OBJETIVO: Correlacionar o índice de consumo de oxigênio medido através da calorimetria indireta (VO2I DELTA) às medidas calculadas pela equação reversa de Fick (VO2I FICK) em pacientes graves, vítimas de trauma ou sepse. MÉTODOS: Analisados 14 pacientes vítimas de trauma (n=5) ou sepse (n=9), com média de idade de 39,4 ± 5,4 anos, sendo 10 homens e 4 mulheres, APACHE II de 21,3±1,8, ISS de 24,8±6, Sepsis Score de 19,6±2,3, com risco de óbito calculado pelo APACHE II de 41,9±7,1%, submetidos à ventilação mecânica e monitorização hemodinâmica invasiva com cateter de Swan-Ganz e realizadas, pelos dois métodos, 4 séries de medidas do VO2I (T1 a T4). RESULTADOS: Houve uma boa correlação entre os dois métodos (r = 0,77), para a média das quatro medidas seriadas. Não houve diferença estatisticamente significativa entre os dois métodos nos tempos T1 (VO2I DELTA = 138±28 e VO2I FICK = 159±38 mL.min-1.m-2, p = 0,10) e T3 (VO2I DELTA = 144±26 e VO2I FICK = 158±35 mL.min-1.m-2, p = 0,14). Houve diferença significativa nos tempos T2 (VO2I DELTA = 141±27 e VO2I FICK = 155±26 mL.min-1.m-2, p = 0,03) e T4 (VO2I DELTA = 145±24 e VO2I FICK = 162±26 mL.min-1.m-2, p = 0,01). CONCLUSÃO: A calorimetria indireta é um método não invasivo, isento de complicações, que pode ser usado para avaliação do consumo de oxigênio no paciente grave de forma tão eficaz quanto à equação reversa de Fick.
Correlação entre o consumo de oxigênio obtido pelo método de Fick e pela calorimetria indireta no paciente grave
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - USP - Ribeirão Preto, SP
A determinação seriada do consumo de oxigênio (VO2) é útil para se monitorar a disfunção do sistema circulatório e sua resposta a alguma intervenção terapêutica. Embora o transporte de oxigênio (DO2) para os tecidos possa estar adequado, não garante o seu aproveitamento pela célula, pois os distúrbios da microcirculação, como observado em pacientes sépticos ou politraumatizados, poderão dificultar sua captação1.
Embora a análise dos diversos parâmetros obtidos pela monitorização hemodinâmica invasiva (cateter de Swan-Ganz) seja útil para os casos de maior complexidade, a obtenção do VO2 depende da análise gasométrica do sangue arterial e venoso central, da mensuração da concentração de hemoglobina sérica e de sua saturação de oxigênio. Assim, o VO2 é calculado pela diferença arteriovenosa do conteúdo de oxigênio multiplicado pelo débito cardíaco. Uma outra maneira de se calcular o VO2 é através da calorimetria indireta, onde o seu consumo é quantificado pela análise das trocas gasosas respiratórias, obtido de forma não invasiva e também seriada. O objetivo do nosso estudo foi o de correlacionar o consumo de oxigênio obtido pelo método de Fick e pela calorimetria indireta no paciente grave.
O presente estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo.
Foi realizado um estudo prospectivo em pacientes graves, vítimas de trauma ou sepse, de ambos os sexos, com necessidade de ventilação mecânica prolongada (mais de 3 dias) e de monitorização hemodinâmica invasiva, admitidos no Centro de Terapia Intensiva do Hospital Universitário. Os critérios de exclusão foram: a contra-indicação clínica para monitorização hemodinâmica invasiva, idade >80 anos e <15 anos, a necessidade de fração de oxigênio no ar inspirado (FiO2) > 0,6, pressão arterial média < 50 mmHg, freqüência cardíaca < 50 ou > 140 bpm, presença de fístula aérea bronco-pleural, choque circulatório irreversível, morte encefálica e, finalmente, recusa do paciente ou de seu responsável legal em participar do estudo. As indicações de monitorização hemodinâmica invasiva foram: avaliação da instabilidade hemodinâmica, monitorização da reposição volêmica em pacientes com doença cardiopulmonar ou renal e monitorização durante a ventilação mecânica com valores de pressão positiva ao final da expiração (PEEP) maiores que 10 cm de H2O. A monitorização hemodinâmica invasiva foi feita através da inserção de um cateter de Swan-Ganz na artéria pulmonar, através de punção da veia jugular interna ou subclávia, de preferência pelo lado direito. Ocorrendo a estabilização respiratória e hemodinâmica do paciente em até 3 dias da internação no centro de terapia intensiva, os pacientes foram incluídos no estudo.
