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Análise macroscópica infra-vermelha da difusão do óxido nitroso via inalatória para a cavidade abdominal, em ratos submetidos a pneumoperitônio* Análisis macroscópica infrarroja de la difusión del óxido nitroso vía inhalatoria para la cavidad abdominal, en ratones sometidos a pneumoperitoneo Daniel ColmanI; Marcos Leal BrioschiII; Mário Cimbalista JúniorIII; Elizabeth Mila Tambara, TSAIV; Maria Célia Barbosa Fabrício de Melo, TSAV; Leonardo Pimpão BlumeVI IMédico
Anestesiologista do Hospital de Clínicas da
UFPR. Mestrando em Clínica Cirúrgica pela UFPR
RESUMO JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: O óxido nitroso (N2O), por ser uma estrutura tri-atômica assimétrica, assume características de alta emissão e absorção de energia no espectro infra-vermelho, com um pico característico de absorção em 4,5 µm, o que o torna visível ao infra-vermelho curto, quando contrastado com uma fonte emissora
de calor (anteparo quente). Diversos autores
têm descrito a difusão do N2O para
cavidades fechadas por métodos como cromatografia
gasosa e analisador de gases, que não permitem
um estudo macroscópico detalhado do gás. O presente
estudo teve como objetivo a filmagem macroscópica
no espectro infra-vermelho da difusão de N2O,
utilizado em anestesia inalatória, para a cavidade
peritoneal de ratos submetidos a pneumoperitônio
de 20 mmHg com ar ambiente. Unitermos: ANESTÉSICOS, Gasoso: óxido nitroso; ANIMAL: rato; TÉCNICAS DE MEDIÇÃO: imagem infra-vermelha RESUMEN JUSTIFICATIVA Y OBJETIVOS: El óxido nitroso (N2O), por ser una
estructura tri-atómica asimétrica, toma características
de alta emisión y absorción de energía en el
espectro infrarrojo, con un pico característico
de absorción en 4,5 µm, lo que lo hace visible
al infrarrojo corto, cuando contrastado con
una fuente emisora de calor (resguardo caliente).
Diversos autores han descrito la difusión del
N2O para cavidades cerradas por métodos
como cromatografia gaseosa y analizador de gases,
que no permiten un estudio macroscópico detallado
del gas. El presente estudio tubo como objetivo
la filmación macroscópica en el espectro infrarrojo
de la difusión de N2O, utilizado
en anestesia inhalatoria, para la cavidad peritoneal
de ratones sometidos a pneumoperitoneo de 20
mmHg con aire ambiente. INTRODUÇÃO O óxido nitroso (N2O), o mais antigo dos agentes inalatórios, é amplamente utilizado no mundo todo 1. Suas propriedades, em especial a baixa solubilidade 2, conferem características farmacocinéticas especiais e desejáveis a um agente inalatório. Os processos de captação, distribuição e eliminação são muito rápidos. Apresenta ações colaterais pouco pronunciadas, merecendo destaque as mínimas repercussões cardiovasculares e respiratórias 3,4. Além disso, é pouco metabolizado. Do ponto de vista estrutural, o N2O é uma molécula tri-atômica assimétrica, possuindo características de grande absorção e emissão de irradiação infra-vermelha 5, com um pico característico em 4,5 µm no espectro. Pelo fato de ser empregado em altas concentrações na anestesia inalatória e largamente utilizado em pediatria 6, foi escolhido como modelo dos estudos macroscópicos de gases envolvidos na exposição ocupacional do anestesiologista. Desse modo, adiciona uma nova dimensão no estudo da dispersão de gases anestésicos no centro cirúrgico e na avaliação de sistemas de drenagem do ar da sala de operações 7, bem como na adaptação da máscara facial de maneira correta a evitar vazamentos, na produção de material didático- educativo, servindo ainda como um indicador de gases e vapores perdidos no ambiente, tanto quantitativamente, quanto qualitativamente 8. Algumas controvérsias permanecem sobre o uso de N2O em Anestesiologia: graças à sua solubilidade, maior que a do nitrogênio 9, passa a ocupar espaços antes preenchidos por este em cavidades do organismo preenchidas por gases (como o ouvido médio) 10-12, aumentando tanto em volume quanto em pressão em seu interior. Apesar de seu potencial para uso em laparoscopia como agente inalatório ou no próprio pneumoperitônio 13, o N2O pode contribuir para distensão de alças intestinais 14, apesar de que este efeito tem sido contestado em estudos mais recentes. Spivak e col., em cirurgias laparoscópicas, não evidenciaram diferença significativa entre o uso de N2O ou de ar atmosférico em relação às condições do campo cirúrgico 15. O presente estudo tem como objetivo analisar macroscopicamente a difusão do óxido nitroso, utilizado em anestesia inalatória, para a cavidade peritoneal, através da filmagem no espectro infra-vermelho em ratos submetidos a pneumoperitônio com pressão de 20 mmHg de ar ambiente.
