Controle da hipnose na administração de propofol com base na estratégia de controle não linear

Controle da hipnose na administração de propofol com base na estratégia de controle não linear ARTICLE IN PRESS+Model BJAN 728; No of Pages 9 Rev Bras Anestesiol 2016;xxx(xx) xxx xxx REVISTA BRASILEIR[.]

Trang 1

ANESTESIOLOGIA Publicação Oﬁcial da Sociedade Brasileira de Anestesiologia

www.sba.com.br

Recebidoem28demaiode2015;aceitoem17deagostode2015

PALAVRAS-CHAVE

Anestesiadecircuito

fechado;

Controlemoderno;

Biocontrole;

Farmacodinâmica;

Farmacocinética

Resumo Oajustecontínuodepropofolnaadministrac¸ãomanualdeanestesiaparaum

silicoindicamque,para todosospacientes,com0%deexcessoobservado,oerrodeestado

∗Autorparacorrespondência.

E-mail:jamshed.iqbal@nu.edu.pk (J Iqbal).

http://dx.doi.org/10.1016/j.bjan.2016.12.005

Trang 2

Closed-loop

anesthesia;

Moderncontrol;

Biocontrol;

Pharmacodynamics;

Pharmacokinetics

Regulation of hypnosis in Propofol anesthesia administration based on non-linear control strategy

Abstract Continuousadjustment ofPropofol inmanual delivery ofanesthesia for

ofthisin silicostudyindicatethatforallthepatients,with0%overshootobserved,thesteady stateerrorliesinbetween±5.Clinically,thisimpliesthatinallthecases,withoutanyoverdose,

Introduc ¸ão

Grac¸as aos avanc¸os tecnológicos, os benefícios

ofereci-dos pela medicina moderna transformaram totalmente o

conceito de cirurgia clínica Atualmente, os

procedimen-toscirúrgicospodemserfeitoscommuitomaisfacilidadee

conforto.Essemarcoincrívelfoialcanc¸adoapenasatravés

dosresultados depesquisas em anestesia moderna.Antes

dadescobertadaanestesia,ascirurgiasprecisavamser

fei-tascomextremarapidez.Historicamente,técnicastriviais

como aplicac¸ão defrio, compressão do nervo oureduc¸ão

daperfusãocerebralforamusadasparamanteropaciente

inconsciente.1 Sem dúvida, a invenc¸ão de gases

inalató-riosem 1840porHickmanfoiumpassofundamentalrumo

àdescoberta daanestesia paraﬁnalmente permitir

cirur-giasinvasivas.O primeiro procedimentodeanestesiacom

base em éter dietílico foi feito em 1842 por C.W Long

Essenovoconceitorevolucionáriofoiposteriormente

deno-minado‘‘anestesia’’,quesigniﬁcaausênciadeestesia,isto

é,deconsciência

Aanestesiaéamplamenteusada emmuitasaplicac¸ões,

especialmente na esfera médica para procedimentos

cirúrgicos com incisão, cirurgia dentária e tratamentos

intensivos.2 O principal objetivo da anestesia é oferecer

dessensibilizac¸ãoaospacientescirúrgicosaoconduzi-losa

umestadodeinconsciênciasemmemória.Ocenário

funcio-nalglobaldaanestesiapodesercategorizadoemtrêsfases

temporais sequenciais: induc¸ão, manutenc¸ão e despertar

Duranteaprimeirafase,oobjetivoélevaropacienteauma

determinada profundidade de hipnose (PDH) Para tanto,

é necessário administrar o anestésico para manter uma

PDHadequada.Paraainduc¸ãoemanutenc¸ãodaanestesia,

o agente anestésico comumente administrado por via

intravenosaé o propofol.3 Durante a fase de emergência

em procedimentospós-cirurgia, osvaporizadores eoutros

dispositivosdeinfusãosãodesligadosparapermitirorápido

despertardospacientes

Durante a anestesia geral, propofol é geralmente usado em conjunto com opioides de ac¸ão rápida (p ex., remifentanil), que têm efeito sinérgico.4 A subdosa-gemdemedicamentosanestésicospodelevaràinsuﬁciência

deanalgesiaouàconsciência.Poroutrolado,oexcessode medicamentoéperigosoparaospacientes.Logo,omanejo cuidadosodos medicamentosintravenosos é ofator-chave paraosucessodapráticaanestésica.Odesejáveléacessara profundidadedaanestesiaemconjuntocomaadministração automática e interativa do medicamento, com pouca intervençãohumana,paraoajusteadequadodadosagemdo medicamentoparaequilibraroestadoanestésico,afunção autonômicaearespostaaosestímulosnocivos

