Evaluación hemodinámica y respuesta al óxido nítrico inhalado ante hipoxia y acidosis en cerdos recién nacidos
Evaluate the effect of inhaled nitric oxide on hemodynamic response to hypoxia and acidosis in newborn pigs
Miguel Martell1, Fernando Blasina1,3, Salvador Tellechea1, Fernando Silvera1, Lucía Vaamonde1,3, Pablo Bolioli2, Mario Moraes2, Carolina Godoy1
1.Departamento de Neonatología, Área Básica, Hospital de Clínicas, Montevideo, Uruguay.
2.Departamento de Neonatología Centro Hospitalario Pereira Rossell, Montevideo Uruguay. ]]>
(1) Articulo original de Uruguay, publicado en archivos de Pediatría del Uruguay 2009:80:262-8 y que fue seleccionado para su reproducción en la XV Reunión de Editores de Revistas Pediátricas del Cono Sur. Paraguay 2010.
Resumen
La hipertensión pulmonar (HTP) es un trastorno de la adaptación a la vida extrauterina de muchos recién nacidos. La hipoxia y la acidosis son factores desencadenantes y perpetuadores de la misma.
Objetivos: evaluar el efecto del óxido nítrico inhalado (ONi) a la respuesta vascular pulmonar a la hipoxia y acidosis en cerdos recién nacidos.
Material y método: se diseñó una serie de intervenciones experimentales en cerdos recién nacidos, sedados, anestesiados y en asistencia ventilatoria mecánica. El protocolo experimental consistió en inducir hipoxia en forma controlada y progresiva (FiO2 desde 0,21 (basal) hasta 0,14; 0,10 o 0,08, mezclando nitrógeno con aire), entre 6 y 10 minutos, valorando la respuesta hemodinámica. Estabilizada la respuesta a la hipoxia con elevación en meseta de la presión arterial pulmonar (PAP) y sistémica, se administró ONi a 20 ppm. Mediante infusión de HCl 0,1 N i/v se estabilizó el pH en diferentes valores en los cuales se reiteraron esta serie de experimentos.
Resultados: se encontró que el descenso de la FiO2 (debajo de 0,21) produce una caída de la saturación y un aumento inmediato de la PAP a diferentes pH y una efectividad del ONi para descender la PAP próximo a 70%. Sin embargo a pH más bajo la existencia de acidosis genera un nivel basal de PAP elevado con respecto a pH 7,4, que el ONi no desciende. En cuanto a la HTP desarrollada ante diferentes FiO2 se confirmó que la elevación de la PAP es gradualmente más elevada.
Conclusión: en la investigación experimental en cerdos recién nacidos se observa que los eventos hipóxicos de breve duración generan HTP e inestabilidad sobre la hemodinamia sistémica. De igual modo la acidosis induce un incremento en la PAP basal en este modelo experimental. En estas condiciones la aplicación de ONi desciende la PAP eficazmente sin alterar la hemodinamia sistémica. Es más efectiva su acción a pH normal que en acidosis.
]]> Palabras clave:Rev Soc Bol Ped 2011; 50 (2): 113-120: hemodinámica, óxido nítrico, anoxia, acidosis, hipertensión pulmonar, animales recién nacidos.
Summary
Pulmonary hypertension (HTP) is a frequently pathological situation of maladaptation to the extratuerine life in newborns. Hypoxia and acidosis are key factors capable of evoking the referred situation and can also act as a perpetuator factor of it.
Objectives: To evaluate the effect of inhaled nitric oxide (iNO) on pulmonary vascular response to hypoxia and acidosis in newborn pigs.
Material and methods: we performed a series of experimental interventions in newborn pigs, sedated, anesthetized and mechanical ventilation. The experimental protocol was to induce hypoxia in a controlled and progressive (FiO2 from 0.21 (baseline) to 0.14, 0.10 or 0.08, mixing nitrogen with air), between 6 and 10 minutes, evaluating the hemodynamic response. Stabilized response to hypoxia plateau elevation in pulmonary artery pressure (PAP) and systemic administered iNO at 20 ppm. By infusión of HC1 0.1 N i/v was stable at different pH valúes which were reiterated in this series of experiments.
