura 13. Valores de hemoglobina livre.

3.15 Fibrinogênio

Sabe-se que algumas proteínas do plasma vão aderir ao tubo do circuito e que a primeiroa delas é o fibrinogênio (Figura 14).

Figura 14. Valores de fibrinogênio.

3.16 Desidrogenase Láctica (LDH)

A desidrogenase Lactica é desencadeada não apenas quando ocorre hemólise, ou seja, diversos fatores propiciam a ativação da mesma, neste caso a variação dos valores se deve ao jejum ou stress sofridos pelo animal (Figura15).

Figura 15. Valores de LDH.

3.17 Sódio (Na⁺)

Todos os resultados apresentaram-se dentro dos limites (Figura16).

Figura 16. Valores de sódio.

3.18 Potássio (K⁺)

A hipopotassemia está ligada ao jejum prolongado, pois sabemos que ela causa alterações importantes quando abaixo do nível 3,5 mEq/L podendo provocar onda T baixa e invertida, aparecimento de uma onda U proeminente que vai dar a impressão que o intervalo QT esta aumentado.

Quando os níveis de potássio se encontram inferior ou igual a 2,5 mEq/L, nota-se anorexia, náuseas, vômitos, distensão abdominal, acompanhados de arritmia, dilatação ventricular e assistolia. O animal desenvolveu esta hipopotassemia devido ao stress e jejum prolongado.

Recomenda-se instalação de um soro para reposição dos eletrólitos no pré-cirúrgico. Pois a perda acentuada deste eletrólito pode influenciar e ou levar a uma parada cardíaca (Figura 17).

Figura 17. Valores de potássio.

3.19 Cálcio (Ca ²⁺)

Todos os animais apresentaram níveis de cálcio fora dos limites de aceitação, este quadro pode ter sido desenvolvido pelo estresse e jejum prolongado [3] (Figura 18).

Figura 18. Valores de cálcio.

Iniciamos com valores dentro do limite aceitável (35-60 mg%), lembramos que a indução anestésica provoca um certo grau de liberação de glicose, o que se acentua no decorrer da circulação extracorpórea. Devido a estes animais sofrerem tempo prolongado de jejum, utilizamos soro glicosado a 5% como fonte de reposição energética [3] (Figura 19).

Figura 19. Valores de glicose.

3.21 TCA

Os bovinos possuem trombina 3 em baixa concentração, desta forma necessitam de maior quantidade de heparina. Outro fator é que os bovinos possuem sangue muito rico em proteínas e outras substâncias que interagem com a heparina, seqüestrando-a e desviando-a de seu real papel. Neste experimento, a partir do bezerro n⁰ 3 administrou-se 6 mg/kg/peso, sendo observado o desaparecimento de agregados celulares. (Figura 20).

Figura 20. Valores do tempo de coagulação ativada.

3.22 Câmara de Oxigenação

Observou-se que a câmara de oxigenação permaneceu integra e livre de vazamento. O volume de enchimento foi de 180±10mL.

3.23 Reservatório Venoso

O nível mínimo de segurança oscilou de 200 a 400 mL. A vazão do sistema de cardiotomia foi eficiente, pois os filtros suportaram o volume de até 7 L/min. Alta performance do trocador de calor em diferentes fluxos de sangue, conforme gráfico (Figura 21):

Figura 21. Performance do trocador de calor.

4. CONCLUSÃO

• Devido a anatomia gastro-intestinal os bovinos, mesmo quando submetidos a jejum prolongado, armazenam alimento, que durante o processo cirúrgico poderá ser regurgitado e aspirado, levando a parada cardio-respiratória.
• Em condição de hipofluxo, criada para desafiar o oxigenador, observou-se níveis elevados de pCO2 e hipotensão.
• Os animais apresentam quadro de hipotassemia devido ao estresse e jejum prolongado, sendo recomendável a administração de soro para reposição dos eletrólitos no pré-cirúrgico.
• O novo dispositivo testado foi aprovado em todos os aspectos conforme definido em protocolo elaborado pelo fabricante.

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