Todos os pacientes foram estratificados de acordo com o sistema APACHE II (
Foram estudados 14 pacientes, 10 homens e 4 mulheres, com idade média de 39,4 ± 5,4 anos. Nos pacientes com sepse (n = 9 ou 64,3% do total), 5 (55,6%) eram do sexo masculino e o SS foi de 19,6 ± 2,3. Nos pacientes vítimas de trauma, todos eram homens representando 35,7% do total de pacientes. O ISS foi de 24,8 ± 6,0. O peso corporal médio de toda a casuística foi de 65,6 ± 1,7 kg e a altura de 167,1 ± 2,2cm. O índice APACHE II de todos os pacientes, no dia da admissão no CTI foi de 21,3 ± 1,8 e o risco de óbito geral, calculado a partir do APACHE II, de 41,9 ± 7,1%.
Todos os pacientes foram ventilados mecanicamente com ventilador mecânico microprocessado (BIRD 8400 ST
As medidas de consumo de oxigênio foram obtidas em todos os pacientes com o calorímetro portátil (Deltatrac II®
Com o paciente estável, em ambiente calmo, sem manipulação das vias aéreas nem dos parâmetros do respirador, durante pelo menos 30min, foram feitas 30 medições minuto a minuto do VO2 (mL.min-1). Ao final de cada período de 30 min era calculada a média e o desvio padrão do VO2. As quatro séries de medidas hemodinâmicas foram iniciadas em seguida a cada período de estudo de calorimetria indireta. O delineamento do estudo encontra-se esquematizado na
As pressões arterial periférica, arterial pulmonar e venosa central foram monitorizadas com módulos de pressão invasiva (DIXTAL 2010- Biomédica Ind. e Com. LTDA, Brasil). Os transdutores de pressão invasiva foram posicionados ao nível da linha axilar média, no 4º espaço intercostal.
A monitorização hemodinâmica invasiva foi feita inserindo-se um cateter de Swan-Ganz (Baxter Healthcare Corp., EUA) calibre 7
O débito cardíaco foi medido através da técnica de termodiluição, utilizando-se um computador (DIXTAL 2010- Biomédica Ind. e Com. LTDA, Brasil). Foram realizadas 4 injeções consecutivas de solução salina a 0,9% gelada, com temperatura variando entre 0 e 5 graus Celsius (oC), num tempo menor do que 4s, na fase expiratória do ciclo respiratório.O valor obtido foi dado em litros por minuto e indexado à superfície corporal total (índice cardíaco em L.min-1.m-2)
Conhecendo-se o índice cardíaco, a concentração de hemoglobina (Hb) em g.dL-1 e outras variáveis da equação de Fick, obtidas através das gasometrias arterial e venosa mista, como a pressão parcial de oxigênio arterial, a saturação de oxigênio arterial, a pressão parcial de oxigênio venoso misto e a saturação de oxigênio venoso misto (PaO2, SaO2, PvO2 e SvO2, respectivamente) calculou-se o VO2I (mL.min-1.m-2). A pressão parcial dos gases foi dada em mmHg e a saturação de oxigênio em porcentagem (%).
Foram realizadas quatro medidas comparativas do índice de consumo de oxigênio entre calorimetria indireta (VO2IDELTA) e pelo método de Fick (VO2IFICK).
A análise estatística levou em consideração a correlação entre os valores das médias das quatro medidas seriadas de índice de consumo de oxigênio entre todos os pacientes pelos dois métodos (calorimetria indireta e equação de Fick). A comparação entre os dois métodos foi realizada através do teste não-paramétrico de Wilcoxon, baseada na hipótese nula (VO2IDELTA igual ao VO2IFICK) e com intervalo de confiança de 95% (a = 0,05). Foram consideradas significativas as diferenças com p < 0,05.
