Capitulo3 – Resultados
3.2 Resultado do estudo
Neste estudo foram utilizados 10 murganhos C57BL/6, com pesos médios de 28.43±1.16. Cada animal foi anestesiado numa ordem randomizada por três concentrações diferentes de Isoflurano 1%, 1.5% e 2% em 100% oxigénio a uma taxa de 1L/min, durante 15 minutos por cada concentração. A anestesia foi induzida com Isoflurano a 5% em 100% de oxigénio a uma taxa de 1L/min, tendo demorado cerca de 61.6±9.14 segundos (desde que se iniciou a indução até perda do reflexo postural). A duração total da anestesia, desde o início da indução até à recuperação do reflexo postural, foi de aproximadamente 49 minutos. A recuperação da anestesia demorou cerca de 95.6±56.6 segundos. Dois dos dez animais apresentaram movimentos quando anestesiados com uma concentração de manutenção de 1%.
O sinal elétrico obtido através do sensor piezoelétrico permitiu o reconhecimento de um padrão respiratório, quando comparado visualmente com a representação gráfica do sinal de vídeo. O sinal elétrico e de vídeo encontram-se graficamente representados Figura 21.
As tabelas 6 a 8 inclusive indicam as estatísticas descritivas da RPM, valor de p da correlação de Spearman e do teste de Friedman.
41 Figura 21 – Representação gráfica da respiração por minuto (RPM) de quinze segundos do
sinal de elétrico captado pelo sensor piezoelétrico após processamento (imagens da esquerda) e do sinal de vídeo (imagens da direita) para diferentes concentrações de isoflurano a. 1%; b. 1.5%; c. 2%.
42 Tabela 6 – Estatística descritivas das medições de frequência respiratória por minuto (RPM);
Q1: quartil 25%; Q3: quartil 75%; I-I: intervalo interquartil.
Concentração Método Mediana Q1 Q3 I-I Máximo Mínimo
1% Sensor Piezoelétrico Vídeo 146 125 134.8 121.5 155.6 128.3 6.75 21 162 131 96 97 1.5% Sensor Piezoelétrico Vídeo 106 103 102.5 100.5 114.0 111.5 11.5 11 129 127 50 47 2% Sensor Piezoelétrico Vídeo 72.5 72 48.0 48.0 75.5 76.3 28.25 27.5 82 83 39 40
Tabela 7 – Correlação de Spearman realizada entre os métodos sensor piezoelétrico e vídeo,
para cada concentração administrada. *significativo.
Concentração Valor p
1% 0.498
1.5% 0.994*
2% 0.994*
Com a concentração de 1% de isoflurano, a mediana, primeiro (25%) e terceiro quartil (75%) das respirações por minuto registados com método do sensor piezoelétrico foi de 146 (134.8, 155.6) (para n=10), e de 125 (121.5, 128.4) (para n=10) com o método do vídeo Através do teste de correlação de Spearman foi possível verificar a inexistência de relação entre as medições efetuadas com ambos os métodos (p=0,498).
A concentração de 1.5% de isoflurano, apresentou como mediana, primeiro (25%) e terceiro quartil (75%) das respirações por minuto realizadas com método do sensor piezoelétrico o valor de 103 (100.5, 114) (para n=10), e 106 (102.5, 111.5) (para n=10) com o método do vídeo. O teste de correlação de Spearman revelou haver relação entre as medições efetuadas com ambos os métodos (p=0.994).
Por último a uma concentração de 2% de isoflurano, a mediana, primeiro (25%) e terceiro quartil (75%) das respirações por minuto realizadas com método do sensor piezoelétrico foi de 72 (48, 75.5) (para n=10), e de 72.5 (48, 76.3) (para n=10) com o método do vídeo. À semelhança do que foi observado anteriormente, o teste de correlação de Spearman revelou haver relação entre as medições efetuadas com ambos os métodos (p=0,994).
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Na Figura 22 estão representados os valores de RPM obtidos com ambos os métodos bem como a linha de regressão, para as três concentrações. No eixo do X estão representados os valores obtidos pelo sensor piezoelétrico; no eixo do Y estão representados os valores obtidos por análise de imagem. Cada ponto corresponde ao valor de ambos em cada medição
44 Figura 22 – Linhas de regressão dos valores da respiração por minuto (RPM) dos sinais elétrico
e de vídeo e, para as concentrações: a. 1%; b. 1.5%; c. 2%.
