Ventilação Líquida – Uma breve revisão

Há muito tempo a ventilação pulmonar com líquidos tem aparecido na ficção científica.

Lembro-me de que a primeira vez em que me deparei com essa possibilidade, foi, na década de 70, num filme de ficção científica envolvendo extraterrestres. No filme, os extraterrestres que nos espionavam e que eram muito semelhantes a nós em termos de morfologia externa, vestiam trajes repletos com um líquido. Nas raras ocasiões em que se capturava um alienígena, quando o capacete era desconectado do traje, vazava um líquido. Isso demonstrava que o indivíduo estava embebido em líquido dentro do traje. Como eles apresentavam boca e nariz e de dentro dessas supostas vias aéreas saía um líquido, eu acabei concluindo que eles respiravam com um meio líquido.

Usavam a ventilação líquida para obter alguma vantagem nas suas viagens ou o mundo que habitavam, tinha aquele meio líquido em vez de ar para respirar? Jamais saberei. A série já terminou há muito tempo. Entretanto, confesso que gostaria de conhecer a anatomia desses seres para entender como seriam capazes de ventilar sem ajuda externa, usando um meio mais denso que o ar.

Hoje, o tema é revisitado no filme “O Segredo do Abismo”. Muda o enredo, mas a idéia é a mesma: seres de outros universos e outras possibilidades de vida. Novamente surgem questionamentos sobre a utilidade e viabilidade da técnica da ventilação líquida. No filme, há a referência ao liquiVent, que é a marca registrada de um perfluorcarbono produzido pela Alliance Pharmaceutical Corp utilizado para esse fim em medicina.

Sobrevivência submersa é também uma outra denominação para ventilação líquida ou troca gasosa através de um meio líquido artificial. A utilização de perfluorcarbonos líquidos como meio para realizar a troca gasosa pulmonar tem sido objeto de pesquisa na área médica há muito tempo.

Um pouco de história

A referência de colocar líquidos na via aérea inferior começa a aparecer na literatura médica no final da Primeira Guerra Mundial. Nessa época, pesquisas foram realizadas para o tratamento do envenenamento com gases tóxicos. Inicialmente foram experimentadas soluções salinas simples e posteriormente soluções salinas hiperbaricamente oxigenadas.

Somente em 1962, as pesquisas avançaram. Inicialmente, três pesquisadores, Kystra, Tissing e van der Maen, observaram ratos respirarem espontaneamente em solução salina a oito atmosferas de pressão. A solução utilizada foi a de Ringer lactato, uma solução cristalóide com lactato. O trabalho respiratório para manter a ventilação foi grande e os animais morreram em minutos por acidose ventilatória decorrente da retenção de dióxido de carbono. A pouca solubilidade dos gases respiratórios em soluções salinas, principalmente do dióxido de carbono, tornou essas soluções insatisfatórias para o uso.

A seguir, foi tentado ventilação líquida com óleos siliconados oxigenados. Entretanto, apesar de se obter oxigenação sanguínea, não foi possível o uso dessas substâncias por longos períodos devido a seus efeitos tóxicos sobre os pulmões. Ainda em 1966, Gollan e Clark relataram que camundongos e gatos podiam respirar em soluções oxigenadas de fluorcarbono líquido o suficiente para sobreviver por várias horas de imersão. A ventilação espontânea por imersão não foi efetiva, pois a alta densidade e viscosidade dos perfluorcarbonos geraram uma grande resistência ao seu fluxo na via aérea, sendo que os animais ficaram incapazes de manter o trabalho respiratório por muito tempo.

Quatro anos depois, Kystra publicou uma descrição da ventilação mecânica bem sucedida de cachorros, usando a solução de Ringer hiperbaricamente oxigenada. No início da década de 70, o grupo do Dr. Modell demonstrou que cachorros poderiam sobreviver por períodos longos sem nenhuma sequela aparente, respirando somente líquido perfluorcarbônico. Nessa época, surgiu o primeiro relato de uso seguro em pacientes com insuficiência respiratória.

Três anos depois, surgiram os primeiros relatos da utilização desses líquidos como meio na ventilação mecânica. Saga e Modell usaram, por meio de instilação e drenagem por força da gravidade, um perfluorcarbono como meio ventilatório em cachorros. Um ano depois, foi desenvolvido por Shaffer e Moskowitz o primeiro ventilador mecânico com soluções líquidas para realizar trocas gasosas nos pulmões. Desde então, uma série de experimentos pioneiros para testar a possibilidade de utilização clínica em modelos animais da síndrome da angústia respiratória tem sido realizada.

