Sistema de Aconselhamento de Ventilação de Apoio à Pressão Fornece Recomendações Válidas para a Colocação do Ventilador

Métodos

Aprovação foi obtida do conselho de revisão institucional da Universidade da Florida no Hospital Shands para conduzir o estudo na UCI cirúrgica. Inscrevemos 76 pacientes adultos entubados ou traqueostomizados (gama de diâmetro interno do tubo 6,0-8,5 mm) com insuficiência respiratória de várias etiologias (pneumonia, edema pulmonar, sepsis, insuficiência cardíaca congestiva, e hemorragia subaracnoídea) nas fases de manutenção e desmame dos cuidados ventilatórios (Tabela 1). Nove pacientes sofreram lesões pulmonares directas devido a traumatismo torácico contundente penetrante, e 6 tiveram DPOC. Todos os doentes respiravam espontaneamente, recebendo PSV, sedação e analgesia conforme necessário, e hemodinamicamente estáveis. Foram excluídos os pacientes que estavam hemodinamicamente instáveis (por exemplo, tensão arterial média entre 40-80 mm Hg, com alterações irregulares na frequência cardíaca e/ou arritmias); fortemente sedados (por exemplo, elevado nível de opiáceos, causando alterações substanciais na f e VT); ou com padrões respiratórios irregulares (por exemplo, lesão de cabeça fechada com aumentos e diminuições súbitas na f e VT).

Todos os pacientes foram ventilados com o mesmo tipo de ventilador (840, Puritan-Bennett, Pleasanton, Califórnia), definido nos modos PSV e PEEP, que combinámos com ventilação intermitente obrigatória sincronizada (SIMV) definida a 2 respirações/minuto e um VT de 6-8 mL/kg de peso corporal ideal. É uma política de cuidados ao paciente na nossa UCI cirúrgica empregar SIMV a um mínimo de 2 respirações/min quando se utiliza PSV e PEEP, e a nossa comissão de revisão institucional exigiu que estivéssemos em conformidade com todas as políticas de cuidados ao paciente existentes, pelo que utilizámos SIMV, com uma forma de onda de fluxo inspiratório desacelerador. Para PSV estabelecemos a definição de “aumento percentual” na faixa de 60-80%. Este ajuste controla o débito do caudal do ventilador durante a inalação e afecta o débito do aumento de pressão (ou seja, a interacção do débito do caudal do ventilador e a procura do débito inspiratório do paciente afecta o débito do aumento de pressão ou a forma do perfil de pressão durante uma respiração suportada por pressão).5 Com todos os pacientes definimos a sensibilidade expiratória (critério de terminação respiratória) em 25%.

Dois componentes constituem o sistema de aconselhamento de PSV de circuito aberto: um monitor respiratório disponível comercialmente (NICO, Respironics, Wallingford, Connecticut), e um computador portátil. Um sensor combinado de pressão/fluxo/ dióxido de carbono, posicionado entre o tubo endotraqueal e a peça em Y do paciente, direcciona os dados para o monitor respiratório para medição de f, VT, ventilação por minuto exalada, PSV, PEEP, e pressão parcial de dióxido de carbono no fim da maré (PETCO2) (Fig. 1). A conformidade e a resistência do sistema respiratório foram calculadas com o método dos mínimos quadrados.6 As leituras SpO2 foram recolhidas com um sensor de dedo. Os dados de PETCO2 e SpO2 foram monitorizados para assegurar que os pacientes foram devidamente ventilados e oxigenados.

Dados do monitor vão para o computador portátil onde o software do sistema de aconselhamento de PSV (Convergent Engineering, Gainesville, Florida) opera uma rede neural artificial para cálculo imediato de WOB/min (WOBN/min)3 medido de forma não invasiva e um sistema de inferência fuzzy-logic que processa o WOBN/min, f, e informação VT para avaliar a carga sobre os músculos inspiratórios a inalar (WOBN/min) e a tolerância para essa carga (f e VT) e fornece recomendações para aumentar, manter, ou diminuir o suporte de pressão. Referimo-nos a isto como uma estratégia de carga e tolerância (ver fig. 1). A lógica difusa é um processo de utilização de distribuições de probabilidade em vez de simples decisões “sim/não”, como num sistema simples baseado em regras, para conduzir a tomada de decisão do ventilador.7,8 Os dados WOBN/min foram altamente correlacionados (r = 0,91, P < .02) com WOB/min medido invasivamente (a partir de medições de pressão esofágica) e foram considerados um muito bom preditor de WOB/min medido invasivamente em adultos tratados com PSV.3 WOBN/min reflecte a carga total sobre os músculos inspiratórios, que inclui a carga elástica do sistema respiratório e cargas resistivas das vias respiratórias, tubo endotraqueal, e aparelho de ventilação. Uma limitação do WOBN/min é que não pode diferenciar estas cargas componentes.

