Estudio de las presiones inspiratorias generadoras de neumotórax en modelo animal in vivo de recién nacido
- Autores: Patricio González Pizarro
- Directores de la Tesis: Javier García Fernández (dir. tes.), Fernando Gilsanz Rodríguez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: J. A. Rodríguez Montes (presid.), Luis Enrique Muñoz Alameda (secret.), F. Suárez-Sipmann (voc.), Ignacio Álvarez (voc.), Ana Isabel González Román (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Medicina y Cirugía
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
ANTECEDENTES: El desencadenamiento de neumotórax durante una maniobra de reclutamiento pulmonar es una preocupación muy presente en anestesia pediátrica, especialmente en recién nacidos. Esto hace que no se practiquen de forma rutinaria.
OBJETIVO: Determinar cuáles son las presiones inspiratorias máximas que generan neumotórax en recién nacidos sanos sometidos a anestesia general.
DISEÑO: Estudio experimental prospectivo aleatorizado.
SUJETOS: Diez lechones recién nacidos sanos con menos de 48 h de vida sometidos a anestesia general.
INTERVENCIÓN: El objetivo principal del estudio fue hallar presión inspiratoria máxima (PIM) que causó neumotórax. Los animales fueron sometidos a anestesia general. Se les introdujo un tubo de tórax en cada hemitórax conectados a sendas trampas de agua. Posteriormente fueron asignados aleatoriamente a dos grupos: uno con presión positiva al final de la espiración (PEEP) y presión diferencial constante de 15 cmH20 (grupo PEEP), y el segundo con PEEP = 0 cmH20 (ZEEP) y una presión diferencial variable (grupo ZEEP). En ambos grupos el modo de ventilación fue controlado por presión y la PIM se elevó en intervalos de dos minutos, mediante pasos incrementales de 5 cmH20, hasta que se observó una fuga de aire a través de alguno de los tubos torácicos. El grupo PEEP aumentó su PIM a través de incrementos de 5 cmH20 de PEEP (Figura D7), y el grupo ZEEP aumentó su PIM mediante incrementos de 5 cmH20 en la presión diferencial (Figura D8).
RESULTADOS: Presiones generadoras de neumotórax: La PIM que causó neumotórax teniendo en cuenta todos los sujetos estudiados fue de 90.5 ± 15.7 cmH20. No se encontraron diferencias significativas (p = 0.78) entre los dos grupos: en el grupo PEEP se produjo neumotórax con una PIM de 92 ± 14.8 cmH20, y en el grupo ZEEP con una PIM de 89 ± 18.2 cmH20. La PIM máxima que desencadenó neumotórax fue de 115 cmH20 y la mínima de 65 cmH20.
Impacto hemodinámico: Todos los sujetos del grupo ZEEP mostraron un deterioro hemodinámico estadísticamente significativo -considerado como un descenso del 20% desde la situación inicial- en los valores de presión arterial sistólica, diastólica y media entre los pasos 7 y 8 (es decir con una de PIM 35-40 cmH20). Mientras que el grupo PEEP mostró impacto hemodinámico significativo en la presión arterial sistólica (p = 0.037), diastólica (p = 0.015) y media (p = 0.01) entre los pasos 12 y 13 (es decir, con una PIM 60 - 65 cmH20).
Respecto a la frecuencia cardíaca, el grupo ZEEP presentó una disminución del 20% respecto a la situación basal entre los pasos 8 y 9 (PIM 40 - 45 cmH20), mientras que el grupo PEEP mostró disminución del pulso entre los pasos 14 y 15 (PIM 70 - 75 cmH20). Estas diferencias fueron altamente significativas (p = 0.002).
No se encontraron diferencias significativas (p = 0.058) entre las PIM correspondientes a los valores máximos de pulso hallados entre el grupo ZEEP (el valor máximo de frecuencia cardíaca corresponde a una PIM de 22.5 ± 2.9 cmH20) y el grupo PEEP (PIM de 43.8 ± 18.0 cmH20). Sin embargo sí hubo diferencias estadísticamente significativas (p = 0.03) entre las PIM correspondientes a los valores máximos de presión arterial media (PAM) obtenidos a los largo del experimento: la PIM en el grupo PEEP fue de 40.0 ± 14.7 cmH20 mientras que la PIM del grupo ZEEP fue de 18.8 ± 4.8 cmH20.