MÉTODO O protocolo experimental utilizado neste estudo foi aprovado pelo Centro de Ciências Biológicas e da Saúde da Pontifícia Universidade Católica do Paraná (CCBS-PUC/PR) e conduzido obedecendo aos princípios éticos do Colégio Brasileiro de Experimentação Animal (COBEA) e registrado no Grupo de Pesquisas em Imagem Infra-vermelha, do Conselho Nacional de Pesquisas - PUC/PR. Foram utilizados 15 ratos machos da linhagem Wistar (Rattus norvegicus albinus, Rodentia mammalia), com idades entre 120 e 153 dias (média de 135,9 dias). No pré-operatório forneceu-se ração padronizada e água ad libitum, até 12 horas antes da anestesia. O experimento foi realizado no Laboratório de Lesão Medular e Trauma Experimental da PUC/PR. Admitiu-se mínima variação térmica, com temperatura ambiental mantida em 20 ºC e umidade relativa do ar em 75%. As mesmas foram verificadas com termo-higrômetro de bulbo seco e úmido (Incotherm, Br). As perdas de calor por convecção foram minimizadas mantendo-se portas e janelas fechadas e mínima movimentação ao redor dos animais. O fluxo de ar foi controlado com um anemômetro digital de pás rotativas, modelo HHF 300 A (Omega Engineering, Inc), a uma distância de 10 cm do animal, mantendo-se a velocidade do fluxo de ar menor que 0,2 m.s-1. Este é o valor de transição entre a perda de calor por convecção livre e forçada 16. A anestesia foi induzida e mantida com os agentes estudados: tiopental sódico, isoflurano e isoflurano associado ao N2O a 66%) sendo os agentes anestésicos inalatórios administrados através de um cone facial com oxigênio e uso de vaporizador universal com fluxo de admissão de gases de 3 L.min-1. Os animais foram mantidos em plano anestésico nível III de Guedel. A monitorização foi realizada observando-se a presença de reflexos, a freqüência respiratória, a coloração das mucosas 17 e as alterações da pressão intra-abdominal. Os animais foram divididos em 3 grupos:
Na saída do vaporizador universal de gases foi acoplado um tubo plástico em forma de "T" que desviou o fluxo em duas direções, uma para o cone facial em contato com o animal para indução e manutenção da anestesia, e outra para controle dos gases do sistema anestésico e filmagem. Para a obtenção do pneumoperitônio 18 com pressão intra-abdominal de 20 mmHg, puncionou-se a cavidade peritoneal com cateter de teflon 22G conectado a um sistema de anerômetro (Welch Allyn, Tycos®, Arden, USA) previamente calibrado. O sistema permaneceu acoplado à cavidade abdominal, permitindo monitorização contínua da pressão intra-abdominal. Uma vez obtida a pressão desejada, interrompeu-se a insuflação. Após 45 minutos, procedeu-se à descompressão do pneumoperitônio por meio de nova punção abdominal com cateter de teflon 16G e filmagem da saída do gás contido na cavidade abdominal no espectro infra-vermelho compreendido entre 3,5 a 5 µm. Esta nova punção foi realizada com a finalidade de se obter um esvaziamento mais rápido. Durante a descompressão abdominal, suspendeu-se a administração de gases anestésicos ao animal, para evitar contaminação com N2O durante a filmagem. Um radiômetro Thermovision AGEMA 550 (FLIR SystemsT, Suécia) foi utilizado para captar a faixa espectral das ondas eletromagnéticas emitidas entre 3,5 e 5 µm, isto é, ondas no espectro infra-vermelho curto. A resolução espacial máxima obtida é de 0,1 a 0,2 mm. A irradiação infra-vermelha que é emitida naturalmente por objetos no ambiente é captada e convertida, por meio de um detector de PtSi resfriado com nitrogênio líquido (steerling cicle), em sinal elétrico. Este sinal é processado em uma planilha numérica de 76.000 pontos de temperatura absoluta, calibrados por quadro, representada instantaneamente em imagem térmica com resolução de 320 x 240 pixels e sensibilidade térmica maior que 0,1 ºC. Os gases tri-moleculares, inclusive o N2O, têm a propriedade física de absorção e emissão de energia na faixa infra-vermelha 4,19, o que o torna visível ao infra-vermelho, quando colocado entre um anteparo que emite calor e um radiômetro. Neste estudo, utilizou-se uma caixa de acrílico contendo água a 40 ºC como fonte emissora de calor para visualização do óxido nitroso ao infra-vermelho. O radiômetro foi montado em um suporte vertical a 1 m de distância da caixa de acrílico, focada diretamente