Em 1991, Fuhrman, Paczan e De Francis descreveram a utilização da oxigenação líquida parcial associada à ventilação com gás. Isso representou um importante avanço prático na utilização clínica da técnica.

O interesse inicial da ventilação líquida, em termos de aplicação médica, foi utilizar essa possibilidade de tipo de oxigenação para a prevenção da doença descompressiva. Apesar de inicialmente se pensar no uso da ventilação líquida como possibilidade de se prevenir a doença descompressiva, ela acabou evoluindo mais no ambiente da terapia intensiva, principalmente na necessidade de se solucionarem problemas da ventilação mecânica utilizada no tratamento da insuficiência ventilatória aguda, em especial da insuficiência ventilatória neonatal refratária, que requer regimes extraordinários de ventilação mecânica.

A maior utilidade seria no tratamento da síndrome da angústia respiratória do recém-nascido. Essa doença decorreria da falta do amadurecimento pulmonar em neonatos, geralmente pré-termo. Outra utilização seria na insuficiência ventilatória do adulto que requer ventilação mecânica por tempo prolongado e altas concentrações de oxigênio com potencialidade de dano pulmonar. O seu uso seria uma tentativa de solucionar problemas relacionados à hipoxemia e à baixa complacência pulmonar, que podem ocorrer nessa condição.

O meio líquido ideal

O meio líquido ideal para o processo de ventilação líquida ser eficiente deve contemplar algumas exigências. Esse meio líquido deve apresentar alta solubilidade ao oxigênio e gás carbônico, pouca resistência na via aérea e deve ser volátil para facilitar a evaporação, quando a ventilação com gás for reassumida, e não deve ser tóxico.

O meio líquido eleito por muitos pesquisadores por preencher as necessidades de um meio com propriedades médicas favoráveis é o perfluorbron, que é um membro da família dos fluorcarbonos. Essas substâncias foram primeiramente produzidas sinteticamente como parte do projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial. Perfluorquímicos foram produzidos para serem usados como meio inerte na extração de isômeros do urânio necessários à fabricação da bomba atômica.

Líquidos perfluorcarbônicos são compostos orgânicos simples nos quais todos os átomos de hidrogênio são substituídos por halógenos do tipo fluorano, bromo e iodo. Os perfluorcarbonos se parecem com água mineral: são claros, sem cor e sem cheiro. Entretanto, são oleosos, duas vezes mais densos que a água, insolúveis e evaporam mais rápido que a água. Também são considerados biologicamente inertes e sem metabolismo significativo.

A sua utilidade na ventilação mecânica vem do fato de dissolverem adequadamente o oxigênio e o dióxido de carbono, cumprindo a exigência da capacidade de transportar oxigênio pela via aérea de modo que a ventilação alveolar e a consequente respiração celular possam ocorrer.

Características importantes para o uso clínico são a alta densidade e baixa tensão superficial que apresentam. A densidade é maior que a do tecido pulmonar e de vísceras abdominais. É até maior que as secreções pulmonares.

Características físicas do perfluorbron
Densidade 1,92 g/ml
Pressão de vapor a 37°C 10,5 mm Hg
Tensão superficial 18 dyn/cm
Solubilidade do O2 53 ml/dl
Solubilidade doCO2 210 ml/dl

Por apresentar essas características, também foram encaminhadas pesquisas no sentido de poder ser utilizado como substituto do sangue.

Técnicas de ventilação mecânica com líquidos

A técnica de oxigenação líquida total na qual pulmões e ventilador mecânico estão repletos de líquido significa uma considerável modificação de engenharia no equipamento usado comumente. A pressão necessária à expansão de um pulmão cheio de ar é quase três vezes a necessária para distender um pulmão cheio de líquido. Esse desafio surge da alta densidade e viscosidade dos perfluorcarbonos e sua consequente baixa taxa de fluxo ventilatório. O equipamento é uma peça altamente especializada e complexa. Esse nível de complexidade acarreta dificuldades na utilização clínica rotineira. A necessidade de equipamento complexo especializado acabou limitando a atratividade da técnica.