Houve uma boa correlação entre os dois métodos (r = 0,77), conforme visualizado na
Nos pacientes com sepse, a mortalidade foi de 55,6% contra um risco de óbito calculado a partir do APACHE II de 51,8 ± 8,6%. Nos pacientes traumatizados, a mortalidade foi nula (risco APACHE II de 24,8 ± 6 % e TRISS de 68,3 ± 13,3%). A mortalidade geral foi de 35,7% (risco APACHE II de 41,9 ± 7,1%).
Não houve diferença estatisticamente significativa entre os dois métodos nas medidas de VO2I nos tempos T1 e T3 (p = 0,10 e p = 0,14, respectivamente). No entanto, nos tempos T2 e T4 houve diferença estatística entre os dois métodos (p = 0,03 em T2 e p = 0,01 em T4). A diferença média entre as medidas nos tempos T1 a T4 (T1 FICK – T1 DELTA, T2 FICK – T2 DELTA, T3 FICK – T3 DELTA e T4 FICK – T4 DELTA) foi de 17±4 mL.min-1.m-2 (10 ± 2 %). Os valores de VO2I obtidos pela calorimetria indireta e pelo método de Fick, nos tempos T1 a T4, são mostrados na
A finalidade deste estudo foi correlacionar o VO2 obtido pelo método de Fick e pela calorimetria indireta em pacientes graves, vítimas de trauma múltiplo ou sepse. O método de Fick para a monitorização do VO2 ainda é o mais utilizado em terapia intensiva. Como é invasivo, torna-se necessária a inserção de um cateter de Swan-Ganz na artéria pulmonar por acesso venoso central e está associado a várias complicações bem documentadas6.
A calorimetria indireta é um outro método disponível para a medição do VO2, não invasivo, isento de complicações e obtido através de um calorímetro portátil conectado a um respirador. Sendo um equipamento de alto custo, este método exige profissionais treinados a fim de se obter medidas calorimétricas adequadas. Estes cuidados incluem: calibração do equipamento de maneira apropriada antes de cada uso, análise cuidadosa dos resultados e realização de testes
A correlação entre a média das quatro medidas seriadas foi de r = 0,77). No entanto, na análise por períodos, em T1 e T3 não foram encontradas diferenças significativas entre os dois métodos. Nos tempos T2 e T4, houve uma pequena diferença significativa entre os dois métodos, variando de 14 a 17 mL.min-1.m-2, o que pode representar muito pouco na prática clínica. Neste estudo, alguns fatores podem ter interferido na acurácia das medidas de calorimetria indireta, como a utilização de dois modelos diferentes de ventiladores mecânicos, apesar de serem modelos similares quanto aos seus recursos disponíveis e terem demonstrado estabilidade nos parâmetros de FiO2 e volume minuto em todo o estudo. É possível que as diferenças encontradas em dois períodos de medição (T2 e T4) reflitam apenas uma variação, perfeitamente normal e temporal, encontrada em estudos de curta duração. Razão pela qual a maioria dos estudos ainda realiza estes testes comparativos de duração não inferior a 2h ou 2 medições, a fim de reduzir as discrepâncias em certas medições, que pelas considerações tecidas acima podem muito bem ocorrer, porém não invalidando nenhum dos dois métodos 8-12.
Embora a mortalidade global da casuística tenha sido muito próxima àquela prevista pelo índice APACHE II, não foi possível associar uma maior mortalidade à baixa capacidade de extrair oxigênio (baixo VO2I) por nenhum dos dois métodos. Apesar de vários trabalhos terem sido realizados em pacientes graves, ainda não há definições claras do uso da calorimetria nesses casos, embora este método seja defendido como forma de monitorização mais adequada do consumo de oxigênio e da adequação das suas necessidades calóricas. Nesse particular, vários estudos comparativos entre os dois métodos, em diversas situações clínicas, mostraram que a calorimetria indireta é fidedigna para a obtenção do VO2 (
Não se deseja, contudo, com estes resultados, substituir um método de medição da VO2 tradicional e de uso mais rotineiro (cateter de Swan-Ganz) pela calorimetria indireta. Alguns parâmetros hemodinâmicos são muito úteis na avaliação das condições cardiocirculatórias do doente grave e somente possíveis de serem obtidos com a introdução de um cateter na artéria pulmonar como, por exemplo, a pressão de oclusão da artéria pulmonar. A necessidade de uma familiaridade e treinamento maiores com este novo equipamento de alto custo são, certamente, fatores limitantes ao seu uso rotineiro, porém fundamental para que se aprofundem as pesquisas e as validações técnicas com calorimetria indireta no nosso meio, uma vez que é um equipamento de uso relativamente recente, enquanto que a monitorização hemodinâmica invasiva é um procedimento já bem padronizado nas UTIs, desde a década de 70.