na superfície ventral do animal de modo a formar um ângulo de 60º com o cateter de teflon, durante a filmagem da descompressão abdominal. Filmou-se também, a título de controle, os gases que estavam sendo administrados ao animal via cone facial, pela saída em "T" proveniente do sistema de anestesia, conforme a figura 1. As imagens foram processadas em computador Pentium III 750 MHz acoplado a uma placa PCMCIA. Por meio de um programa específico, ThermaCAMT Researcher 2001, FLIR Systems (Suécia), as imagens capturadas foram gravadas a 7 quadros por segundo durante todo o momento da descompressão abdominal, nas mesmas condições ambientais já descritas. Todas as imagens foram representadas por termogramas infra-vermelhos em um monitor de vídeo e gravadas em CD-Rom para posterior análise pelo programa. As imagens foram plotadas utilizando-se amplitude térmica (range) entre 50 ºC e 20 ºC, temperatura média (level) de 42 ºC e escala colorimétrica (pallete) contínua "RAINBOW900", na qual as cores branco, vermelho, amarelo, verde, azul e preto representaram um gradiente decrescente das áreas de temperatura, igualmente distribuídas na escala, da mais quente para mais fria e mantida até o final do experimento. Para efeitos de impressão em preto e branco, as imagens foram trabalhadas com o software Adobe Photoshop 5.0, através do qual as cores foram filtradas na palheta vermelha seguido de aplicação de tons de cinza para um melhor contraste entre os elementos da pesquisa. Para análise semi-quantitativa de gases, visíveis ao infra-vermelho, calculou-se o diferencial de temperatura entre o controle do que o animal estava inalando (item B da figura 1) com o que saiu da cavidade abdominal (item D da figura 1).
RESULTADOS O óxido nitroso a 66% pode ser visualizado ao infra-vermelho pelo método descrito e protocolado em termogramas, em que cores amareladas representam a emissão de calor pelo anteparo de acrílico com água aquecida em seu interior, e as cores esverdeadas (mais frias) representam a energia absorvida pelo N2O, formando um contraste visível à filmagem infra-vermelha, conforme a figura 2. No grupo I não houve formação de imagens de rastro de gases visíveis ao infra-vermelho nos termogramas obtidos durante a filmagem macroscópica dos gases provenientes do cone facial (O2 a 100%), conforme a figura 3. O O2 demonstrou-se invisível ao infra-vermelho. Também não houve a formação de imagens de rastros de gases nos termogramas obtidos durante a filmagem macroscópica dos gases provenientes da cavidade intra-abdominal, durante a descompressão, conforme a figura 4. Em relação ao grupo II não houve formação de imagens de rastros de gases visíveis ao infra-vermelho em termogramas provenientes durante a filmagem macroscópica dos gases provenientes do cone facial (O2 a 100% carreando isoflurano a 1,2%). Neste estudo, com o método empregado e a faixa espectral utilizada, o isoflurano demonstrou-se invisível ao infra-vermelho. Também não houve formação de imagens de rastros de gases visíveis ao infra-vermelho em termogramas provenientes dos gases da cavidade intra-abdominal durante a descompressão. O padrão dos termogramas obtidos no grupo II seguem os padrões das figura 3 e figura 4. No grupo III houve formação de imagens de rastros de gases visíveis ao infra-vermelho em termogramas provenientes durante a filmagem macroscópica dos gases provenientes do cone facial (O2 a 33,4% associado a N2O a 66,6% com isoflurano a 0,6%). Isso demonstra claramente que o N2O é visível em termogramas obtidos na faixa infra-vermelha, seguindo-se o padrão do figura 2. Imagens com padrão de gases visíveis ao infra-vermelho foram obtidas também durante a filmagem macroscópica dos gases provenientes da cavidade intra-abdominal, durante a descompressão, conforme as figura 5 e figura 6. O diferencial de temperatura entre B da figura 2 e D das figura 5 e figura 6 foi próximo a zero, sugerindo que a concentração de N2O que saiu da cavidade era próxima da fração inspirada pelo animal, ou seja, 66%. Tal fato demonstra a difusão do óxido nitroso utilizado na anestesia geral inalatória para a cavidade peritoneal, em ratos submetidos a pneumoperitônio com 20 mmHg de ar ambiente. A pressão intra-abdominal manteve-se estável em 20 mmHg durante o estudo, nos três grupos.