Análisis de Mortalidad: La PIM que se correspondió con asistolia en el grupo PEEP fue de 73.8 ± 4.8 cmH20, mientras que las presiones del grupo ZEEP para el mismo resultado alcanzaron 77.5 ± 18.5 cmH20. No se hallaron diferencias significativas entre los dos grupos. La Figura E18 muestra un box-plot comparando las PIM que causan bradicardia, hipotensión, asistolia y neumotórax.
DISCUSIÓN: No existen estudios in vivo en la literatura actual que describan de forma concisa las presiones inspiratorias que generan neumotórax, ya sea en adultos o en niños. En el presente estudio, el único factor relevante que determina el neumotórax es la PIM alcanzada. No se observó ninguna diferencia entre las dos estrategias de ventilación utilizadas. Este hallazgo podría estar relacionado con el hecho de que ninguno de los dos grupos tuvo realmente un diferencial de presiones garantizado durante todo el experimento, ya que no existe ventilador en el mercado actual que proporcione valores de PEEP mayores de 50 cmH20. Las presiones de neumotórax que describimos sobrepasan con mucho las PIM recomendadas en la literatura para una maniobra de reclutamiento, incluso en pulmones gravemente enfermos. De acuerdo con nuestros resultados, una PIM de 90.5 ± 15.7 cmH20 causa neumotórax en lechones recién nacidos sanos. Estos datos son similares a los resultados de estudios previos realizados en 1961 por Malhotra y Wright en cadáveres adultos (Malhotra MS 1961)261 quienes describen un rango de presión de barotrauma entre 100 y 110 cmH20. También son compatibles con los resultados de García-Fernández y Canfrán en un modelo de tórax abierto ex vivo realizado en conejos sanos (García-Fernández J 2013)255 quienes documentan rangos de presión para barotrauma entre 50 y 70 cmH20). En este último, las presiones de neumotórax son ligeramente inferiores probablemente debido al hecho de que utilizaron un modelo de tórax abierto sin ninguna protección de la pared torácica. Estos autores ya sugirieron que las presiones neumotórax en pacientes con pared torácica intacta deberían ser algo mayores, ya que un sistema cerrado reduce la presión transpulmonar elevando la presión pleural, aunque la pared torácica infantil es elástica y la protección que confiere es limitada en comparación con los adultos. Esta hipótesis se ve refrendada por los resultados de nuestro estudio. En el estudio de Malhotra y Wright mencionado anteriormente, realizado con cadáveres recientes, las presiones de barotrauma aumentaron hasta el amplio rango de 180 - 260 cmH20 si se aplicó compresión externa de la pared torácica, reduciendo así la presión transpulmonar. Por lo tanto, como está bien descrito en la literatura, la presión transpulmonar desempeña un papel clave en el desarrollo del barotrauma.
En nuestro estudio el neumotórax se observó principalmente en las primeras 4-6 respiraciones de cada paso, en lugar de al final de los mismos. Sólo uno de los diez animales desarrolló neumotórax al finalizar el nivel de PIM adjudicado. Por lo tanto, la PIM podría ejercer un papel más relevante que la duración de la presión per se. Encontramos por tanto que el neumotórax es principalmente un evento que se desencadena con relativa celeridad si se ejerce presión suficiente, sin embargo es posible que ciertos pulmones se dañen con presiones menores mantenidas durante un tiempo más prolongado. Estudios futuros diseñados específicamente para optimizar el producto presión-tiempo mediante, por ejemplo, el uso del modo APRV (Airway Pressure Release Ventilation) (Roy S 2013)272 podrían ayudar a encontrar presiones óptimas de ventilación, tanto a la hora de realizar una maniobra de reclutamiento (MR) como en la ventilación de un SDRA.