80 90 100 110 120 130 140 50 100 150 200 V id eo Sensor piezoelétrico RR 0 20 40 60 80 100 120 140 30 80 130 V id eo Sensor Piezoelétrico RR 30 40 50 60 70 80 90 20 40 60 80 100 V íd e o Sensor Piezoelétrico RR a. b. c.
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Tabela 8 – Valor de p resultante do teste Friedman para as concentrações administradas em cada um dos métodos.
Concentrações Método Valor p
1% - 1.5% Sensor Piezoelétrico Vídeo 0.221 0.539 1.5% - 2% Sensor Piezoelétrico Vídeo 0.042* 0.022*
2% - 1% Sensor Piezoelétrico Vídeo <0.001* <0.001*
Através do teste de Friedman concluímos que existem diferenças significativas entre as medições de RPM obtidas entre os animais anestesiados com 2% e 1% (p <0.001), 2% e 1.5% (vídeo p=0.022 e sensor piezoelétrico p=0.042) mas não foram encontradas diferenças entre os animais anestesiados com 1% e 1.5% (vídeo p=0.539 e sensor piezoelétrico p=0.221). Na Figura 23 está ilustrado um diagrama de caixas contendo a RPM dos murganhos anestesiados com diferentes concentrações de isoflurano obtida pelos dois métodos.
Figura 23 – Diagrama de caixas da frequência respiratória por minuto (RPM) dos murganhos
anestesiados com diferentes concentrações de isoflurano obtida pelos dois métodos: sensor piezoelétrico (cinza) e análise de vídeo (branco). A mediana corresponde à barra horizontal no interior da caixa, os limites superior e inferior da caixa correspondem ao percentil 25 e 75% e os bigodes (segmentos de reta) superior e inferior representam o percentil 5 e 95%, respetivamente. ₀ e *: outliers.
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Capítulo 4 – Discussão
Este estudo permitiu o desenvolvimento de um dispositivo piloto, uma superfície capaz de medir a RPM. Esta superfície foi inserida como base de uma câmara anestésica que permite a medição da RPM, após o animal estar em decúbito sem que, lhe sejam aplicados sensores diretamente.
O carácter não invasivo deste dispositivo tem a vantagem de não provocar alterações dos parâmetros fisiológicos em resposta ao stress provocado pela contenção/manuseamento do animal. Num estudo feito por Sato 2008, em animais recém-nascidos, houve evidências de que a aplicação dos elétrodos provoca um aumento na frequência cardíaca (Sato, 2008). Assim, evitar o manuseamento dos animais durante os estudos poderá permitir uma mensuração mais correta dos parâmetros fisiológicos. Outra das vantagens da utilização do dispositivo relaciona-se com a automação do processo de monitorização e a possibilidade de manutenção de registos da variação da frequência respiratória em função da profundidade anestésica.
A monitorização com recurso a sensores piezoelétricos permite na fase de indução da anestesia, o reconhecimento da atividade do murganho no interior da câmara. Antes da perda do reflexo postural, o sinal elétrico gerado pelos movimentos do animal no seu interior são representados graficamente como picos de grande amplitude. A monitorização da RPM propriamente dita só é possível na fase de manutenção anestésica. Após a perda do reflexo postural, o animal fica deitado em contato com a base da câmara anestésica e a vibração provocada pelos movimentos respiratórios gera um sinal elétrico diferente do anteriormente descrito. Este tem amplitude constante, e os picos representados graficamente, correspondem aos movimentos respiratórios. Após suspender o fornecimento do agente anestésico, a monitorização da RPM é seguida até ao momento em que o animal recupera os movimentos voluntários. A partir desse momento, e à semelhança do que foi descrito para a fase de indução, os movimentos do animal no interior da câmara anestésica são detetados e registados, com picos de grande amplitude.
Estes estudos permitiram concluir uma correlação direta entre a RPM obtida pelo método de análise de vídeo e sensor piezoelétrico para as concentrações de 1.5% e 2%. A mesma correlação não foi observada para a concentração de 1%. Assim, conclui-se que a relação entre os métodos é mais forte quando o plano anestésico é mais profundo
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do que quando este é mais superficial. Estes resultados podem dever-se a erros associados a ambos os métodos. Podemos estar perante uma subestimação por parte do método do vídeo ou de uma sobrestimação por parte do sensor piezoelétrico. A subestimação pode dever-se a duas questões, por um lado, à incapacidade de registar todos os movimentos respiratórios devido à utilização de uma taxa de aquisição inadequada. Por outro lado, à falha no reconhecimento dos movimentos respiratórios no vídeo, que se traduz em erros na análise de imagem. Na base da análise de imagem está o reconhecimento do aumento da área de contraste (correspondente à silhueta torácica do animal) em função da área de fundo. Devido à velocidade e superficialidade dos movimentos, associada à fraca qualidade da webcam, esse reconhecimento pode não ter sido conseguido o que levou a uma falha no cálculo de picos respiratórios registados. No que diz respeito ao sensor piezoelétrico, a deteção de movimentos involuntários ou padrão respiratório irregular, pode estar na origem da sobrestimação dos picos respiratórios.