Os procedimentos de administração de medicamentos intravenosos evoluíram da simples administração manual paraaautomatizadavia‘‘infusãoalvo-controlada’’(Target Controlled Infusion -TCI) e para a administração mais sofisticada de anestesia com circuito fechado (Closed Loop ANesthesia - CLAN) Tradicionalmente, as taxasde administração deagentes hipnóticosem anestesia venosa sãocontroladas manualmente por umanestesiologista.As doses são decididas principalmente com base nos dados demográficosdopacienteenossinaismedidos qualitativa-mente (p.ex.,presençadecertos reflexos,movimento)e quantitativamente (p.ex.,saturaçãodeoxigênio, pressão arterial, frequência cardíaca) O regime de dosagem é então equilibrado por tentativa e êxito para aprimorar a anestesia eevitar atoxicidade.ATCI,tambémconhecida por ‘‘infusão contínua assistida por computador’’ (Com-puter Assisted Continuous Infusion - CACI),5 depende de modelos farmacodinâmicos e farmacocinéticos com base populacional6paracalcularumperfildeinfusãoadequado paraatingir aconcentraçãodomedicamentoestabelecida pelo anestesiologista De acordo com as taxas de infu-são passadas e presentes, esses modelos podem prever

a evolução temporal da concentração plasmática Essa previsão é então usada para controlar a concentração de

Trang 3

de vigília

(100-90)

Estado hipnótico leve

Estado hipnótico moderado

Início

do estado hipnótico profundo Linha plana do EEG

Aumento

do padrão de alternância (burst suppression)

0 20

40 60

Faixa de procedimento cirúrgico

80

100

Figura 1 FaixadaescaladoBISparaindicaroníveldePDH

referência,forneceassimumparadigmadecontrolede

cir-cuito aberto Em vez de ajustar a taxa de infusão, o

anestesiologista manipula a concentrac¸ão de referência,

de forma tanto reativa quanto proativa, usa bombas de

infusão comercialmente disponíveis Os sistemas de TCI

têmasdesvantagensdesensibilidadeparamodelar asnão

linearidadeseperturbac¸õesporquenãoháfeedbacksobre

a mensurac¸ão do efeito do fármaco Essas desvantagens

podemsertratadaspormeiodofechamentodocircuitode

controleatravésdamensurac¸ãodaPDH,queéfornecidapor

monitoresdeEEG;porexemplo,oíndicebispectral(BIS).7

OvalordoBISémapeadoparaoníveldaPDHdopaciente

combasenafaixaescalonadamostrada(ﬁg.1).Ovalorde

100-90corresponde aoestadodetotalvigíliaenquanto os

valoresde90-60e 60-40indicam níveis dehipnoselevee

moderada,respectivamente.8Onívelmoderadorepresenta

afaixadeprocedimentocirúrgicona qualacirurgiageral

éfeitaporproﬁssionaisclínicos.Umnívelacimadoestado

hipnóticoprofundo(40-20)émuitoperigoso.9

EmumsistemaCLAN,oefeitodofármacoémedidoem

tempo real e comparado com a PDH de referência para

obterumsinaldeerro.Embasadonesse,osistema

posterior-menteajustaataxadeinfusãodomedicamento.Umsistema

CLANofereceváriosbenefíciosemcomparac¸ãocomum

sis-temaTCI,inclusiveocontroleautomáticodeperturbac¸ões

eocontrole precisodataxadeinfusão,minimizao efeito

da variabilidade do paciente e reduz a necessidade de

intervenc¸ãopeloanestesiologista

AtendênciaparaconceberumsistemaCLANfoibaseada

emabordagensdecontroletrivialoulinear.10Dong2propôs

um sistema CLAN para anestesia venosa total com base

em um ‘‘controlador proporcional, integral, derivativo’’

