OBJETIVOS: Verificar as respostas ventilatória, de oxigenação e hemodinâmica de pacientes com insuficiência respiratória aguda (IResp) hipoxêmica submetidos a aplicação de ventilação mecânica não-invasiva (VMNI) no pós-operatório de cirurgia cardiovascular, buscando variáveis preditoras de sucesso, e comparar as diferentes modalidades de VMNI. MÉTODOS: No total, 70 pacientes com IResp hipoxêmica foram randomizados em uma das três modalidades de VMNI: pressão positiva contínua em vias aéreas (CPAP) e ventilação com dois níveis pressóricos (PEEP + PS e BiPAP®). Foram analisadas variáveis ventilatórias, de oxigenação e hemodinâmicas nos períodos pré-aplicação, 3, 6 e 12 horas após iniciado o protocolo. RESULTADOS: Foram excluídos 13 pacientes. Dos pacientes restantes, 31 evoluíram para independência do suporte ventilatório, constituindo o grupo sucesso, e 26 necessitaram de intubação orotraqueal, sendo considerados insucesso. Idade e níveis iniciais de freqüência cardíaca (FC) e de freqüência respiratória (FR) apresentaram valores elevados no grupo insucesso (p = 0,042, 0,029 e 0,002, respectivamente). O grupo insucesso apresentou maior número de intercorrências intra-operatórias (p = 0,025). As variáveis de oxigenação elevaram-se somente no grupo sucesso. Dentre as modalidades de VMNI, evoluíram como sucesso 57,9% dos pacientes no grupo ventilador, 57,9% no bi-nível e 47,3% no CPAP. Variáveis de oxigenação e FR apresentaram melhora somente nos grupos com dois níveis pressóricos. CONCLUSÃO: Pacientes com IResp hipoxêmica no pós-operatório de cirurgia cardiovascular apresentaram melhora da oxigenação, da FR e da FC durante a aplicação de VMNI. Em pacientes mais idosos e com valores iniciais de FR e de FC mais elevados, a VMNI não foi suficiente para reverter o quadro de IResp. Modalidades com dois níveis pressóricos apresentaram resultados superiores.
ARTIGO ORIGINAL
Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo – São Paulo, SP – Brasil
As cirurgias cardíacas estão associadas a alterações da troca gasosa e da mecânica respiratória, que podem evoluir para quadros de insuficiência respiratória aguda, sendo estes responsáveis por altos índices de morbidade e de mortalidade no pós-operatório1,2.
Dentre as alternativas para seu tratamento, a assistência ventilatória não-invasiva tem sido utilizada como modalidade terapêutica. Seus objetivos são melhorar a ventilação alveolar e a troca gasosa, aumentar os volumes pulmonares, diminuir o trabalho respiratório, diminuir o tempo de ventilação mecânica, evitando a reintubação, e, como conseqüência, abreviar o tempo de internação na Unidade de Terapia Intensiva1-8. Benefícios na hemodinâmica também são observados, como a diminuição da pré-carga por redução do retorno venoso e a diminuição da pós-carga de ventrículo esquerdo por redução de sua pressão transmural, o que leva à melhora do desempenho cardíaco e provoca aumento do débito cardíaco9,10.
Existem dois métodos para aplicação da VMNI com pressão positiva: pressão positiva contínua em vias aéreas (CPAP) e ventilação com dois níveis pressóricos (bi-nível pressórico). A VMNI está bem estabelecida no tratamento de insuficiência respiratória secundária a exacerbações da doença pulmonar obstrutiva crônica, na apnéia obstrutiva do sono e no edema pulmonar cardiogênico11-13. Contudo, na insuficiência respiratória hipoxêmica no período pós-operatório, a resposta clínica ao uso da VMNI não está totalmente estabelecida, necessitando maiores investigações14.
Este estudo foi desenvolvido com a finalidade de: 1) verificar as respostas ventilatória, de oxigenação e hemodinâmica de pacientes com insuficiência respiratória aguda hipoxêmica submetidos a aplicação de VMNI no período pós-operatório de cirurgia cardiovascular, buscando possíveis variáveis preditoras de sucesso da modalidade terapêutica; e 2) comparar essa resposta à aplicação de diferentes modalidades e equipamentos de VMNI.