Outro ponto a ser considerado é que o método de Fick parte de uma equação utilizando vários parâmetros que são medidos, como o débito cardíaco por termodiluição e os conteúdos arterial e venoso misto de O2, determinando erros matemáticos cumulativos. Alguns destes parâmetros também são utilizados para o cálculo da oferta de oxigênio. Assim, o VO2 calculado pelo método de Fick pode ter um coeficiente de variação de até 15%16. Esta variação forma a base da recomendação geral de que o VO2 calculado deve se alterar pelo menos 15% para ser considerado uma mudança fisiológica significativa.
Diferenças importantes de 32 ± 2% (p < 0,001) foram encontradas entre os valores de VO2DELTA e VO2FICK7. No entanto, após rigorosa reinspeção dos métodos e dos equipamentos, os autores verificaram vazamento interno do calorímetro. No presente estudo, um caso foi excluído após a constatação de vazamento, porém no circuito externo do respirador (a falha foi constatada somente ao final do estudo). Em pacientes submetidos a cirurgia cardíaca, houve uma maior precisão no VO2 obtido por calorimetria indireta do que nos valores obtidos pelo método de Fick, embora as variações observadas tenham sido relacionadas, principalmente, ao método de medição do débito cardíaco, ou seja, as maiores variações ocorreram devidas à temperatura do líquido injetado e à fase do ciclo respiratório na qual foram feitas as medições.
Erros muito parecidos entre o VO2FICK e VO2DELTA (5% e 4%, respectivamente), foram encontrados7, com a diferença de que foi utilizado monitor contínuo de débito cardíaco, ainda não muito bem difundido em nosso meio. No entanto, outro estudo10 comparou os dois métodos em pacientes vítimas de trauma múltiplo, encontrando, em todas as medidas comparativas, valores significativamente maiores no VO2DELTA, concluindo que a calorimetria indireta deve ser o método preferencial na medida do VO2 em pacientes gravemente traumatizados.
As complicações sépticas após cirurgias ou traumas acham-se associadas a maiores taxas metabólicas. Em pacientes com sepse ou choque séptico, os valores do VO2, ao contrário do que se poderia esperar, estão relativamente diminuídos, frente às maiores necessidades metabólicas, pela ativação de mecanismos de defesa do organismo e, também, pela febre. As medidas de trocas gasosas devem ser suficientemente longas para assegurar uma interpretação correta dos resultados obtidos, evitando os períodos de condições instáveis, como por exemplo, alterações de parâmetros do ventilador mecânico e aspirações traqueais. Neste sentido, é muito importante o número e a duração das medidas necessárias para se atingir estimativas do gasto energético diário. Embora ainda não haja uma padronização da duração e nem do número de medidas diárias por calorimetria indireta, alguns estudos apontam para a conveniência das medidas de curta duração, variando de cinco a 30min18,19. Duas medidas diárias de 15min são suficientes para se estimar o gasto energético de 24h com erro de 4%. Para fins clínicos é aceitável a extrapolação do gasto energético de 24h a partir de medidas realizadas durante 30min16. Outro estudo20 sugeriu que medidas mais curtas, de 5min, são suficientes para medir o gasto energético, se a variação daquelas medidas for menor do que 5%. A principal vantagem de medidas de curta duração seria a possibilidade de monitorização diária em vários pacientes graves, reduzindo os custos do equipamento. No nosso estudo, decidiu-se pela adoção de quatro intervalos de medidas de calorimetria indireta a fim de minimizar possíveis erros causados pela inexperiência no uso do calorímetro e interferências do meio (temperatura, pressão e umidade). No entanto, infelizmente, nenhum método de avaliação tanto da oferta quanto do consumo de oxigênio no paciente grave é isento de limitações e críticas.
