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CBMI 2021: você conhece a tomografia de impedância elétrica?

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A tomografia computadorizada (TC) representou um importante avanço em termos diagnósticos para pacientes em UTI. No entanto, o transporte para o setor de Radiologia às vezes possui um risco inaceitável, em função de instabilidade hemodinâmica ou respiratória. A tomografia por impedância elétrica (TIE) foi desenvolvida para monitorização da ventilação alveolar, e mais recentemente da perfusão pulmonar, em tempo real, à beira do leito, sem utilização de radiação. Nesse texto discutiremos como funciona o método, além das utilizações clássicas e emergentes do método.

Portrait of confident female doctors consulting patient in hospital

Como funciona a tomografia de impedância elétrica?

A TIE utiliza uma cinta, contendo 8 a 32 eletrodos, que é colocada ao redor do tórax do paciente. Quando um par de eletrodos é ativado, um deles emite uma corrente elétrica que percorre o tórax, em direção ao outro eletrodo. A corrente elétrica alternada emitida possui alta frequência (50–80 kHz) e baixa intensidade (5–10 mA). Enquanto um par de eletrodos emite e recebe a corrente, os demais instalados em torno do tórax realizam a leitura das voltagens percebidas. Os pares de eletrodos se revezam na tarefa de emissão e leitura das voltagens (figura 1).

Quanto maior a aeração pulmonar, maior será a dificuldade para a passagem da corrente elétrica através do tórax (maior impedância elétrica). Por exemplo, durante uma respiração superficial, a impedância do tecido pulmonar muda apenas em 5% (entre a inspiração e a expiração). Durante uma respiração profunda a variação na impedância chega a 300% (do volume residual até a capacidade pulmonar total).

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Em situações de preenchimento do parênquima pulmonar (ex: infiltrado inflamatório na SDRA), ou colapso alveolar (ex: atelectasia), a resistência para passagem das correntes elétricas será menor (menor impedância elétrica). A perfusão do parênquima pulmonar também interfere na sua impedância elétrica (quanto maior a perfusão, menor será a impedância elétrica).

A TIE não consegue realizar a leitura de valores absolutos de impedância, mas somente a sua variação. São realizadas comparações entre a impedância de base (quando o aparelho foi instalado) e a atual, ou mesmo, entre a impedância elétrica inspiratória e expiratória.  Essas variações percebidas na impedância, são utilizadas para criar uma reconstrução, em tempo real, da ventilação pulmonar, através de um algoritmo.

Estima-se que a TIE consegue avaliar uma região do parênquima pulmonar com 3 cm de profundidade e 10 cm de comprimento craniocaudal, ao redor da região onde os eletrodos são colocados. A imagem produzida possui 32 × 32 pixels, com cada pixel representando a variação na impedância em uma região de interesse diferente. Assim, obtemos uma amostra do parênquima pulmonar, mas não atingimos a resolução de uma tomografia computadorizada de tórax (a resolução espacial da TIE é menor do que a da TC). São geradas em torno de 50 imagens por segundo, de forma que a resolução temporal da TIE é superior à da TC. Essa alta resolução temporal permite o diagnóstico de algumas condições impossíveis de serem visualizadas de outra forma, como o fenômeno de pendelluft.

A imagem é apresentada na tela do aparelho de forma semelhante a um corte tomográfico, com o hemitórax esquerdo apresentado à direita da tela, e o hemitórax direito na parte esquerda da tela. A porção anterior do tórax aparece na parte superior da tela, e as porções posteriores na parte inferior da tela (figura 1). Podemos observar as assimetrias na ventilação entre os hemitóraces, ou entre as porções anterior e posterior do pulmão (figuras 2, 3 e 4).

Figura 1 (retirada da referência 1): A – Colocação da cinta com eletrodos no tórax do paciente, entre o quinto e o sexto espaços intercostais. B – Corte axial de TC de tórax com representação esquemática das vias da corrente elétrica através do tórax. C – Imagem funcional reconstruída por tomografia de impedância elétrica (TIE) em escala de cores: quanto mais claro o azul, maior a ventilação regional. Legendas: A – anterior; P – posterior; R – direita; L – esquerda.

 

Figura 2 (retirada da referência 1): A – Exemplo de insuflação pulmonar heterogênea. As regiões ventrais inflam primeiro, enquanto as regiões dorsais começam a inflar mais tardiamente. B – Ventilação pulmonar homogênea. Ambas as regiões ventral e dorsal começam a inflar simultaneamente. Legendas: AU – Unidades arbitrárias.

 

Figura 3 (retirada da referência 1): Tomografia computadorizada (CT) de um paciente com pneumonia e a imagem funcional correspondente obtida a partir da impedância elétrica tomografia (EIT). Observe a ausência de ventilação na parte inferior do hemitórax direito na imagem da EIT e a consolidação maciça correspondente na imagem de tomografia.

 

Figura 4 (retirada da referência 1): Mapa da ventilação pulmonar em um modelo de síndrome do desconforto respiratório agudo. A esquerda, com PEEP de 5 cmH2O, observe o predomínio da ventilação na região anterior do tórax. A direita, com PEEP de 15 cmH2O, ocorre a abertura de regiões posteriores do pulmão, com ventilação alveolar mais homogênea.