Este estudo foi realizado no Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (InCor/HC-FMUSP), no período de julho de 1999 a dezembro de 2002. A amostra constituiu-se de 70 pacientes submetidos a cirurgias cardiovasculares. O paciente era admitido na unidade de recuperação imediata pós-cirúrgica, sendo extubado conforme protocolo da instituição. Caso apresentasse insuficiência respiratória aguda, conforme os critérios previamente definidos, era incluído no estudo, de forma randomizada, em um dos três grupos: grupo ventilador, grupo CPAP ou grupo bi-nível.
Para serem incluídos no estudo, os pacientes tinham que apresentar pelo menos três dos cinco sinais e sintomas propostos: dispnéia, taquipnéia (freqüência respiratória > 25 rpm), uso de musculatura acessória, hipoxemia com saturação da hemoglobina no sangue arterial medida por oximetria de pulso (SpO2) < 95% com cateter de O2 a 5 l/min, e radiografia de tórax apresentando alteração em pelo menos dois quadrantes.
Os pacientes que apresentassem agitação ou não-cooperação, alteração do reflexo de deglutição, instabilidade hemodinâmica, secreção de difícil manipulação, arritmias cardíacas agudas, sangramento gástrico ou de vias aéreas superiores ativo ou que tivessem usado alguma modalidade de VMNI após a última extubação foram excluídos do estudo.
Nos pacientes incluídos, foram coletados dados ventilatórios, de oxigenação e hemodinâmicos, com os indivíduos em decúbito dorsal elevado, previamente à instalação da VMNI. A freqüência respiratória era contada pela observação do movimento toracoabdominal; a leitura da freqüência cardíaca e da pressão arterial média era obtida a partir do monitor (Hewllet Packard®). Esses dados eram novamente coletados a cada 6 horas. Uma amostra de sangue arterial era colhida com o paciente respirando espontaneamente, em uso de cateter de oxigenoterapia a 5 l/min, por, no mínimo, 15 minutos (primeira medida). Essa coleta repetiu-se 3 horas (segunda medida) e 12 horas (terceira medida) após o início da aplicação da VMNI, estando o paciente nas mesmas condições de aporte de oxigenoterapia da primeira medida.
A VMNI foi aplicada utilizando-se três métodos diferentes: 1) grupo ventilador (grupo A) – uso de dois níveis pressóricos por meio de Ventilador Mecânico Veolar ou Amadeus (Hamilton®), na modalidade espontânea utilizando pressão expiratória final positiva (PEEP) e pressão de suporte (PS); 2) grupo CPAP (grupo B) – uso de pressão positiva contínua em vias aéreas no aparelho Sullivan ou Solo (Respironics®); 3) grupo BiPAP (grupo C) – uso de dois níveis pressóricos no BiPAP® S/TD 30 (Respironics®).
Todos os grupos receberam aplicação inicial de VMNI por 3 horas, com intervalo de 30 minutos, se necessário. As aplicações posteriores foram de, no mínimo, uma hora ao longo das primeiras 12 horas. O intervalo entre as aplicações foi sempre inferior a 3 horas.
No grupo ventilador, utilizou-se PS mínima de 10 cmH2O, podendo ser aumentada de 1 cmH2O em 1 cmH2O com o objetivo de atingir volume corrente exalado de 5 ml/kg a 7 ml/kg. O valor inicial da PEEP foi de 5 cmH2O, podendo também ser aumentada de 1 cmH2O em 1 cmH2O até 10 cmH2O, visando à manutenção de uma SpO2
O desmame da VMNI ocorreu de acordo com a observação de melhora dos sinais e sintomas da insuficiência respiratória aguda, sendo realizado pelo aumento progressivo dos intervalos entre as aplicações e pela diminuição do tempo de aplicação. A aplicação da terapêutica com VMNI foi considerada sucesso quando o paciente apresentava normalização dos sinais clínicos e dos sintomas da insuficiência respiratória aguda no período máximo de 72 horas. O insucesso foi definido como piora dos sinais e sintomas, com necessidade de reintubação orotraqueal em qualquer momento ou continuidade da VMNI por mais de 72 horas.
