Mechanical Power: potência não é nada sem controle

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Escrito por Rodrigo Romling Rotheia Júnior

Raro leitor e rara leitora,

A lesão pulmonar induzida pela ventilação (VILI – ventilator-induced lung injury) é um conceito que vem evoluindo bastante nas últimas décadas. Desde os primeiros trabalhos com volume corrente baixo [1], passando pelo “open lung approach” e o uso da PEEP [2], chegamos a discussão de conceitos como “low ventilating power” e “strain cumulativo”; conceitos inseridos na análise do “Mechanical Power”.

Em um post anterior discutimos sobre a importância da monitorização da “Driving Pressure” para a aplicação de ventilação protetora. Com esse post vamos ampliar essa discussão, vamos entender um pouco sobre a “Mechanical Power”, o que é, qual o racional por trás do conceito e das fórmulas, e vamos tentar extrapolar o conceito sobre o que ela pode mudar para nosso manejo beira-leito do paciente em ventilação mecânica.

O que pode estar errado com o que fazemos atualmente?

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Monitorizamos algumas variáveis, almejamos alguns alvos e limites de proteção, porém cada componente de forma isolada parece não ser suficiente para prevenirmos lesão. Volume corrente, pressão de plateau, PEEP, Driving Pressure, fluxo… todas são variáveis que, com maior ou menor peso, contribuem para a lesão induzida pela ventilação mecânica. Muitas vezes, ao modificarmos uma dessas variáveis, outras também são indiretamente afetadas. Essa interdependência torna difícil isolar cada parâmetro como um alvo prioritário. O que o conceito de Mechanical Power tenta fazer é englobar essas variáveis em uma única fórmula, que resulta em uma medida de energia. E se ao invés de medirmos cada variável dessa, tentássemos englobar todas elas em uma grande equação, e que no final o resultado traduzisse o quanto de energia, o quanto de força o ventilador exerce no parênquima pulmonar. E se desse resultado pudessemos buscar uma ventilação protetora, causando menos VILI aos nossos pacientes? Tentador não é mesmo?

Mechanical Power

equação MP

Fórmula do Mechanical Power [3].

Torcedores, calma. Essa equação é a tradução por trás do conceito. Se eu estivesse escrevendo para uma audiência de físicos e matemáticos esse post pararia por aqui. Tudo que vocês precisam saber está nessa fórmula. É… eu também não consigo extrair grandes conceitos olhando para essas variáveis. Então vamos desmembrar as coisas e tentar entender a beleza por trás de toda essa matemática.

Para aqueles familiarizados com a equação de movimentação dos gases respiratórios essa fórmula tem alguma familiaridade, e de fato, o que a Mechanical Power faz é multiplicar cada componente da equação do movimento pela variação de volume e a frequência respiratória. Continua nebuloso, certo?

Ao invés de tentar entender todas as variáveis e constantes por trás dessa equação, vamos simplificar, e se eu te contar o que cada pedaço dessa equação quer traduzir? Pode fazer sentido.

equação desmembrada

O que a equação do Mechanical Power faz é englobar as várias pressões envolvidas em ventilação mecânica, aplicar a variação de volume a cada ciclo respiratório e multiplicar tudo pelo número de ciclos (frequência respiratória – RR)

“ ΔV · PEEP” –  o último componente da fórmula se refere a energia dispendida para manter o sistema respiratório aberto. Também conhecida como pressão expiratória final positiva, a PEEP.

“RR . (1 + I:E)/60 I:E . Raw” – nessa equação, RR significa respiratory rate (frequência respiratória), Raw é a resistência do sistema e I:E refere-se a relação do tempo inspiratório pelo tempo expiratório. Esse componente é a parte resistiva do sistema, ou seja, é a energia dispendida para vencer a resistência do sistema respiratório, a energia gasta para mover o gás pelo tubo orotraqueal e vias áreas.  