A ventilação líquida parcial associada à ventilação com gás é uma técnica mais praticável no ambiente das unidades de terapia intensiva. Nessa abordagem, os pulmões de um indivíduo já entubado e em ventilação mecânica são preenchidos com um volume de perfluorcarbono líquido aproximadamente igual à capacidade residual funcional. Depois disso, a ventilação mecânica convencional é reassumida, utilizando-se um ventilador mecânico tradicional. Em animais saudáveis, a técnica revelou uma oxigenação arterial estável e poucas alterações da complacência pulmonar. Níveis adequados de oxigenação arterial foram observados, utilizando-se pressões parciais de oxigênio de 0,3 ATA na mistura gasosa usada no ventilador mecânico. Além da melhora da oxigenação e da mecânica pulmonar, se observou diminuição da pressão média e de pico na via aérea quando comparada com a ventilação mecânica com mistura gasosa.

Estudos clínicos

A aplicação da ventilação líquida total em animais demonstrou que a técnica é possível. No entanto, o resultado que se observou foi que em animais saudáveis há uma piora da troca gasosa com ventilação líquida quando comparada com a com gás.

No pulmão saudável, a ventilação líquida total está associada a uma redução da oxigenação e da complacência pulmonar durante e após o procedimento. Na ventilação líquida em pulmões normais, há uma alteração da perfusão sanguínea do tecido pulmonar em relação às áreas alveolares ventiladas. Também o meio líquido impõe uma barreira adicional à difusão dos gases durante a ventilação pulmonar. Com isso, também se constatou uma diminuição do débito cardíaco e um aumento da resistência vascular pulmonar. Todos esses fatores acabam acarretando, no animal normal, uma dificuldade de se alcançar uma difusão adequada dos gases respiratórios.

Por outro lado, o uso em animais doentes, nos quais se provocou síndrome da angústia respiratória, após a drenagem do líquido e reestabelecimento da ventilação com gás, houve uma melhora na oxigenação e redução da pressão de ventilação. O estudo anátomo-patológico dos animais também revelou atenuação do dano tecidual pulmonar naqueles que usaram ventilação líquida.

Os estudos até agora realizados revelaram que a ventilação com perfluorbron melhora a mecânica ventilatória e promove reexpansão de regiões previamente colapsadas ou congestas. Ele produz redução da tensão superficial com melhora da complacência pulmonar. A baixa tensão superficial na interface gás-líquido pode estar relacionada com a melhoria da complacência pulmonar observada durante o seu uso em pulmões insuficientes.

Ele também é mais efetivo fisiologicamente que o uso da pressão final expiratória positiva para recrutar alvéolos atelectásicos. Além disso, ele reduz a inflamação alveolar, diminui a produção de exsudatos e tem um efeito antiinflamatório. Portanto, a lavagem alveolar contínua com perfluorcarbono promove a melhora de áreas de pulmão doente. A ventilação líquida parcial está associada à melhora da troca gasosa e complacência pulmonar em animais doentes.

Apesar desses benefícios constatados para o uso em animais doentes, alguns efeitos potenciais foram observados. A ventilação líquida pode causar pneumotórax e bloqueio do tubo endotraqueal. Ainda, o tórax com líquido denso não compressivo interfere no débito cardíaco, podendo provocar insuficiência cardíaca. Outros efeitos que comprometem o uso clínico, é a dificuldade de eliminar o dióxido de carbono, a promoção de acidose lática e a interferência no diagnóstico por imagem por essas substâncias serem radioopacas.

No presente, para a aplicação com finalidades médicas, a ventilação líquida parcial continua uma técnica de eficácia não comprovada para a solução de problemas relacionados à insuficiência respiratória. Acredita-se que ela possa ter utilidade no suporte ventilatório de casos severos de síndrome da angústia respiratória aguda refratária à ventilação mecânica convencional. A validação de novas técnicas e tecnologias nesta área é bem complexa pelo tipo de estudo que se faz necessário. Isso faz com que a validação da ventilação líquida assim como outros procedimentos em terapia intensiva apresentem demora para serem utilizados na prática médica corriqueira.