A interface ventilador-paciente foi realizada com o uso de máscara facial. No ventilador mecânico foram utilizadas máscaras do modelo Gibeck (Gibeck Dryden®), enquanto nos aparelhos BiPAP S/TD 30 e Solo/Sullivan utilizou-se a máscara facial ou nasal da marca Respironics®.
Entraram no protocolo de estudo 70 pacientes, sendo excluídos 13 por diferentes causas, incluindo falta de gasometria arterial, não cumprimento do protocolo, presença de pneumotórax e alteração da modalidade ventilatória.
Dos 57 pacientes incluídos, 22 foram submetidos somente a revascularização do miocárdio, 13 a cirurgias valvares (combinadas ou não), 5 a correção de aneurisma ou dissecção de aorta, 3 a tromboendarterectomia pulmonar crônica, e 15 pacientes foram submetidos a cirurgias combinadas.
Na análise dos dados clínico-cirúrgicos, observou-se que o grupo insucesso apresentou maior número de pacientes com hábito tabágico, cirurgias cardiovasculares prévias e maior número de intercorrências cirúrgicas no intra-operatório, conforme ilustra a
Os dados antropométricos de ambos os grupos encontram-se na
Os dados de oxigenação, ventilatórios e hemodinâmicos estão apresentados na
A freqüência respiratória apresentou-se elevada em ambos os grupos no início do estudo, porém significantemente maior no grupo insucesso (p = 0,002). Após 6 e 12 horas, os valores médios eram significantemente menores que na situação pré-estudo, porém sem diferença entre os grupos.
Os valores médios de freqüência cardíaca no momento pré-estudo eram estatisticamente maiores no grupo insucesso, diminuindo significantemente 12 horas depois do início do estudo. Para o grupo sucesso, o comportamento da freqüência cardíaca foi semelhante ao longo do tempo.
Modalidades: bi-nível, CPAP e ventilador
Os pacientes foram reagrupados de acordo com a modalidade de VMNI aplicada, surgindo três grupos de 19 pacientes: bi-nível, CPAP e ventilador. Evoluíram para supressão do suporte ventilatório não-invasivo 11 pacientes (57,9%) no grupo ventilador, 11 no grupo bi-nível (57,9%) e 9 no grupo CPAP (47,3%).
Os grupos eram homogêneos quanto a idade, peso, altura e índice de massa corporal, conforme ilustra a
Os dados de oxigenação, ventilatórios e hemodinâmicos encontram-se descritos na
A freqüência respiratória não apresentou diferença estatisticamente significante entre os grupos, porém houve redução significativa de seus valores nos grupos bi-nível e ventilador ao longo do tempo quando comparada aos valores iniciais.
A freqüência cardíaca não diferiu entre os grupos, porém houve redução estatisticamente significante na terceira medida quando comparada aos valores pré no grupo CPAP. A pressão arterial média não apresentou alterações significantes entre os grupos e ao longo do tempo.
De acordo com os resultados deste estudo, a aplicação da VMNI em pacientes com insuficiência respiratória hipoxêmica pós-cirurgia cardiovascular evitou a reintubação em 54,4% dos casos. Vários estudos já demonstraram a eficácia da VMNI em prevenir ou evitar a intubação orotraqueal em situações de insuficiência respiratória aguda hipoxêmica. Recentes estudos randomizados15-19 envolvendo população heterogênea de pacientes com hipoxemia têm relatado sucesso em evitar a intubação orotraqueal de 69% a 79%. A diferença na porcentagem de sucesso entre os vários estudos, inclusive este, decorre de diferentes causas que acarretam a insuficiência respiratória hipoxêmica. Antonelli e cols.20 estudaram 354 pacientes com insuficiência respiratória hipoxêmica, observando taxa de sucesso de 51% em pacientes com síndrome da angústia respiratória aguda (SARA), de 50% em pacientes com pneumonia nosocomial e de 69% em pacientes com atelectasia. Esses números assemelham-se aos deste estudo, o que pode ser explicado pelo fato de que a maioria dos pacientes com insuficiência respiratória hipoxêmica no pós-operatório de cirurgia cardiovascular tem como causas principais processos pulmonares de colapso e infiltrados. Embora os pacientes deste estudo apresentassem insuficiência respiratória, a causa primária desse comprometimento, na maioria das vezes, estava correlacionada a disfunção cardíaca, uma vez que a maioria dos pacientes com insucesso apresentou maior número de intercorrências intra-operatórias, como parada cardiorrespiratória, instabilidade hemodinâmica necessitando de assistência mecânica circulatória e sangramento.
