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. 2015 Jul-Sep;13(3):441–447. doi: 10.1590/S1679-45082015RW3148
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How to choose the therapeutic goals to improve tissue perfusion in septic shock

Murillo Santucci Cesar de Assuncao 1, Thiago Domingos Corrêa 1, Bruno de Arruda Bravim 1, Eliézer Silva 1
PMCID: PMC4943794  PMID: 26313438

Abstract

The early recognition and treatment of severe sepsis and septic shock is the key to a successful outcome. The longer the delay in starting treatment, the worse the prognosis due to persistent tissue hypoperfusion and consequent development and worsening of organ dysfunction. One of the main mechanisms responsible for the development of cellular dysfunction is tissue hypoxia. The adjustments necessary for adequate tissue blood flow and therefore of oxygen supply to metabolic demand according to the assessment of the cardiac index and oxygen extraction rate should be performed during resuscitation period, especially in high complexity patients. New technologies, easily handled at the bedside, and new studies that directly assess the impact of macro-hemodynamic parameter optimization on microcirculation and in the clinical outcome of septic patients, are needed.

Keywords: Shock, septic; Hemodynamics; Resuscitation; Sepsis; Vasoconstrictor agents; Microcirculation

INTRODUCTION

Sepsis is characterized by the heterogeneous pattern of blood flow in microcirculation, by tissue hypoperfusion and by incapacity of the cells to extract and adequately use oxygen, which compromises the aerobic cell metabolism.(1-3) Imbalance between oxygen delivery (DO2) and the metabolic cell demand is what characterizes the state of shock.(4)

Sepsis, associated with at least on organ dysfunction, is called severe sepsis. Septic shock is defined by the need for a vasopressor to maintain perfusion pressure after adequate fluids resuscitation.(5)

Sepsis compromises the cardiovascular system by various mechanisms that frequently result in alterations of tissue perfusion. Tissue hypoperfusion contributes towards the development of cell dysfunction, which can progress to multiple organ failure and death.(6) The primary objective of treatment in states of shock is reestablishment of DO2 to the tissues, in order to guarantee adequate tissue oxygenation demand. Thus, early and rapid interventions designed to revert tissue hypoperfusion were associated with reduced mortality in septic patients.(5)

The objective of this review of literature is to discuss the main hemodynamic and laboratory parameters that direct the bedside approach of the patient with septic shock.

CLINICAL AND MACROHEMODYNAMIC PARAMETERS

It is known that clinical and macrohemodynamic parameters show a low correlation with the state of tissue perfusion. In 1996, Rady et al. demonstrated the presence of occult tissue hypoperfusion by the presence of hyperlactatemia or reduction in central venous oxygen saturation (ScvO2).(3) Critically ill patients were submitted to initial resuscitation with fluids, followed by stabilization of clinical parameters. Approximately 86% of patients evaluated presented with hyperlactatemia or SvcO2<65% after stabilization of the clinical parameters.(3) This was characterized as occult tissue hypoperfusion or cryptic shock.(7)

Such findings make it clear that clinical parameters should not be used as a therapeutic goal in resuscitating critically ill patients. The study done by Rady et al.(3) preceded the Early Goal-Directed Therapy, which demonstrated that a group of interventions promptly performed involving infusion of fluids, vasopressors, inotropics, and red blood cell transfusion, with the goal of achieving SvcO2≥70%, reduced mortality in patients with severe sepsis and septic shock.(8)

The results of this study are considered the greatest evidence available that optimization of tissue perfusion should be performed quickly and should be added as a goal in the treatment of this population of severely ill patients.(8) However, such a benefit was not observed in two large studies published recently.(9,10) The negative results obtained in these two studies may be, at least partially, justified by the fact that the patients included soon received an infusion of fluids, before randomization.(9,10) The study by Rivers et al. was the major turning point in the approach of critically ill patients having as primary message the importance of early intervention in this population.(8) After this study and with the dissemination of information as to the need for early recognition and treatment of patients with severe sepsis or septic shock, it becomes difficult to compare a management approach that changed the therapeutic approach. Additionally, delay in recognizing and treating this population of severely ill patients is considered unethical today.

Both the ProCESS study as well as the ARISE (Australasian Resuscitation in Sepsis Evaluation) had as inclusion criteria the need for infusion of fluids and initiation of wide spectrum antibiotics.(9,10) These measures emphasized the importance of the timeliness of treatment and certainly contributed towards the observation of similar mortality among the several groups studied.(9,10) Early initiation of treatment is what differentiates these two investigations from the study conducted by Rivers et al.(8-10)

Various parameters and markers of blood flow and systemic tissue perfusion are available at bedside, as well as mixed venous oxygen saturation (SvO2), lactate clearance, DO2, and oxygen consumption (VO2). The interpretation of these markers is necessary for adequate resuscitation and reestablishment of tissue perfusion.