(Proportional, Integral, Derivative - PID) Com BIS como

feedbacksensorialeumsistemadesupervisãocombaseem

‘‘processamentodesinaldigital’’(Digital Signal Processing

-DSP),osistemaconcebidofoitestadoem21voluntários

saudáveise15pacientessubmetidosàcirurgia.Excetopor

doispacientes,resultadosclínicossatisfatóriosforam

obti-dos.Outroestudo11combasenocontroladorPIDinvestigou

o desempenho docontrole em 10pacientes submetidos à

cirurgia eletiva de quadril e joelho A mediana do

abso-luto de desempenho foi de 8% A estratégia de controle

foi capaz de fornecer anestesia adequada em nove

paci-entes, com resposta oscilatóriaregistrada em valores BIS

paratrêspacientes.Outrosestudosimportantesrelataramo

controlePIDdaanestesia.12,13Acomparac¸ãodoPID

conven-cionalcomo‘‘modelolineardecontrolepreditivo’’(Linear

Model Predictive Control -LMPC)foifeita14erelatou-seque

oLMPCfoisuperioremtermosderobustezparaadinâmica

intraeinterpacienteenocontroledosdistúrbios,limitac¸ões

e mensurac¸ão de ruído Estudos recentes15-18 objetivam

melhorarasabordagenslineareseajustarcorretamenteos controladoresparaobtermargensdeconsistência suﬁcien-tesparaasincertezasidentiﬁcáveis.Contudo,paraasleis

decontrolebaseadasemabordagenslineares,omodelode

umpacienteque apresentaumcomportamentonãolinear

élinearizado.Talaproximac¸ãoobtémumbomdesempenho

docontrole somente sea diferenc¸a prevista e real entre

ossistemasdecircuitofechadoforpequenaparao contro-ladorprojetado.19 Ocontrolador PID tradicionalnão pode controlar perturbações como alterações da pressão arte-rial,bloqueioneuromuscularevariabilidadedafrequência cardíaca10 e pode resultar em comportamento oscilató-rio durante ensaios clínicos Além disso, para a ampla aceitaçãode umsistemaCLAN porprofissionais clínicos e órgãosreguladores,garantias consistentesde estabilidade

edesempenho sãorequisitos Aadoc¸ãodeumaestratégia

decontrolenãolineareconsistenteé,portanto,orequisito

domomentoemanestesiaclínica

Estapesquisatemcomoobjetivorevelaropotencialde uma estratégia de controle sofisticada, o ‘‘controle por modos deslizantes’’ (Sliding Mode Control - SMC), para controlar a taxa de infusão de propofol O trabalho está organizadodaseguinteforma: aSeção II tratado modelo derivadodopaciente;aSeçãoIIIexplicaosdetalhesdo pro-jetodeSMC;aSeçãoIVapresentaosresultadoscombasenos parâmetrosclínicosdepacientesreaiseaSeçãoVapresenta comentáriossobreasconclusões

Adinâmicadofármacohipnóticoécategorizadadeacordo com seus parâmetros farmacocinético (PK) e farmacodi-nâmico (PD) O parâmetro PK é usado para controlar

o comportamento do fármaco infundido no corpo ao longo do tempo, inclusive distribuição, metabolismo, absorção e depuração,20 enquanto o parâmetro PD repre-sentaa concentração sanguínea do fármaco e o impacto correspondentecausadonolocaldeefeito.21

Combasenoﬂuxosanguíneoemdiferentesórgãos,a lite-raturamédicadivideocorpohumanoemcompartimentos.22

Omodelocompartimentalrepresentaumaabordagem ciné-tica básica para descrever a absorção, distribuição e eliminação dofármaco.23 Por relacionar osníveis plasmá-ticos do medicamento aos parâmetros PD, esse modelo

é intensamente usado em várias aplicac¸ões biomédicas e biotecnológicas devidoa sua inerente ﬂexibilidade e sim-plicidade.AestruturaintegradaPKPDsegue amodelagem compartimental No presente estudo, um modelo PK de três compartimentos foi adotado com um compartimento

deefeito adicional devidoa suaprecisão adequada e eﬁ-ciênciacomputacional.24 Centrado em umcompartimento primário(sangueintravascular)comvolumeV1,um compar-timentoperiférico rápido (músculo) e um compartimento periféricolento(gordura),comvolumesV2 eV3, respecti-vamente,estãoligadosaocompartimentoprimário.Assim,

a distribuição e eliminação da droga entre os comparti-mentosprimárioeperiféricoacontecemcomconstantesde velocidadeponderadask12,k21,k13,k31,comoilustradona figura2.Aqualquermomento,aalteraçãonaconcentração

do fármaco no compartimento primário está relacionada

ao movimento do fármaco de e para os compartimentos

Trang 4

Compartimento

periférico rápido

(V2)