Os preditores de insucesso para a utilização da VMNI não estão bem caracterizados. No estudo de Meduri e cols.5, a melhora gasométrica foi relacionada ao sucesso da VMNI, porém não foi encontrada correlação preditora de sucesso para insuficiência respiratória hipoxêmica. Rana e cols.21, observando pacientes com lesão pulmonar aguda, constataram que choque, acidose metabólica e hipoxemia grave foram preditores de insucesso para a estratégia de VMNI. Antonelli e cols.20 encontraram correlação com o insucesso da VMNI as variáveis de idade, freqüência respiratória inicial e não melhora da oxigenação em uma hora de aplicação da terapêutica.
Os dados deste estudo demonstram que, antes da aplicação da VMNI, há diferença estatisticamente significante quanto a idade, freqüência cardíaca e freqüência respiratória, sendo os valores mais altos no grupo insucesso. Sabe-se que o envelhecimento provoca uma série de alterações cardiorrespiratórias, que se traduzem pela diminuição da reserva cardiorrespiratória. Tal condição é um fator predisponente à insuficiência respiratória em casos de agressões infecciosas, traumáticas e cirúrgicas. Os pacientes deste estudo que evoluíram para o insucesso eram mais idosos e apresentavam, no início do estudo, valores mais altos de freqüência cardíaca e de freqüência respiratória, o que pode ser sugestivo de maior sobrecarga tanto ventilatória como hemodinâmica, contribuindo para deterioração respiratória mais difícil de ser revertida com a VMNI.
Observou-se que, ao longo das 12 primeiras horas do protocolo, as variáveis SaO2 e PaO2 apresentaram aumentos significantes no grupo sucesso, enquanto o grupo insucesso não apresentou essa alteração. Esses resultados são semelhantes aos encontrados por Antonelli e cols.20 e Rana e cols.21, sugerindo que pacientes que apresentam melhora da oxigenação nas primeiras horas de terapêutica têm melhor resultado em evitar a intubação orotraqueal.
A freqüência respiratória apresentou comportamento semelhante nos dois grupos, com redução significante nas primeiras 12 horas dentro de cada grupo, porém sem diferença entre os grupos.
Assim, a VMNI foi uma estratégia ventilatória eficaz na maioria dos casos, evitando a instalação de ventilação mecânica invasiva, porém fatores como idade, freqüência cardíaca e freqüência respiratória prévias podem comprometer a eficácia do suporte ventilatório.
As modalidades ventilador e bi-nível também foram responsáveis por melhoras significativas ao longo do tempo. Os grupos ventilador e bi-nível apresentaram aumentos da oxigenação nas primeiras 12 horas de aplicação, enquanto no grupo CPAP essa alteração foi discreta. Matte e cols.22 estudaram 96 pacientes no pós-operatório de cirurgia de revascularização do miocárdio e compararam a utilização de inspirômetro de incentivo, CPAP e bi-nível pressórico na prevenção da deterioração da função pulmonar e dos valores gasométricos nesses pacientes sem sinais de insuficiência respiratória. O estudo demonstrou que tanto o grupo CPAP como o grupo bi-nível proporcionaram melhora da PaO2 ao longo de 24 horas de aplicação, não havendo diferença significante entre as modalidades. Park e cols.13 compararam, no tratamento de 83 pacientes com edema pulmonar cardiogênico, o uso de oxigenoterapia (n = 27), CPAP (n = 27) e bi-nível pressórico (n = 29), verificando que, com 30 minutos de aplicação, ocorreu aumento significante da PaO2 nos grupos bi-nível e CPAP. Nesse estudo, a freqüência respiratória dos pacientes dos grupos bi-nível e CPAP era menor que a do grupo oxigenoterapia. O comportamento da freqüência respiratória nos pacientes deste estudo foi semelhante ao verificado no estudo de Matte e cols.22, que demonstrou diminuição no grupo bi-nível durante as primeiras 12 horas de aplicação, enquanto no grupo CPAP houve pequena elevação no mesmo período, produzindo diferença estatisticamente significante entre as duas modalidades.
