ABSTRACT

Objective: To evaluate the effects of positive expiratory pressure (PEP) on pulmonary epithelial membrane permeability in healthy subjects. Methods: We evaluated a cohort of 30 healthy subjects (15 males and 15 females) with a mean age of 28.3 ± 5.4 years, a mean FEV1/FVC ratio of 0.89 ± 0.14, and a mean FEV1 of 98.5 ± 13.1% of predicted. Subjects underwent technetium-99m-labeled diethylenetriaminepentaacetic acid (99mTc-DTPA) radioaerosol inhalation lung scintigraphy in two stages: during spontaneous breathing; and while breathing through a PEP mask at one of three PEP levels-10 cmH2O (n = 10), 15 cmH2O (n = 10), and 20 cmH2O (n = 10). The 99mTc-DTPA was nebulized for 3 min, and its clearance was recorded by scintigraphy over a 30-min period during spontaneous breathing and over a 30-min period during breathing through a PEP mask. Results: The pulmonary clearance of 99mTc-DTPA was significantly shorter when PEP was applied-at 10 cmH2O (p = 0.044), 15 cmH2O (p = 0.044), and 20 cmH2O (p = 0.004)-in comparison with that observed during spontaneous breathing. Conclusions: Our findings indicate that PEP, at the levels tested, is able to induce an increase in pulmonary epithelial membrane permeability and lung volume in healthy subjects.

Keywords: Lung/metabolism; Technetium Tc 99m pentetate/pharmacokinetics; Radiopharmaceuticals; Positive-pressure respiration.

RESUMO

Objetivo: Avaliar os efeitos da pressão expiratória positiva (PEP) na permeabilidade da membrana epitelial pulmonar em indivíduos saudáveis. Métodos: Foi avaliada uma coorte de 30 indivíduos saudáveis (15 homens e 15 mulheres), com média de idade de 28,3 ± 5,4 anos, média da relação VEF1/CVF de 0,89 ± 0,14 e média de VEF1 de 98,5 ± 13,1% do previsto. Os indivíduos foram submetidos a cintilografia pulmonar por inalação de radioaerossol de ácido dietilenotriaminopentacético marcado com tecnécio-99m (99mTc-DTPA em inglês) em dois estágios: durante respiração espontânea e durante respiração com uma máscara de PEP de 10 cmH2O (n = 10), 15 cmH2O (n = 10) ou 20 cmH2O (n = 10). O 99mTc-DTPA foi nebulizado por 3 min, e sua depuração foi registrada por cintilografia por um período de 30 min durante respiração espontânea e por um período de 30 min durante a respiração com uma máscara de PEP. Resultados: A depuração pulmonar do 99mTc-DTPA foi significativamente menor quando PEP foi aplicada a 10 cmH2O (p = 0,044), 15 cmH2O (p = 0,044) e 20 cmH2O (p = 0,004), em comparação com a observada durante a respiração espontânea. Conclusões: Nossos achados indicam que o uso de PEP nos níveis testados pode induzir um aumento na permeabilidade da membrana epitelial pulmonar e no volume pulmonar em indivíduos saudáveis.

Palavras-chave: Pulmão/metabolismo; Pentetato de tecnécio Tc 99m/farmacocinética; Compostos radiofarmacêuticos; Respiração com pressão positiva.

INTRODUÇÃO

A barreira alveolocapilar, também conhecida como barreira sangue-gás, é excelente em manter a separação entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar, o que permite a troca rápida e eficiente dos gases respiratórios e ao mesmo tempo evita a difusão de partículas solúveis em água suspensas no ar alveolar.(1,2) A integridade da barreira sangue-gás é extremamente importante para a manutenção da homeostase pulmonar. Em 1953, Frank Low publicou as primeiras micrografias eletrônicas de alta resolução da barreira sangue-gás pulmonar humana, mostrando que uma estrutura de apenas 0,3 µm de espessura separa o sangue capilar do gás alveolar, o que sugeriu que a barreira poderia sofrer falha mecânica caso a pressão capilar aumentasse(3) ou em estados de elevada insuflação pulmonar, em que a parede capilar fica sob tensão por causa da tensão longitudinal nas paredes alveolares.(4)

