Lung Injury Is Induced by Abrupt Increase in Respiratory Rate but Prevented by Recruitment Maneuver in Mild Acute Respiratory Distress Syndrome in Rats.

BACKGROUND: Gradually changing respiratory rate (RR) during time to reduce ventilation-induced lung injury has not been investigated. The authors hypothesized that gradual, compared with abrupt, increments in RR would mitigate ventilation-induced lung injury and that recruitment maneuver before abruptly increasing RR may prevent injurious biologic impact. METHODS: Twenty-four hours after intratracheal administration of Escherichia coli lipopolysaccharide, 49 male Wistar rats were anesthetized and mechanically ventilated (tidal volume, 6 ml/kg; positive end-expiratory pressure, 3 cm H2O) with RR increase patterns as follows (n = 7 per group): (1) control 1, RR = 70 breaths/min for 2 h; (2) and (3) abrupt increases of RR for 1 and 2 h, respectively, both for 2 h; (4) shorter RR adaptation, gradually increasing RR (from 70 to 130 breaths/min during 30 min); (5) longer RR adaptation, more gradual increase in RR (from 70 to 130 breaths/min during 60 min), both for 2 h; (6) control 2, abrupt increase of RR maintained for 1 h; and (7) control 3, recruitment maneuver (continuous positive airway pressure, 30 cm H2O for 30 s) followed by control-2 protocol. RESULTS: At the end of 1 h of mechanical ventilation, cumulative diffuse alveolar damage scores were lower in shorter (11.0 [8.0 to 12.0]) and longer (13.0 [11.0 to 14.0]) RR adaptation groups than in animals with abrupt increase of RR for 1 h (25.0 [22.0 to 26.0], P = 0.035 and P = 0.048, respectively) and 2 h (35.0 [32.0 to 39.0], P = 0.003 and P = 0.040, respectively); mechanical power and lung heterogeneity were lower, and alveolar integrity was higher, in the longer RR adaptation group compared with abruptly adjusted groups; markers of lung inflammation (interleukin-6), epithelial (club cell secretory protein [CC-16]) and endothelial cell damage (vascular cell adhesion molecule 1 [VCAM-1]) were higher in both abrupt groups, but not in either RR adaptation group, compared with controls. Recruitment maneuver prevented the increase in VCAM-1 and CC-16 gene expressions in the abruptly increased RR groups. CONCLUSIONS: In mild experimental acute respiratory distress syndrome in rats, gradually increasing RR, compared with abruptly doing so, can mitigate the development of ventilation-induced lung injury. In addition, recruitment maneuver prevented the injurious biologic impact of abrupt increases in RR.

Rationale and limitations of the SpO2/FiO2 as a possible substitute for PaO2/FiO2 in different preclinical and clinical scenarios. / Justificativa e limitações da SpO2/FiO2 como possível substituta da PaO2/FiO2 em diferentes cenários pré-clínicos e clínicos.

Although the PaO 2/FiO 2 derived from arterial blood gas analysis remains the gold standard for the diagnosis of acute respiratory failure, the SpO2/FiO2 has been investigated as a potential substitute. The current narrative review presents the state of the preclinical and clinical literature on the SpO2/FiO2 as a possible substitute for PaO2/FiO2 and for use as a diagnostic and prognostic marker; provides an overview of pulse oximetry and its limitations, and assesses the utility of SpO2/ FiO2 as a surrogate for PaO2/FiO2 in COVID-19 patients. Overall, 49 studies comparing SpO2/FiO2 and PaO2/FiO2 were found according to a minimal search strategy. Most were conducted on neonates, some were conducted on adults with acute respiratory distress syndrome, and a few were conducted in other clinical scenarios (including a very few on COVID-19 patients). There is some evidence that the SpO2/ FiO2 criteria can be a surrogate for PaO2/FiO2 in different clinical scenarios. This is reinforced by the fact that unnecessary invasive procedures should be avoided in patients with acute respiratory failure. It is undeniable that pulse oximeters are becoming increasingly widespread and can provide costless monitoring. Hence, replacing PaO2/FiO2 with SpO2/FiO2may allow resourcelimited facilities to objectively diagnose acute respiratory failure.