X2

Músculo

Gordura

Sangue intravascular Cérebro Compartimento

periférico lento

(V3)

X3

Compartimento primário (V1)

X1

Compartimento local de efeito

Ce

k1e

k 10

k

21

k

12

k 31

k 13

ke0

3

1

Figura 2 DiagramadeblocosdosmodelosPKePD

periféricos rápido e lento A induc¸ão e depurac¸ão do

fármacoacontecematravésdocompartimentoprimário.A

eliminac¸ão dofármaco desse compartimento acontecede

formaexponencial.17Nolocaldeatuac¸ãodofármaco

(cére-bro),a concentrac¸ão é medida pela atividade cortical no

cérebroqueémedidaatravésdaformamodiﬁcadadosinal

doEEG.25Ainformac¸ãoextraídapode,então,sermapeada

para a profundidade de hipnose (PDH) para a análise da

adequac¸ãodopacienteparaosprocedimentoscirúrgicos

Atabela1mostraanomenclaturaparaomodeloderivado

dopaciente

ParaomodeloderivadodaPK,asequac¸õesdoestadoque

correspondemaostrêscompartimentospodemserescritas

como(1) -(3)

˙

x1(t)=−k10x1(t)−k12x1(t)−k13x1(t)+k21x2(t)

˙

x2(t)=−k12x1(t)−k21x2(t) (2)

˙

x3(t)=−k13x1(t)−k31x3(t) (3)

AstransformadasdeLaplacedasfunc¸ões(1) -(3)resultam

nasfunc¸ões(4) -(6)

sX1(s)=−(k10+K12+K13)X1(s)+k21X2(s)+k31X13(s)+(t)

(4)

sX2(s)=k12X1(s)−k21X2(s) (5)

sX23(s)=k13X1(s)−k31X3(s) (6)

Resolvendo (4) -(6), a relac¸ão entrada-saída pode ser

escritacomo(7)

Dp(s)= X1(s)

U(s) =

(s2+s(k21+k31)+k21k31) (s3+s2(k10+k12+k21+k13+k31)+s(k10k21+k10k31+k13k21+k31k21)+(k10k21k31)) (7) ondeD p (s) é ataxa deabsorc¸ão/metabolismo dofármaco

dentrodocorpo,deﬁnidacomoataxadedisposic¸ão

Rees-crevendo(7),aformageraldomodeloPKéobtidacomo:

Dp(s)= X1(s)

U(s) =

b2s2+b1s+b0

a3s3+a2s2+a1s+a0

(8) onde b2=1, b1=21+31, b0=2131, a3=1,

a2=(10+12+13+31), a1=1021+1031+1231+1321+

3121,a0=102131

Tabela 1 Nomenclatura

eliminac¸ão

eliminac¸ãonolocaldeefeito

sigmoide

OmodeloPDindicaoníveldeconsciênciaerelacionaa concentrac¸ãodofármaconoplasmaàconcentrac¸ãonolocal

deefeitoepodeserderivadocombasenoestadoEq.(9)

˙

xe(t)=k1ex1(t)−ke0xe(t) (9) AplicandoastransformadasdeLaplace(9)

sXe(s)=k1eX1(s)−ke0Xe(s) (10) Considerando que k 1e e k e0 são iguais devido ao seu volume desprezível nocompartimento do localde efeito,

ataxadedisposic¸ãonolocaldeefeitoédadapor(11)

De(s)= XXe(s)

CombasenanaturezaemcascatadosmodelosPKePD,

o modelo global do paciente pode ser ﬁnalmente escrito como:

Hp(s)= ke0 (s+Xe0)∗ b2s2+b1s+b0

a3s3+a2s2+a1s+a0

(12)

OBISestárelacionado comaconcentrac¸ãonolocalde efeitodoanestésicoC e (t) y atravésdeummodelosigmoide nãolinear,ouseja

BIS(t)=E0−Emax∗ Ce(t)

ondeC e (t)podesercalculadopelaintegrac¸ão(14)

˙

Ce(t)=−0.1068x1+0.456Ce (14)

Trang 5

Modelo do paciente

Sigmoide PD

PK

BIS

S M C

b2s2 + b1s + b0 k e0 X e (s)

s + k e0

a3s3 + a2s2 + a1s+a0 R(s)

