FUNDAMENTO: Análise das condições pulmonares dos pacientes no pós-operatório de cirurgia cardíaca pediátrica. OBJETIVO: Avaliar o comportamento da complacência pulmonar e resistência da via aérea nos pacientes portadores de cardiopatias congênitas com hiperfluxo pulmonar, submetidos a tratamento cirúrgico com auxílio de circulação extracorpórea. MÉTODOS: Avaliaram-se, durante a cirurgia, 35 pacientes com medidas de complacência estática e resistência da via aérea, em quatro instantes distintos. As medidas pulmonares foram feitas de forma não-invasiva, com o método de oclusão da via aérea ao final da inspiração e uso de fórmulas matemáticas específicas. As variáveis observadas e relacionadas às alterações pulmonares foram: no período pré-operatório, idade, peso e relação entre fluxo sangüíneo sistêmico e pulmonar; no intra-operatório, tempos de perfusão, de anóxia e temperatura mínima; no pós-operatório, tempo de ventilação mecânica e de permanência na unidade de terapia intensiva. RESULTADOS: Ao final da cirurgia, a complacência pulmonar mostrou aumento significativo imediato (p < 0,001) em todos os pacientes. Os pacientes maiores de 30 meses tiveram maior aumento (p = 0,0004). Aqueles com peso superior a 10 kg também apresentaram maior aumento (p = 0,0006). Os pacientes com tempo de circulação extracorpórea maior que 50 minutos demoraram mais para apresentar aumento da complacência pulmonar (p = 0,04). A resistência da via aérea não apresentou alteração significativa ao final da correção cirúrgica (p = 0,393). CONCLUSÃO: A complacência pulmonar apresentou melhora ao final da cirurgia em todos os pacientes, sendo influenciada de forma significativa por fatores como idade, peso e tempo de circulação extracorpórea. A resistência da via aérea, entretanto, não se alterou.
Alterações da função pulmonar após tratamento cirúrgico de cardiopatias congênitas com hiperfluxo pulmonar
IHospital de Base da Fundação Regional de Medicina (FUNFARME / FAMERP), São José do Rio Preto, São Paulo - Brasil
IIInstituto do Coração (INCOR), Brasília, DF - Brasil
O hiperfluxo pulmonar nos portadores de cardiopatias congênitas pode provocar mudança na mecânica pulmonar, aumentando o trabalho respiratório e o consumo de oxigênio, com agravo da insuficiência cardíaca1.
A função pulmonar pode se encontrar comprometida, com alterações da complacência pulmonar (Cp) e resistência da via aérea (RVA)2.
A correção do defeito com conseqüente normalização do fluxo deve ser realizada em momento adequado para cada paciente, na dependência do grau de repercussão clínica e magnitude do defeito.
Comumente, a via de acesso utilizada no tratamento cirúrgico é a toracotomia transesternal mediana, a qual altera a anatomia torácica durante o procedimento e pode interferir na função pulmonar 3.
A necessidade do auxílio da circulação extracorpórea (CEC), quando por determinado período os pulmões não são ventilados e permanecem colapsados, propicia o edema pulmonar com conseqüente diminuição da Cp e aumento da RVA3.
Assim, procuramos avaliar as alterações da função pulmonar, por meio das medidas de complacência pulmonar e resistência da via aérea, nos pacientes portadores de cardiopatias congênitas com hiperfluxo pulmonar, submetidos a tratamento cirúrgico com auxílio de circulação extracorpórea.
O estudo foi realizado no Hospital de Base da Fundação Faculdade Regional de Medicina (Funfarme) de São José do Rio Preto, São Paulo.
No período de fevereiro de 2004 a fevereiro de 2005, foram observados, prospectivamente, 35 pacientes portadores de cardiopatia congênita com hiperfluxo pulmonar, submetidos à correção cirúrgica com auxílio de CEC. Treze (37,1%) eram do sexo masculino e 22 (62,9%) do sexo feminino. A idade variou de 4 a 115 meses, com média de 59,23 ± 43,01 meses e mediana de 63 meses. O peso variou de 3,9 kg a 36,2 kg, com média de 17,45 ± 10,38 kg e mediana de 17 kg. A relação entre o fluxo pulmonar e sistêmico (Qp/Qs) variou de 1 a 7, com média de 2,92 ± 1,29.
Foram analisadas variáveis pré-operatórias, intra-operatórias e pós-operatórias.
O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto, São Paulo, pelo Parecer nº 012/2004, em 16 de fevereiro de 2004.
Foram incluídos pacientes com diagnóstico de cardiopatia congênita com hiperfluxo pulmonar, portadores de comunicação interventricular (CIV), comunicação interatrial (CIA) e defeito do septo atrioventricular (DSAV) nas formas parcial e total, com idade inferior a 10 anos e necessariamente sob a utilização do auxílio da CEC.