Embora a PaO2/FiO2 derivada da gasometria arterial continue sendo o padrão-ouro do diagnóstico de insuficiência respiratória aguda, a SpO2/FiO2 tem sido investigada como potencial substituta. Esta revisão narrativa apresenta o estado da literatura pré-clínica e clínica sobre a SpO2/FiO2 como possível substituta da PaO2/FiO2 e para uso como marcador diagnóstico e prognóstico; ainda, é fornecida uma visão geral da oximetria de pulso e suas limitações, além da avaliação da utilidade da SpO2/ FiO2 como substituta da PaO2/FiO2 em pacientes com COVID-19. Ao todo, foram encontrados 49 estudos comparando SpO2/FiO2 e PaO2/ FiO2 com base em uma estratégia de pesquisa mínima. A maioria dos estudos foi realizada em recémnascidos, alguns foram realizados em adultos com síndrome do desconforto respiratório agudo, e outros foram realizados em outros cenários clínicos (incluindo poucos em pacientes com COVID-19). Há certa evidência de que os critérios de SpO2/FiO2 podem substituir a PaO2/FiO2 em diferentes cenários clínicos. Isso é reforçado pelo fato de que devem ser evitados procedimentos invasivos desnecessários em pacientes com insuficiência respiratória aguda. É inegável que os oxímetros de pulso estão cada vez mais difundidos e podem proporcionar um monitoramento sem custos. Portanto, substituir a PaO2/FiO2 pela SpO2/FiO2 pode permitir que instalações com recursos limitados diagnostiquem a insuficiência respiratória aguda de maneira objetiva.

Justificativa e limitações da SpO2/FiO2 como possível substituta da PaO2/FiO2 em diferentes cenários pré-clínicos e clínicos / Rationale and limitations of the SpO2/FiO2 as a possible substitute for PaO2/FiO2 in different preclinical and clinical scenarios

RESUMO Embora a PaO2/FiO2 derivada da gasometria arterial continue sendo o padrão-ouro do diagnóstico de insuficiência respiratória aguda, a SpO2/FiO2 tem sido investigada como potencial substituta. Esta revisão narrativa apresenta o estado da literatura pré-clínica e clínica sobre a SpO2/FiO2 como possível substituta da PaO2/FiO2 e para uso como marcador diagnóstico e prognóstico; ainda, é fornecida uma visão geral da oximetria de pulso e suas limitações, além da avaliação da utilidade da SpO2/ FiO2 como substituta da PaO2/FiO2 em pacientes com COVID-19. Ao todo, foram encontrados 49 estudos comparando SpO2/FiO2 e PaO2/ FiO2 com base em uma estratégia de pesquisa mínima. A maioria dos estudos foi realizada em recémnascidos, alguns foram realizados em adultos com síndrome do desconforto respiratório agudo, e outros foram realizados em outros cenários clínicos (incluindo poucos em pacientes com COVID-19). Há certa evidência de que os critérios de SpO2/FiO2 podem substituir a PaO2/FiO2 em diferentes cenários clínicos. Isso é reforçado pelo fato de que devem ser evitados procedimentos invasivos desnecessários em pacientes com insuficiência respiratória aguda. É inegável que os oxímetros de pulso estão cada vez mais difundidos e podem proporcionar um monitoramento sem custos. Portanto, substituir a PaO2/FiO2 pela SpO2/FiO2 pode permitir que instalações com recursos limitados diagnostiquem a insuficiência respiratória aguda de maneira objetiva.

ABSTRACT Although the PaO 2/FiO 2 derived from arterial blood gas analysis remains the gold standard for the diagnosis of acute respiratory failure, the SpO2/FiO2 has been investigated as a potential substitute. The current narrative review presents the state of the preclinical and clinical literature on the SpO2/FiO2 as a possible substitute for PaO2/FiO2 and for use as a diagnostic and prognostic marker; provides an overview of pulse oximetry and its limitations, and assesses the utility of SpO2/ FiO2 as a surrogate for PaO2/FiO2 in COVID-19 patients. Overall, 49 studies comparing SpO2/FiO2 and PaO2/FiO2 were found according to a minimal search strategy. Most were conducted on neonates, some were conducted on adults with acute respiratory distress syndrome, and a few were conducted in other clinical scenarios (including a very few on COVID-19 patients). There is some evidence that the SpO2/ FiO2 criteria can be a surrogate for PaO2/FiO2 in different clinical scenarios. This is reinforced by the fact that unnecessary invasive procedures should be avoided in patients with acute respiratory failure. It is undeniable that pulse oximeters are becoming increasingly widespread and can provide costless monitoring. Hence, replacing PaO2/FiO2 with SpO2/FiO2may allow resourcelimited facilities to objectively diagnose acute respiratory failure.