O procedimento ideal passa pela repetição do protocolo anestésico com a concentração de 1% de isoflurano, utilizando um terceiro método de monitorização da RPM. Através da comparação dos valores de RPM obtidos com o uso do terceiro método, será possível avaliar, qual dos métodos referidos (vídeo e sensor piezoelétrico) se encontra mais perto do valor real.
Ainda no que diz respeito à concentração de 1%, dois dos dez animais anestesiados levantaram-se, pelo que a frequência respiratória dos mesmos não corresponde à que seria de esperar face à de um animal anestesiado. A movimentação nestes dois animais é justificado pelo facto da concentração utilizada ser muito próxima da concentração de isoflurano para garantir a perda de reflexo postural (CAMLoor) em 50% da população de murganhos anestesiados apenas com isoflurano. O valor da CAMLoor dos murganhos é 0.79% (Sun, 2006). Relativamente às concentrações de isoflurano recomendadas para manutenção em animais sujeitos a cirurgia são encontrados diversas referências na literatura, cuja variação está depende da administração concomitante de pré-medicação no caso da anestesia balanceada. A concentração 1.5-3% é recomendada por Flecknell, para o uso de isoflurano como anestésico único (Flecknell, 1993). O CAM do isoflurano para a espécie é 1.30 (machos da espécie C57BL6/J) (Sonner, 1999). Tendo em conta que o valor de CAM não foi atingido, e o fato de a concentração administrada de 1% estar no limite mínimo recomendado para perda de consciência, conclui-se que 1%
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poderá ser um valor de concentração anestésica baixo para a validação da câmara anestésica.
Não obstante da falta de concordância entre as medições de RPM pelos dois métodos na anestesia superficial (1% isoflurano), ambos detetaram de igual forma a depressão respiratória resultante do incremento da gradual profundidade anestésica.
Uma dificuldade encontrada com o método da análise de vídeo prende-se com a posição do animal. Após a perda do reflexo de postural, se o animal ficar em decúbito esternal, o reconhecimento dos movimentos torácicos pode não ser possível. A medição da frequência respiratória por análise de vídeo torna-se mais fácil quando o animal se encontra em decúbito lateral, ventral ou dorsalmente direcionado para a câmara. Quando a posição não é favorável, é necessário abrir a câmara anestésica e reposicionar o animal. Este procedimento tem o inconveniente de libertar gases anestésicos para o ambiente, com consequente diminuição da sua concentração no interior da câmara anestésica, poluição e risco de segurança no trabalho.
O método do sensor piezoelétrico por sua vez é capaz de detetar a vibração respiratória desde que o animal se encontre deitado na câmara anestésica, qualquer que seja a posição/decúbito.
Num estudo de Zehendner e colegas, o sensor piezoelétrico foi posicionado por baixo de ratos e murganhos recém-nascidos, entre os 0 e 7 dias, por forma a medir a frequência respiratória em animais acordados e anestesiados com uretano (Zehendner, 2013). Verificaram que em murganhos com 0-1 dias havia uma hipoventilação relacionada com administração de uretano, e que em animais com 6-7 dias, a depressão respiratória era superior em ratos do que em murganhos.
Sato e colaboradores desenvolveram um sistema para monitorização da RPM com a aplicação de um sensor piezoelétrico envolvido em folhas de silicone, colocado por cima do tapete de aquecimento, localizado por baixo de murganhos anestesiados. Os valores obtidos foram comparados com os obtidos por um thermistor (Sato, 2006). Os resultados revelaram boa correlação entre ambos os métodos. O método do sensor piezoelétrico mostrou uma deteção mais constante dos movimentos respiratórios, uma vez que o thermistor falhou a deteção de algumas respirações que se seguiram a alguma movimentação da cabeça. O thermistor deteta a frequência respiratória com base em alterações de temperatura do ar expirado, assim interferência com a posição do sensor limitam a sua aplicação.