Utilizou-se ecocardiograma até trinta dias antes da operação, para confirmação do diagnóstico e cálculo do Qp/Qs.
Foram sistematicamente excluídos os portadores de outras cardiopatias congênitas ou adquiridas, nascidos prematuros, doenças pulmonares crônicas prévias, síndromes genéticas, operações cardiovasculares ou pulmonares prévias e reações alérgicas na indução anestésica.
A técnica anestésica e ventilatória foi semelhante para todos os pacientes, empregando-se anestesia geral combinada e balanceada associada à raquianestesia.
A medicação pré-anestésica endovenosa foi midazolan 0,1 mg/kg, seguida de indução inalatória, com máscara facial de sevofluorano a 5% e O2 a 95%. Após perda de consciência, administraram-se propofol, atracúrio e isofluorano, conforme a necessidade do paciente.
Utilizou-se a ventilação manual com máscara, seguida de intubação traqueal com tubo de diâmetro adequado. Aplicou-se a ventilação mecânica (VM) controlada com volume corrente de 10 ml/kg, freqüência respiratória adequada para idade, mantendo a relação de tempo inspiratório e expiratório de 1/1 com fração inspirada de oxigênio (FiO2) de 0,6 e pressão expiratória final positiva (PEEP) de zero.
Na raquianestesia, foram utilizadas a bupivacaína isobárica 0,5 mg/kg e sufentanila 1 mcg/kg.
Todas as crianças receberam dobutamina e/ou milrinone depois da correção cirúrgica, imediatamente após a saída da CEC.
De acordo com protocolo específico, foram coletados dados em três períodos diferentes: pré, intra e pós-operatório.
Previamente à operação, obtiveram-se as seguintes variáveis: idade, sexo, peso e dados ecocardiográficos, como diagnóstico e Qp/Qs.
Durante o procedimento cirúrgico, foram obtidas as seguintes variáveis: tempo de perfusão, tempo de isquemia miocárdica, temperatura mínima, além da verificação dos dados ventilatórios necessários para o cálculo da Cp e RVA.
O aparelho de VM utilizado foi o Datex Ohmeda Aestiva 3.000®. Os parâmetros foram ajustados para ventilação controlada a volume e com volume corrente de 10 ml/kgm, fluxo de onda quadrada e freqüência respiratória de acordo com a idade.
Utilizou-se o método de oclusão da via aérea ao final da inspiração, com pausa inspiratória, na qual a pressão traqueal diminui até atingir um platô e fluxo constantes iguais a zero.
Os dados ventilatórios de pressão inspiratória máxima, pressão de platô, volume corrente, FiO2 e PEEP foram obtidos no painel do ventilador. Para a verificação da pressão de platô, foi necessário o ajuste do ventilador. Com o aparelho programado para o modo volume, fez-se configuração pelo menu principal para ajuste da pausa inspiratória. Com o objetivo de manter a relação de tempo inspiratório com tempo expiratório de 1:3, ajustou-se a pausa inspiratória de 25% do tempo inspiratório. Dessa forma, quando retornamos à tela inicial, a pressão de platô aparece no monitor, a cada ciclo respiratório, logo abaixo da pressão máxima.
Tais dados ventilatórios foram observados e medidos em quatro instantes diferentes e bem definidos:
• A primeira medida, com a criança sedada, curarizada, intubada e sob VM, após o posicionamento dos campos estéreis.
• A segunda, após a esternotomia, pericardiotomia e colocação dos afastadores.
• A terceira, com cinco minutos depois do término da CEC com os afastadores ainda posicionados.
• E a quarta, após o fechamento completo do tórax.
Todos os pacientes foram submetidos à CEC com oxigenador de membrana (Braile Biomédica®, Brasil) e bomba de rolete. Ao final da intervenção cirúrgica, os pacientes foram transferidos sob ventilação manual para a unidade de terapia intensiva (UTI) e, posteriormente, instalou-se a VM. Alguns pacientes foram extubados no centro cirúrgico, o que dependeu da gravidade da doença, das características da CEC empregada e da avaliação do anestesista.
As variáveis do pós-operatório observadas na UTI foram: tempo de VM e de permanência na UTI.
Para o cálculo da Cp e RVA, considerou-se o valor da Cst que foi calculado pela fórmula da
A RVA expressa em centímetros de água (cm/H2O) foi calculada pela fórmula da
Para a análise estatística de dados, os valores da Cst e de RVA foram transformados, respectivamente, em índice de complacência (IC) e índice de resistência (IR). Os índices foram encontrados dividindo-se os valores de complacência e resistência pela superfície corpórea, o que permitiu comparar indivíduos diferentes. Esses índices foram relacionados às variáveis do pré, intra e pós-operatório.