Em conclusão, os resultados do presente estudo apontam para o fato da existência de uma boa correlação entre o VO2 obtido pela calorimetria indireta e pelo método de Fick, podendo a calorimetria indireta ser utilizada como método de avaliação desse parâmetro em pacientes graves, de forma tão eficaz quanto a equação reversa de Fick, com a vantagem de ser um método não invasivo, isento de complicações.
Endereço para correspondência Anibal Basile-Filho Av. Bandeirantes, 3900 - Cep 14049-900 Ribeirão Preto, SP E-mail:
Recebido para publicação em 2/12/02
Aceito em 5/6/03
Projeto de Pesquisa Financiado pela FAPESP 99/07266-7 (A.B.F.)
OBJECTIVE: To compare the oxygen consumption index measured by using indirect calorimetry (VO2I Delta) with a portable metabolic cart and calculated according to Fick's principle (VO2 I Fick) in critically ill patients. METHODS: Fourteen patients (10 men and 4 women, mean age 39.4 ± 5.4 years) were analyzed, 5 of them trauma victims and 9 sepsis victims. The following mean scores were obtained for these patients: APACHE II = 21.3±1.8, ISS = 24.8±6, and sepsis score = 19.6±2.3. The mortality risk (odds ratio), calculated from APACHE II, was 41.9±7.1%. All patients underwent mechanical ventilation and invasive hemodynamic monitoring with a Swan-Ganz catheter. VO2 was obtained using the 2 methods (VO2I Delta and VO2I Fick) at 4 different times (T1-T4). RESULTS: A good correlation was found between the 2 methods (r=0.77) for the mean of the 4 serial measurements. No statistically significant differences were observed between indirect calorimetry and Fick's equation at T1 (VO2I Delta = 138±28 and VO2I Fick = 59±38 mL.min-2.m-2, P=0.10) and T3 (VO2I Delta = 144±26 and VO2I Fick = 158±35 mL.min-2.m-2, P=0.14), but a significant difference was observed at T2 (VO2I Delta = 141±27 and VO2I Fick = 155±26 mL.min-2.m-2, P=0.03) and T4 (VO2I Delta = 145±24 and VO2I Fick = 162±26 mL.min-2.m-2, P=0.01). CONCLUSION: We may state that indirect calorimetry can be used for oxygen consumption analysis in critically ill patients and is as efficient as Fick's reverse equation, with the benefit of being a noninvasive and risk-free procedure.
Correlation between oxygen consumption calculated using Fick's method and measured with indirect calorimetry in critically ill patients
Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo. Research supported by FAPESP 99/07266-7 (A.B.F.) - São Paulo, SP - Brazil
Serial determination of oxygen consumption (VO2) is useful for monitoring the dysfunction of the circulatory system and its response to certain therapeutic interventions. Even though oxygen transport (DO2) to tissues may be adequate, this does not guarantee oxygen utilization by the cell because microcirculation disorders such as those observed in septic or poly-traumatized patients may impair its uptake 1.
Although the analysis of various parameters obtained by invasive hemodynamic monitoring (Swan-Ganz catheter) is useful for more complex cases, the determination of VO2 depends on analysis of arterial blood and central venous gases, on the measurement of serum hemoglobin concentration and on hemoglobin oxygen saturation. Thus, VO2 is calculated by the arteriovenous difference in oxygen content multiplied by cardiac output. Another way to calculate VO2 is with indirect calorimetry, whereby consumption is quantified by the analysis of respiratory gas exchanges in a noninvasive, serial manner. The objective of the present study was to correlate oxygen consumption obtained by using the Fick method and indirect calorimetry in critically ill patients.
The Research Ethics Committee of the University Hospital, Ribeirão Preto Medical School, University of São Paulo, approved the present study.
A prospective study was conducted on critically ill patients of both sexes, victims of trauma or sepsis who required prolonged, mechanical ventilation (more than 3 days) and invasive hemodynamic monitoring (IHM) admitted to the intensive care unit (ICU) of the above hospital. Exclusion criteria were the following: clinically contraindicated IHM, age >80 and <15 years, the need for FiO2 (oxygen fraction of inspired air) >0.6, mean arterial pressure (MAP) <50 mmHg, heart rate (HR) <50 or >140 bpm, presence of a bronchopleural air fistula, irreversible circulatory shock, brain death, and finally refusal to participate in the study by the patient or the person legally responsible. The indications for IHM were as follows: assessment of hemodynamic instability, monitoring of blood volume replacement in patients with cardiopulmonary or renal disease, and monitoring during mechanical ventilation with positive end-expiratory pressure (PEEP) values higher than 10 cm H2O. IHM was performed by inserting a Swan-Ganz catheter into the pulmonary artery by puncture of the internal jugular vein or subclavian vein, preferably on the right side. When respiratory and hemodynamic stabilization occurred within 3 days of admission to the intensive care unit (ICU), the patients were included in the study.
