Modelo de implantação transtorácica de eletrodo guiado por ultrassonografia para estimulação elétrica do diafragma de suínos

Abstract

O diafragma é um músculo esquelético que divide o tórax do abdome, é o principal músculo respiratório, contribuindo com cerca de 70% do volume corrente durante a inspiração. Como qualquer músculo o diafragma é suscetível a perda de massa e atrofia causada pelo desuso que pode ocorrer em uma série de situações distintas. O uso da eletricidade para evocar contrações diafragmáticas pode trazer benefícios clínicos como auxiliar ou mesmo manter a ventilação artificial, além de permitir treinamento muscular. Atualmente o treinamento da musculatura ventilatória é de difícil condução por sua localização e particularidades funcionais, aparelhos geradores de corrente elétrica disponíveis no mercado, os marcapassos diafragmáticos, são introduzidos através de procedimentos invasivos e não isentos de risco. O objetivo do estudo foi desenvolver um método de implantação transtorácica de eletrodos guiada por ultrassonografia para estimulação elétrica do diafragma em suínos. Foram utilizados 5 suínos mantidos em ventilação mecânica seguindo protocolo anestésico padronizado, submetidos a exploração da base do tórax com ultrassonografia com visualização da zona de aposição diafragmática e implantação transtorácica de eletrodo guiado por ultrassonografia. Foi realizado um protocolo de estimulação elétrica do diafragma através do eletrodo implantado, e registrada a amplitude da movimentação diafragmática e a espessura do diafragma durante a inspiração e expiração. A fração de espessamento diafragmático, que reflete indiretamente a atividade contrátil do diafragma, foi calculada com auxílio do ultrassom, avaliando o efeito do eletroestimulo. Os mesmos registros foram obtidos durante a ventilação passiva sem bloqueio neuromuscular para comparação. Não foram observadas complicações importantes no procedimento de implantação do eletrodo. A mediana de amplitude da movimentação diafragmática incluindo ambas as cúpulas diafragmáticas durante a ventilação passiva comparada a amplitude aferida durante eletroestímulo não apresentou diferença estatisticamente significativa. A fração de espessamento diafragmático foi maior durante a eletroestimulação em relação a ventilação passiva, demonstrando maior atividade contrátil do diafragma com o eletroestímulo. Concluímos que a estimulação elétrica do diafragma com eletrodos implantados de forma transtorácica é factível e reprodutível. O desenvolvimento deste modelo pode tornar a estimulação elétrica diafragmática possível de forma minimamente invasiva e uma alternativa eficaz para evitar a atrofia de desuso em pacientes em ventilação mecânica.

Introduction: The diaphragm is a skeletal muscle that separates the thoracic cavity from the abdomen. It is the primary muscle of respiration and accounts for approximately 70% of the inhaled tidal volume. The diaphragm is susceptible to loss of mass and atrophy caused by disuse that may occur in many different situations. The use of electrical stimulation to induce diaphragmatic contractions can provide clinical benefits by assisting and maintaining artificial ventilation, as well as allowing muscle training. Currently, respiratory muscle training is difficult to conduct due to its location and functional characteristics. The pacemakers available on the market are placed within the diaphragm muscle using invasive and non-risk-free procedures. Objectives: To develop a transthoracic implantation technique of ultrasound-guided electrodes for electrical stimulation of the diaphragm in the pig. Materials and Methods: Five pigs were maintained under mechanical ventilation following a standardized anesthetic protocol. Ultrasound imaging of the thorax base in each animal provided the visualization of the diaphragm zone of apposition and transthoracic implantation of the ultrasound-guided electrode. An electrical stimulation protocol of the diaphragm was performed through the implanted electrode. The amplitude of diaphragmatic motion and the diaphragmatic thickness were recorded during inspiration and expiration. The diaphragm thickness fraction, which may reflect an indirect measurement of contractile activity of the diaphragm, was quantified using ultrasonography to evaluate the effect of the electrical stimulation compared to passive ventilation without neuromuscular blockade. Results: No major complications were observed during the electrode implantation procedure. For both diaphragmatic hemidomes, the median amplitude of diaphragmatic motions measured during passive ventilation and during electrical stimulation did not show any statistically significant difference. The diaphragm thickness fraction was higher during electrical stimulation compared to passive ventilation, demonstrating greater contractile activity of the diaphragm when induced by electrical stimulation. Conclusion: The electrical stimulation of the diaphragm with electrodes implanted transthoracicly proved to be feasible and reproducible. The development of this technique can make diaphragmatic electrical stimulation a less invasive method and provide an effective alternative for the prevention of disuse atrophy in patients on mechanical ventilation.