A
As variáveis quantitativas exploradas na análise univariada da relação do índice de complacência foram idade, peso, Qp/Qs, tempo de perfusão, tempo de anóxia, temperatura mínima e tempo de VM e de permanência na UTI.
As variáveis que se mostraram mais fortemente associadas com os valores de IC nos diferentes instantes foram idade, peso e tempo de perfusão. As demais variáveis não apresentaram nenhum padrão de relacionamento.
A
Os resultados referentes ao peso encontram-se na
Na
Quanto à relação de IC com o tempo de perfusão, a estratificação da amostra, segundo a variável categórica "Tperf_50", indicou que há diferença estatisticamente significativa entre os valores medianos em cada instante de avaliação de IC, conforme gráfico
A
A
As alterações pulmonares no pós-operatório de cirurgia cardíaca pediátrica com CEC são muitas vezes responsáveis pelo aumento da morbidade e mortalidade3,6.
Nas crianças portadoras de hiperfluxo pulmonar, observamos alterações na mecânica pulmonar, no pós-operatório com auxílio de CEC.
A média de complacência no instante 4 difere estatisticamente da média nos outros instantes de medição. Isto é, o IC apresentou um aumento estatisticamente significativo ao final da operação.
Doenças que produzem fluxo anormal de sangue nos pulmões podem provocar mudanças na mecânica pulmonar, aumentando o trabalho respiratório e o consumo de oxigênio, e agravando a deficiência cardíaca1. A melhora da complacência pulmonar ao final da operação decorre provavelmente da correção do hiperfluxo pulmonar com melhora imediata da mecânica pulmonar. Essa melhora foi traduzida pelo aumento do IC, isto é, quanto maior, mais distensível está o pulmão e com maior variação de volume durante a inspiração; logo quanto menor, mais rígido e menor o volume7.
As alterações produzidas por CEC, hipotermia, ausência de ventilação durante a operação e pelo procedimento cirúrgico seriam suficientes para comprometer a função pulmonar no pós-operatório. Muitas vezes, essas alterações são responsáveis pela morbidade dos pacientes8.
Não ocorreu alteração que comprometesse a função pulmonar no pós-operatório, o que foi traduzido pelo aumento do IC, comprovando, dessa forma, que os benefícios da correção do hiperfluxo superam possíveis complicações pulmonares decorrentes da CEC e do procedimento cirúrgico.
Satyer e cols.9, em estudo com 106 crianças menores de 1 ano, concluíram igualmente que, naquelas com hiperfluxo pulmonar, a correção cirúrgica melhora a função pulmonar. Apesar da semelhança entre os resultados, tal estudo mede a Cp dinâmica, enquanto nós obtivemos a medida da Cst.
Lanteri e cols.10, em estudo com 23 crianças submetidas à cirurgia cardíaca, com idades entre 2 meses e 10 anos, similar aos nossos achados, observaram anormalidades da complacência dinâmica e estática nos pulmões e aumento da resistência respiratória entre os pacientes com hiperfluxo sangüíneo pulmonar. Essas medidas apresentaram valores normais depois da operação.
Takeuchi e cols.11 incluíram em seu estudo apenas crianças com peso inferior a 10 kg e também observaram melhora da Cp após a operação de correção do hiperfluxo pulmonar.
A análise do IC com as variáveis do estudo mostrou que apenas a idade, o peso e o tempo de perfusão apresentaram algum padrão de relação com IC.
Os pacientes com idade de até 30 meses apresentaram valor de IC, nos quatro instantes, mais concentrados e baixos. Quando a idade se eleva acima dos 30 meses, a dispersão dos valores de IC aumenta.
No subgrupo de pacientes com idade menor ou igual a 30 meses, o aumento percentual do IC é de apenas 4,1% (p = 0,0165), enquanto, no subgrupo de pacientes maiores de 30 meses, esse aumento é de 12,1% (p = 0,0004).
O fato de as crianças menores de 30 meses apresentarem Cp menor em todos os instantes quando comparadas àquelas maiores de 30 meses e de o peso se comportar de forma semelhante nas crianças com menos de 10 kg, apresentando, em todos os instantes, médias de Cp menor, deve-se provavelmente à maturação pulmonar.