A cintilografia pulmonar por inalação de radioaerossol de ácido dietilenotriaminopentacético marcado com tecné-cio-99m (99mTc-DTPA em inglês) é uma técnica rápida, fácil, extremamente sensível e não invasiva para avaliar a permeabilidade epitelial pulmonar.(5,6) Quando inaladas, as partículas de 99mTc-DTPA chegam à superfície epitelial alveolar e, em seguida, difundem-se do espaço aéreo para dentro do espaço vascular. A taxa de depuração do 99mTc-DTPA é um índice confiável da permeabilidade epitelial alveolar. Portanto, a cintilografia por inalação de aerossol de 99mTc-DTPA já foi usada em numerosos experimentos e investigações clínicas elaborados para avaliar a integridade do epitélio respiratório.(7,8)

A terapia com pressão expiratória positiva (PEP) envolve respiração com expiração ligeiramente ativa contra resis-tência expiratória leve (tipicamente 10-20 cmH2O).(9) Sua aplicação por meio de uma máscara de PEP é uma inter-venção confiável, segura e barata que pode aumentar os volumes pulmonares e a pressão intratorácica.(10,11) De-monstrou-se que a terapia com PEP melhora o volume pulmonar, promove a dilatação das vias aéreas e diminui a resistência pulmonar. O objetivo da terapia com PEP é aumentar o gradiente de pressão transpulmonar e melhorar a expansão pulmonar, o que consequentemente melhora a oxigenação e a resposta a broncodilatadores inalató-rios.(12,13)

Os efeitos de diferentes intensidades de PEP na depuração pulmonar do 99mTc-DTPA em indivíduos saudáveis per-manecem inexplorados na literatura e precisam ser elucidados. Portanto, o objetivo do presente estudo foi avaliar os efeitos da PEP na permeabilidade da membrana epitelial pulmonar em indivíduos saudáveis.

MÉTODOS

Foram estudados 30 indivíduos saudáveis (15 homens e 15 mulheres). A média de idade foi de 28,3 ± 5,4 anos. Indivíduos com doença cardiovascular ou neuromuscular foram excluídos, assim como o foram aqueles com história de tabagismo ou doença respiratória e as gestantes. Todos os participantes foram recrutados em um hospital terciá-rio na cidade de Porto Alegre (RS) e foram avaliados entre janeiro e julho de 2012. O estudo foi aprovado pelo Co-mitê de Ética em Pesquisa do Hospital de Clínicas de Porto Alegre (Protocolo n. 04-418), credenciado pela Comissão Nacional de Ética em Pesquisa, e todos os participantes assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido.

A cintilografia pulmonar com radioaerossol de 99mTc-DTPA foi realizada em dois períodos de 30 min: durante a res-piração espontânea e durante a respiração por meio de uma máscara de PEP (Vital Signs/GE Healthcare, Totowa, NJ, USA), adaptada para se ajustar à cabeça de cada um dos participantes e conectada a um dispositivo de terapia com PEP (Resistex®; Mercury Medical, Clearwater, FL, EUA). Por meio de códigos de randomização gerados por computa-dor, os participantes foram divididos em três grupos: o grupo dos que receberam PEP de 10 cmH2O (PEP10); o dos que receberam PEP de 15 cmH2O (PEP15) e o dos que receberam PEP de 20 cmH2O (PEP20). Durante a aquisição dos dados, os participantes permaneceram sentados com as mãos sobre as coxas e os braços afastados do corpo. Para cada participante, o período de respiração espontânea serviu de controle.

Um espirômetro (MasterScreen v4.31; Jaeger, Würzburg, Alemanha) foi usado para medir VEF1 e CVF. Os procedi-mentos técnicos, os critérios de aceitabilidade, os critérios de reprodutibilidade e a padronização das medidas esti-veram em conformidade com as diretrizes da Sociedade Brasileira de Pneumologia e Tisiologia.(14) Os participantes receberam instruções a respeito dos procedimentos que deveriam ser realizados durante a espirometria. O espirô-metro foi rotineiramente calibrado (diariamente) com uma seringa de 3 l a fim de compensar as condições de tempe-ratura ambiente. Foram realizados no mínimo três e no máximo oito testes com intervalo de 1 min entre eles. Foram realizadas três manobras reprodutíveis, e a melhor curva foi usada no estudo. Os resultados foram expressos em forma de valores absolutos e porcentagem do previsto.(15)