OXYGENATION PARAMETERS

SvO2 reflects the total oxygenated blood that returns to the right heart via right atrial drainage, through the superior vena cava, inferior vena cava, coronary sinus, and the veins of Thebesius.(11) SvO2 is measured in a sample of blood collected from the pulmonary artery. The venous blood from various parts of the body starts to homogenize in the right atrium and as it progresses towards the lungs, it becomes increasingly more homogeneous. Once it reaches the pulmonary artery, the venous blood from all parts of the body is totally “mixed”, that is, completely homogenized, and thus receives the name “mixed venous blood.”(11) SvcO2, on the other hand, corresponds to oxygen saturation by the blood hemoglobin that is found at the blood drainage from the superior vena cava into to the atrium. SvcO2 reflects the quantity of oxygen that returns to the right heart from the upper limbs, neck, and head.(11)

In healthy individuals, SvcO2 has a mean value of 77%, with a variation between 66 and 84%, while SvO2 has a mean value of 78%, with variation between 73 and 85%. Thus, in normal situations, SvcO2 has lower values relative to those of SvO2.(11) Nevertheless, due to greater VO2 in the splanchnic circulation, in intra-abdominal organs and lower limbs in states of shock, SvcO2 values exceed those of SvO2.(11)

Considering that arterial oxygen saturation is constant, SvO2 shows a direct relation with cardiac output (Figure 1). In addition to cardiac output (systemic flow), SvO2 has an inverse relation with oxygen extraction ratio (O2ER) (Figure 1). On the other hand, O2ER means the quantity of oxygen that the cells can extract from a given quantity of oxygen supplied and it is the ratio between VO2 and DO2.(4)

Figure 1. Relations between supply, consumption, and oxygen extraction ratio, mixed venous saturation of oxygen, arterial lactate, and gradient of partial carbon dioxide pressure in the gastric mucosa.

Figure 1

DO2 is related to blood flow and the quantity of oxygen bound to hemoglobin and dissolved in plasma, and is defined as the quantity of oxygen that reaches the cells to supply the body metabolic demand. The quantity of oxygen that the cells consume is related to the capacity of cell extraction of oxygen. In this way, VO2 is defined by the quantity of oxygen used by the cells for the production of energy in order to supply the metabolic demand.(4)

Physiologically, every time there is a reduction in DO2, there will be an increase in tissue oxygen extraction in order to maintain the VO2 stable (Figure 1). In this situation, it is expected that SvO2 decreases, since it means the total oxygenated blood that returns from the systemic circulation to the right heart and reflects the balance between VO2 and DO2. However, when reductions in DO2 are accompanied by decreased VO2, the mechanism of anaerobiosis is initiated to supply the metabolic demand of the body. Within this scenario, the increased oxygen extraction is not capable of supplying or maintaining the oxygen-dependent metabolic needs. When this process begins, DO2 is called critical DO2 and VO2/DO2 dependence is established (Figure 1).(4)

Despite VO2/DO2 dependence not being frequently associated with states of high-level metabolism, such as in sepsis, it may be present at the end of resuscitation guided by ScvO2.(4,12) Optimization of systemic blood flow guided by ScvO2 during the initial six hours of resuscitation of patients with severe sepsis or septic shock reduced mortality of this population of patients when compared to the control group.(8) However, ScvO2 represents a systemic adjustment marker of blood flow, and values of ScvO2≥70% do not mean that the regional blood flow, in each organ and tissue, is not completely optimized.(8) To be sure that the initial resuscitation reached its goal, one should exclude the presence of oxygen deficit, which is characterized by increased VO2 due to optimization related to increase of blood flow.(4)

What should always be questioned during resuscitation is if the blood flow obtained is compatible with the metabolic demand for oxygen. For this, a test has been suggested as a method for assessing the existence of oxygen debit, in which the cardiac output is increased and consequently, tissue oxygen flow as well. The absence of SvO2 alteration after increasing the cardiac output suggests an increase in VO2, meaning that there is yet a oxygen debit and therefore, that the resuscitation has not yet reached the primary objective.(13-17)

To reach the adjustment of the DO2/VO2 ratio is the rationale for the correction of hypoperfusion. Evaluation of the relation between O2ER and the cardiac index allows optimization of VO2.(4) With the objective of adequately adjusting DO2 to VO2, high values of DO2 may be needed. This high value of DO2 for a high value of VO2 is not synonymous of supranormal therapy. In supranormal therapy, preestablished high values of DO2 are the goal, regardless of the DO2/VO2 ratio.(14-16)

During the acute phase of septic shock, DO2/VO2 dependence may be identified and corrected.(12) An adequate DO2/VO2 ratio, is therefore, the most important endpoint of resuscitation. In adding cardiac output increments that lead to increased VO2, one can infer that areas that were not being adequately perfused started to be perfused and there was an increase of VO2, that is, a recruitment of microcirculation (Figure 2). Adjustment of the cardiac index to the metabolic demand, associated with normalization of the systemic perfusion parameters, such as SvO2 or lactate, allow the deduction that the resuscitation was concluded successfully.

Figure 2. Behavior of mixed venous saturation of oxygen, according to supply and consumption of oxygen.

Figure 2

Based on the three pillars that have greatest impact on cardiac output, that is, preload, contractility, and afterload, optimization of blood flow can be initiated by evaluating the fluid responsiveness. The benefit of fluid infusion occurs when the patient is on the ascending portion of the Frank-Starling curve, that is, the patient still presents with recruitable preload. If the patient is on the Frank-Starling curve plateau, i.e., does not respond to fluid of infusion, it is possible to use inotropic agents, such as dobutamine, with an initial dose of 2.5mcg/kg/min, evaluating gain of flow by the increase of the cardiac index, always associated with analysis of O2ER in order to infer the behavior of VO2. In this way, regardless of the strategy adopted, the increased blood flow with the maintenance of SvO2 values, translated by the increase in O2ER would imply an increase of VO2 (Figures 1 and 2).