Considerando-se a tabela de crescimento adotada mundialmente pela
Estudos sobre maturação pulmonar sugerem que o número de alvéolos aumenta até aproximadamente 8 anos de idade. Ao nascimento, a região alveolar é representada por espaços aéreos primitivos descritos como sáculos, chegando a quase vinte milhões. A partir daí, os alvéolos aparecem e se multiplicam para o número do adulto de trezentos milhões. A seguir, ocorrerá apenas o aumento de tamanho alveolar até a idade adulta2, o que contribui para uma Cp maior apenas a partir da idade aproximada dos 8 anos de vida. Outros autores que estudaram a maturação pulmonar mostram que, após os 4 meses de idade, aumenta a complexidade do formato alveolar, ocorrendo a multiplicação mais rápida dos alvéolos nos primeiros 3 anos de vida12,13. Isso certamente contribui para que a Cp seja maior quanto maior for a idade.
As crianças maiores apresentaram melhora da Cp do instante 1 para o instante 4 de 12%. As crianças menores de 30 meses e com menos de 10 kg apresentaram também melhora da complacência ao final da cirurgia, mas de apenas 4,1%.
Dessa forma, a Cp ao final da operação apresenta melhora significativa no grupo de crianças maiores. As menores mostraram menor variação do IC em todos os instantes, ficando esses valores concentrados num menor intervalo de variação, enquanto, naquelas maiores, os valores de IC mostraram maior variação.
Podemos, assim, inferir com mais precisão que, no grupo de crianças menores, a complacência estática pulmonar será menor em todos os instantes se comparada com crianças maiores de 30 meses.
É importante salientar que o aumento da Cp no pós-operatório imediato não apresentou nenhum padrão de relacionamento com o grau de hiperfluxo pulmonar, isto é, quando relacionamos apenas o Qp/Qs com o grau de melhora da função pulmonar no pós-operatório, não observamos correlação positiva.
A não-relação do Qp/Qs com a evolução pulmonar indica a não-existência de interferência do grau de fluxo pulmonar com a capacidade pulmonar em pacientes com hiperfluxo pulmonar.
Alguns autores sugerem também que apenas a presença de hiperfluxo pulmonar com aumento da PAP (PAP > 18 mmHg) estaria associada à diminuição da complacência após a correção cirúrgica do hiperfluxo, isto é, a melhora é inversamente proporcional à PAP existente no pré-operatório. Quanto maior a PAP no pré-operatório, menor a melhora da Cp11.
Quanto à permanência em circulação extracorpórea, no grupo de crianças com tempo de perfusão menor ou igual a 50 minutos e também no grupo de crianças com tempo de perfusão maior que 50 minutos, houve melhora da Cp. Entretanto, no grupo que permaneceu menos tempo em CEC, já se observava a melhora da Cp desde o instante 3, quando o tórax ainda se encontrava aberto e os afastadores estavam posicionados. Já no grupo que ficou mais tempo em CEC, a melhora da Cp só foi observada ao final da operação, com o tórax fechado. Estes últimos mostraram inclusive piora do IC após a saída de CEC (instante 3).
O tempo de CEC é citado na literatura como um dos principais fatores que dificultam o desmame da VM em pacientes submetidos à cirurgia cardíaca, em razão do importante distúrbio fisiológico causado pela reação inflamatória. A alteração na membrana dos capilares pulmonares influencia negativamente nas trocas gasosas, com aumento do risco cirúrgico14.
Brown e cols.14, em determinado estudo para identificar fatores de risco para maior tempo em UTI, no pós-operatório de cirurgia cardíaca pediátrica, identificaram o tempo de CEC maior de 30 minutos como fator determinante para a piora da mecânica pulmonar e, conseqüente, aumento do tempo de UTI, independentemente dos eventos pós-operatórios subseqüentes.
Diversos efeitos adversos estão associados ao uso da CEC em crianças. O aumento da permeabilidade capilar leva à formação de edema, com conseqüente redução da complacência pulmonar e das trocas gasosas.
Os esforços para reduzir os efeitos adversos da CEC e deletérios da síndrome do extravasamento capilar pós-perfusão incluem, no intra-operatório, além de redução de volume dos circuitos e terapia diurética e antiinflamatória, a técnica de ultrafiltração. Estudos relacionados à hemoconcentração em cirurgias cardíacas com CEC têm sido feitos e concluem que as principais vantagens incluem a remoção de macromoléculas mediadoras da reação inflamatória sistêmica, diminuição de endotoxinas circulantes, remoção do excesso de água corpórea e da hipertensão pulmonar 15,16.
Verificou-se um dado interessante na correlação entre o tempo de CEC e a idade. Quando analisamos os dados intergrupos, as crianças com menor tempo de CEC apresentavam valores significativamente maiores de Cp em todos os instantes medidos, quando comparadas àquelas do grupo com maior tempo de CEC. Observou-se que as primeiras tinham uma média de idade maior que as últimas. As crianças maiores ficaram menos tempo em CEC que as menores. A justificativa para tal evento pode ser encontrada no fato de a indicação da operação mais precoce acontecer na presença de defeitos mais complexos, que causam maior repercussão hemodinâmica, o que explica o maior tempo de CEC.