Results: we found that the decrease in FiO2 (below 0,21) produces a fall in saturation and an immediate increase in PAP at different pH and an ERA of iNO for the PAP down near 70%. However, at lower pH, the presence of acidosis produces a basal level of PAP high relative to pH 7.4, which does not descend iNO. As PH developed at different FiO2 was confirmed that the elevation of the PAP is gradually higher.
Conclusion: experimental research in newborn pigs shows that the short-term hypoxic events genérate HTP and instability on systemic hemodynamics. Similarly acidosis induces an increase in baseline PAP in this experimental model. Under these conditions the application of iNO decreases the PAP effectively without altering systemic hemodynamics. Its action is more effective than normal pH in acidosis.
Key words:
Rev Soc Bol Ped 2011; 50(2): 113-120: hemodynamics, nitric oxide, anoxia, acidosis, hypertension, pulmonary, animals, newborn
Introducción
La HTP continúa siendo una entidad con elevada incidencia en recién nacidos de término o casi término que llega a 1,9 cada 1.000 nacidos vivos (con una amplia variación entre diferentes centros que oscila entre 0,43 y 6,82 cada 1.000 nacidos vivos)(1). La mortalidad se mantiene entre 10% y 20% a pesar de los avances terapéuticos y en el cuidado del recién nacido crítico(2).
La hipoxia es el evento principal en la HTP durante el período neonatal, actuando como factor desencadenante y perpetuador de la misma. En pacientes que presentan HTP grave, la consecuencia de un evento hipóxico, aun aquellos de menor entidad, puede llevar a la desestabilización hemodinámica o incluso a la muerte.
En este sentido, los estudios de Rudolph y Yuan(3) muestran la relación entre la PAP y la pO2. La PAP incrementa tanto ante la disminución de la pO2 como ante la caída del pH sanguíneo. El presente trabajo se orientó a evaluar los cambios ocasionados sobre esta respuesta fisiológica por intervenciones terapéuticas con el Oni. Éste, a través de la formación de GMP cíclico, induce la dilatación selectiva de las arterias pulmonares y es actualmente la terapia estándar de oro para la hipertensión pulmonar(4).
Los objetivos específicos del trabajo fueron los siguientes:
1. Estudiar la respuesta vascular pulmonar a la hipoxia y acidosis en cerdos recién nacidos.
2.Evaluar la respuesta al ONi en los eventos hipóxicos y en la acidosis progresiva.
]]> 3. Evaluar el grado de respuesta de la PAP ante la hipoxia para discriminar si se trata o no de una respuesta graduada frente a la deprivación de oxígeno (FiO2 menor de 0,21).
Material y método
El estudio se realizó siguiendo los principios éticos que regulan la experimentación animal determinados por la Declaración de Helsinki, la Sociedad Americana de Fisiología y la Comisión Honoraria de Experimentación Animal de la Facultad de Medicina de Montevideo, Uruguay (D.O. 21/2/00, Resolución N° 4 del CDC 4/12/2001) con el protocolo aprobado en el Exp. N° 071140-001741-06.
Modelo básico
Se utilizaron cerdos recién nacidos (n=20), entre 12 y 48 horas de vida, procedentes de criadero local (Granja La Familia) con pesos entre 1.300 y 1.800g. Fueron sedados y anestesiados con mezcla de midazolam, ketamina y fentanyl por vía intravenosa. Se realizó traqueotomía y ventilación mecánica con un equipo Sechrist IV200. Los parámetros ventilatorios iniciales fueron frecuencia respiratoria (FR) 30 respiraciones por minuto, presión positiva del final de la expiración (PEEP) 5 cm H2O, presión inspiratoria máxima (PIM) 20 cm H2O, fracción inspirada de oxígeno (FiO2) 0,21, Tiempo inspiratorio 0,3 segundos, flujo 81/min.