“ΔV² . (Ers . 1/2)” – esse é o componente da equação responsável pelo componente elástico do sistema. De fato, Ers corresponde a elasticidade do sistema respiratório, ou seja, a energia dispendida para distender (abrir) o sistema, variável diretamente relacionada a complacência do sistema respiratório.

Para concluir, multiplicamos toda essa energia utilizada para entregar o ar até o alvéolo em um único ciclo respiratório pelo número de vezes que isso se repetirá no tempo, ou seja, a frequência respiratória (RR).

Entendendo a Mechanical Power pela análise gráfica…

Se mesmo desmembrando a equação o conceito ainda está obscuro, vamos tentar outra abordagem. Vamos olhar para um gráfico que representa a Mechanical Power e esmiuçar seus componentes.

gráfico mechanical power

Representação gráfica do Mechanical Power [4].

O gráfico acima é uma relação de pressão vs volume e ilustra um ciclo respiratório.

O triângulo verde corresponde ao componente estático da PEEP (PEEP multiplicada pelo volume pulmonar gerado por essa PEEP). Esse componente estático é aplicado uma única vez, quando acoplamos o paciente pela primeira vez ao ventilador mecânico e “abrimos” um pulmão completamente colapsado. Essa é a pressão/energia dispendida para vencer o componente estático da PEEP.

O retângulo azul ( ΔV · PEEP) representa a energia dispendida para manter o pulmão aberto com a pressão expiratória final positiva (PEEP). Tanto o triângulo verde quanto o retângulo azul correspondem a um componente relacionado a PEEP, o primeiro a um componente estático, de abertura, que ocorre uma única vez, com o pulmão colapsado. O segundo tem um componente dinâmico, de manter aberto. Ele é dinâmico pois pode se alterar com mudanças de elasticidade e complacência do sistema.

O paralelograma laranja (F . Raw . ΔV) representa a pressão/energia necessária para vencer o componente resistivo do sistema. A pressão necessária para vencer a resistência imposta pelas vias aéreas e pelo tubo orotraqueal. É a energia necessária para movimentar o ar pelo sistema.

Por fim, o triângulo azul (1/2 . Ers . ΔV²), representa a pressão/energia dispendida para vencer o componente elástico do sistema respiratório. Esse componente está intrínsecamente associado a elasticidade/complacência do sistema, e como vocês podem reparar no gráfico, está entitulado como o componente responsável pela Driving Pressure do sistema respiratório. Essa é a pressão de distensão aplicada aos pulmões em cada ciclo ventilatório.

ciclo ventilatório gráfico

Adaptado de Tonetti et al. [4]

Como ilustrado na figura acima é na área correspondente ao retângulo laranja e ao triângulo azul que ocorrem as variações de pressão e volume correspondentes a cada ciclo respiratório. Se decidirmos sobrepor uma curva pressão vs volume de um ciclo respiratório controlado pelo ventilador mecânico no gráfico da Mechanical Power, ele estaria representado pela linha tracejada em azul na figura.

Indo além na interpretação desse gráfico, podemos extrair que desse ciclo respiratório, por exemplo, temos uma pressão de pico próximo a 25 cmH2O, uma pressão de platô de aproximadamente 21 cmH2O. A PEEP está configurada em 10 cmH2O, e temos um volume corrente de 450mL. Na mecânica respiratória, uma Eest (complacência) de 35mL/ cmH2O (Eest = Volume Corrente/Pplatô – PEEP). Já para o cálculo da Raw (resistência estática) precisaríamos do Fluxo, que é uma variável de tempo não fornecida por esse gráfico. Por fim, uma Driving Pressure de 11 (Driving Pressure = Pplatô – PEEP).

gráfico e equação unidas MP

Unindo gráfico e fórmulaAdaptado de PL Silva et al. [5].