MacIntyre23, por meio da mensuração da complacência pulmonar e da pressão nas vias aéreas em pacientes internados na Unidade de Terapia Intensiva com quadros pulmonar e hemodinâmico estáveis, demonstrou redução do trabalho muscular respiratório ao utilizar bi-nível pressórico, demonstrando que a modalidade reduz o esforço inspiratório e o trabalho respiratório. O trabalho mecânico é igual à força multiplicada pelo deslocamento. No sistema respiratório, o trabalho gerado pelos músculos inspiratórios cria uma pressão, causando deslocamento do ar. Assim, quando se utiliza uma pressão positiva adicional auxiliando a ação muscular durante a inspiração ocorre redução do trabalho respiratório.
A freqüência cardíaca e a pressão arterial não se alteraram durante a aplicação da pressão positiva, e seus valores médios permaneceram dentro da normalidade na maior parte do protocolo. Observou-se alteração estatisticamente significante da freqüência cardíaca ao longo do tempo somente no grupo CPAP. Philip-Jöet e cols.10, estudando as alterações hemodinâmicas decorrentes do uso de CPAP e bi-nível, não encontraram diferenças significantes em pacientes com função ventricular esquerda normal. Houve alteração do débito cardíaco em pacientes que já apresentavam diminuição da pressão média de artéria pulmonar (inferior a 12 mmHg). Neste estudo não foi possível correlacionar esse dado com a condição hemodinâmica, pois não foi avaliada a função ventricular esquerda desses pacientes.
Em conclusão, pacientes com insuficiência respiratória hipoxêmica no pós-operatório de cirurgia cardiovascular apresentaram melhora da oxigenação, da freqüência respiratória e da freqüência cardíaca durante a aplicação de VMNI. Em pacientes mais idosos e com freqüências respiratória e cardíaca iniciais mais elevadas, a VMNI pode não ser suficiente para reverter o quadro de insuficiência respiratória hipoxêmica.
As modalidades com dois níveis pressóricos demonstraram resultados superiores aos de CPAP.
Não há conflito de interesses.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
Correspondência: Maria Ignez Zanetti Feltrim Av. Dr. Enéas Carvalho de Aguiar, 44 – 2º andar 05403-900 – São Paulo, SP – Brasil E-mail:
Artigo recebido em 28/12/06; revisado recebido em 13/04/07; aceito em 03/05/07.
OBJECTIVE: To examine ventilatory response, oxygenation-related, and hemodynamics of patients with hypoxemic acute respiratory failure (ARF) submitted to noninvasive mechanical ventilation (NIV) during the postoperative phase of cardiovascular surgery in order to identify predictive variables of success, and to compare the different types of NIV. METHODS: Seventy patients with hypoxemic ARF were randomized to one of three modalities of NIV - continuous positive airway pressure (CPAP) and ventilation with two pressure levels (PEEP + SP and BiPAP®). Ventilation, oxygenation-related, and hemodynamics variables were analyzed at pre-application, and 3, 6, and 12 hours after the protocol began. RESULTS: Thirteen patients were excluded. Thirty-one patients progressed to independence from ventilatory support and comprised the success group, and 26 required orotracheal intubation and were considered the nonsuccess group. Age, initial heart rate (HR), and respiratory rate (RR) showed elevated levels in the nonsuccess group (p=0.042, 0.029, and 0.002, respectively). A greater number of intraoperative complications were seen in the nonsuccess group (p=0.025). Oxygenation variables increased only in the success group. Among the NIV types, 57.9% of patients in the ventilator group, 57.9% in the two-pressure levels group, and 47.3% in the CPAP group progressed with success. Oxygenation and RR variables showed improvement only in the groups with two pressure levels. CONCLUSION: Patients with hypoxemic ARF in the postoperative stage after cardiovascular surgery showed better oxygenation, RR, and HR during NIV application. In older patients and those with higher baseline RR and HR values, NIV was not sufficient to reverse ARF. The two-pressure level modes showed better results.
ORIGINAL ARTICLE
Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo – São Paulo, SP – Brazil
Cardiac operations are associated with modifications in gas exchange and respiratory mechanics that can progress to acute respiratory failure (ARF), responsible for high postoperative morbidity and mortality rates1,2.