Integrated analysis of various hemodynamic parameters seems to be the most adequate and useful in the treatment of patients in shock, in comparison with the isolated use of one of the variables.

LACTATE CLEARANCE

Lactate is a marker of systemic tissue perfusion and is elevated in cases of hypoperfusion of the tissues. Delay in normalizing lactate in severely ill patients is an indicator of unfavorable prognosis. Within this context, the duration of the hyperlactatemia is more important than the baseline value of the lactate.(18) However, in sepsis, there are other factors in addition to systemic hypoperfusion that can contribute towards hyperlactatemia, such as dysfunction of the pyruvate dehydrogenase enzyme, mitochondrial dysfunction, and the presence of hepatic or renal dysfunction.(19)

Lactate clearance is represented by the percentage of reduction in levels of lactate soon after the start of resuscitation. Lactate clearance ≥10% was associated with better prognosis in severely ill patients, with reduced mortality among patients with severe sepsis and septic shock.(20)

Lactate clearance is a parameter to be monitored during optimization of systemic tissue perfusion.(20-22) The guidelines of the Surviving Sepsis Campaign recommend accompaniment of lactate clearance and its normalization as early as possible, during the initial phase of resuscitation (Figure 3).(5)

Figure 3. Goal-guided resuscitation algorithm protocol for patients with septic shock.

Figure 3

Lactate clearance may be used as a surrogate SvcO2 monitoring, for optimization of the systemic blood flow during the initial phase of resuscitation of patients with severe sepsis and septic shock.(23) The use of an aggressive resuscitation protocol, with the objective of clearing the lactate by at least 20%, every 2 hours, significantly reduced length of stay at hospital, in the intensive care unit (ICU), and hospital mortality.(24) Nevertheless, there is no evidence yet that normalization of lactate presents with additional benefits when compared to resuscitation guided only by central venous pressure (CVP), mean arterial pressure (MAP), diuresis and SvcO2.

However, normalization of lactate levels can not be defined as an endpoint for microcirculation resuscitation. The lactate measured corresponds to the dilution of global production of lactate by all organs. This means that there may be regional tissue hypoperfusion, even when the plasma levels of lactate are normalized.

MICROHEMODYNAMIC PARAMETERS

Regional blood flow

In sepsis, the variables of regional perfusion are altered early relative to the systemic variables, and after resuscitation, the regional variables can be the last ones to normalize.(25,26) These variables are the gastric mucosa pH and the gradient between the partial pressure of carbon dioxide of the gastric mucosa (Gap CO2) and the partial pressure of carbon dioxide (PCO2 gap).

Gastric tonometry or sublingual capnometry can be used for early detection of tissue hypoperfusion. An increase in the CO2 gap may reflect abnormal blood flow in the gastric mucosa. In this way, monitoring by gastric tonometry could help in the identification and correction of regional circulatory abnormalities.

However, no study has been able to confirm the benefits of the use of these techniques as a therapeutic guide, especially in septic patients, and currently, gastric tonometry is a technique used only in experimental models of shock.(27)

Microcirculation dysfunction: a new field to be explored

Under normal conditions, only 30% of the capillaries are perfused. In this way, it is possible to imagine that, even in normal conditions, microcirculation does not present with homogeneous oxygenations. In order to achieve a homogenous oxygenation, the tissues need to recruit capillaries, which normally occurs in conditions of metabolic stress.(28)

Microcirculation dysfunction in severe sepsis and in septic shock is characterized by the presence of abnormalities in blood flow, and areas with high blood flow and normal tissue perfusion can coexist with areas with altered perfusion. The presence of hypoperfused capillaries can compromise tissue oxygenation and contribute towards the development of multiple organ failure. It is currently considered that the reversal of these microcirculatory disturbances can be a therapeutic goal to be sought during resuscitation from sepsis, which would cause the reversal of the areas of hypoxia resulting from tissue hypoperfusion triggered by the great number of shunts. Thus, microcirculation dysfunction has become a concern in treatment of septic patients and its reversal has become a therapeutic goal in resuscitation from septic shock.

Two hypotheses were also raised as to the origin of the microcirculation dysfunction in septic shock. First, alteration and loss of self-regulation of microcirculation would result in heterogeneous perfusion, which would promote areas of hypoxia, resulting in an increase in shunt areas.(29) Second, mitochondrial dysfunction could be induced by sepsis, which could alter the mitochondrial capacity to use oxygen in spite of adequate tissue oxygenation (cytopathic hypoxia).(30) Nonetheless, the extensive endothelial lesion, release of inflammatory mediators, activation of coagulation, and alterations in cell metabolism of oxygen can contribute towards the development of microcirculation dysfunction in patients with septic shock.(31)

The degree of microcirculation dysfunction is an independent predictor of survival. Septic patients with severe alterations in sublingual microcirculation present with the worst prognosis relative to those who do not show significant alterations in microcirculation.(1,32) In an observational study conducted during the first six hours of resuscitation of patients with severe sepsis and septic shock, the compromise of the microcirculation perfusion indexes was associated with reduced survival.(33) In this study, improved blood flow in the microcirculation was associated with a lower incidence of organic dysfunction in 24 hours, with no significant alterations in systemic hemodynamic parameters detected.(34) Hence recruitment of microcirculation aiming to improve cell oxygenation has the potential to minimize the progression of organic dysfunction, by satisfying and adjusting cell oxygenation according to the metabolic demand.

