Desenvolvimento de um sistema de estimulação elétrica intramuscular do diafragma

Abstract

Objetivo: Desenvolver um sistema de estimulação elétrica do diafragma em suínos com eletrodos implantados diretamente nesse músculo através de procedimento endoscópico por via abdominal. Métodos: Foram utilizados 22 suínos fêmeas da raça Large White e 8 coelhas Nova Zelândia na realização deste trabalho, que foi dividido em 2 etapas. Na primeira parte, utilizamos coelhas que eram submetidas à laparotomia para a exploração do diafragma e localização dos pontos motores onde implantamos eletrodos e avaliamos o desempenho, quando estimulados com 10, 16, 20, 26 e 32 miliampères (mA), 15 dias após a implantação. Na segunda etapa, os suínos foram preparados e submetidos à videolaparoscopia para a implantação de eletrodos intramusculares sobre os pontos motores localizados durante a exploração. Após 15 dias os animais foram anestesiados e submetidos à eletroventilação no modo monocanal com 1 e/ou 2 eletrodos por cúpula diafragmática, por 3 horas, sendo avaliados o volume de ar corrente, gases arteriais e lactato. Resultados: No modelo em coelhos a média do volume de ar expirado apresentou uma relação proporcional com a intensidade da corrente aplicada. Com intensidade de corrente de 10 mA, a média do volume expirado foi de 15,72 ± 1,17 mL; e respectivamente com 16 mA, foi de 18,86 ± 3,69 mL; 20mA, 19,69 ± 3,72 mL; com 26 mA, 22,01 ± 4,17 mL e com 32 mA, foi de 22,36 ± 2,77 mL, atingindo até 149% o volume basal. O modelo com suínos possibilitou o aperfeiçoamento da cirurgia por videolaparoscopia com 3 trocaters e o desenvolvimento dos eletrodos implantáveis. Sessenta e oito eletrodos foram implantados no diafragma de 22 suínos, não ocorreram complicações clínicas. Com esse modelo foi possível manter uma gasometria arterial com um PH, Pco2 e Hco3 em média respectivamente de 7,47, 42 mmHg e 31 mEq/L após 1 hora, 7,46, 45 mmHg e 31 mEq/L após 3 horas e um lactato com valor médio de 1 mmol/L após 3 horas de eletroventilação. Conclusão: Os modelos experimentais em animais foram efetivos para o estudo da estimulação elétrica do diafragma com diferentes configurações de eletrodos e intensidades de corrente. Os eletrodos e a ferramenta desenvolvidos para a implantação no diafragma demonstraram um excelente desempenho na conexão entre o estimulador elétrico e o tecido muscular. A proposta de utilizar uma corrente despolarizada demonstrou ser eficaz na estimulação de ambas hemicúpulas diafragmáticas simultaneamente com apenas um canal do estimulador elétrico.

Objective: To develop a diaphragmatic electrical stimulation system with the use of intramuscular electrodes implanted directly in the diaphragm of pigs through videolaparoscopy. Methods: We used 22 Large White female pigs and 8 New Zealand male rabbits. The study was divided in two steps. In the first part we used rabbits underwent to laparotomy to explore the diaphragm and identify its motor points. One electrode was directly implanted in each hemidiaphragm and the performance of muscle contration was analysed when stimulated with 10, 16, 20, 26 and 32 milliamps (mA), 15 days after implantation. In the second study, the pigs were prepared and submitted to videolaparoscopy for the implantation of intramuscular electrodes on the motor points identified during the procedure. After 15 days the animals were anesthetized and eletroventilation in single channel mode with 1 and/or 2 electrodes in each hemidiapragm where evaluate for 3 hours. Tidal volume, arterial blood gases and lactate were analysed. Results: In the rabbit model the average of volume of air exhaled showed a proportional relationship to the applied intensity of current. With an current intensity of 10 mA, the average exhaled volume was 15.72 ± 1.17 ml and respectively, 16 mA was 18.86 ± 3.69 ml; 20mA, 19.69 ± 3.72 mL; at 26 mA 22.01 ± 4.17 ml, and of 32 mA was 22.36 ± 2.77 mL, reaching 149% baseline volume. The model with pigs enabled the improvement of surgery by laparoscopy with 3 trocars and the development of implantable electrodes. Sixty-eight electrodes were implanted in the diaphragm of 22 pigs, there were no clinical complications. With this model it was possible to maintain a concentration of normal arterial blood of PH, pCO2, and HCO3- averaged respectively 7.52, 37 mmHg and 30 mEq/L basal, 7.47, 42 mmHg and 31 mEq/L after 1 hour and 7.46, 45 mmHg and 31 mEq/l after 3 hours and an a lactate average baseline value of 1, and also 1 after 3 hours. Conclusion: The experimental animal models of the study were effective for electrical stimulation of the diaphragm whit different electrodes configurations and current intensities. The electrodes and the tool developed for implementing the diaphragm showed excellent performance in the connection between the electrical stimulator and muscle tissue. The proposal to use an unpolarized current shown to be effective in stimulating both diaphragmatic hemicúpulas simultaneously with only one channel of the electrical stimulator.