All patients were stratified according to the Acute Physiologic and Chronic Health Evaluation II (APACHE II) system 2. Victims of trauma were also classified by the injury severity score (ISS) 3 and patients with sepsis by the sepsis score (SS) system 4 on the first day of admission to the ICU. The criteria used to determine the presence of sepsis/septic shock followed the model defined by the Consensus Conference promoted by the members of the American College of Chest Physicians (ACCP) in association with the Society of Critical Care Medicine (SCCM) 5 in 1992, ie, (a) systemic response to infection demonstrated by 2 or more of the following data: temperature >38o C or <36o C, heart rate >90 beats per minute, respiratory frequency >20 breaths per minute or PaCO2 <32 mmHg, leukocytes >12,000 cells/mm3 or <4,000 cells/mm3, or the presence of more than 10% young forms (rods); (b) hypotension with systolic arterial pressure <90 mmHg or a reduction of >40 mmHg compared with basal levels despite adequate volume repletion, together with abnormalities in peripheral perfusion, such as lactic acidosis, oliguria, or acute alteration of consciousness. The Trauma and Injury Severity Score (TRISS) 6 was also calculated for victims of trauma to estimate the probability of survival based on the anatomical and physiological characteristics of the patient. Patient weight was estimated based on body mass index according to age.
We studied 14 patients, 10 men and 4 women, average age 39.4±5.4 years. Among the patients with sepsis (n=9 or 64.3% of the total), 5 (55.6%) were males and SS was 19.6±2.3. All the patients who were victims of trauma were males and corresponded to 35.7% of the total. ISS was 24.8±6.0. The mean body weight of the entire series was 65.6±1.7 kg, and height was 167.1±2.2 cm. The mean APACHE II index for all patients on the day of admission to the ICU was 21.3±1.8. The overall death risk calculated from the APACHE II was 41.9±7.1%.
All patients were mechanically ventilated with a micro-processed mechanical ventilator (BIRD 8400ST
Oxygen consumption measurements were obtained for all patients by using a portable calorimeter (Deltatrac II® Metabolic Monitor - Datex-Ohmeda, Finland). An initial calibration was performed before the study protocol by using the alcohol-burning test according to the manufacturer's specifications. Before each study, the calorimeter was heated for 30 minutes and then calibrated with a known mixture of gases containing 5% carbon dioxide (CO2) and 95% oxygen (O2). The line for inspiratory gas collection was positioned in the outlet of the humidifying and heating system of the respirator. All expired air was collected from the expiratory pathway (purging) of the respirator. All the procedures described were performed according to the manufacturer's specifications.
With the patient in stable condition in a calm environment, with no manipulation of the upper airways or of the parameters of the respirator for at least 30 minutes, minute to minute VO2 measurements (mL.min-1) were made. At the end of each 30-minute period, the mean and standard deviation of VO2 were calculated. The 4 series of hemodynamic measurements were started immediately after each period of study by indirect calorimetry. The design of the study is schematically illustrated in
Arterial peripheral pressure and arterial pulmonary and central venous pressure were monitored with invasive pressure modules (Dixtal 2010 - Biomédica Ind. e Com. Ltda., Brazil). The invasive pressure transducers were positioned at the level of the middle axillary line in the fourth intercostal space.
Invasive hemodynamic monitoring was performed by inserting a Swan-Ganz catheter (Baxter Healthcare Corp., USA) caliber 7 French into the pulmonary artery. The proper positioning of the Swan-Ganz catheter was confirmed by a chest X-ray of anteroposterior incidence.
Cardiac output was measured by the thermodilution technique using a computer (Dixtal 2010 - Biomédica Ind. e Com. Ltda., Brazil). Four consecutive injections of ice-cold 0.9% saline solution, varying in temperature from 0 to 5oC, were performed within less than 4 seconds during the expiratory phase of the respiratory cycle. The value obtained is reported as liters per minute related to total body surface (cardiac index in L.min-1.m-2).