A pesar de que nuestro estudio no fue originalmente diseñado para evaluar las implicaciones hemodinámicas de estas altas presiones inspiratorias que producen neumotórax, encontramos datos interesantes que deben ser discutidos, ya que probablemente las dos principales preocupaciones que cualquier clínico tiene durante una MR son la posibilidad de barotrauma e impacto hemodinámico relevante. El grupo ZEEP tuvo mayor repercusión hemodinámica que el grupo PEEP. La hipotensión es significativamente mayor en el grupo ZEEP con un descenso del 20% respecto al valor basal en PAM, PAS y PAD en el rango de presión de 35 - 40 cm cmH20, mientras que en el grupo PEEP las presiones asociadas con la hipotensión comienzan a 60 cmH20/ PEEP 45 cmH20. Por lo tanto, para el grupo PEEP fue seguro alcanzar presiones de hasta 50 cmH20, tanto en términos de riesgo de neumotórax como de repercusión hemodinámica, resaltando la importancia de mantener un diferencial de presión fijo de ≤ 15 cmH20 al realizar una MR. La frecuencia cardiaca fue la variable hemodinámica que mostró mayor resistencia a altas presiones inspiratorias: el grupo ZEEP presentó bradicardia significativamente más temprano, ya con PIM de 40 cmH20, mientras que el grupo PEEP mostró bradicardia con PIM de 70 cmH20/ PEEP 50 cmH20. El riesgo de bradicardia en la población pediátrica es un efecto secundario bien conocido de la MR mediante CPAP de 40 cmH20 sostenida, y su uso en la actualidad está fuertemente desaconsejado (Hedenstierna G 2010)267.
Uno de los hallazgos más significativos del estudio es que el compromiso hemodinámico ocurrió en el grupo ZEEP a PIMs considerablemente más bajas que las que causaron neumotórax. Este importante e inesperado hallazgo -una mayor presión diferencial parece inducir mayor repercusión hemodinámica a igual nivel de PIM- sugiere que quizás el retorno venoso está más comprometido en estas condiciones. Por lo tanto, encontramos que la hipotensión y la bradicardia, cuando la presión diferencial <15 cmH20 no se conserva, son importantes efectos secundarios de la PIM alcanzada, que realmente ocurrieron antes que el barotrauma en nuestro experimento, y lo que es más importante, en un rango común de presiones inspiratorias en el ámbito clínico. Además, todos los sujetos sufrieron asistolia antes del neumotórax durante nuestros experimentos. Este hecho resalta la relevancia del impacto hemodinámico de las altas presiones inspiratorias en la población neonatal y debería plantear la preocupación del impacto hemodinámico y riesgo de muerte a presiones algo menores que las que causan neumotórax.
Tal como Bhalla y Khemani mencionaron en su editorial de Respiratory Care a principios de 2016 (Bhalla AK 2016)257, el motivo por el que existe una mayor repercusión hemodinámica antes de que se produzca neumotórax, especialmente en el grupo sin PEEP, podría explicarse debido a un gasto cardiaco reducido, bien por una disminución en el retorno venoso, bien por aumento de la postcarga ventricular derecha. El aumento de la postcarga del ventrículo derecho se debe principalmente a la sobredistensión alveolar, que aumenta la resistencia vascular pulmonar relacionada con la compresión capilar alveolar. La mayor tolerancia de nuestros lechones a la estrategia con PEEP respecto al grupo sin PEEP podría explicarse por la diferente presión inspiratoria diferencial de cada grupo. Sin embargo, en lugar de influir en el retorno venoso, la mayor presión diferencial en el grupo sin PEEP probablemente tuvo una gran influencia en la postcarga ventricular derecha. Aunque una alta presión intratorácica con una PIM elevada compromete la perfusión pulmonar, esto es cierto para ambas estrategias ventilatorias de nuestro experimento. Sin embargo, la mayor presión diferencial del grupo ZEEP presumiblemente dio lugar a mayores volúmenes corrientes. Esto provocó una sobredistensión alveolar, compromiso del flujo sanguíneo pulmonar, una mayor resistencia vascular pulmonar, y un aumento de la postcarga ventricular derecha. Podemos estimar que, de hecho, el retorno venoso no fue menor en el grupo sin PEEP ya que su presión media en la vía aérea debió de ser globalmente menor, y es, por tanto, poco probable que la disminución de la precarga sea la explicación del mayor compromiso hemodinámico en el grupo ZEEP. Parece que en este experimento, el efecto perjudicial de una mayor PEEP en el retorno venoso no fue tan importante para la inestabilidad hemodinámica como el impacto negativo de una alta presión diferencial. Estos hallazgos se correlacionan con la evidencia en la literatura que enfatiza el papel de la presión diferencial en la función del ventrículo derecho (Iannuzzi M 2010)268. De hecho la presión diferencial ha recibido más atención en las últimas fechas a raíz de los datos publicados por el grupo de Amato que demuestran una relación entre presiones diferenciales > 15 cmH20 y muerte en adultos con SDRA (Amato MB 2015)197. Aunque estos hallazgos pueden ser debidos a sobredistensión alveolar que conduce ulteriormente a una lesión pulmonar inducida por ventilación mecánica, es posible que algunos de estos efectos puedan de hecho ser debidos a la función del ventrículo derecho.
