Adaptação do Bird Mark 7 para oferta de pressão positiva contínua nas vias aéreas em ventilação não-invasiva: estudo em modelo mecânico

Resumos

OBJECTIVE: To test the efficiency of the Bird Mark 7 ventilator adapted to deliver continuous positive airway pressure (CPAP) in noninvasive positive pressure ventilation. METHODS: This was an experimental study using a mechanical model of the respiratory system. A Bird Mark 7 ventilator was supplied with 400 and 500 kPa and tested at CPAP of 5, 10 and 15 cmH2O. The following variables were analyzed: difference between the preset CPAP and the CPAP actually attained CPAP (trueCPAP); area of airway pressure at the CPAP level employed (AREA CPAP); and tidal volume generated. RESULTS: Adapting the Bird Mark 7 to offer CPAP achieved the expected tidal volume in all situations of inspiratory effort (normal or high), ventilator pressure supply (400 or 500 kPa) and CPAP value (5, 10 or 15 cmH2O). At a CPAP of 5 or 10 cmH2O, the trueCPAP was near the preset level, and the AREA CPAP was near zero. However, at a CPAP of 15 cmH2O, the value remained below the preset, and the AREA CPAP was high. CONCLUSION: The efficiency of Bird Mark 7 adaptation in offering CPAP was satisfactory at 5 and 10 cmH2O but insufficient at 15 cmH2O. If adapted as described in our study, the Bird Mark 7 might be an option for offering CPAP up to 10 cmH2O in areas where little or no equipment is available.

Ventilators, mechanical; Positive-pressure respiration; Continuous positive airway pressure

ARTIGO ORIGINAL

Adaptação do Bird Mark 7 para oferta de pressão positiva contínua nas vias aéreas em ventilação não-invasiva: estudo em modelo mecânico^*

Beatriz Mayumi Kikuti^I; Karen Utsunomia^I; Renata Potonyacz Colaneri^I; Carlos Roberto Ribeiro de Carvalho^II; Pedro Caruso^III

^IGraduanda de Medicina. Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo (SP) Brasil

^IIProfessor Associado de Pneumologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo (SP) Brasil

^IIIMédico Assistente da UTI Respiratória do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo (SP) Brasil

^{Endereço para correspondência}

RESUMO

OBJETIVO: Testar a eficiência da adaptação do ventilador Bird Mark 7 para oferecer pressão positiva contínua nas vias aéreas, conhecida como continuous positive airway pressure (CPAP) em inglês, em ventilação não-invasiva.

MÉTODOS: Estudo experimental utilizando um modelo mecânico do sistema respiratório. O Bird Mark 7 foi alimentado com 400 e 500 kPa e foi testado em CPAP de 5, 10 e 15 cmH₂O. Para avaliar a eficiência da adaptação foram analisados os seguintes variáveis: diferença entre a CPAP pré-determinada e a CPAP realmente atingida (CPAPreal); área da pressão da via aérea sob o nível de CPAP ajustado (ÁREA_CPAP); e volume corrente gerado.

RESULTADOS: A adaptação do Bird Mark 7 para oferecer CPAP em ventilação não-invasiva conseguiu atingir o volume corrente esperado em todas as situações de esforço inspiratório (normal ou elevado), pressão de alimentação (400 ou 500 kPa) e valor de CPAP (5, 10 ou 15 cmH₂O). Para os CPAPs de 5 e 10 cmH₂O, o CPAPreal foi muito próximo do pré-determinado, e a ÁREA_CPAP teve valor próximo de zero. Para o CPAP de 15 cmH₂O, o CPAPreal ficou abaixo do pré-determinado, e a ÁREA_CPAP teve valor elevado.

CONCLUSÃO: A eficiência da adaptação do Bird Mark 7 para oferecer CPAP em ventilação não-invasiva foi boa para os valores de CPAP de 5 e 10 cmH₂O e insuficiente para CPAP de 15 cmH₂O. Se adaptado como em nosso estudo, o Bird Mark 7 pode ser uma opção para oferta de CPAP até 10 cmH₂O em locais onde equipamentos de ventilação não-invasiva são escassos ou inexistentes.

Descritores: Respiradores mecânicos; Respiração com pressão positiva; Pressão positiva contínua nas vias aéreas.