Figura 3 Diagramadeblocosdosistemaglobaldeciclofechado

Osistemadecircuitofechadoglobalnopresenteestudo

con-sisteprincipalmentedoSMCedomodeloPK-PDemcascata

Asaídadessemodeloéalimentadaparaafunc¸ãosigmoide,

tambémconhecidacomofunc¸ãodeHill,quemapeiaasaída

em escalado BIS.O valor doBIS é usadocomo um

feed-backparaocontrolador.Aﬁgura3apresentaodiagramade

blocosdosistemadecontroledofeedbackglobalusadopara

atingiraPDHdesejadaduranteosprocedimentoscirúrgicos

Oobjetivoglobaldoprojetodecontroleéminimizaroerro

emestadoestacionárioparamanteroníveldaPDHdentro

davariac¸ãoaceitávelparaacirurgia

A lei decontrole é baseada noSMC, umadas técnicas

de controle maisconsistentes e eﬁcazes paraos sistemas

altamente não lineares que operam em ambientes

incer-tossujeitosaperturbações.OSMCenvolve adefinição de

umasuperfíciedeslizante,tipicamenteumasuperfície

alta-mente linear.Oconceitofundamental26 doSMCédirigir a

dinâmicadosistemaapartirdequalquerestadoinicialpara

asuperfíciedeslizante(i.é,fasedealcance).Osistemaé

entãomantidonessasuperfícieparatodososvaloresfuturos

detempo(fasededeslizamento).Aprincipalvantagem

ofe-recidapeloSMCéasuabaixasensibilidadeparaimplantar

distúrbioseincertezas.27

ParaconceberoSMC,considera-seasuperfíciedeslizante

dadapor(15)

=a1x1+a2x2+a3x3+a4xe (15)

Ou

˙

=a1x˙1+a2˙x2+a3˙x3+a4˙xe (16)

ondea1,a2,a3,a4sãoparâmetrosdeajustedocontrolador

Coma1=1,osvaloresdeoutrosparâmetrossãoescolhidos

demaneiraque0setorneopolinômiomônicodeHurwitz

Essacondic¸ãogaranteareduc¸ãonaordemdosistema,que

pode ser representada com os estados n−1 Tal sistema

demonstra insensibilidade às incertezas correspondentes

Substituindoasequac¸õesdeestado,afunc¸ão(16)podeser reescritacomo:

˙

=a1[(−k10−k12−k13)x1(t)+k21x2(t)+k31x3(t)+u(t)] +a2[k12x1(t)−k21x2(t)]+a3[k13x1(t)−k31x3(t)] +a4[k1ex1(t)−ke0xe(t)] (17)

Aleidecontroleglobal(u)consistenocontrole equiva-lente(ueq)econtroledescontínuo(udisc),ouseja

Ocontroleequivalenteobrigaadinâmicadosistemaase moverparaa superfíciedeslizanteedependedos estados tantodosistemaquantodosparâmetros.Tornaoderivado dosmúltiplosdeslizamentosigualazeroepodeser calcu-ladocolocando=0juntocomadinâmicadosistema(17) Logo,

ueq=−[(−k10−k12−k13)x1(t)+k21x2(t)+k31x3(t)]

−a2[k12x1(t)−k21x2(t)]−a3[k13x1(t)−k31x3(t)]

−a4[k1e1(t)−ke0xe(t)] (19)

A presença de perturbações ou incertezas pode resul-tar em /= 0 O controle descontínuo lida com tais perturbaçõesedependedoganhodafunçãosinal,queexibe mudançadecomportamento.Logo,

ondek∈R n ×néamatrizdoganhodedescontinuidade Mate-maticamente,

sign()=

1for>0

−1for<0

(21) Para investigar e caracterizar o desempenho do con-troladorproposto,osdadosclínicos, inclusiveasvariáveis características dos oito pacientes, são apresentados na tabela2.8

Tabela 2 Conjuntodedadosclínicosquemostraascaracterísticasdospacientes

Trang 6

b

0 50 100 150 200 250 –0,5

0 0,5 1

Tempo (s) Conc plasmática da droga (mg/L)

Compartimento primário Compartimento periférico rápido Compartimento periférico lento Compartimento local de efeito

0 50 100 150 200 250 85

90 95 100

Tempo (s)