A RVA no presente estudo não apresentou alteração significativa ao final do procedimento cirúrgico (p = 0,393). Di Carlo e cols.17 relacionaram o valor medido de RVA no pós-operatório imediato com o sucesso ou insucesso na extubação e constataram que valores de RVA superiores a 75 cm H2O indicam a possibilidade de insucesso na extubação por insuficiência respiratória. Referiram também que o aumento da RVA se deve provavelmente ao acúmulo de líquido pulmonar. Esse estudo foi realizado com crianças submetidas a diversos tipos de cirurgias cardíacas, e não somente para correção de hiperfluxo, como é o caso do presente estudo17.
Nosso estudo não encontrou relação da alteração da RVA com nenhuma variável do pré, intra ou pós-operatório. Dessa forma, não houve relação da RVA com o tempo de VM, embora a média da RVA ao final da cirurgia tenha ficado abaixo de 75 cm H2O.
A RVA é maior nos menores volumes pulmonares. Tal situação parece estar relacionada ao fato de ocorrerem alterações nos diâmetros das vias aéreas com diferentes volumes pulmonares4. Isso explica o que nossos resultados demonstraram, ou seja, que as maiores resistências foram encontradas no grupo de crianças menores de 30 meses e que pesavam menos que 10 kg.
As variações da RVA são muito pequenas nos dois grupos ao longo do período intra-operatório, não sendo significativas as alterações ao final da cirurgia.
Contrariamente, estudos mostram que pacientes neonatais tiveram redução na resistência respiratória de 25% após a cirurgia, enquanto crianças mais velhas apresentaram redução de apenas 16%9.
Segundo Martins18, a monitorização de diferentes aspectos da função respiratória pode não só prevenir complicações, como também permitir melhor avaliação funcional do paciente. Assim, a medida de Cst não-invasiva do sistema respiratório deve ser utilizada rotineiramente na prática clínica e principalmente no pós-operatório das cirurgias cardíacas. É adequada para avaliação do parênquima pulmonar, pois os sistemas cardiovascular e respiratório estão intimamente relacionados, tanto anatômica quanto funcionalmente.
Em nosso estudo, os principais achados foram: as crianças apresentaram melhora do IC após a correção cirúrgica do hiperfluxo pulmonar; as crianças de menor idade e, portanto, de menor peso apresentaram essa melhora de forma mais discreta; aquelas que permaneceram mais tempo em CEC demoraram mais tempo para apresentar melhora do IC. O IR não mostrou alteração significativa ao final da cirurgia.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Este artigo é parte de tese de mestrado de Lilian Goraieb pela Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto.
Correspondência: Lilian Goraieb Rua Duarte Pacheco, 1401/Casa 32, Higienópolis 15.085-140, São José do Rio Preto, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 01/11/07; revisado recebido em 04/12/07; aceito em 26/12/07.
BACKGROUND: Analysis of pulmonary status of pediatric patients in the postoperative phase of cardiac surgery. OBJECTIVE: To assess pulmonary compliance and airway resistance in patients with congenital heart disease and pulmonary hyperflow submitted to surgical treatment with the use of extracorporeal circulation. METHODS: Thirty-five patients were evaluated during surgery with measurements of static compliance and airway resistance at four different timepoints. Pulmonary measurements were performed non-invasively using end-inspiratory airway occlusion and specific mathematical formulas. The variables examined and related to pulmonary changes were: preoperative - age, weight, and relationship between systemic and pulmonary blood flow; intraoperative - perfusion times, anoxia times and minimum temperature; postoperative - time on mechanical ventilation and length of stay in the intensive care unit. RESULTS: Pulmonary compliance in all patients had an immediate and significant increase (P<0.001) at the end of surgery. Patients older than 30 months experienced a greater increase (P=0.0004). Those with more than 10kg also had a greater increase (P=0.0006). In patients on extracorporeal circulation for more than 50 minutes, the increase in pulmonary compliance took longer to occur (P=0.04). Airway resistance was not significantly changed at the end of surgery (P=0.393). CONCLUSION: All patients experienced improved pulmonary compliance at the end of surgery, and this was significantly influenced by age, weight and time on extracorporeal circulation. Airway resistance, however, was not changed.
ORIGINAL ARTICLES
HEART SURGERY - CHILDREN
IHospital de Base da Fundação Regional de Medicina (FUNFARME / FAMERP), São José do Rio Preto, São Paulo - Brazil
IIInstituto do Coração (INCOR), Brasília, DF - Brazil
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Pulmonary hyperflow in patients with congenital heart disease may lead to changes in pulmonary mechanics, increased respiratory work and oxygen consumption, thus worsening heart failure1.