Introdução

A pressão positiva contínua nas vias aéreas, conhecida em inglês como continuous positive airway pressure (CPAP) é a forma de ventilação não-invasiva (VNI) mais simples e de eficiência comprovada em várias situações de insuficiência respiratória como edema agudo de pulmão e doença pulmonar obstrutiva crônica.^(1-4) O modo CPAP pode ser oferecido através de diferentes equipamentos, tais como: ventiladores para ventilação invasiva adaptados para VNI, ventiladores específicos para VNI e geradores de fluxo contínuo.^(1,5) Infelizmente, equipamentos específicos para VNI não estão disponíveis em vários hospitais, especialmente naqueles localizados em áreas mais carentes. Recentemente, um estudo mostrou que nos hospitais públicos da região metropolitana de São Paulo predomina a adaptação de ventiladores para a oferta de VNI.⁽⁶⁾

O ventilador Bird Mark 7 é mais barato que os ventiladores convencionais, não requer eletricidade e é bastante comum nos hospitais brasileiros. Empiricamente, vários profissionais adaptam o Bird Mark 7 para oferecer CPAP em VNI.⁽⁷⁾ No entanto, a eficiência dessa adaptação nunca foi estudada. Portanto, o conhecimento da maneira correta de adaptá-lo e a comparação de seu desempenho com o de equipamentos específicos para VNI podem ter um impacto positivo para pacientes em hospitais que não dispõem de outros equipamentos para oferecer CPAP.

O objetivo deste estudo é testar a eficiência do ventilador Bird Mark 7 para oferecer CPAP em VNI.

Métodos

O estudo foi realizado num simulador mecânico do sistema respiratório com dois foles conectados (Adult TTL 2600; Michigan Instruments, Grand Rapids, MI, EUA). O modelo foi modificado em relação a estudos anteriores.^(8,9) Para simular o esforço inspiratório foi utilizado um ventilador padrão para VNI (Bear V; Bear-Viasys, Riverside, CA, EUA), conectado a um dos foles, que tinha complacência ajustada para 100 mL/cmH₂O. A insuflação do primeiro fole pelo ventilador de disparo gerava uma pressão negativa no segundo fole, que tinha complacência ajustada para 50 mL/cmH₂O. Este segundo fole estava conectado a uma cabeça de manequim (C500; Kapta, São Paulo, Brasil) em escala natural, com tubos em seu interior simulando o tamanho e a resistência das vias aéreas superiores. Foi colocada, na face do manequim, uma máscara facial (9000C5; Vital Signs, Totowa, NJ, EUA) conectada ao ventilador Bird Mark 7 (Viasys Healthcare, Palm Springs, CA, EUA).

Às vias aéreas do manequim, foi conectado um transdutor de pressão (DP45-30; Validyne, Northridge, CA, EUA) que refletia a pressão da via aérea superior. Também à via aérea do manequim foi conectada um pneumotacógrafo (Flow Head 3700; Hans Rudolph, Kansas City, MO, EUA) para medida do fluxo inspiratório e obtenção do volume corrente (Figura 1).

Após a estabilização do sistema, os sinais de pressão e fluxo foram gravados por um minuto e meio. Posteriormente à aquisição, foi feita uma média de todos os ciclos respiratórios. Os sinais foram digitalizados e processados por um programa de aquisição de dados (Lab-View Software, National Instruments, Austin, TX, EUA) para posterior análise.

Para adaptar e otimizar o ventilador para aplicação de CPAP, retirou-se o nebulizador (apesar de não haver diferença de fluxo observada); ajustou-se o botão de tempo expiratório para o mínimo; o fluxo inspiratório para o máximo; abriu-se a entrada lateral de ar ambiente sem nenhum filtro, permitindo o máximo de fluxo; fechou-se o canal de pressão proximal do circuito e retirou-se a válvula expiratória (Figura 2). Então, foi testada sua eficiência nos níveis de CPAP de 5, 10 e 15 cmH₂O. O ventilador Bird Mark 7 foi conectado à rede de oxigênio hospitalar através de uma válvula redutora de pressão (700810; Moriya, São Paulo, Brasil) ajustada para pressões de 400 e 500 kPa. Para cada pressão de alimentação (400 e 500 kPa) foi medido o fluxo de ar que saia do Bird Mark 7 com um analisador de calibração (RespiCal-Timeter; Allied Health Care, St. Louis, MO, EUA). A pressão de alimentação de oxigênio foi ajustada para 400 e 500 kPA porque pressões de alimentação inferiores geraram fluxos menores que 100 L/min, que são insuficientes para o modo CPAP.⁽¹⁰⁾

A eficiência da adaptação foi conferida através de três variáveis:

• a diferença entre a CPAP pré-determinada (5, 10 ou 15 cmH₂O) e a pressão real medida ao fim da expiração (CPAPreal);

• a área da pressão da via aérea abaixo do nível de CPAP ajustado (ÁREA_CPAP), definida como a área sob o nível de CPAP do início até o final do fluxo inspiratório; e

• o volume corrente gerado obtido integrando-se o sinal de fluxo ao tempo.