Among treatment alternatives, noninvasive ventilatory assistance has been used and it aims to improve alveolar ventilation and gas exchange, increase lung volumes, decrease respiratory work, and decrease mechanical ventilation time, thus avoiding reintubation and, consequently, cutting duration of stay in the intensive care unit1-8. There are also benefits in hemodynamics, such as a decreased preload because of a reduction in venous return and decreased left ventricle postload due to reduced transmural pressure, leading to improved cardiac performance and increased cardiac output9,10.
There are two methods for noninvasive mechanical ventilation (NIV) application with positive pressure: continuous positive airway pressure (CPAP) and ventilation with two levels of pressure (two-pressure level). NIV is well established in the treatment of respiratory failure secondary to exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease (CPOD), in obstructive sleep apnea, and in cardiogenic pulmonary edema11-13. However, in postoperative hypoxemic respiratory failure, the clinical response to the use of NIV has not been totally established and needs further investigation14.
This study was developed with the objective of: 1) examining the ventilatory response, oxygenation-related, and hemodynamics of patients with hypoxemic acute respiratory failure submitted to NIV application in the postoperative period of cardiovascular surgery, seeking possible predictive variables of success for this treatment modality; 2) comparing these results to those obtained with the application of different NIV modalities and equipment.
This study was carried out at the
For inclusion, patients had to present with at least three of the five proposed signs and symptoms: dyspnea, tachypnea (respiratory rate > 25 rpm), use of accessory muscles, and hypoxemia with arterial blood hemoglobin saturation measured by pulse oxymetry (SpO2) < 95% with O2 catheter at 5l/min and chest X-ray showing abnormalities in at least two quadrants.
Patients showing agitation or non-cooperation, swallowing reflex changes, hemodynamic instability,difficult to manage secretions, acute cardiac arrhythmias, active gastric or upper airway bleeding, or who had used some form of noninvasive ventilation after the last extubation were excluded from the study.
Once included, ventilatory, oxygenation-related, and hemodynamics data were collected with the patients in elevated dorsal decubitus, before NIV installation. Respiratory rate was counted by observation of thoracoabdominal movements; heart rate (HR) and mean arterial pressure (MAP) readings were obtained by a monitor (Hewlet Packard®). These data were collected every 6 hours. A sample of arterial blood was collected with the patient breathing spontaneously while receiving 5L/min O2 by catheter for at least 15 minutes (1st measurement). This collection was repeated 3 hours (2nd measurement) and 12 hours (3rd measurement) after beginning NIV, with the patient in the same oxygen therapy conditions as for the 1st measurement.
NIV was applied using three different methods: 1) Ventilator Group (Group A) – use of two pressure levels by means of a Hamilton® Veolar or Amadeus Mechanical Ventilator in the spontaneous mode, using PEEP and supporting pressure (SP); 2) CPAP Group (Group B) – use of continuous positive airway pressure with the Sullivan or Solo (Respironics®) apparatus; 3) BiPAP Group (Group C) – use of two pressure levels in BiPAP® S/TD 30 (Respironics®).
All groups received an initial NIV application for 3 hours, with a 30-minute interval if needed. Posterior applications were at least one hour long during the first 12 hours. The interval between applications was always less than three hours.
In the Ventilator Group, a minimal 10 cmH2O SP was used, which could be increased by 1 cm H2O increments with the objective of reaching an exhaled tidal volume of 5 to 7 ml/kg. The initial PEEP value was 5 cmH2O, which could also be increased by 1 cmH2O increments up to 10 cmH2O, seeking to maintain SpO2
Weaning from the NIV was carried according to the observation of improvement in signs and symptoms of acute respiratory failure, and was performed by progressively increasing the intervals between applications and decreasing the application time. NIV treatment was considered successful when the patient presented normalization of clinical signs and symptoms of acute respiratory failure in a maximal period of 72 hours. Nonsuccess was defined as worsening of signs and symptoms requiring orotracheal reintubation at any time, or continuation of NIV for more than 72 hours.
The ventilator-patient interface was produced by using a facial mask; with the mechanical ventilator Gibeck model (Gibeck Dryden®), masks were used, whereas for BiPAP S/TD 30 and Solo/Sullivan devices, Respironics® facial or nasal masks were used.