Figura 4 Administraçãosemcontroladordeagenteanestésiconopaciente6:(a)concentraçãodofármacoemvários comparti-mentose(b)perfildesaída

Combasenosatributosdopaciente,osparâmetros

clíni-coscalculadoscomousodomodelodetrêscompartimentos

deSchniderparapropofolsãoapresentadosabaixo:

V1=4.27[l]

AV2=18.9−0.391(Age−53)[l]

AV3=238[l]

Cl1=1.89+0.0456(W−77)−0.0681(LBM−59)

+0.0264(H−177)

Cl2=1.29−0.24(Age−53)

Cl3=0.836

ondeamassacorporalmagra(LBM)éumafunc¸ãodesexo, pesoeestaturadopaciente.Parahomensemulheres,aLBM

érespectivamentedescritacomo:

LBM=1.1∗W−128∗WH22

LBM=1.07∗W−148∗W2

H2r2

Asconstantesdevelocidadek10,k12,k13,k21,k31 depen-dem depeso, estatura,idade e gênerodopaciente e são descritascomo:

k10= Cl1

V1

k12= Cl2

V1

b a

c

0 50 10 0 15 0 20 0 25 0

1,4

1,6

1,8

2

Tempo (s)

Taxa de infusão da droga (mg/s)

0 50 10 0 15 0 20 0 25 0 –0,5

0 0,5 1 1,5 2

0 50 100 150 200 25 0 40

50 60 70 80 90 100

Tempo (s)

Figura 5 Controle de circuito fechado baseado em SMC do agente anestésico no paciente 6: (a) controle de entrada, (b)concentrac¸ãoplasmáticadadrogaemvárioscompartimentos,(c)perﬁldesaída

Trang 7

b

c

d

–0,5 0 0,5 1 1,5 2

Tempo (s)

Conc plasmática da droga (mg/L)

–0,5 0 0,5 1 1,5 2

Tempo (s)

–1 0 1 2

Tempo (s)

Figura 6 Concentrac¸ãoplasmáticadadroganopaciente4(a),paciente8(b),paciente2(c),paciente7(d)

0 50 10 0 15 0 20 0 25 0 40

50 60 70 80 90 100

Tempo (s)

Paciente 1 Paciente 2 Paciente 3 Paciente 4 Paciente 5 Paciente 6 Paciente 7 Paciente 8

Fase de manutenção Fase de indução

Figura 7 Resultadosdasimulac¸ãoparaovalordoBISparaváriospacientes,demonstraquenãoháoverdose