Pulmonary function may be compromised, with changes in pulmonary compliance (Pc) and airway resistance (Awr)2.
Correction of the defect, with consequent normalization of flow, must be performed at an appropriate time for each patient, depending on the clinical repercussions and magnitude of the defect.
Median transsternal thoracotomy, the standard surgical approach, alters thoracic anatomy during the procedure and may interfere with pulmonary function3.
The need for extracorporeal circulation (ECC), when lungs are not ventilated and remain collapsed for a period of time, causes pulmonary edema and results in decreased Pc and increased Awr3.
Therefore, we tried to assess changes in pulmonary function by measuring lung compliance and airway resistance in patients with congenital heart disease and pulmonary hyperflow who had undergone surgical treatment assisted by extracorporeal circulation.
This study was carried out at the
From February 2004 to February 2005, 35 patients with congenital heart disease and pulmonary hyperflow, who had undergone corrective surgery with extracorporeal circulation, were prospectively observed. Thirteen patients (37.1%) were males, and 22 (62.9%) were females. Age varied from 4 to 115 months (average 59.23 ± 43.01 months), with a median of 63 months. Weight varied from 3.9kg to 36.2kg (average 17.45 ± 10.38kg), with a median of 17kg. The relationship between pulmonary and systemic flow (Qp/Qs) varied from 1 to 7 (average 2.92 ± 1.29).
Pre-, intra- and postoperative variables were analyzed.
The study was approved by the Research Ethics Committee of the
Patients included were those diagnosed with congenital heart disease and pulmonary hyperflow who had partial or total interventricular communication (IVC), interatrial communication (IAC) or atrioventricular septal defects (AVSD), were less than 10 years of age, and needed the assistance of extracorporeal circulation (ECC).
Echocardiograms were performed up to 30 days before surgery to confirm diagnosis and calculate Qp/Qs.
Patients with other congenital or acquired heart diseases were systematically excluded, as well as preterm babies, patients with prior chronic pulmonary diseases, genetic syndromes, prior cardiovascular or pulmonary surgery, and allergic reactions during anesthesia induction.
The anesthetic and ventilatory technique used was similar for all patients, using combined and balanced general anesthesia associated with rachianesthesia.
Intravenous preanesthetic medication consisted of midazolam 0.1 mg/kg, followed by inhalatory induction with sevoflurane through facial mask (5% and 95% O2). After loss of consciousness, propofol, atracurium and isoflurane were administered according to the patient's need.
Manual mask ventilation was followed by endotracheal intubation with a tube of appropriate diameter. Controlled mechanical ventilation (CMV) with 10ml/kg tidal volume and age-appropriate respiratory rate maintained an inspiratory-to-expiratory time ratio of 1:1 with a 0.6 fraction of inspired oxygen (FiO2) and zero positive end-expiratory pressure (PEEP).
Rachianesthesia was performed using 0.5 mg/kg isobaric bupivacaine and 1mcg/kg sufentanyl.
After surgery, all patients were started on dobutamine and/or milrinone immediately after release from ECC.
According to the specific protocol, data were colleted at three different timepoints: pre-, intra- and postoperatively.
Before surgery, data on the following variables were collected: age, gender, weight and echocardiographic data, such as diagnosis and Qp/Qs.
During the procedure, the following variables were analyzed: perfusion time, myocardial ischemia time, and minimum temperature, besides the ventilatory data needed for the calculation of Pc and Awr.
Mechanical ventilation was performed with a DATEX OHMEDA AESTIVA 3.000TM device. Parameters were adjusted for volume-controlled ventilation, 10ml/kgm tidal volume, square-wave flow and age-appropriate respiratory rate.
Airway occlusion was performed following an end-inspiration pause, during which tracheal pressure is reduced until a plateau and a constant flow equal to zero are reached.
Ventilatory data on maximal inspiratory pressure, plateau pressure, tidal volume, FiO2 and PEEP were obtained from the ventilator panel. The ventilator had to be adjusted to check plateau pressure. With the device programmed for the volume mode, configuration was set through the main menu to adjust for the inspiratory pause. Aiming at maintaining a 1:3 inspiratory-to-expiratory time ratio, the inspiratory pause was adjusted at 25% of the inspiratory time. Thus, when returning to the initial screen, at each respiratory cycle the plateau pressure appears on the screen right below the maximal pressure.
These ventilatory data were observed and measured at four different well-defined timepoints.