DISCUSSÃO A maioria dos gases e vapores com estrutura molecular bipolar absorve energia infra-vermelha. Se tal gás for interposto entre um objeto emitindo radiação infra- vermelha e um radiômetro, o gás absorverá a radiação infra-vermelha e esta energia absorvida se traduzirá como um abaixamento na temperatura detectada no termovisor, sendo visualizado na análise do termograma 19. Por este método é possível visualizarem-se gases invisíveis ao olho humano. Este método foi utilizado para o estudo dos níveis de poluição de agentes inalatórios mais comumente utilizados em Anestesiologia e permite o estudo das dispersões de gases poluentes e vapores durante o exercício profissional. Um estudo pesquisou níveis de poluição em salas de um serviço de anestesia pediátrica e demonstrou a importância de manuseio correto da máscara facial para se evitarem perdas de gases anestésicos poluentes para o meio ambiente. Concluiu que este método, além de permitir uma análise macroscópica da difusão do gás no ambiente, propicia ainda uma análise semi-quantitativa que teve correlação com os dados obtidos pelo analisador de gases 19. O mesmo autor concluiu que os gases poluentes são insuficientemente evacuados da sala cirúrgica durante a ventilação. Neste estudo, além de se analisar macroscopicamente a difusão de N2O por via inalatória para o pneumoperitônio, pode-se inferir que sua concentração era próxima à fração inspirada, por meio da análise de subtração de imagens. A atmosfera possui certas propriedades de emissão e absorção de energia. As moléculas de gases e vapores vibram em determinadas freqüências 5, e quando atingidas, absorvem um fóton de energia, o que faz com que um gás possa vir a ser contrastado quando passa entre a fonte emissora e o radiômetro. Os gases monoatômicos, como o Neon, fazem somente transições eletrônicas, enquanto que gases diatômicos, como o O2 e o N2, não possuem momento elétrico dipolo, e portanto não absorvem nem emitem energia significativamente em condições ambientais, sendo considerados invisíveis ao infra-vermelho 5. Tal fato foi observado em nosso estudo, pois não se evidenciou em nenhum momento o aparecimento de imagem de gás visível ao infra-vermelho quando o O2 foi usado no grupo I. O pneumoperitônio foi realizado com ar atmosférico, sabidamente invisível ao infra-vermelho. Moléculas assimétricas diatômicas, como o NO e o CO, emitem e absorvem energia infra-vermelha, mas de maneira muito fraca em condições ambientais. Já moléculas tri-atômicas como o N2O, SO2, H2O, e CO2 exibem fortes tendências para absorção ou emissão de energia. Estes gases podem vir a atrapalhar a interpretação dos componentes da imagem encontrada, pois o radiômetro utilizado neste estudo possui uma janela de observação na faixa 3,5 a 5 µm, enquanto tais moléculas possuem janelas com o pico de absorção nas seguintes faixas 5: CO2 (2,0; 2,7, 4,3; 15 µM); H2O (1,4; 1,9; 2,7; 6,3 20 µM) e N2O (4,5 µM). Tal fenômeno pode ser controlado em nossos estudos utilizando-se ar ambiente no pneumoperitônio, que é sabidamente invisível ao infra-vermelho. No grupo II, sabendo que o O2 é invisível ao infra-vermelho, as imagens obtidas com isoflurano (como controle do que era vaporizado), demonstraram que este agente mostrou-se também invisível nas condições deste estudo. Uma vez que não houve aparecimento de rastro de gás visível ao infra-vermelho ao se descomprimir o abdômen nos animais do grupo II, torna-se improvável que o vapor d'água oriundo da serosa peritoneal contido na cavidade abdominal venha a exercer influência nos resultados encontrados nas condições deste estudo. Em relação ao grupo III, no qual se utilizou N2O por via inalatória