Seventy patients were enrolled in the study, and 13 of them were excluded for different reasons, including lack of arterial gasometry, noncompliance with the protocol, presence of pneumothorax, and modification of the ventilatory modality.
Of the 57 patients included, 22 underwent only myocardial revascularization (MR), 13 underwent valvar operations (combined or not), 5 underwent correction of an aneurism or dissection of the aorta, 3 underwent thromboendarterectomy for chronic pulmonary embolism, and 15 patients underwent combination operations.
In analysing the clinical-surgical data, we observed that the nonsuccess group showed a larger number of patients who smoked, had undergone previous cardiovascular operations, and had experienced a greater number of intraoperative surgical complications, as is displayed on
The anthropometric data from both groups are shown on
Oxygenation-related, ventilation, and hemodynamics data are shown for both the groups on
Respiratory rate was high in both groups at the beginning of the study, but proved significantly higher in the nonsuccess group (p= 0.002). After 6 hours and 12 hours, mean values were significantly lower than in the pre-study situation, although with no difference between the groups.
Mean pre-study values of HR were statistically higher in the nonsuccess group, and were significantly lower at the 12th hour. For the success group, HR behavior was similar over time.
Two-pressure level, CPAP, and Ventilator Treatment Modalities
Patients were regrouped according to the modality of NIV applied, producing three groups of 19 patients each: two-pressure level, CPAP, and ventilator. Eleven (57.9%) patients progressed to suppression of the noninvasive ventilatory support in the ventilator group, 11 (57.9%) in the two-pressure level group, and 9 in the CPAP group (47.3%).
Groups were homogenous as to age, weight, height, and BMI, as is displayed on
Oxygenation-related, ventilation, and hemodynamics data are shown on
Respiratory rate did not show a statistically significant difference among the groups, but there was a significant reduction of its values in the two-pressure level and ventilator groups over time when compared to the initial levels.
The HR did not differ among the groups, but there was a statistically significant reduction in the 3rd measurement when compared to the pre-values in the CPAP group. MAP did not show any significant changes among the groups over time.
Our results show that the application of NIV in patients with hypoxemic ARF post cardiovascular surgery avoided reintubation in 54.4% of the cases. Several studies have already demonstrated the efficacy of NIV in preventing or avoiding orotracheal intubation in situations of hypoxemic acute respiratory failure. Recent randomized studies15-19 involving a heterogeneous population of patients with hypoxemia have reported success in avoiding orotracheal intubation in 69 to 79%. The difference in percentage of success among the various studies, including ours, is because of the different causes that lead to hypoxemic ARF. Antonelli et al20 studied 354 patients with hypoxemic ARF, observing a 51% success rate in patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS), 50% in patients with nosocomial pneumonia, and 69% in patients with atelectasia. These numbers are similar to our results, which can be explained by the fact that most of the patients with hypoxemic ARF in the postoperative phase after cardiovascular operations have lung collapse and infiltration processes as the main causes. Although our patients had ARF, in most cases the primary basis of this involvement was correlated to cardiac dysfunction, since most unsuccessful patients showed a greater number of intraoperative events such as cardiorespiratory arrest (CRA) and hemodynamic instability requiring mechanical circulatory assistance, and bleeding.
Predictors of nonsuccess for the use of NIV are not well characterized. In the study by Meduri et al5 gasometry improvement was associated with the NIV success, but no predictive correlation for success was found for hypoxemic ARF. Rana et al21 observed patients with acute pulmonary injury and noted that shock, metabolic acidosis, and serious hypoxemia were predictors of nonsuccess for NIV strategy. Antonelli et al20 found the variables of age, initial respiratory rate, and lack of oxygenation improvement within one hour of the treatment application as correlated to nonsuccess of NIV.
Our data show that before NIV application, there were statistically significant differences as to age, heart rate, and respiratory rate, with the highest values in the nonsuccess group. It is known that aging provokes a series of cardiorespiratory changes, translated as a decrease of cardiorespiratory reserve. This condition is a predisposing factor for respiratory failure in cases of infectious, traumatic, and surgical aggressions. Our patients who progressed to nonsuccess were older, and at the beginning of the study presented higher heart rates and respiratory rates, which could be suggestive of a greater ventilatory and hemodynamic overload, contributing to a respiratory deterioration more difficult to reverse with NIV.