Some vasoactive drugs can optimize microcirculation perfusion. Dobutamine improves capillary perfusion, regardless of the macro-hemodynamic parameters. The reduction in lactate levels correlates with improved microcirculation, regardless of cardiac index.(35) However, lactate is not a marker of microcirculation resuscitation.

Another way to promote recruitment of capillaries is the use of vasodilation agents. In sepsis, it was proposed that the use of vasodilators may increase blood flow in microcirculation, increasing perfusion in areas of hypoxia.(36) Nonetheless, there are still controversies as to the use of vasodilators for recruitment of microcirculation. Vasodilators (nitroglycerin and sodium nitroprusside) are nitric oxide donors’ agents, which could contribute to cell dysfunction of sepsis. While Spronk et al. demonstrated improved perfusion of sublingual microcirculation with infusion of nitroglycerin,(37) Boerma et al. reported that the use of nitroglycerin did not improve the sublingual microcirculation perfusion in comparison with the administration of placebo.(38) However, there was a tendency towards an increase in hospital mortality in the group of patients that received nitroglycerin, even though this study did not have power enough to confirm the association between the administration of nitroglycerin and increased mortality. Another interesting finding of this study was that the patients on nitroglycerin presented with a lower number of organic dysfunctions when compared to the placebo group.(38)

Resuscitation and recruitment of microcirculation with administration of fluids, dobutamine and vasodilators may be a promising strategy. However, the assessment of microcirculation at the bedside continues limited to research protocols, despite the fact that, over the last years, new equipment for evaluation of microcirculation has been developed, facilitating the use of this bedside technology.(39) In addition to improvement of the techniques available, there is yet the need for adequate clinical trials to confirm the true benefit of this resuscitation strategy.

CONCLUSION

Early optimization of tissue oxygenation is mandatory in resuscitation of patients with severe sepsis and septic shock. The use of an early resuscitation protocol guided by goals, which includes central venous oxygen saturation or lactate clearance as parameters of adequate blood flow and consequently, of supply of oxygen to the metabolic demand, is highly recommended by the guidelines that direct the resuscitation of patients with severe cases of sepsis and septic shock.

New technologies for direct visualization of the microcirculation, easy to use at the bedside and cost-effective, are still needed for greater use in daily clinical practice. Additionally, new studies, with the objective of evaluating the impact of optimization of macrohemodynamic parameters on microcirculation and on the outcome of septic patients are still necessary.

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Como escolher os alvos terapêuticos para melhorar a perfusão tecidual no choque séptico

Murillo Santucci Cesar de Assuncao 1, Thiago Domingos Corrêa 1, Bruno de Arruda Bravim 1, Eliézer Silva 1

Abstract

O reconhecimento e o tratamento precoce da sepse grave e do choque séptico é a chave para o sucesso terapêutico. Quanto maior o atraso no início do tratamento, pior é o prognóstico, em decorrência da hipoperfusão tecidual persistente, e do consequente desenvolvimento e agravamento das disfunções orgânicas. Um dos principais mecanismos responsáveis pelo desenvolvimento da disfunção celular é a hipóxia. A adequação do fluxo sanguíneo tecidual e, consequentemente, da oferta de oxigênio à demanda metabólica, de acordo com a avaliação do índice cardíaco e da taxa de extração de oxigênio, deve ser realizada durante a ressuscitação, principalmente nos pacientes de alta complexidade. Novas tecnologias, de fácil manuseio à beira do leito, e novos estudos, que avaliem diretamente o impacto da otimização dos parâmetros macro-hemodinâmicos na microcirculação e no desfecho clínico dos pacientes sépticos, são necessários.

Keywords: Choque séptico, Hemodinâmica, Ressuscitação, Sepse, Vasoconstritores, Microcirculação

INTRODUÇÃO

A sepse caracteriza-se pelo padrão heterogêneo de fluxo sanguíneo na microcirculação, pela hipoperfusão tecidual e pela incapacidade das células extraírem e utilizarem adequadamente o oxigênio, o que compromete o metabolismo aeróbio celular.(1-3) O desequilíbrio entre a oferta de oxigênio (DO2) e a demanda metabólica celular é o que caracteriza o estado de choque.(4)

A sepse, associada a sinais de disfunção de um ou mais órgãos, recebe a denominação de “sepse grave”. O choque séptico é definido pela necessidade de vasopressor para manutenção da pressão de perfusão após reposição volêmica adequada.(5)

A sepse compromete o sistema cardiovascular por diversos mecanismos, que frequentemente resultam em alterações da perfusão tecidual. A hipoperfusão tecidual contribui para o desenvolvimento de disfunção celular, a qual pode progredir para disfunção de múltiplos órgãos e óbito.(6) O objetivo principal da terapêutica nos estados de choque é o restabelecimento da DO2 aos tecidos, para adequar a demanda de oxigênio tecidual. Assim, intervenções rápidas e precoces, com o objetivo de reverter a hipoperfusão tecidual, têm sido associadas à redução da mortalidade em pacientes sépticos.(5)

O objetivo desta revisão da literatura é discutir os principais parâmetros hemodinâmicos e laboratoriais que norteiam a abordagem do paciente com choque séptico à beira do leito.