Se realizó monitorización continua de la presión arterial sistémica (PAS) mediante cateterismo de la arteria femoral y de la PAP cateterizada a través del ventrículo derecho. Concomitantemente se realizó monitorización electrocardiográfica y de saturometría de pulso (SatO2). Se realizaron gasometrías seriadas, para la evaluación de la repercusión de la hipoxia y del estado ácido-base. El almacenamiento digital del registro se realizó utilizando el software Data Q Windaq Acquistion versión 2.71.
Para aporte de fluidos se infundió suero glucosado al 5% i/v (SG 5) a 70 ml/kg/día. Se mantuvo temperatura central del animal entre 38°5 a 39°5 C (la temperatura central del cerdo es de 39,5°) con sistema de calefacción por calor Thermacare®y bolsa de plástico aislante 3M®.
Se administraron antibióticos cefradina 100 mg/kg y gentamicina 4,5 mg/kg en forma profiláctica.
Intervención experimental: hipoxias transitorias y acidosis progresiva
]]> El protocolo experimental consistió en descender la FiO2 mediante mezcla de aire con N2 para lograr FiO2 desde 0,21 (basal) hasta 0,18; 0,14; 0,10 o 0,08, valorando la respuesta hemodinámica y su relación con los parámetros gasométricos. La duración del evento hipóxico fue de 6 a 10 minutos cada uno, según tolerancia hemodinámica. Se produjeron entre 3 y 6 hipoxias en el transcurso de cada experimento. Una vez estabilizada la respuesta a la hipoxia, logrando la elevación en meseta de la PAP, se administró ONi a 20 ppm.Se indujo acidosis metabólica en forma progresiva a través de la infusión de HC1 0,1 N i/v, por bomba de infusión continua a 10 mEq/hora. Una vez obtenida la estabilidad de los parámetros hemodinámicos a pH (7,30; 7,20; 7,10; 7,00), se produjeron hipoxias transitorias con las mismas características descritas previamente y se evaluó la respuesta hemodinámica con ONi. Se tomaron datos de la situación pre y postadministración del tratamiento.
Para cada valor de pH se incluyeron, al menos, 5 animales en cada grupo.
Estadística
Para los datos cuantitativos se usó el promedio como medida de resumen central y el desvío estándar como medida de dispersión. Para establecer la existencia de diferencias entre dos grupos se usó la prueba de "t", cuando se compararon tres o más grupos se realizó el análisis de varianza y para identificar cuáles eran los grupos diferentes se utilizó el análisis de Tukey.
Se usó la relación entre la PAP y la PAS para evaluar los cambios entre circuito pulmonar y sistémico.
Resultados
Efectos de la hipoxia y del pH
]]> Cuando la pO2 es mayor o igual a 40 mmHg y el pHmayor o igual a 7,40 la PAP sistólica es 31,8 ± 6,1 mmHg. A medida que el pH desciende, la PAP aumenta, siendo a pH 7,00 de 59,6 ±31,3 mmHg (figuras 1 y 2).
Al iniciar la hipoxia, cuya entidad se verificó con el descenso de la pO2, se observó invariablemente un aumento la PAP en cada pH estudiado (figura 1). El incremento de la presión en la arteria pulmonar durante la hipoxia se produjo en todos los intervalos de pH y fue de 25,3 mmHg (entre 32,2 y 18,5 mmHg, con un 95% de confianza). El incremento no tuvo diferencias significativas entre los intervalos de pH para una misma FiO2. Cuando se disminuye la FiO2 el tiempo en alcanzar el máximo descenso de la saturación es de 40 a 60 segundos. Se encontró una relación lineal entre el descenso de la saturación y el aumento de la PAP (figura 2).