The first measurement was made with the child sedated, curarized, intubated and under MV, after draping; the second, following sternotomy, pericardiotomy and placement of the retractors; the third, five minutes after the end of ECC with the retractors still in place; and the fourth, after total chest closure.
All patients underwent ECC with a membrane oxygenator (Braile BiomédicaTM, Brazil) and a roller pump. At the end of surgery, patients under manual ventilation were transferred to the intensive care unit (ICU) and later, MV was started. Depending on the severity of the disease, characteristics of the ECC, and evaluation by the anesthesiologist, some patients were extubated in the operating room.
Postoperative variables observed in the ICU were duration of MV and length of stay in the ICU.
To calculate Pc and Awr, the value of Spc, which had been calculated using the formula in
Awr expressed in centimeters of water (cm/H2O) was calculated using the formula in
For the statistical analysis of the data, Spc and Awr values were translated into compliance rate (CR) and resistance rate (RR), respectively. Rates were obtained by dividing the values of compliance and resistance by body surface, which allowed the comparison among different individuals. These rates were related to pre-, intra- and postoperative variables.
The quantitative variables examined in the univariate analysis of the compliance rate relationship were: age, weight, Qp/Qs, perfusion time, anoxia time, minimum temperature, MV time and length of stay in the ICU.
The variables most strongly associated with CR values for the different timepoints were age, weight and perfusion time. The other variables showed no relationship pattern.
Weight results and their variation intervals are shown in
As to the relationship between CR and perfusion time, sample stratification, according to the "Tperf_50" categorical variable, indicated a statistically significant difference between the median values at each timepoint of CR measurement as per the Boxplot shown in
Pulmonary changes following pediatric cardiac surgery with ECC often account for the increase in morbidity and mortality3,6.
In children with pulmonary hyperflow, we noticed changes in pulmonary mechanics during the postoperative phase with ECC.
The mean compliance value obtained at the fourth measurement is statistically different from the mean obtained at the other timepoints. That is, CR had a statistically significant increase at the end of the surgery.
Diseases that result in abnormal flows of blood in the lungs may cause changes in pulmonary mechanics, increasing respiratory work and oxygen consumption, and worsening the cardiac condition1. The improvement in pulmonary compliance at the end of the surgery is probably due to the correction of pulmonary hyperflow, with immediate improvement of pulmonary mechanics. This improvement was translated by the increased CR, i.e, the larger it is, the more distensible is the lung and greater is the variation in volume during inspiration; consequently, the smaller it is, the more rigid is the lung, and smaller is the volume7.
Changes resulting from the use of ECC, hypothermia, absence of [mechanical] ventilation during surgery, and by the surgical procedure itself would be enough to impair pulmonary function after surgery. These changes often account for patient morbidity8.
No change occurred that could compromise pulmonary function after surgery, which was translated as an increased CR. This confirms the fact that the benefits obtained from hyperflow correction supersede potential pulmonary complications resulting from ECC and the surgical procedure itself.
In a study conducted with 106 children under the age of 1 year, Satyer et al9, also observed that in those patients with pulmonary hyperflow, surgical correction improves pulmonary function. Despite the similarities in the results, that study assessed the dynamic Pc, whereas ours measured SPc.
In a study conducted with 23 children undergoing cardiac surgery, aged 2 months to 10 years, analogous to our findings, Lanteri et al10 observed abnormalities in pulmonary dynamic and static compliances, as well as an increase in respiratory resistance among patients with pulmonary blood hyperflow. After surgery, these values were normal.
Takeuchi et al11 included in their study only children weighing less than 10 kg and also observed an improvement in Pc after surgery for pulmonary hyperflow correction.
CR analysis performed with study variables showed that only age, weight and perfusion time displayed some pattern of correlation with CR.
Patients up to 30 months of age had lower, more concentrated RC values at the four timepoints. Above 30 months of age, dispersion of RC values increases.
In the subgroup of patients aged
The fact that children under 30 months of age had lower Pc values for all timepoints compared to those older than 30 months, and that weight was similar in children under 10 kg, with lower Pc means at all timepoints, is probably due to pulmonary maturation.
Taking into consideration the growth table used worldwide by the National Center of Health Statistics (NCHS), one can see that children under 30 months of age are those who weigh up to approximately 10kg. Therefore, our findings as to weight and age variables were consistent and similar to those of younger children who weighed less, as well as for those older ones who weighed more.
Studies about pulmonary maturation suggest that the number of alveoli increases up until approximately eight years of age. At birth, the alveolar region consists of primitive air spaces described as sacculi, which can reach up to 20 million in number. From there on, alveoli start to appear and multiply until they reach the number found in adults, i.e., 300 million. After that, only the size of the alveoli will increase2, which contributes to greater Pc values only after approximately eight years of age. Other authors who have analyzed pulmonary maturation show that after 4 months of age there is an increase in the complexity of alveolar shape, and the number of alveoli multiplies more rapidly over the first 3 years of life12,13. This certainly contributes to a higher Pc with increasing age.