Trang 8

k13= Cl3

V1

k21= CVl2

2

k31= CVl3

3

Oesquemahabitualdeadministrac¸ãodoagenteanestésico

simplesmenteconsisteem umparadigmasemcontrolador

Comtalesquema,aﬁgura4Amostra aconcentrac¸ão

plas-máticadofármacoemvárioscompartimentos,enquantoa

ﬁgura4BmostraoperﬁldesaídanaformadesinaldoBIS

OsvaloresdoBISaindaestãolongedoníveldesejadodePDH

necessárioparaacirurgiageral.Observa-seapartirdesses

resultadosqueo manejodaanestesiasemumcontrolador

dedicadonocircuitopodeserbastantearriscadoe,em

mui-tassituac¸õescirúrgicas,podenãoseradequado.Comouso

desseesquema,aprecisãodaadministrac¸ãode

medicamen-tosaumpaciente durante acirurgia dependetotalmente

daexperiênciadoanestesiologista.Arespostacríticadesse

controladortorna-semaisproblemáticaecrucial,

especial-mentenoscasosdecrianc¸asepacientescardíacos

Ousodeumcontroladorconsistenteemformadecircuito

fechado muda totalmente a resposta A ﬁgura 5A mostra

onívelcontroladodeinfusão demedicamentoscomouso

datécnicadeSMCparaopaciente6.Aconcentrac¸ão

plas-máticadofármaco noscompartimentosdaestruturaPKPD

é ilustrada na ﬁgura 5B, na qual a taxa de variac¸ão da

concentrac¸ãodofármacoemrelac¸ãoaotempoemtodosos

quatrocompartimentosdocorpoapósainfusãoé

apresen-tada.Inicialmente, a concentrac¸ão dofármaco é máxima

nocompartimento primário,masàmedida queo fármaco

semoveentreoscompartimentosprimárioeperiférico,seu

níveldiminuiexponencialmentenocompartimentoprimário

eaumentanoperiférico.Esseﬂuxodofármaconos

compar-timentosé representado através douso deconstantesde

velocidade.AsaídadoindicadordoBISestá representada

nafigura 5C.Ográficomostra claramente queapresença

docontrolador com um sistemade realimentac¸ão de

cir-cuito fechadomelhora dramaticamente o desempenho do

–10 0 10 20 30 40 50 60

8 7 6 5 4 3 2 1

N.º do paciente

Referência Atual Erro em estado estacionário

Figura 8 ErroemestadoestacionáriomostraqueaPDHestá

navariac¸ãodesejada

processodeanestesia.Dentrodesegundos,asaídaconverge para o nível do BIS necessário para cirurgia O controla-dor então mantém essenívelde PDH, demodo a auxiliar

oanestesiologistaagarantirumaregiãomaisseguraparaa operac¸ão

Aconcentrac¸ãoplasmática dofármaco em vários com-partimentoséumafunc¸ãodosfatoresqueincluemaidade

do paciente Quanto menor for a idade de umpaciente, maisrápidoseráometabolismo/eliminaçãodadroga.Como exemplo,compareaconcentraçãodofármaconos pacien-tes 4 e 8 ilustrada na figuras 6A e 6B, respectivamente

É evidente que o paciente 4, por ser comparativamente mais jovem, tem um metabolismo mais rápido do medi-camentonocompartimentoprimáriodoqueopaciente 8

A comparação de pacientes jovens e velhos revela que a concentraçãonocompartimentoperiféricorápidoaumenta substancialmentedevidoaofluxorápidodepropofola par-tirdocompartimentoprimário.Omesmoefeitoérefletido

nocompartimentoperiféricolentoenocompartimentodo localdeefeito

Emcontrastecom aidade,o peso deumpacientenão interfere de modo significativo no perfil de concentração plasmática do fármaco Para investigar esse efeito,

as concentrações nos pacientes 2 e 7 (peso=30kg) foram comparadas (figs 6C e 6D) Podemos notar que a concentração de propofol no compartimento primário do paciente 2diminuiaumataxarelativamenteigual àquela

dopaciente7.Apequena diferenc¸anasrespostasdeve-se

à diferença entre as idades dos pacientes O mesmo é observadoemrelaçãoaofluxodomedicamentoparaoutros compartimentos

0 50 100 15 0 200 25 0 1,2

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

Tempo (s)

Paciente 1 Paciente 2 Paciente 3 Paciente 4 Paciente 5 Paciente 6 Paciente 7 Paciente 8

Figura 9 Taxadeinfusãodepropofolparaváriospacientes

Trang 9

paci-enteéentãosimuladodeacordocomoconjuntodedados

(tabela 2) Os resultados da simulac¸ão apresentados na

ﬁgura 7 apresentam o nível de hipnose deoito pacientes

apósainfusão dofármaco paraacirurgia.Essasrespostas

indicamasfasestantodeinduc¸ãoquantodemanutenc¸ãoda

anestesia.Inicialmente,duranteafasedeinduc¸ão,o

paci-enteestáemestadodevigília(níveldePDHpróximoa100)

e,emseguida,opacienteentraemestadohipnótico

mode-rado(níveldePDHde40-60).Esse nívelémantido paraa

execuc¸ãoseguradeprocedimentoscirúrgicos.Nesteestudo,

todosos pacientesatingiramo nível idealdehipnose No

entanto,por razõesde quantificação, a figura 8mostra o

erro em estado estacionárioconsiderando o nívelde PDH

de50comoreferência.Odelimitadoentre±5aindaestá

dentrodavariac¸ãoaceitávelparaoperac¸õescirúrgicas

O SMC projetado fornece diferentes taxas de infusão

depropofolcorrespondentesadiferentespacientes(ﬁg.9)