On the basis of cardiac index, hemoglobin (Hb) concentration in g.dL-1 and other variables of the Fick equation obtained by arterial and mixed venous gas measurements, such as partial pressure of arterial oxygen, arterial oxygen saturation, partial pressure of mixed venous oxygen, and saturation of mixed venous oxygen (PaO2, SaO2, PvO2, and SvO2, respectively), we calculated VO2I (mL.min-1.m-2). Partial gas pressure was expressed as mmHg and oxygen saturation as a percentage (%).
Four comparative measurements of oxygen consumption index were made using indirect calorimetry (VO2IDelta) and the Fick method (VO2IFick).
Data were analyzed statistically considering the mean values of 4 serial measurements of oxygen consumption index obtained for all patients by the 2 methods (indirect calorimetry and Fick's equation). The 2 methods were compared by using the nonparametric Wilcoxon test based on the null hypothesis (Vo2IDelta equal to VO2IFick) and with a 95% confidence interval (a = 0.05)
A good correlation existed between the 2 methods (r=0.77), as can be seen in
In patients with sepsis, mortality was 55.6% versus a death risk of 51.8±8.6% calculated from APACHE II. In traumatized patients, mortality was zero (APACHE II risk of 24.8±6 % and TRISS of 68.3 ± 13.3%). Overall mortality was 35.7% (APACHE II risk of 41.9 ± 7.1%).
No significant difference was noted in VO2I measurements between the 2 methods at times T1 and T3 (P = 0.10 and P = 0.14, respectively). However, at times T2 and T4, the difference between methods was significant (P = 0.03 at T2 and P = 0.01 at T4). The mean difference between the measurements at times T1 to T4 (T1Fick – T1Delta, T2Fick – T2Delta, T3Fick – T3Delta, and T4Fick – T4Delta) was 17 ± 4 mL.min-1.m-2 (10 ± 2 %). The VO2I values obtained by indirect calorimetry and by Fick's method at times T1 to T4 are shown in
The objective of the present study was to compare the VO2 obtained by the Fick method and by indirect calorimetry in critically ill patients who were victims of multiple trauma or sepsis. The Fick method for VO2 monitoring continues to be the procedure most frequently used in intensive care. However, it is invasive because it requires the insertion of a Swan-Ganz catheter into the pulmonary artery through a central venous access and is associated with several well-documented complications 6.
Indirect calorimetry is another method available for VO2 measurement, which is noninvasive and free of complications and requiring the use of a portable calorimeter connected to a respirator. However, in addition to involving expensive equipment, this method requires trained professionals in order to obtain adequate calorimetric measurements as well as several precautions, such as appropriate calibration of the equipment before each use, careful analysis of the results, and the periodic execution of
The correlation between the mean of the 4 serial measurements was r = - 0.77. However, in the analysis according to time periods, no significant differences were detected between the 2 methods at T1 and T3. At T2 and T4, a small, significant difference existed between the 2 methods, ranging from 14 to 17 mL.min-1.m-2, which may mean very little in clinical practice. In the present study, some factors may have interfered with the accuracy of the indirect calorimetry measurements, such as the use of 2 different models of mechanical ventilators, even though the models were similar in terms of available resources and demonstrated the stability of the FiO2 and minute volume parameters throughout the study. It is possible that the differences detected at 2 measuring time points (T2 and T4) reflect only a perfectly normal and temporal variation observed in studies of short duration. This is the reason why most studies continue to perform these comparative tests over a period lasting not less than 2 hours or 2 measurements, in order to reduce the discrepancies in certain measurements that might occur for the reasons mentioned above but that do not invalidate either method 8-12 (
Although the overall mortality rate for the series was very close to that predicted by the APACHE II index, it was not possible to associate greater mortality with the low ability to extract oxygen (low VO2I) in either method. Although several studies have been conducted on critically ill patients, there still is no clear definition of the use of calorimetry in these cases, although this method has been defended as a more appropriate way of monitoring oxygen consumption and the adequacy of the caloric needs of the patient. In this respect, comparative studies of the 2 methods in different clinical situations have shown that indirect calorimetry is reliable for the determination of VO2 (
However, it is not our intention, with these results, to replace a more traditional and more routinely used (Swan-Ganz catheter) technique with indirect calorimetry. Some hemodynamic parameters are highly useful for the evaluation of the cardiocirculatory conditions of critically ill patients and can only be determined by introducing a catheter into the pulmonary artery, as is the case, for example, for the occlusion pressure of the pulmonary artery. The need for greater familiarity with, and training for this new high-cost equipment, is definitely a limiting factor for its routine use. Nevertheless, it is fundamental for more in-depth research and technical validation of the use of indirect calorimetry in Brazil, since this is equipment of relatively recent use, whereas invasive hemodynamic monitoring is a procedure that has been well standardized in ICUs since the 1970s.