Avaliação de Sobredistensão e Colapso pulmonar 3

O aparelho de TIE também fornece uma pletismografia ciclo a ciclo, demonstrando o volume corrente fornecido. Ele também é conectado ao circuito do ventilador mecânico, para avaliação das pressões de via aérea. Assim, o TIE consegue medir a complacência pulmonar ciclo a ciclo. Uma das ferramentas do aparelho é a de titulação da PEEP, através da manobra decremental, com avaliação da complacência a cada nível de PEEP. Assim é fornecida a PEEP ideal (aquela em que a complacência é máxima).

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O aparelho assume que a perda da complacência, quando aumentamos a PEEP acima do nível ideal, ocorre por hiperdistensão. Ele também assume que a perda de complacência, com níveis de PEEP abaixo do ideal, ocorre por colapso alveolar. Dessa forma, com essas duas suposições, o TIE cria um gráfico do percentual de colapso versus de sobredistensão alveolar.

Figura 5 (retirada da referência 1): Estimativa do colapso pulmonar e sobredistensão durante a manobra de PEEP decremental. A – Redução da impedância pulmonar (ondas azuis) em cada nível de PEEP (ondas amarelas). B – Complacência, colapso e sobredistensão do sistema respiratório em cada nível de PEEP. Observe que a PEEP que ocasionou melhor complacência (17 cmH2O) não coincide com a PEEP que minimiza o colapso alveolar (15 cmH2O). C – Mapas de sobredistensão e colapso em cada etapa da PEEP. Observe o aumento progressivo do colapso pulmonar com a redução da PEEP, predominantemente na região posterior.

Detecção de Pneumotórax

A ocorrência de pneumotórax produz uma alteração abrupta da impedância elétrica na região do acúmulo de ar. A TIE demonstra isso com um aumento súbito no brilho da imagem na tela (figura 6) . Essa ferramenta de detecção de pneumotórax com TIE está em desenvolvimento.

Figura 6 (retirada da referência 1): Tomografia computadorizada (TC), mapa de ventilação e mapa de alteração da aeração, obtidos no início e após a indução de pneumotórax em um porco. As setas apontam a região de acúmulo de ar no espaço pleural.

Perfusão Pulmonar

A perfusão pulmonar é avaliada durante uma pausa expiratória, com injeção concomitante de salina hipertônica através de acesso venoso profundo, a fim de promover variação na impedância elétrica pulmonar. O aparelho de TIE possui uma ferramenta específica para essa finalidade, com a ideia de identificar regiões de ventilação preservada, sem perfusão adequada, que poderiam representar um tromboembolismo pulmonar (figura 7).

Um estudo recente (FRESH trial 4), também utilizou um monitor de variação de impedância torácica (Cheetah Medical’s Starling SV monitor) para avaliação de fluido responsividade de forma totalmente não invasiva (figura 8).

Figura 7 (retirada da referência 1): Imagens de ventilação e perfusão por tomografia de impedância elétrica (EIT) de um paciente com pneumonia adquirida na comunidade afetando o lobo inferior esquerdo. Observa-se redução da ventilação no quadrante inferior esquerdo em comparação com o quadrante inferior direito, sem alterações na distribuição da perfusão nos quadrantes inferiores. Isso acarretaria efeito shunt com risco de hipoxemia no paciente.

 

Figura 8 (retirado do site da Baxter ®): Monitor de avaliação do débito cardíaco baseado na bioimpedância elétrica do tórax, utilizado no estudo FRESH 4.

Mensagem final

A TIE é um método a beira leito que possui diversas finalidades, como titulação de PEEP para otimizar a relação entre sobredistensão e colapso alveolar; detecção de pneumotórax e tromboembolismo pulmonar; além da identificação assincronias como pendelluft. No entanto, a TIE possui algumas limitações. Ela avalia a variação da impedância em relação a um valor de base prévio, e não valores absolutos, de forma que alterações presentes antes do início da monitorização (ex: consolidação ou derrame pleural prévio) não conseguem ser detectadas. Além disso, a calibração adequada de algumas dessas ferramentas, assim como a construção de eletrodos mais acurados, e cintas com melhor adaptação ao tórax, ainda estão em contínua evolução.

Boa parte dos trabalhos que avaliaram a TIE até o momento envolvem estudos em animais, ou estudos em humanos avaliando desfechos fisiológicos. Alguns estudos em andamento prometem avaliar o impacto dessas ferramentas em desfechos clínicos importantes.

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Referências bibliográficas:

  1. Bachmann MC, Morais C, Bugedo G, Bruhn A, Morales A, Borges JB, Costa E, Retamal J. Electrical impedance tomography in acute respiratory distress syndrome. Crit Care. 2018 Oct 25;22(1):263. doi: 10.1186/s13054-018-2195-6
  2. Tomicic V, Cornejo R. Lung monitoring with electrical impedance tomography: technical considerations and clinical applications. J Thorac Dis. 2019 Jul;11(7):3122-3135. doi: 10.21037/jtd.2019.06.27
  3. Costa ELV, Borges JB, Melo A, Suarez-Sipmann F, Toufen C, Bohm SH, et al. Bedside estimation of recruitable alveolar collapse and hyperdistension by electrical impedance tomography. Intensive Care Med. 2009;35:1132–7.
  4. Douglas IS, Alapat PM, Corl KA, Exline MC, Forni LG, Holder AL, Kaufman DA, Khan A, Levy MM, Martin GS, Sahatjian JA, Seeley E, Self WH, Weingarten JA, Williams M, Hansell DM. Fluid Response Evaluation in Sepsis Hypotension and Shock: A Randomized Clinical Trial. Chest. 2020 Oct;158(4):1431-1445. doi: 10.1016/j.chest.2020.04.025
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