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Num outro trabalho, o mesmo autor quantificou as alterações ontogenéticas na frequência cardíaca e a sua regulação autonómica em murganhos recém-nascidos com recurso a um sensor piezoelétrico. O sistema utilizado foi semelhante ao descrito no parágrafo anterior. As medições de frequência cardíaca foram comparadas com as obtidas por ECG (Sato, 2008).
O uso dos sensores piezoelétricos não se limita à medição de parâmetros fisiológicos tendo também já sido utilizado para estudos de sono e comportamento em ratos (Flores, 2007; Megens, 1987).
O uso dos sensores piezoelétricos enquanto biosinais estende-se também a aplicações desenvolvida para seres Humanos (Choi, 2006; Ono, 2006). Num trabalho original Roopa Manjunatha e colegas, estes desenvolveram um sistema de monitorização da RPM no qual foram usados dois sensores piezoelétricos em filme de fluoreto de polivilideno (PVDF). Os mesmos foram adaptados a uns óculos comuns por forma a fazer coincidir a posição dos sensores com as narinas do utilizador. A deteção do sinal era feita a partir da vibração provocada pela saída do fluxo de ar. A RPM obtida com recurso aos sensores piezoelétricos foi comparada com a obtida por pletismografia. Os resultados demonstraram uma forte relação entre ambos os métodos (Roopa Manjunatha, 2013).
Kurihara e colaboradores equiparam os apoios de uma cama com sensores piezoelétricos por forma a detetar quando os doentes se coçam durante o sono. A ideia era o equipamento funcionar como ferramenta de auxílio no diagnóstico de doenças dermatológicas, nomeadamente dermatites atópicas (Kurihara, 2013).
Torres e coautores, realizaram um estudo com o intuito de medir o movimento do diafragma e representá-lo em termos de frequência-tempo, com recurso a sensores piezoelétricos implantados cirurgicamente no diafragma costal (na superfície da caixa torácica no oitavo espaço intercostal) (Torres, 2003).
Apesar de a utilização de sensores piezoelétricos estar bem documentada em Humanos e animais de laboratório em dispositivos de monitorização anestésica, não fora identificados pelo autor relatos do seu uso em clínica de pequenos animais. No entanto, dada a elevada sensibilidade do sensor piezoelétrico, capaz de detetar vibrações tão subtis e causadas por um animal de peso e dimensão tão pequenos como o murganho, levanta a hipótese de adaptar a tecnologia desenvolvida para aplicação em monitorização anestésica em animais de maiores dimensões. Tendo em conta que a medição da frequência respiratória através de sensores piezoelétricos é conseguida se o
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animal se encontrar deitado, é possível estender a monitorização da frequência respiratória ao período de recuperação anestésica ou em unidades de cuidados intensivos, em clínica de pequenos animais. Tal é possível porque a recuperação anestésica pós-cirúrgica é frequentemente mais prolongada. Nesses casos, e contrariamente ao que aconteceu nos testes realizados em murganhos, o animal demora mais tempo a recuperar a consciência e os movimentos. Neste estudo, o elevado metabolismo da espécie e o recurso à anestesia volátil como agente único, induziu uma recuperação rápida da consciência e movimentos do animal. Nessa perspectiva, a sensorização de jaulas destinadas a cães e gatos, poderia ser uma contribuição importante para o trabalho dos médicos e enfermeiros na automação de processos.
A par do que foi descrito para a clínica de pequenos animais, a utilização em medicina humana poderá ser considerada num contexto de monitorização da recuperação pós-anestésica, em unidades de cuidados intensivos em hospitais ou até em doentes em ambulatório. A vantagem da sua implementação relaciona-se com a simplicidade e potencial baixo custo comparativamente aos equipamentos já existentes no mercado. Uma importante aplicação em medicina humana prende-se com a deteção da síndrome obstrutiva da apneia do sono. Este equipamento ao detetar a alteração ou ausência dos padrões respiratórios poderá permitir o desenvolvimento de sistemas automáticos preventivos da morte súbita. Curiosamente foram já feitos alguns estudos nesta área com a adaptação de sensores piezoelétricos em cintos torácicos e abdominais (Vaughn, 2012; Collo, 2011)
Após a conclusão deste estudo, e no seu caso particular, existem condições para o desenvolvimento da câmara anestésica sensorizada no sentido de permitir a monitorização em tempo real.
Como trabalho futuro seria interessante, a obtenção simultânea da frequência respiratória e cardíaca. Para tal será necessário a proceder à amplificação do sinal e consequente aplicação de diferentes filtros, por forma a isolar o ruído dos sinais pretendidos.
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