Another point to be considered is that the Fick method is based on an equation using several measured parameters such as CO determined by thermodilution and the arterial and mixed venous blood O2 content, leading to cumulative mathematical errors. Some of these parameters are also used to calculate oxygen supply. Thus, VO2 calculated with the Fick method can have a coefficient of variation of up to 15%16. This variation justifies the general recommendation that calculated VO2 should show at least a 15% alteration to be considered a significant physiological change.
Important differences of 32 ± 2% (P<0.001) were detected between VO2DELTA and VO2 Fick values 7. However, after rigorous reinspection of methods and equipment, the authors detected an internal leakage in the calorimeter. In the present study, 1 patient was excluded after a leak was detected, although in the external circuit of the respirator (the fault was detected only at the end of the study). In patients undergoing heart surgery, greater precision was found in the VO2 value obtained by indirect calorimetry than in the value obtained by the Fick method. The variations obtained, however, were mainly related to the method for CO measurement, ie, the greatest variations occurred due to the temperature of the injected fluid and to the phase of the respiratory cycle during which the measurements were made.
Closely similar errors have been observed for VO2 Fick and VO2 Delta (5% and 4%, respectively) 17, with the difference being that a continuous CO monitor was used, which is still not easily available in Brazil. However, another study 10 compared the 2 methods in patients who were victims of multiple trauma and detected significantly higher VO2Delta values and concluded that indirect calorimetry should be the preferential method for VO2 measurement in severely traumatized patients.
Septic complications after surgery or trauma are associated with higher metabolic rates. In patients with sepsis or septic shock, VO2 values, contrary to what might be expected, are relatively reduced in the presence of greater metabolic necessities by the activation of the defense mechanisms of the organism and also by fever. Gas exchange measurements should be sufficiently long to ensure a correct interpretation of the results obtained, avoiding periods of unstable conditions, such as alterations of parameters of the mechanical ventilator and tracheal aspiration. In this respect, the number and duration of the measurements necessary to reach estimates of daily energy expenditure are very important. Although thus far, no standardization has occurred of the duration or the number of daily measurements by indirect calorimetry, some studies have indicated the convenience of measurements of short duration ranging from 5 to 30 minutes 18,19. Two daily measurements of 15 minutes are sufficient to estimate 24-hour energy expenditure with a 4% error. For clinical purposes, it is acceptable to extrapolate 24-hour energy expenditure from measurements made over a period of 30 minutes 19. Another study 20 suggested that shorter measurements over a period of 5 minutes are sufficient to measure energy expenditure when their variation is less than 5%. The major advantage of measurements of short duration is the possibility of daily monitoring of several critically ill patients, with a consequent reduction in equipment costs. In the present study, we decided to use 4 intervals of measurements of indirect calorimetry in order to minimize possible errors caused by lack of experience with the use of the calorimeter and interference by the environment (temperature, pressure, and humidity). However, unfortunately, no method for the assessment of oxygen supply and consumption in critically ill patients is free from limitations and criticisms.
In conclusion, the present results indicate the existence of a good correlation between VO2 obtained by indirect calorimetry and by the Fick method, with the possibility of using indirect calorimetry as a method for the assessment of this parameter in critically ill patients as effectively as when using the reverse Fick equation, with the advantage that calorimetry is a noninvasive method free of complications.
Correspondence to Flávio Marson Disciplina de Terapia Intensiva Departamento de Cirurgia e Anatomia Av. Bandeirantes, 3900 Ribeirão Preto, SP - Brazil Cep 14049-900 E-mail:
Received 12/2/02
Accepted 6/5/03