PARÂMETROS CLÍNICOS E MACRO-HEMODINÂMICOS

É sabido que os parâmetros clínicos e macro-hemodinâmicos apresentam baixa correlação com o estado da perfusão tecidual. Em 1996, Rady et al. demonstraram a presença de hipoperfusão tecidual oculta pela presença de hiperlactatemia ou redução da saturação venosa central de oxigênio (SvcO2).(3) Pacientes graves foram submetidos à ressuscitação inicial com fluidos, seguida da estabilização dos parâmetros clínicos. Aproximadamente 86% dos pacientes avaliados apresentavam hiperlactatemia ou SvcO2 <65% após a estabilização do parâmetros clínicos.(3) Isso foi caracterizado como hipoperfusão tecidual oculta ou choque crítico.(7)

Tais achados evidenciam que os parâmetros clínicos não devem ser utilizados isoladamente como meta terapêutica na ressuscitação de pacientes graves. O estudo de Rady et al.(3) precedeu o Early Goal-Directed Therapy, o qual demonstrou que um grupo de intervenções realizadas precocemente envolvendo infusão de fluidos, uso de vasopressores, inotrópicos e de transfusão de hemácias, tendo como meta a SvcO2≥70%, reduziu a mortalidade em pacientes com sepse grave e choque séptico.(8)

Os resultados deste estudo são considerados a maior evidência disponível de que a otimização da perfusão tecidual deve ser realizada precocemente e adicionada como uma meta no tratamento dessa população de pacientes graves.(8) Todavia, tal benefício não foi observado em dois grandes estudos publicados recentemente.(9,10) Os resultados negativos obtidos nestes dois estudos podem ser, ao menos parcialmente, justificados pelo fato de os pacientes incluídos terem recebido infusão de fluidos precocemente, antes da randomização.(9,10) O estudo de Rivers et al. foi o grande divisor de águas na abordagem de pacientes graves, sendo sua principal mensagem a importância da abordagem precoce dos pacientes graves.(8) Após este estudo e com a disseminação da informação sobre a necessidade do reconhecimento e tratamento precoces dos pacientes com sepse grave ou choque séptico, torna-se difícil comparar uma conduta que mudou a abordagem terapêutica. Além disso, considera-se, na atualidade, antiético o atraso no reconhecimento e tratamento desta população de pacientes graves.

Tanto o estudo ProCESS como o ARISE (Australasian Resuscitation in Sepsis Evaluation) tiveram como critério de inclusão a necessidade de infusão de fluidos e início da administração de antibióticos de amplo espectro.(9,10) Essas medidas, que enfatizam a importância da precocidade do tratamento, certamente contribuíram para a observação de mortalidade semelhante entre diversos grupos estudados.(9,10) A precocidade em iniciar o tratamento é o que difere estes dois estudos do estudo de Rivers et al.(8-10)

Diversos parâmetros e marcadores de fluxo sanguíneo e de perfusão tecidual sistêmica estão disponíveis à beira do leito, como a saturação venosa mista de oxigênio (SvO2), o clareamento de lactato, a DO2 e o consumo de oxigênio (VO2). A interpretação desses marcadores se faz necessária para a adequação da ressuscitação e o restabelecimento da perfusão tecidual.

PARÂMETROS DE OXIGENAÇÃO

A SvO2 reflete o total de sangue oxigenado que retorna para o coração direito pela drenagem de sangue no átrio direito, pela veia cava superior, veia cava inferior, seio coronário e rede de Tebesius.(11) A SvO2 é mensurada em amostra de sangue coletada da artéria pulmonar. O sangue venoso oriundo de várias partes do organismo começa a se homogeneizar no átrio direito e, à medida que progride em direção aos pulmões, torna-se cada vez mais homogêneo. Ao chegar na artéria pulmonar, o sangue venoso de todas as partes do organismo encontra-se totalmente “misturado”, ou seja, homogeneizado por completo, recebendo, assim, a denominação de “sangue venoso misto”.(11) A SvcO2, por sua vez, corresponde à saturação de oxigênio pela hemoglobina do sangue, que se encontra na desembocadura da veia cava superior no átrio. A SvcO2 reflete a quantidade de oxigênio que retorna ao coração direito oriunda dos membros superiores, do pescoço e da cabeça.(11)

Em indivíduos sadios, a SvcO2 apresenta valor médio de 77%, com variação entre 66 a 84%, enquanto a SvO2 apresenta valor médio de 78%, com variação entre 73 a 85%. Assim, em situações de normalidade, a SvcO2 apresenta valores inferiores em relação aos da SvO2.(11) No entanto, devido ao maior VO2 na circulação esplâncnica, órgãos intra-abdominais e membros inferiores, nos estados de choque ocorre uma inversão dessa tendência, e a SvcO2 passa a apresentar valores superiores aos da SvO2.(11)

Assumindo que a saturação arterial de oxigênio encontra-se constante, a SvO2 apresenta relação direta com o débito cardíaco (Figura 1). Além do débito cardíaco (fluxo sistêmico), a SvO2 apresenta relação inversa com a taxa de extração de oxigênio (TEO2) (Figura 1). A TEO2, por sua vez, representa a quantidade de oxigênio que as células conseguem extrair a partir de uma determinada quantidade de oxigênio que lhes é ofertada e representa a relação entre o VO2 e a DO2.(4)

Figura 1. Relações entre oferta, consumo e taxa de extração de oxigênio, saturação venosa mista de oxigênio, lactato arterial e gradiente de pressão parcial de gás carbônico da mucosa gástrica.