Redes neurais artificiais – um ramo da inteligência artificial – têm sido utilizadas para aplicações médicas9-12 (por exemplo, reconhecimento de padrões respiratórios durante a respiração espontânea e PSV).11 As redes neurais artificiais são uma classe de modelos matemáticos que são programas informáticos de inspiração biológica concebidos para simular a forma como o cérebro humano processa a informação.13,14 Uma rede neural artificial pode detectar relações não lineares complexas entre variáveis dependentes e independentes em dados que um cérebro humano pode falhar em detectar. Adquirem conhecimentos através da detecção de padrões e relações para facilitar a aprendizagem; são treinados através da experiência. Basicamente, uma rede neural artificial aprende com os dados e capta o conhecimento contido nos dados. Uma rede neural artificial é formada por centenas de unidades únicas (neurónios artificiais, ou elementos de processamento) ligadas com coeficientes ou pesos (análogos às ligações sinápticas no sistema nervoso central), que constituem o sistema neural, e estão organizadas em camadas. A potência/inteligência dos cálculos neurais é obtida a partir da ligação de neurónios em rede. Durante o treino, as ligações entre unidades são optimizadas até os erros nas previsões serem minimizados e a rede neural artificial atingir um nível de precisão especificado. Uma vez treinada, a rede pode receber novas informações de entrada para prever a saída. Um “perceptron multicamadas” (o tipo mais comum de rede neural artificial) pode ser considerado como uma combinação da soma ponderada de vários modelos de regressão logística. Cada modelo de regressão logística (um “perceptron” na terminologia da rede neural) tem o seu próprio conjunto de pesos, e a sua saída é ponderada e adicionada às saídas dos outros perceptrons para criar a previsão final. WOB/min é a variável de previsão da rede neural artificial no nosso sistema consultivo PSV.

p>O treino da nossa rede neural artificial foi previamente descrito.3 Cinco elementos de entrada (preditores) são utilizados:

• A ventilação por minuto espontânea (não incluindo respirações SIMV) correlaciona-se directamente com WOB/min.

• p>Increased intrinsic PEEP is associated with increased WOB/min, and vice versa.
• p>P>A menor profundidade de pressão inspiratória de disparo antes do ventilador disparar durante a PSV está associada a um aumento de WOB/min, e vice-versa.
• p>Diminuir o tempo de subida do fluxo inspiratório durante uma respiração PSV está associado ao aumento de WOB/min, e vice-versa.
• p>Pressão muscular respiratória mais elevada (pressão = (VT/conformidade do sistema respiratório) + (taxa de fluxo inspiratório × resistência do sistema respiratório)) está associada ao aumento de WOB/min, e vice-versa.15,16

Um dos objectivos do sistema de aconselhamento de PSV é manter WOBN/min, f, e VT nos intervalos verdes mostrados na Figura 1, que foram derivados, em parte, de valores WOB normais,3,15 um estudo de resultados WOB,2 e da nossa experiência clínica.3 Em adultos, o intervalo normal de WOB/min é de 4-8 J/min.15 Com base em 15 anos de experiência a medir WOB em pacientes que recebem apoio ventilatório, os adultos tratados com PSV toleram um intervalo máximo de WOB/min até cerca de 10-12 J/min. Os valores WOB/min superiores a 12-15 J/min em adultos não são bem tolerados e requerem um nível de apoio de pressão mais elevado. Em adultos tratados com PSV verificou-se que WOB de 2-8 J/min foi bem tolerado.3 Outro estudo clínico2 relatou que WOB mantido numa gama bastante normal durante PSV foi bem tolerado.

As gamas f e VT do nosso sistema de aconselhamento de PSV são congruentes com as aplicadas a adultos que respiram espontaneamente recebendo PSV: 10-25 respirações/min, e 6-8 mL/kg, respectivamente.1,17 É razoável aplicar PSV para que não ocorram f (por exemplo, 4-6 respirações/min) ou f (por exemplo, 30-40 respirações/min) e VT baixo (por exemplo, < 4 mL/kg) ou VT alto (por exemplo, > 12 mL/kg) inadequadamente baixos. O sistema de aconselhamento trata os intervalos WOBN/min, f, e VT mais amplos (as áreas amarelas na Figura 1) como cautelares. O sistema de aconselhamento avalia a probabilidade de a carga muscular inspiratória (WOBN/min) e os parâmetros de tolerância (f e VT) variarem uns em relação aos outros em todas as gamas, e depois fornece uma recomendação apropriada para aumentar, manter, ou diminuir a PSV. O sistema utiliza um filtro de média de 5 minutos para actualizar a sua recomendação.

PSV foi inicialmente definido como encomendado pelos médicos assistentes. Subsequentemente, as recomendações de apoio à pressão dos RRTs foram permitidas durante o estudo. A intervalos periódicos, foi solicitado aos RRTs que avaliassem o paciente para determinar se o PSV deveria ser aumentado, mantido ou diminuído. As suas recomendações baseavam-se na utilização da abordagem tradicional de avaliar os dados do padrão de respiração espontânea (ou seja, f 15-25 respirações/min, VT 6-8 mL/kg de peso corporal ideal), sem contracção do músculo esternocleidomastóideo, e aparência de respiração confortável. Os RRTs estavam cegos aos dados respiratórios medidos e as recomendações do sistema de aconselhamento.

PEEP e FIO2, determinadas pelos médicos assistentes (ver Tabela 1), foram mantidas constantes durante o período de estudo, que foi superior a um turno de trabalho de 8 horas. Não houve diferenças clinicamente importantes em PEEP, PETCO2, ou SpO2 na linha de base ou durante o estudo, e nenhuma variação clinicamente importante nos parâmetros hemodinâmicos em quaisquer pacientes ao longo do estudo.

Avaliamos a relação entre os PSV estabelecidos pelos clínicos e os PSV recomendados pelo sistema de aconselhamento. Quando as RRTs recomendaram um aumento ou diminuição das PSV, geralmente a alteração foi de 5 cm H2O em relação à configuração actual. Quando o sistema de aconselhamento recomendou “Aumentar PSV” ou “Diminuir PSV”, isto foi interpretado como uma alteração de 5 cm H2O para cima ou para baixo, respectivamente, em relação à configuração actual. Com este entendimento, as definições PSV recomendadas pelos RRTs foram regredidas com as definições recomendadas pelo sistema de aconselhamento PSV.

Analisamos os dados com qui-quadrado, análise de regressão, e a estatística kappa.18 Alfa foi definida em .05 para significância estatística.