A quelação do 99mTc-DTPA deu-se por meio da adição de 99mTc-pertecnetato (99mTc-O4−, IPEN-TEC; Instituto de Pes-quisas Energéticas e Nucleares, São Paulo, Brasil) a 740 MBq (20 mCi) de DTPA (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares) em 5 ml de solução salina normal. Por meio de cromatografia em camada delgada instantânea, determi-nou-se que a eficiência de marcação era superior a 98%. A solução foi colocada no reservatório do nebulizador (Aerogama Medical, Porto Alegre, Brasil) e inalada pelos voluntários durante 3 min de respiração corrente normal, com fluxo de oxigênio de 9 l/min. Os participantes foram supervisionados durante a nebulização, o que nos permitiu verificar se as manobras de inalação eram executadas corretamente e corrigir eventuais erros de execução das técnicas de inalação. Os participantes sentaram-se diante de uma câmara gama (Starcam 4000i; GE Medical Sys-tems, Milwaukee, WI, EUA), e as imagens foram obtidas a cada 20 s durante 30 min. Foram definidas duas regiões de interesse - o pulmão esquerdo e o pulmão direito - as quais foram delineadas manualmente; a curva tempo-atividade foi construída pelo mesmo investigador. Para cada pulmão, a inclinação negativa da curva foi empregada para definir depuração, por meio dos valores mínimos e máximos de depuração. A taxa de depuração do 99mTc-DTPA foi expressa em meia-vida (T1/2), isto é, o tempo necessário para que sua atividade diminuísse para 50% do valor de pico.

Todas as análises estatísticas foram realizadas com o programa SPSS Statistics, versão 20.0 (IBM Corp., Armonk, NY, EUA). A normalidade das variáveis foi avaliada por meio do teste de Shapiro-Wilk. Os dados categóricos são apresentados em forma de frequência absoluta e relativa. Os dados contínuos com distribuição normal estão expres-sos em forma de média e desvio-padrão. Variáveis antropométricas e parâmetros de função pulmonar foram compa-rados entre os grupos por meio de ANOVA de uma via (à exceção do gênero, que foi comparado por meio do teste do qui-quadrado). A diferença entre os grupos quanto à T1/2 foi determinada por meio de análise de covariância de uma via; as variáveis dependentes foram o peso corporal, a estatura e o índice de massa corporal (IMC). A influên-cia dos níveis de pressão sobre a T1/2 foi comparada entre os grupos por meio de ANOVA de duas vias. O nível de significância estatística adotado foi de 5% (p < 0,05).

RESULTADOS

Foram avaliados 30 indivíduos saudáveis (15 homens e 15 mulheres), com média de idade de 28,26 ± 5,40 anos, média de VEF1/CVF de 0,89 ± 0,14 e média de VEF1 de 98,5 ± 13,1% do valor previsto. Os parâmetros antropométri-cos e os de função pulmonar são apresentados na Tabela 1. Os parâmetros espirométricos foram semelhantes nos três grupos estudados. O peso corporal, a estatura e o IMC foram maiores no grupo PEP20 do que no grupo PEP15 (p = 0,038, p = 0,027 e p = 0,015, respectivamente). A taxa de depuração pulmonar do 99mTc-DTPA não apresentou corre-lação significativa com a idade (r = −0,120; p = 0,951), o peso corporal (r = 0,115; p = 0,545), a estatura (r = 0,085; p = 0,655) ou o IMC (r = 0,120; p = 0,528). Na análise dos resultados relativos à taxa de depuração pulmonar do 99mTc-DTPA, foram consideradas as médias dos pulmões esquerdo e direito em conjunto, já que a diferença entre os dois pulmões não foi estatisticamente significativa no grupo PEP10 (p = 0,258), no grupo PEP15 (p = 0,908) ou no grupo PEP20 (p = 0,570).
 



Em comparação com o valor obtido durante a respiração espontânea, a média da T1/2 foi significativamente menor no grupo PEP10 - 90,3 ± 25,4 min versus 73,3 ± 30,6 min (p = 0,044), como se pode observar na Figura 1. Essa diferença também foi significativa no grupo PEP15 - 89,8 ± 28,9 min versus 63,1 ± 22,1 min (p = 0,044) - e no grupo PEP20 - 99,3 ± 49,6 min versus 64,5 ± 29,6 min (p = 0,004). No tocante à variação delta dos valores de T1/2, não houve diferença estatisticamente significativa entre os grupos (p = 0,322).
 