Efectos del óxido nítrico
En hipoxia, al administrar ONi la PAP desciende un promedio de 20 mmHg (IC95% entre 14 y 26) (figura 3). Para un incremento promedio de la PAP de 25,3 mmHg por encima del valor basal, el ONi desciende un 75% de la PAP inducida por la hipoxia. En los rangos de pH más bajo el ONi no disminuye la HTP alcanzada por la acidosis. Este efecto es más marcado por debajo de pH 7,30.
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El análisis de monitorizaciones individuales en diferentes experimentos muestra con claridad este fenómeno (figura 4). Ante el descenso de la SatO2 al iniciar la hipoxia, tanto en pH fisiológico como en acidosis, se observa una taquicardia durante y después del evento, la PAS tiende a incrementar en pH fisiológico aunque durante la acidosis la respuesta tiende a la hipotensión. La PAP aumenta al iniciar la hipoxia independientemente del pH, sin embargo la PAP basal se encuentra ya elevada en acidosis. El ONi es efectivo en disminuir la PAP inducida por hipoxia, sin embargo la HTP inducida por la acidosis se mantiene sin cambios aun bajo tratamiento con el vasodilatador pulmonar.
Durante la reoxigenación puede observarse la disminución de la PAP a causa del efecto vasodilatador del oxígeno (en todos los rangos de pH). En la PAS a pH 7,40 hay una hipertensión sistémica inducida por la hipoxia, que en el caso del animal en acidosis es menor. En este modelo la relación PAP/PAS sistólica en situación basal (PaO2 = 53 mmHg ± 8,5 y pH = 7,37 ± 0,07) es de 0,65 (± 0,3), es decir que la PAP alcanza el 65% del valor de la PAS. Si estudiamos esta relación en situación de hipoxia (PaO2 < 40 mmHg) se observa que los valores son muy próximos a los básales cuando se administró ONi para los grupos de pH mayores a 7.10 (figura 5) . A pH menor de 7.10 la relación se hace mayor a 1 (PAP suprasistémica) sin la administración de ONi. Como se observa en la figura 4, la hipoxia asociada a la acidosis produce una hipotensión sistémica y el incremento en la arteria pulmonar es menor que a otros rangos de pH más altos, lo que produce un incremento del índice PAP/PAS.
Discusión
Tanto la acidosis metabólica como la hipoxia se han vinculado a la generación y mantenimiento de hipertensión pulmonar persistente(3,5,6). El modelo de estudio utilizado en este trabajo permitió la evaluación de la respuesta hemodinámica frente a la hipoxia, la asociación de hipoxia y acidosis así como el tratamiento con ONi. A medida que disminuye el pH sanguíneo, la PAP basal se eleva, evidenciando la sensibilidad de la vasculatura pulmonar ante este hecho. En cada pH evaluado, al producirse un evento hipóxico, se eleva la PAP tal como demostrara Rudolph en sus experimentos realizados en corderos, en los que confirmaba el incremento de la resistencia vascular pulmonar frente al descenso de la pO2(3). En este sentido se evidenció en este modelo que tanto el descenso del pH sanguíneo como la existencia de hipoxia son fenómenos independientes que determinan un incremento de la PAP.
A partir de trabajos que mostraron la seguridad y eficacia del ONi en el tratamiento de la HTP del recién nacido, se ha considerado como la droga de elección en el manejo de esta entidad al provocar vasodilatación pulmonar selectiva(7-10).
Dada la fisiopatología de la HTP, independientemente de la etiología, es frecuente la presencia de acidosis metabólica y eventos hipóxicos intercurrentes que agravan la situación. En particular se observó que la hemodinamia sistémica presenta una respuesta diferente a pH fisiológico que en acidosis. La PAS durante la hipoxia tiende a elevarse, lo cual en conjunto con el incremento de la FC permiten el mantenimiento de un gasto cardíaco adecuado, garantizando la perfusión tisular de tejidos nobles en situación de restricción energética(11).