Older children showed a 12% improvement in Pc from timepoint one to timepoint four. Children under 30 months of age and weighing less than 10kg also showed an improvement in lung compliance at the end of surgery, but only in the order of 4.1%.
Thus, older children experienced a significant improvement in Pc at the end of surgery. The younger patients experienced less CR variation at all timepoints, with values concentrated within a narrower interval, whereas in older children CR values showed greater variation.
Therefore, we can infer more accurately that in the group of younger children, static pulmonary compliance (Spc) will be lower at all timepoints when compared with children older than 30 months.
It is noteworthy that the increase in early postoperative Pc did not show any relationship pattern with the pulmonary hyperflow, i.e., when only Qp/Qs is related to the level of improvement in postoperative pulmonary function, no positive correlation is observed.
The lack of relationship between Qp/Qs and pulmonary development suggests that the level of pulmonary flow does not interfere with the pulmonary capacity in patients with pulmonary hyperflow.
Some authors have suggested that only pulmonary hyperflow with increased PAP (PAP >18 mmHg) would reduce compliance after surgical correction of the hyperflow. That is, the improvement is inversely proportional to the existing PAP in the preoperative stage. The greater the preoperative PAP, the smaller the improvement in Pc11.
As to time under extracorporeal circulation, in both the group of children with perfusion time
ECC duration is reported in literature as one of the key factors that make MV weaning difficult in patients who have undergone cardiac surgery, due to the significant physiological disorder caused by the inflammatory reaction. The change in the membranes of pulmonary capillaries negatively affects gas exchange, increasing surgical risk14.
Brown et al14, in a study conducted to identify risk factors due to a longer stay in the ICU following pediatric cardiac surgery, identified time under ECC longer than 30 minutes as a determinant factor for worsening of pulmonary mechanics and, consequently, requiring a longer stay in the ICU regardless of the subsequent postoperative events.
Several adverse effects have been associated with the use of ECC in children. The increase in capillary permeability results in edema formation, which consequently reduces pulmonary compliance and gas exchange.
During the intra-operative phase, efforts to reduce the adverse effects of ECC as well as the deleterious effects of post-perfusion capillary leakage syndrome include, besides a reduction of the volume of circuits and diuretic and anti-inflammatory therapy, the ultra filtration technique. Studies conducted on the use of hemoconcentration in cardiac surgery with ECC have concluded that the main advantages are removal of the macromolecules that mediate the systemic inflammatory reaction, reduction of circulating endotoxins, elimination of excess body water and pulmonary hypertension15,16.
An interesting item of data found refers to the correlation between ECC duration and age. Upon analysis of the inter-group data, children who had spent less time under ECC showed significantly higher Pc values at all timepoints, as compared to those with longer periods under ECC. We observed that the mean age of children in the first group was greater than in the second group. The older children remained less time under ECC than the younger ones. The justification for this may lie in the fact that indication for surgery at an earlier stage is due to more complex defects with greater hemodynamic repercussions, which explains the longer time under ECC.
In this study, Awr showed no significant change at the end of the surgery (
Our study did not identify any relationship between the change in Awr and any pre-, intra- or postoperative variable. Thus, there was no relationship between Awr and MV time, although the mean Awr at the end of surgery was less than 75 cm H2O.
Awr is greater in smaller pulmonary volumes. This seems to be related to the fact that changes take place in the diameters of airways with different pulmonary volumes4. This explains what our results have shown, i.e., that the greatest resistance was found in the group of children younger than 30 months and who weighed less than 10 kilos.
Awr variations were very small in both groups during the intraoperative period, and the changes at the end of surgery were not significant.
On the other hand, studies have shown that neonates suffered a 25% decrease in respiratory resistance after surgery, whereas older children experienced a reduction of only 16%9.
According to Martins18, monitoring of different aspects of the respiratory function can not only prevent complications, but also enable a better functional assessment of the patient. Thus, the noninvasive measurement of Spc should be routinely used in clinical practice and especially during the postoperative phase of cardiac surgery. This measurement is appropriate for the evaluation of pulmonary parenchyma since the cardiovascular and respiratory systems are closely related, both anatomically and functionally.
In our study, the main findings were:children showed improvement in CR after the surgical correction of pulmonary hyperflow; in younger children and, therefore, with lower weights, this improvement was minor; those who spent more time under ECC took longer to show improvement in the CR. CRshowed no significant changes at the end of surgery.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This article is part of the thesis of master submitted by Lilian Goraieb, from