A ÁREA_CPAP idealmente deve ser zero, uma vez que o nível de pressão ajustado deve ser mantido constante para oferecer a melhor assistência.⁽¹¹⁾ A análise da ÁREA_CPAP se correlaciona com a queda do CPAP determinado, mas é mais relevante para a análise da eficiência porque, além da queda do CPAP pré-determinado, também considera o tempo que esta pressão ficou abaixo do pré-determinado durante a inspiração. A cada nível de CPAP foram analisados dois diferentes níveis de esforço inspiratório, que foram conseguidos com diferentes ajustes do ventilador de disparo. Os esforços inspiratórios foram assim definidos:

• Esforço inspiratório normal: freqüência respiratória de 10 ciclos/min, ventilação com volume controlado para gerar 360 mL, fluxo inspiratório sinusoidal com pico de 30 L/min e tempo inspiratório de 1 s; e

• Esforço inspiratório elevado: freqüência respiratória de 20 ciclos/min, ventilação com volume controlado para gerar 650 mL, fluxo inspiratório sinusoidal com pico de 60 L/min e tempo inspiratório de 1 s.

Como era esperado para um modelo mecânico,⁽¹⁰⁾ os valores de fluxo e volume de cada ciclo respiratório foram estáveis. Portanto, considerando que a variância dos dados obtidos é desprezível, nenhum método estatístico, exceto a comparação direta, foi aplicado.

Resultados

O fluxo de ar contínuo gerado pelo Bird Mark 7 foi de 99 L/min para a pressão de 400 kPa e 110 L/min para a pressão de 500 kPa.

Independentemente da pressão de alimentação (400 ou 500 kPa) e do esforço inspiratório, o Bird Mark 7 conseguiu atingir o CPAP pré-determinado (CPAPreal) de 5 e 10 cmH₂O, mas em nenhuma situação testada o CPAP de 15 cmH₂O pode ser atingido (Figura 3).

Independentemente da pressão de alimentação, do esforço inspiratório e do valor de CPAP ajustado, sempre houve uma queda no valor do CPAP durante a inspiração. Como esperado, esta queda foi mais intensa com o esforço inspiratório elevado (Tabela 1). A ÁREA_CPAP para CPAP de 5 a 10 cmH₂O revelou uma pequena área de queda da pressão da via aérea durante a inspiração e o valor ficou próximo de zero (Figura 4), indicando uma boa eficiência.

No entanto a ÁREApara o CPAP de 15 cmH₂O mostrou um valor elevado (até 5 cmH₂O/s), indicando um desempenho insatisfatório da adaptação do Bird Mark 7 para oferecer CPAP de 15 cmH₂O.

Independentemente da pressão de alimentação (400 ou 500 kPa), nível de CPAP e esforço inspiratório, o volume corrente gerado pelo Bird Mark 7 foi muito próximo do esperado para o esforço inspiratório (360 mL no esforço inspiratório baixo e 650 mL no esforço alto - Tabela 1).

Discussão

A adaptação do Bird Mark 7 para oferecer CPAP em VNI conseguiu atingir o volume corrente esperado em todas as situações de esforço inspiratório (normal ou elevado), pressão de alimentação (400 ou 500 kPA) e valor de CPAP (5, 10 ou 15 cmH₂O). Para os CPAPs de 5 e 10 cmH₂O, o CPAPreal foi muito próximo do pré-determinado e a ÁREA_CPAP teve valor próximo de zero. Para o CPAP de 15 cmH₂O, o CPAPreal ficou abaixo do pré-determinado e a ÁREA_CPAP teve valor elevado.