DISCUSSÃO

Até onde sabemos, este foi o primeiro estudo a investigar os efeitos de diferentes níveis de PEP (10, 15 e 20 cmH2O) na taxa de depuração pulmonar do 99mTc-DTPA. Demonstramos que a PEP foi capaz de induzir aumentos da permeabilidade epitelial em todos os níveis testados. Outro achado importante é que não houve variação significati-va da taxa de depuração pulmonar entre os três grupos sob o efeito de qualquer um dos três níveis de PEP.

O efeito da positive end-expiratory pressure (PEEP, pressão expiratória final positiva) na depuração de solutos foi descrito como uma relação dose-resposta sigmoide dependente da pressão aplicada (5-15 cmH2O); em outras pala-vras, a taxa de depuração pulmonar do 99mTc-DTPA acelera exponencialmente em virtude do aumento do volume pulmonar causado pela administração de diferentes níveis de PEEP.(16) Ao contrário do que supúnhamos, não encon-tramos diferenças entre os três níveis de PEP. Em conformidade com nossos resultados, o estudo realizado por Bishai et al.(17) mostrou um aumento da permeabilidade epitelial pulmonar em camundongos submetidos a PEEP de 10 cmH2O. Essa diferença na depuração pulmonar pode ser atribuída ao fato de que camundongos têm alvéolos meno-res e são provavelmente mais sensíveis à distensão das junções interepiteliais do epitélio alveolar induzida pela aplicação de níveis mais baixos de pressão.

Nossos achados diferem dos relatados por Paiva et al.,(18) que avaliaram a permeabilidade da membrana epitelial alveolar em 36 indivíduos saudáveis submetidos a 10 cmH2O e 20 cmH2O de continuous positive airway pressure (CPAP, pressão positiva contínua nas vias aéreas). Os autores mostraram que 20 cmH2O de CPAP induziram um aumento da permeabilidade epitelial, ao passo que 10 cmH2O de CPAP não o fizeram.

Estudos anteriores em seres humanos,(19) ovinos(20,21) e cães(22,23) mostraram que a aplicação de PEEP aumenta o volume pulmonar e acelera a taxa de depuração pulmonar do 99mTc-DTPA. Portanto, o aumento do volume pulmonar expiratório final produzido pela PEP reduz a resistência das vias aéreas e promove um aumento da capacidade residual funcional.(24) No entanto, outros fatores, tais como distensão das vias aéreas/alveolar, prevenção de colapso alveolar durante a expiração e recrutamento de alvéolos colapsados, também podem aumentar a capacidade resi-dual funcional.(25)

Em conformidade com os achados do presente estudo, Suzuki et al.(26) observaram que, durante a aplicação de 20 cmH2O de PEEP, a depuração pulmonar do 99mTc-DTPA aumentou mas retornou aos valores basais quando a PEEP foi interrompida. Isto sugere que o aumento da taxa de depuração pulmonar do 99mTc-DTPA conseguido por meio da aplicação de PEEP é reversível após a respiração retornar a níveis de pressão atmosférica.

Os mecanismos pelos quais a insuflação pulmonar acelera a depuração pulmonar do 99mTc-DTPA ainda não estão claros. Alguns autores atribuem esse efeito a um aumento da superfície alveolar disponível para difusão,(22) em virtude do aumento da permeabilidade epitelial,(27) de alterações funcionais na camada surfactante(28) ou da disten-são das junções intercelulares do epitélio alveolar.(29)

O presente estudo tem algumas limitações. Primeiro, avaliamos indivíduos com pulmões saudáveis. Portanto, ne-nhuma conclusão a que se chegue a partir deste estudo pode ser aplicada a pacientes com doença pulmonar. Isso precisa ser investigado em grupos de pacientes com doenças diferentes e claramente especificadas, especialmente porque geralmente não se usa PEP em pacientes com pulmões saudáveis. Segundo, a pressão crítica de fechamento das vias aéreas superiores não foi medida. Não obstante, nossos achados oferecem novas perspectivas sobre o papel da ventilação não invasiva, particularmente em relação à PEP e sua influência sobre o epitélio alveolar.

Com base nos achados do presente estudo, conclui-se que a aplicação de 10, 15 ou 20 cmH2O de PEP durante 30 min pode induzir um aumento da permeabilidade epitelial e do volume pulmonar em indivíduos saudáveis. Como a aplicação de PEP é uma intervenção confiável, segura e barata em diversas situações clínicas, devem-se realizar futuras investigações concentradas em esmiuçar os achados aqui apresentados.

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