Uso no mergulho

Como foi dito anteriormente, a idéia inicial do uso para fins medicinais foi a utilização da ventilação líquida na profilaxia da doença descompressiva. A idéia era que, respirando esses líquidos não compressíveis, haveria uma difusão de gases relacionados à respiração celular sem haver o uso de outros gases capazes de provocar a doença descompressiva. Parece que a proposta inicial era usar a ventilação líquida em manobras de escape de submarinos submersos a grandes profundidades.

Apesar do interesse inicial, no mergulho a sua utilização pouco evoluiu em função das limitações técnicas do uso. A maior dificuldade é a realização da mecânica ventilatória normal movimentando líquidos na via aérea sem a ajuda de um equipamento mecânico. O meio líquido com alta densidade e viscosidade não possibilitaria um fluxo pulmonar adequado. Talvez uma evolução dos rebreathers com uma assistência ao fluxo intrapulmonar de oxigênio e gás carbônico pelo meio líquido contemple esse desafio. Em tese, esse tipo de evolução técnica seria muito útil na solução de alguns problemas do mergulho como os barotraumas, a narcose e a doença descompressiva. Entretanto, outros problemas persistiriam, como, por exemplo, a síndrome neurológica das altas profundidades.

Um dos problemas da oxigenação com líquidos é que, apesar de haver uma boa dissolução de oxigênio, a saída do gás carbônico é dificultada por comprometimento da mecânica ventilatória e troca gasosa em pulmões normais. Normalmente o gás carbônico é removido dos pulmões pelo alto fluxo de partículas gasosas na via aérea. Utilizando-se um meio líquido, a remoção de gás carbônico torna-se insuficiente para sustentar o metabolismo basal normal. Retenção de gás carbônico ocorreria, mesmo com baixo nível de exercício. Talvez a ventilação líquida seja possível, encontrando-se a substância adequada que tenha baixa densidade e viscosidade, que seja não tóxica, que absorva gás carbônico e que o leve para fora dos pulmões. Uma proposta seria acrescentar outras substâncias como tampões bioquímicos ou microbolhas estáveis. Atualmente o único meio ventilatório adequado ao nosso corpo é composto de gases.

Conclusão

A ventilação líquida nos faz refletir sobre a dinâmica da interação da fisiologia humana com o meio aquático e as mudanças de pressão ambiente. Devemos deixar de ver os problemas relacionados com o mergulho de um ponto de vista mecânico e aceitar novas propostas para tratar os complexos problemas biológicos que ocorrem no mergulho.

A ventilação líquida viável significaria a total liberdade embaixo da água, inclusive com liberação de limites descompressivos. É a instância mais alta da possibilidade de evolução das soluções tecnológicas adaptativas para se viver num ambiente completamente diferente de onde evoluímos. O primeiro passo desse caminho foi a criação do equipamento de respiração autônoma.

Entretanto, a mudança na técnica do mergulho ainda não teria resolvido outros problemas. Solucionamos um problema, mas não todos. É o preço de não evoluirmos naturalmente no ambiente em que gostaríamos de interagir, mesmo que temporariamente. O desafio continua.

Fontes

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Renúncia

Nenhuma representação neste texto é feita no sentido de oferecer um diagnóstico, tratamento ou cura para qualquer condição ou doença relatada. O caráter do texto é somente informativo e deve ser usado em conjunto com o aconselhamento específico do médico de medicina do mergulho. O autor não é responsável por qualquer consequência concebível relacionada à leitura deste texto.

Augusto Marques

Augusto Marques Ramos é formado pela UFRGS, Mestre em Medicina pela mesma Universidade e Preceptor do Programa de Residência Médica do Hospital Nossa Senhora da Conceição, atuando também como médico nefrologista do Instituto da Criança com Diabetes.

Mergulhador desde 1984 e membro associado do Dive Alert Network (DAN) desde 1997. Ele também é instrutor de mergulho pela Association of Diving School, International (ADS, International).

Realiza avaliação médica para a prática do mergulho autônomo amador em várias escolas de mergulho desde 1987.

É médico hiperbarista formado pela UFSP e pelo Centro de Instrução e Adestratamento Almirante Átilla Monteiro Aché (CIAMA).

Também é membro da Sociedade Gaúcha de Nefrologia, das Sociedades Brasileiras de Nefrologia e de Medicina Hiperbárica, da South Pacific Underwater Medicine Society (SPUMS) e da European Dialysis and Transplant Association (EDTA).