Con respecto a los valores máximos de PAM, en el grupo PEEP estos se alcanzaron por encima de 35 cmH20, PIM que suele ser objetivo habitual durante las maniobras de reclutamiento en pulmones sanos, mientras que la estrategia ZEEP alcanzó valores máximos de PAM en el rango de 20 cmH20, presión a partir de la cual se describe hipotensión. Estos hallazgos contribuyen a resaltar la importancia que una presión inspiratoria diferencial <15 cm H2O puede jugar en la hemodinámica de las maniobras de reclutamiento. Los animales del grupo PEEP mostraron una paulatina taquicardia durante el experimento que alcanzó su máximo nivel con PIMs de 45 cmH20 / PEEP 30 cmH20. Este fenómeno puedo deberse a una estimulación simpática en el contexto de altas presiones inspiratorias (Hedenstierna G 2002)270.
La principal limitación de nuestro estudio es que se realiza en pulmones sanos, y no se añadió en el diseño del estudio ningún grupo con lesión pulmonar para comparar resultados. Nuestra idea principal fue determinar las presiones inspiratorias máximas que producen neumotórax en pulmones sanos, ya que esta temida complicación tradicionalmente descrita a la hora de realizar una MR muchas veces impide la realización de las mismas en el entorno clínico habitual, especialmente en el ámbito pediátrico. Encontramos datos muy interesantes relacionados con la repercusión hemodinámica que deben contrastarse también en pacientes con lesión pulmonar. Sin embargo, los pacientes con pulmones sanos podrían presentar un deterioro hemodinámico más precoz que aquellos aquejados de patología pulmonar previa debido a su mayor elasticidad, y a la transmisión de presiones a los capilares pulmonares más eficiente, siendo así más probable su colapso.
Sin embargo, existen otras limitaciones en nuestro estudio: no se realizó una TC para determinar si se producía daño pulmonar inadvertido antes de que se observaran fugas pleurales, ni se comprobaron otros signos de barotrauma como el neumomediastino. No se realizó tampoco evaluación histológica posterior del pulmón, no obstante hay numerosos estudios disponibles centrados en la histología de los pulmones sometidos a altas presiones inspiratorias (Orfanos SE 2004; Hasleton PS 1999)205,212. El impacto hemodinámico fue un objetivo secundario y el estudio no fue diseñado para ese propósito, por lo tanto no se midió el gasto cardíaco ni se evaluó a fondo el estado de precarga de nuestros animales. Un tamaño muestral mayor podría haber mostrado significación estadística en algunos valores como se mencionó anteriormente.
CONCLUSIÓN: Este estudio es el primero que conozcamos que mida la presión inspiratoria causante de neumotórax en un modelo in vivo, ya sea adulto o pediátrico, y muestra datos similares a los realizados ex vivo. De acuerdo con nuestros resultados, las presiones habitualmente utilizadas durante una maniobra de reclutamiento en el contexto clínico del quirófano son considerablemente inferiores a las que produjeron neumotórax en nuestro modelo in vivo de recién nacido sano.
Hemos encontrado resultados hemodinámicos inesperados: los animales en ambos grupos tuvieron impacto hemodinámico negativo a lo largo del estudio, pero hay datos que apuntan hacia una mejor función hemodinámica con altas presiones inspiratorias si se preserva un diferencial de presiones <15 cmH20. Un gran delta de presión parece inducir un mayor compromiso hemodinámico a mismo nivel de PIM. Todos los pacientes sufrieron asistolia antes de presentar neumotórax.
Se deben realizar más estudios dirigidos específicamente a determinar el impacto hemodinámico y las presiones de barotrauma en pulmones sometidos a lesión pulmonar grave.
Agradecimientos: Quiero dar las gracias a la Dra. Carlota Largo Aramburu y al Dr. Agustín Mendiola por su ayuda con la preparación y canulación de animales, y a la Dra. Madero por la ayuda en el análisis estadístico.
Me gustaría dar las gracias asimismo a la Sra. Véronique Choquette por las correcciones de estilo y redacción en la versión inglesa, así como por su apoyo incondicional mientras se realizó esta investigación.