O peso de cada componente

Cada componente ventilatório do Mechanical Power possui um peso no valor absoluto aferido. Variações em cada componente da equação, impactam o valor final com maior ou menor peso. A equação proposta para a mensuração do Mechanical Power foi desmembrada e cada variável teve seu peso aferido.  Como ilustrado no gráfico abaixo o valor da Mechanical Power aumenta exponencialmente com o volume corrente (VC),  Driving Pressure (∆P) e fluxo (peso = 2), frequência respiratória (peso 1.4), e linearmente com a PEEP (peso =1 )

componentes MP

Os componentes do Mechanical power e o peso atribuído a cada um no valor final  [3].

Volume corrente (VC) e Driving Pressure desempenham um papel chave no desenvolvimento de lesão pulmonar induzida pela ventilação (VILI), somados a isso, componentes da Mechanical power, como a frequência respiratória, podem contribuir para lesão tecidual. Tanto o VC quanto a Driving Pressure isoladamente não levam em consideração a frequência respiratória no desenvolvimento da VILI. A Mechanical power representa a energia aplicada ao sistema respiratório para insuflá-lo desde o estado de repouso, levando em consideração a frequência respiratória, e também o VC e a Driving Pressure. Ainda é incerto quais desses componentes melhor prediz o risco de mortalidade por VILI. Porém, num estudo publicado esse ano em pacientes com diagnóstico de SDRA submetidos a estratégia ventilatória protetora [6], o uso da Mechanical Power não ofereceu informação adicional para o risco de mortalidade por VILI quando comparada ao VC e a Driving Pressure.

regressão logística MP vs DP

Risco relativo (RR) e  os intervalos de confiança 95% (CI) da mortalidade em UTI calculada por regressão multivariada e o efeito por idade, SAPS II, gravidade da SDRA (PaO2 / FiO2 100 e 100 < PaO2 / FiO2 200  ), mechanical power (MP) e Driving Pressure [6].

Comentários para a prática cotidiana

– A Mechanical power é um novo conceito que busca através da estimativa da energia imposta ao parênquima pulmonar, ser um parâmetro para monitorização do risco de VILI. O que ela nos traz de novo é agregar os mais diversos parâmetros, incluindo a frequência respiratória, PEEP, componentes resistivo e elástico; em um único parâmetro;

– A interdependência entre as variáveis respiratórias, e a monitorização de cada parâmetro de forma isolada, pode ser um fator de viés de monitorização, algo com potencial de ser corrigido pelo uso da Mechanical power;

– Até o momento, os estudos indicam que as variáveis de maior peso para a Mechanical power são volume corrente (VC), Driving Pressure e Fluxo. Com uma menor contribuição da frequência respiratória e da PEEP.

– Com os dados disponíveis atualmente, o uso da Mechanical Power como alvo para monitorização respiratória não se mostrou superior ao uso de parâmetros como VC e Driving Pressure. Estudos maiores utilizando esse parâmetro estão atualmente em andamento para avaliarmos o seu impacto na prática diária.

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Referências

  1. MB Amato, CR Carvalho et al. Effect of a protective-ventilation strategy on mortality in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 1998; Feb 5;338(6):347-54;
  2. RM Kacmarek et al. Open Lung Approach for the Acute Respiratory Distress Syndrome: A Pilot, Randomized Controlled Trial. Crit Care Med. 2016 Jan;44(1):32-42;
  3. L Gattinoni et al. Ventilator-related causes of injury: the mechanical power.Intensive Care Med. 2016;42:1567-1575;
  4. Tonetti et al. Driving pressure and mechanical power: new targets for VILI prevention.Ann Transl Med 2017;5(14):286;
  5. PL Silva et al. Power to mechanical power to minimize ventilator-induced lung injury? Intensive Care Medicine Experimental 2019, 7(Suppl 1):38;
  6. J Dianti et al. Comparing the Effects of Tidal Volume, Driving Pressure, and Mechanical Power on Mortality in Trials of Lung-Protective Mechanical Ventilation. Respiratory Care. Paper in Press. Published on August 25.

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