We observed that along the first 12 hours of the protocol, the variables SaO2 and PaO2 showed significant increases in the success group, whereas in the nonsuccess group there was no such change. These results are similar to those found by Antonelli et al20, and Rana et al21, suggesting that patients who showed an improvement in oxygenation during the first hours of treatment have better results in terms of avoiding orotracheal intubation.
The respiratory rate showed a similar behavior between the two groups, with a significant reduction in the first 12 hours within each group, albeit with no difference between the groups.
Thus, NIV was an effective ventilatory strategy in most cases, avoiding installation of invasive mechanical ventilation; nevertheless, factors such as age, and previous heart rate and respiratory rate can compromise the efficacy of the ventilatory support.
Two-pressure level, CPAP, and Ventilator Treatment Modalities
Comparing the three NIV modalities as to the occurrence of success and nonsuccess, we found no statistically significant difference among them (p=0.531), although there was a tendency towards better results with the use of two-pressure level modalities, which contributed to avoid reintubation in most of the cases studied in each group (57.9%). In the CPAP modality, there was a greater number of reintubations, with 47.3% success, even though the difference between the groups was not significant.
Ventilator and two-pressure level modalities were also responsible for significant improvements over time. The ventilator and two-pressure level groups showed oxygenation rises in the first 12 hours of application, while in the CPAP group, this change was discreet. Matte et al22 studied 96 patients in the postoperative phase of myocardial revascularization surgery and compared the use of an incentive inspirometer, CPAP, and two-pressure level in preventing deterioration of lung function and gasometry values in these patients with no signs of ARF. The study showed that both CPAP and two-pressure level afforded an improvement of PaO2 over 24 hours of application, but there was no significant difference between the modalities13. In treating 83 patients with cardiogenic pulmonary edema, Park et al13 compared the use of oxygen therapy (n=27), CPAP (n=27), and two-pressure level (n=29), and noted that with 30 minutes of application, there was a significant increase of PaO2 in the two-pressure level and CPAP groups. In this study, the respiratory rates of patients from the two-pressure level and CPAP groups were lower than those of the oxygen therapy group. The behavior of the respiratory rate in our patients was similar to that seen in the study by Matte et al21, who showed a decrease in the two-pressure level group during the first 12 hours of application, whereas in the CPAP group there was a small elevation in the same period, producing a statistically significant difference between the two methods.
Macintyre et al23, using pulmonary complacency and airway pressure measurements in Intensive Care Unit patients with stable pulmonary and hemodynamic conditions, demonstrated a reduction in respiratory muscle work function when using two-pressure level, showing that this method reduces inspiratory effort and respiratory work. Mechanical work is equal to the force multiplied by the dislocation. In the respiratory system, the work generated by the inspiratory muscles creates a pressure that causes dislocation of the air. Therefore, when additional positive pressure is used helping muscular function during inspiration, there is a reduction in respiratory work.
The heart rate and arterial blood pressure were not modified during application of positive pressure, and their mean values remained within normal limits during most of the protocol. A statistically significant change was noted in the HR over time only in the CPAP group. Philip-Jöet et al10, when studying hemodynamic modifications resulting from the use of CPAP and two-pressure level methods, found no significant differences in patients with normal left ventricular function. There was a modification of the cardiac output in patients who already presented a decrease in mean pulmonary artery pressure (less than 12 mmHg). In our study, it was not possible to correlate this information with the hemodynamic condition, since the left ventricular function was not assessed in these patients.
In conclusion, patients with hypoxemic ARF in the postoperative phase after cardiovascular surgery improved oxygenation, respiratory rate, and heart rate during NIV application. In older patients and those with higher initial respiratory and heart rates, NIV may not be sufficient for reversing the hypoxemic respiratory failure condition.
The methods with two pressure levels showed results superior to those of the CPAP method.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study
This study is not associated with any graduation program.
Maria Ignez Zanetti Feltrim Av. Dr. Enéas Carvalho de Aguiar, 44 – 2o andar 05403-900 – São Paulo, SP – Brasil E-mail:
Manuscript received December 28, 2006; revised manuscript received April 13, 2007; accepted May 3rd, 2007.