Sin embargo el mismo evento en acidosis no permite al circuito sistémico mantener la PAS basal a pesar del aumento de la FC, comprometiendo así el mantenimiento del gasto cardíaco, tal como se ha descrito ante hipoxias reiteradas en corderos(12).
Durante la reoxigenación también se observan fenómenos diferentes a pH fisiológico o en acidosis en este modelo experimental. A pH fisiológico la disponibilidad de oxígeno repentina y la salida de la anaerobiosis permiten que las catecolaminas circulantes eleven la PAS(13) a diferencia de lo que ocurre en acidosis donde este fenómeno deprime la respuesta hipertensiva normal tal como ya ha sido descrito en otros modelos de estudio(14).
Este modelo permitió mostrar que la PAP, para todos los pH estudiados, desciende ante la administración de ONi en caso de hipoxia. Se observó que la respuesta alcanzada es rápida, mantenida durante la inhalación del gas y suprimida una vez suspendido el mismo. En acidosis la administración de ONi desciende la PAP pero no al nivel basal como ocurre a pH fisiológico.
La HTP en el recién nacido es un fenómeno hemodinámico donde el aumento de la resistencia vascular pulmonar determina disminución del flujo sanguíneo pulmonar, hipoxemia secundaria y pasaje de sangre no oxigenada (a través del ductus arterioso y del foramen oval) al territorio sistémico. La estrategia terapéutica que se utilice debe determinar vasodilatación pulmonar sin alterar la hemodinamia sistémica a los efectos de mantener indemne la perfusión tisular. Por lo tanto es relevante la relación entre la PAP y la PAS. El ONi ha demostrado actuar de manera selectiva sobre la vasculatura pulmonar. En este modelo experimental se comprobó que para todos los pH estudiados, en hipoxia, el ONi no produce caída de la PAS, confirmado por el mantenimiento de la relación PAP/PAS próxima al valor basal. Es una de las ventajas del ONi así como su fácil aplicación. Dado que el ONi tiene falta de respuesta, o es muy escasa en algunos casos, se requieren otros fármacos con acción vasodilatadora pulmonar. En estos casos el mantenimiento de la presión arterial sistémica es muy importante en el manejo de la HTP, porque la hipotensión sistémica puede aumentar el shunt de derecha a izquierda.
]]> Cuando se usen drogas con efecto hipotensor en la presión arterial sistémica se debe controlar estrictamente la presión arterial. En lo posible se debe hacer un registro continuo de la misma.Un hecho a destacar en este modelo es el aumento inmediato de la presión en la arteria pulmonar (40 segundos) una vez que se produce el descenso de la FiO2 por debajo de 0,21 (aire). Extrapolando esta información, este dato es relevante en el cuidado del recién nacido humano, debido a que señala la prioridad de mejorar la pO2 en forma urgente una vez ocurrido un episodio de hipoxia.
La corrección de acidosis y la prevención de eventos hipóxicos deberían ser una prioridad para evitar elevaciones bruscas de la PAP que pueden descompensar a un individuo en condición crítica. Aunque el ONi sea capaz de estabilizar la hemodinamia ante eventos de riesgo como por ejemplo la caída de la SatO2 por debajo de 80% (habitualmente asociados a maniobras) los cuidados deben ser extremados para que no se produzcan.
En resumen, los eventos hipóxicos de breve duración en cerdos recién nacidos generan HTP y alteraciones sobre la hemodinamia sistémica. La aplicación de ONi desciende la PAP eficazmente sin modificar la presión sistémica a diferentes pH. Aunque la entidad de las hipoxias sea variable la potencia del ONi se mantiene, produce vasodilatación pulmonar tanto en hipoxia como en acidosis, aunque con menor eficacia en esta ultima circunstancia.
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Correspondencia: Dr. Miguel Martell
Correo electrónico: migale@multi.com.uy
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