Figura 1

A DO2 está relacionada ao fluxo sanguíneo e à quantidade de oxigênio que se encontra ligada à hemoglobina e dissolvida no plasma, sendo definida como a quantidade de oxigênio que chega às células para a atender a demanda metabólica do organismo. A quantidade de oxigênio que as células consomem se relaciona com a capacidade de extração celular de oxigênio. Dessa forma, o VO2 é definido pela quantidade de oxigênio utilizada pelas células para a produção de energia para suprir a demanda metabólica.(4)

Fisiologicamente, todas as vezes em que houver redução da DO2, haverá um aumento da extração tecidual de oxigênio para manter o VO2 estável (Figura 1). Nessa situação, é esperado que a SvO2 diminua, visto que ela representa o total de sangue oxigenado que retorna da circulação sistêmica para o coração direito e reflete o balanço entre o VO2 e a DO2. Porém quando reduções da DO2 forem acompanhadas paralelamente pela diminuição do VO2, inicia-se mecanismo de anaerobiose para atender à demanda metabólica do organismo. Nesse cenário, o aumento da extração de oxigênio não é capaz de suprir e nem de manter as necessidades metabólicas dependentes de oxigênio. Quando esse processo se inicia, a DO2 é chamada de DO2 crítica e se estabelece a dependência VO2/DO2 (Figura 1).(4)

Apesar da dependência VO2/DO2 não estar frequentemente associada a estados de alto metabolismo como na sepse, ela pode ainda estar presente ao final da ressuscitação guiada pela ScvO2.(4,12) A otimização do fluxo sanguíneo sistêmico guiado pela SvcO2 durante as seis horas iniciais de ressuscitação de pacientes com sepse grave ou choque séptico reduziu a mortalidade dessa população de pacientes quando comparada ao grupo controle.(8) Todavia, a SvcO2 representa um marcador sistêmico de adequação do fluxo sanguíneo, e valores de SvcO2≥70% não significam que o fluxo sanguíneo regional, em cada órgão e tecido, está otimizado por completo.(8) Para ter a certeza de que a ressuscitação inicial atingiu seu objetivo, deve-se descartar a presença de défice de oxigênio, o qual é caracterizado pelo aumento do VO2 em consequência da otimização ou do aumento do fluxo sanguíneo.(4)

O que deve ser sempre questionado durante a ressuscitação é se o fluxo sanguíneo obtido é compatível com a demanda metabólica de oxigênio. Por isso, tem-se sido sugerido como método para avaliar a existência de défice de oxigênio um teste, em que se aumentam o débito cardíaco e, consequentemente, fluxo de oxigênio tecidual. A ausência de alteração da SvO2 após aumento do débito cardíaco sugere aumento do VO2, significando que existe ainda um défice de oxigênio e, portanto, que a ressuscitação ainda não atingiu o objetivo principal.(13-17)

Atingir o ajuste da relação DO2/VO é o racional para a correção da hipoperfusão. A avaliação da relação entre a TEO2 e o índice cardíaco permite otimizar o VO2.(4) Objetivando adequar a DO2 ao VO2, podem ser necessários valores elevados de DO2. Essa alta DO2 para um alto VO2 não é sinônimo de terapia supranormal. Na terapia supranormal, valores elevados de DO2 preestabelecidos são objetivados, independentemente da relação DO2/VO2. (14-16)

Na fase aguda do choque séptico, a dependência DO2/VO2 pode ser identificada e corrigida.(12) A adequação da relação DO2/VO2 é, desta forma, o endpoint mais importante da ressuscitação. Ao se realizarem incrementos do débito cardíaco, que proporcionam aumento do VO2, pode-se inferir que áreas que não estavam sendo perfundidas de forma adequada passaram a ser e que ocorreu um aumento do VO2, isto é, um recrutamento da microcirculação (Figura 2). A adequação do índice cardíaco à demanda metabólica, associada à normalização dos parâmetros de perfusão sistêmicos, como a SvO2 ou o lactato, permitem concluir que a ressuscitação foi concluída com êxito.

Figura 2. Comportamento da saturação venosa mista de oxigênio, de acordo com a oferta e o consumo de oxigênio.