A adaptação do Bird Mark 7 mostrou-se eficiente para oferecer CPAP de 5 e 10 cmH₂O. No entanto, observamos pior desempenho da adaptação do Bird Mark 7 quando ajustado para CPAP de 15 cmH₂O. Para a pressão de alimentação de 400 kPa, principalmente no esforço alto, o desempenho foi muito insatisfatório. Já para a pressão de 500 kPa, as falhas foram menores, porém ainda significativas. Como a ÁREA_CPAP depende basicamente do fornecimento de gás suficiente ou insuficiente em relação à quantidade de fluxo necessária durante a inspiração,⁽¹²⁾ o fator determinante para o desempenho insuficiente ocorrido no estudo do CPAP 15 foi o fluxo insuficiente para manter esta pressão. Em estudo anterior, nosso grupo mostrou que aparelhos microprocessados específicos de VNI liberam fluxos entre 130 e 154 L/min para manter a pressão de 15 cmH₂O, portanto, acima dos 99 e 110 L/min liberados pelo Bird Mark 7.⁽¹⁰⁾

O CPAPreal para o CPAP de 5 e 10 cmH₂O foi igual ao pré-determinado. Novamente, nos testes com CPAP 15 cmH₂O a adaptação foi ineficiente. A pequena melhora no desempenho para atingir a pressão pré-determinada com o esforço alto provavelmente está relacionada ao maior volume inspiratório gerado e conseqüente maior volume expiratório, que pode ter proporcionado maior recuperação da pressão após a queda durante a inspiração.

Em nosso estudo, o volume corrente observado se aproximou do pré-estabelecido (360 e 650 mL para os esforços normal e elevado, respectivamente) porque o Bird Mark 7 ofereceu um fluxo que excedeu o fluxo inspiratório e a demanda para volume.

Em um estudo prévio do nosso grupo que comparou o desempenho de dois geradores de fluxo contínuo com um ventilador específico e microprocessado para ventilação não- invasiva em CPAP,⁽¹⁰⁾ observamos um desempenho melhor ou igual da adaptação do Bird Mark 7 em relação aos geradores de fluxo. A ÁREA_CPAP da adaptação foi semelhante a dos geradores de fluxo e a do aparelho microprocessado para os esforços baixos e melhor que a dos geradores para esforços altos. A capacidade de atingir o valor pré-determinado de CPAP foi semelhante entre os geradores de fluxo contínuo e a adaptação do Bird Mark 7. A provável explicação da semelhança de desempenho entre a adaptação do Bird Mark 7 e os geradores de fluxo específico também está no nosso estudo anterior,⁽¹⁰⁾ que mostrou que o melhor desempenho de geradores de fluxo contínuo aconteceu quando eles geraram 100 a 120 L/min, que são valores próximos aos obtidos na nossa adaptação do Bird Mark 7.

O estudo atual demonstrou como adaptar o ventilador Bird Mark 7 para oferecer VNI e a eficiência da adaptação. A relevância desta demonstração está na capacidade de oferecer VNI, na modalidade CPAP, em hospitais onde este equipamento é o único disponível ou onde não há número de equipamentos suficientes para VNI. Infelizmente, cremos que esta é a realidade nacional. A capacidade de oferecer VNI é muito importante porque esta modalidade ventilatória é comprovadamente eficiente para diminuir intubações traqueais, custos, morbidade e mortalidade.^(1-4)

Uma limitação do estudo que se deve considerar é o fato que ele foi conduzido em um modelo mecânico do sistema respiratório que, apesar de simular uma situação clínica, não abrange todos os seus diversos e complexos aspectos. No nosso modelo, a vedação da máscara facial foi boa, ocorrendo apenas um pequeno vazamento, como é desejado na VNI ideal. No entanto, numa situação clínica em que a vedação não for adequada e em que ocorrerem maiores vazamentos, o desempenho da adaptação do Bird Mark 7 pode ser diferente. Estas limitações devem ser superadas em estudos com pacientes ou voluntários saudáveis.

Em conclusão, a eficiência da adaptação do Bird Mark 7 para oferecer CPAP em VNI foi boa para os valores de CPAP de 5 e 10 cmH₂O e insuficiente para CPAP de 15 cmH₂O. Se adaptado como no nosso estudo, o Bird Mark 7 pode ser uma opção para oferta de CPAP até 10 cmH₂O em locais onde os equipamentos de VNI são escassos ou inexistentes.

Recebido para publicação em 2/4/2007

Aprovado, após revisão, em 25/6/2007

Apoio da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP 05/60645-9 e 05/60615-2).

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Trabalho realizado no Laboratório de Mecânica Pulmonar (LIM09) da Disciplina de Pneumologia da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo (SP) Brasil.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  08 Abr 2008
• Data do Fascículo
  Mar 2008

Histórico

• Aceito
  25 Jun 2007
• Recebido
  02 Abr 2007