com isoflurano e O2, encontrou-se a imagem de subtração provocada pelo N2O, o único elemento visível ao infra-vermelho, uma vez que tanto o O2 quanto o isoflurano já haviam se mostrado invisíveis (Grupos I e II). A presença de imagem de gás visível ao infra-vermelho obtida durante a descompressão abdominal no grupo III, demonstra claramente ser devido ao N2O, pois se houvesse a interferência de vapor d'água ou de outros gases, este teria aparecido durante a descompressão abdominal dos grupos I e II. Este estudo demonstra claramente a difusão do N2O para cavidades fechadas, em 45 minutos, em ratos submetidos a pneumoperitônio de 20 mmHg. Um autor 7 concluiu em um modelo animal com porcos que o N2O utilizado na anestesia geral acumula-se no pneumoperitônio, e que em menos de 2 horas a cavidade intra-abdominal suína foi preenchida por N2O a 29%, já suficiente para suportar combustão. O mesmo autor preconizou o escape contínuo dos gases, com reposição de CO2 fresco, em velocidade de 4 a 8 vezes por hora o volume inicial injetado de CO2 para insuflação da cavidade a 12 mmHg 20. O método empregado pelo referido autor foi coleta de gás da cavidade peritoneal do porco de 10 em 10 minutos e detecção por cromatografia gasosa. Este método implica coleta de gases em seringas de propileno, apresentando limitações e dificuldades de interpretação, pois os gases sofrem difusão para o meio ambiente, o que pode alterar o resultado final 21. O método da filmagem infra-vermelha foi um marco no estudo da exposição ocupacional aos agentes inalatórios e pode ser utilizado em pesquisa de cirurgia videolaparoscópica ou em qualquer outra pesquisa em Anestesiologia que envolva análise macroscópica de gases e sua semi-quantificação. Pode ser realizado em tempo contínuo, não necessitando coleta de amostras gasosas intra-peritoneais. A filmagem é instantânea, ficando os dados gravados para posterior análise, não dependendo de laboratório e nem do fator tempo que pode vir a comprometer os resultados finais da análise. Apesar de seu potencial para uso em laparoscopia como agente inalatório ou no próprio pneumoperitônio 13, alguns pontos críticos e discutíveis persistem quanto ao seu uso em anestesia, principalmente em relação a contribuição para distensão de alças, apesar deste efeito ter sido contestado por diversos estudos mais recentes 22. Em nosso estudo não houve aumento da pressão intra-abdominal, apesar da difusão do N2O para a cavidade intra-peritoneal. Outra preocupação é o potencial de formar misturas comburentes 21,23,24, mas esta discussão se restringe a cirurgias nas quais ocorre lesão de alça intestinal com extravasamento de gases . O uso do N2O vem sendo preconizado em cirurgias laparoscópicas por alguns autores, principalmente em colecistectomias 13 e em cirurgias em que não ocorre extravasamento de gases intestinais para a cavidade. O N2O, usado como gás intracavitário para cirurgias laparoscópicas, apresentou menor incidência de alterações hemodinâmicas e ventilatórias 25 quando comparado ao CO2, não tendo provocado disritmias 26-29, prejuízo do campo cirúrgico e nem aumento da incidência de náuseas e vômitos no período pós-operatório, proporcionando ainda menor consumo de opióides 30. Pelos dados obtidos nesta pesquisa, conclui-se que o óxido nitroso por via inalatória a 66%, administrado durante 45 minutos, difundiu-se para a cavidade peritoneal de ratos submetidos a pneumoperitônio com 20 mmHg de ar ambiente, já que foi detectado macroscopicamente por filmagem no espectro infra-vermelho, sem que se tenha verificado aumento da pressão intra-abdominal nos 3 grupos estudados.
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