Figura 2

Baseando-se nos três pilares que apresentam maior impacto no débito cardíaco, ou seja, a pré-carga, a contratilidade e a pós-carga, pode-se iniciar a otimização de fluxo sanguíneo pela avaliação da responsividade à infusão de fluidos. O benefício da infusão de fluidos ocorre quando o paciente encontra-se na parte ascendente da curva de Frank-Starling, isto é, o paciente ainda apresenta pré-carga recrutável. Caso o paciente se encontre no platô da curva de Frank-Starling, ou seja, não responder a infusão de fluidos, é possível utilizar agentes inotrópicos, como a dobutamina, com dose inicial de 2,5mcg/kg/min, e avaliar o ganho de fluxo pelo aumento do índice cardíaco, sempre associado a análise da TEO2, para inferir no comportamento do VO2. Assim, independente da estratégia adotada, o aumento do fluxo sanguíneo com a manutenção dos valores de SvO2, traduzidos pelo aumento da TEO2, implicaria no aumento do VO2 (Figuras 1 e 2).

A análise integrada de vários parâmetros hemodinâmicos parece ser a mais adequada e útil no tratamento de pacientes com choque, em comparação a utilização isolada de apenas uma das variáveis.

CLEARANCE DE LACTATO

O lactato é um marcador de perfusão tecidual sistêmico e encontra-se elevado nos casos de hipoperfusão tecidual. A demora na normalização do lactato em pacientes graves é um marcador de prognóstico desfavorável. Nesse contexto, a duração da hiperlactatemia é mais importante que o valor inicial do lactato.(18) Todavia, na sepse, existem outros fatores, além da hipoperfusão sistêmica, que podem contribuir com a hiperlactatemia, como a disfunção da enzima piruvato desidrogenase, a disfunção mitocondrial e a presença de disfunção hepática e renal.(19)

O clareamento ou clearance de lactato é representado pela porcentagem da redução dos níveis de lactato após o início da ressuscitação. O clareamento de lactato ≥10% foi associado a melhor prognóstico em pacientes graves, com redução da mortalidade entre pacientes com sepse grave e choque séptico.(20)

O clearence de lactato representa um parâmetro a ser monitorado durante a otimização da perfusão tecidual sistêmica.(20-22) As diretrizes da Surviving Sepsis Campaign recomendam o acompanhamento do clearance de lactato e sua normalização o mais precoce possível, durante a fase de ressuscitação inicial (Figura 3).(5)

Figura 3. Algoritmo de ressuscitação protocolado guiado por metas para pacientes com choque séptico.

Figura 3

O clearance de lactato pode ser utilizado como substituto da monitoração da SvcO2, para otimização do fluxo sanguíneo sistêmico durante a fase inicial de ressuscitação de pacientes com sepse grave e choque séptico.(23) O emprego de um protocolo agressivo de ressuscitação, com o objetivo de clarear o lactato em pelo menos 20%, a cada 2 horas, reduziu significativamente o tempo de internação no hospital, na unidade de terapia intensiva (UTI) e a mortalidade hospitalar.(24) No entanto, ainda não existem evidências de que a normalização do lactato apresente benefícios adicionais quando comparada com a ressuscitação guiada apenas pela pressão venosa central (PVC), pressão arterial média (PAM), diurese e SvcO2.

Todavia, a normalização dos níveis de lactato não pode ser definida como endpoint de ressuscitação da microcirculação. O lactato medido corresponde a diluição da produção global de lactato por todos os órgãos. Isso significa que pode existir hipoperfusão tecidual regional, ainda que os níveis plasmáticos de lactato estejam normalizados.

PARÂMETROS MICRO-HEMODINÂMICOS

Fluxo sanguíneo regional

Na sepse, as variáveis de perfusão regional são alteradas precocemente em relação às variáveis sistêmicas e, após a ressuscitação, as variáveis regionais podem ser as últimas a se normalizarem.(25,26) Estas variáveis são o pH da mucosa gástrica e o gradiente entre a pressão parcial de gás carbônico da mucosa gástrica (Gap CO2) e a pressão arterial parcial de gás carbônico (PCO2 gap).

A tonometria gástrica ou a capnometria sublingual podem ser utilizadas para detectar precocemente a hipoperfusão tecidual. O aumento do CO2 gap pode refletir fluxo sanguíneo anormal na mucosa gástrica. Dessa forma, a monitoração pela tonometria gástrica poderia ajudar na identificação e na correção das anormalidades circulatórias regionais.

Entretanto, nenhum estudo conseguiu confirmar o benefício do emprego dessas técnicas como guia terapêutico, principalmente em pacientes sépticos, sendo que, atualmente, a tonometria gástrica é uma técnica utilizada apenas em modelos experimentais de choque.(27)

Disfunção da microcirculação: um novo campo a ser explorado

Em condições normais, somente 30% dos capilares são perfundidos. Dessa forma é possível imaginar que, mesmo em condições normais, a microcirculação não apresenta oxigenação homogênea. Para conseguir uma oxigenação homogênea, os tecidos necessitam recrutar capilares, o que normalmente ocorre em condições de estresse metabólico.(28)

A disfunção da microcirculação na sepse grave e no choque séptico é caracterizada pela presença de anormalidades no fluxo sanguíneo, podendo coexistir áreas com fluxo sanguíneo elevado e perfusão tecidual normal e áreas com perfusão alterada. A presença de capilares hipoperfundidos pode comprometer a oxigenação tecidual e contribuir para o desenvolvimento da disfunção e da falência de múltiplos órgãos. Postula-se atualmente que a reversão destes distúrbios microcirculatórios possa ser um alvo terapêutico a ser almejado durante a ressuscitação da sepse, o que propiciaria a reversão das áreas de hipóxia decorrente da hipoperfusão tecidual desencadeada pelo grande número de shunts. Assim, a disfunção da microcirculação passou a ser uma preocupação no tratamento de pacientes sépticos e sua reversão tem se tornado um alvo terapêutico na ressuscitação do choque séptico.

Foram levantadas ainda duas hipóteses sobre a origem da disfunção da microcirculação no choque séptico. Primeiro, a alteração e a perda da autorregulação da microcirculação resultaria em perfusão heterogênea, o que promoveria áreas de hypoxia, resultando em aumento das áreas de shunt.(29) Segundo, a disfunção mitocondrial pode ser induzida pela sepse, que poderia alterar a capacidade mitocondrial de utilizar o oxigênio a despeito da adequada oxigenação tecidual (hipóxia citopática).(30) Todavia, a extensa lesão endotelial, a liberação de mediadores inflamatórios, a ativação da coagulação e as alterações no metabolismo celular do oxigênio podem contribuir para o desenvolvimento da disfunção da microcirculação em pacientes com choque séptico.(31)

O grau de disfunção da microcirculação é um preditor independente de sobrevida. Pacientes sépticos com graves alterações na microcirculação sublingual apresentam pior prognóstico em relação àqueles que não apresentam alterações significativas da microcirculação.(1,32) Em estudo observacional realizado durante as primeiras seis horas de ressuscitação de pacientes com sepse grave e choque séptico, o comprometimento dos índices de perfusão da microcirculação foram associados com redução da sobrevida.(33) Neste estudo, a melhora do fluxo sanguíneo na microcirculação foi associada a menor incidência de disfunção orgânica em 24 horas, sem que alterações significantes nos parâmetros hemodinâmicos sistêmicos fossem detectadas.(34) Desse modo, o recrutamento da microcirculação, com o objetivo de melhorar a oxigenação cellular, possui o potencial de minimizar a progressão da disfunção orgânica, ao satisfazer e adequar a oxigenação celular de acordo com a demanda metabólica.

Algumas drogas vasoativas podem otimizar a perfusão da microcirculação. A dobutamina melhora a perfusão capilar, independentemente das alterações dos parâmetros macro-hemodinâmicos. A redução dos níveis de lactato se correlaciona com a melhora da microcirculação, independentemente do índice cardíaco.(35) Entretanto o lactato não é um marcador de ressuscitação da microcirculação.

Uma outra maneira de promover o recrutamento de capilares é a utilização de agentes vasodilatadores. Na sepse, foi proposto que o emprego de vasodilatadores pode aumentar o fluxo sanguíneo na microcirculação, aumentando a perfusão em áreas de hipóxia.(36) No entanto, ainda existem controvérsias sobre a utilização de vasodilatadores para recrutamento da microcirculação. Os vasodilatadores (nitroglicerina e nitroprussiato de sódio) são agentes doadores de óxido nítrico, o que poderia contribuir com a disfunção celular da sepse. Enquanto Spronk et al. demonstraram melhora da perfusão da microcirculação sublingual com infusão de nitroglicerina,(37) Boerma et al. reportaram que o uso de nitroglicerina não melhorou a perfusão da microcirculação sublingual em comparação a administração de placebo.(38) Todavia, houve tendência ao aumento da mortalidade hospitalar no grupo de pacientes que recebeu nitroglicerina. Entretanto, este estudo não teve poder suficiente para confirmar a associação entra a administração de nitroglicerina e aumento da mortalidade. Outro achado interessante deste estudo foi que os pacientes que receberam nitroglicerina apresentaram menor número de disfunções orgânicas quando comparados com o grupo placebo.(38)

A ressuscitação e o recrutamento da microcirculação com administração de fluídos, dobutamina e vasodilatadores pode ser uma estratégia promissora. No entanto, a avaliação da microcirculação à beira leito continua limitada a protocolos de pesquisa, apesar de, nos últimos anos, novos equipamentos de avaliação da microcirculação terem sido desenvolvidos, facilitando o emprego dessa tecnologia a beira do leito.(39) Além do aprimoramento das técnicas disponíveis, ainda há necessidade de ensaios clínicos adequados para comprovar o real benefício dessa estratégia de ressuscitação.

CONCLUSÃO

A otimização precoce da oxigenação tecidual é mandatória na ressuscitação dos pacientes com sepse grave e choque séptico. A utilização de um protocolo de ressuscitação precoce guiado por metas, que inclua a saturação venosa central de oxigênio ou o clearance de lactato como parâmetros de adequação do fluxo sanguíneo e, consequentemente, da oferta de oxigênio a demanda metabólica, é altamente recomendada pelas diretrizes que norteiam a ressuscitação de pacientes com sepse grave e choque séptico.

Novas tecnologias para visualização direta da microcirculação, de fácil manuseio à beira do leito e custo-efetivas são ainda necessárias para maior utilização na prática clínica diária. Além disso, novos estudos, com objetivo de avaliar o impacto da otimização dos parâmetros macro-hemodinâmicos na microcirculação e no desfecho dos pacientes sépticos, ainda são necessários.


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