devido àsdiferenc¸as nos parâmetrosdos pacientes,como

idade,peso,estatura,sexoeLBMparamanteronível

dese-jadodePDH.Ocontroladorinicialmentepermiteainjec¸ão

degrandesquantidades dadrogaparalevaropacienteao

estado deinconsciência na fase deinduc¸ão daanestesia

Quandooníveldesejadodehipnoseéobtido,ocontrolador

então mantémrigorosamente a taxaespecíﬁcadeinfusão

duranteafasedemanutenc¸ãodaanestesiaparacada

paci-ente

Conclusão

Este artigo propõe uma lei baseada em SMC para a

administrac¸ãoadequadaeseguradaanestesiacompropofol

paraaobtenc¸ãodeníveisideaisdehipnose.Osresultadosda

simulac¸ãocombasenoconjuntodedadosrespectivosaoito

pacientesreais,com diferentesparâmetrosclínicos,

com-provamclaramente aeﬁcácia daabordagem apresentada

ComaajudadosproﬁssionaismédicosdoNational Institute

of Health(NIH)doPaquistão,vamostestaroCLANproposto

em cenáriocirúrgicorealapóso cumprimentodasnormas

deseguranc¸amédica.Éimperativodemonstrarosbenefícios

práticosdoCLAN paraconvencerosproﬁssionais médicos

Atécnica deanestesia comcircuito fechado(Closed-Loop

ANesthesia - CLAN),embora seja potencialmenteo

obje-tivoﬁnaldainfusãodeagentesanestésicos,aindaestános

estágios iniciaisdepesquisa Aprevisãoé quetal sistema

deCLAN combase em umcontrole consistentenãolinear

substituiráaadministrac¸ãomanual,bemcomoosistemade

TCIemumfuturomuitopróximo

Osautoresdeclaramnãohaverconﬂitosdeinteresse

Referências

1 Bibian S Automation in clinical anesthesia Canada: University of

British Columbia; 2006 [PhD Thesis].

2 Dong C Closed loop controlled total intravenous anaesthesia UK:

University of Plymouth; 2003 [PhD Thesis].

3 Warpechowski P, Santos ATL, Pereira PJI, et al Effects of propofol on

the cardiac conduction system Rev Bras Anestesiol 2010;60:441 -4.

4 Absalom AR, Sutcliffe N, Kenny GNC Closed-loop control of anesthe-sia using bispectral index: performance assessment in patients undergoing major orthopedic surgery under combined general and regional anesthesia Anesthesiology 2002;96:67 -73.

5 Liu N, Chazot T, Genty A, et al Titration of propofol for anesthe-tic induction and maintenance guided by the bispectral index: closed-loop versus manual control: a prospective, randomized, mul-ticenter study Anesthesiology 2006;104:686 -95.

6 Simoni RF, Miziara LEDPG, Esteves LO, et al Pharmacodynamic evaluation and physical/chemical analysis of two formulations of propofol used in target-controlled infusion Rev Bras Anestesiol 2013;63:66 -72.

7 Nunes RR, Chave IMM, Alencar JCGD, et al Bispectral index and other processed parameters of electroencephalogram: an update Rev Bras Anestesiol 2012;62:111 -7.

8 Ionescu CM, De Keyser R, Torrico BC, et al Robust predictive control strategy applied for propofol dosing using BIS as a controlled variable during anesthesia IEEE Trans Biomed Eng 2008;55:2161 -70.

9 Struys M, De smet T, Greenwald S, et al Performance evaluation

of two published closed-loop control systems using bispectral index monitoring: a simulation study Anesthesiology 2004;100:640 -7.

10 Lan JY, Abbod MF, Yeh RG, et al Review: intelligent modeling and control in anesthesia J Med Biol Eng 2012;32:293 -307.

11 Absalom AR, Struys MMRF An overview of target controlled infusions and total intravenous anaesthesia San Diego, CA, USA: Academia Press; 2007.

12 Soltesz K, Heusden K, Dumont GA, et al Closed-loop anesthesia in children using a PID controller: a pilot study In: IFAC conference on advances in PID control 2012.

13 Sakai T, Matsuki A, White PF, et al Use of an EEG-bispectral closed loop delivery system for administering propofol Acta Anaesthesiol Scand 2000;44:1007 -10.

14 Ingole DD, Sonawane DN, Naik VV, et al Linear model predictive controller for closed-loop control of intravenous anesthesia with time delay ACEEE Int J Control Syst Instrum 2013;4:8 -15.

15 Zhusubaliyev TZ, Medvedev A, Silva MM Bifurcation analysis of PID controlled neuromuscular blockade in closed-loop anesthesia J Process Control 2015;25:152 -63.

16 Heusden KV, Dumont GA, Soltesz K, et al Design and clinical evalu-ation of robust PID control of propofol anesthesia in children IEEE Trans Control Syst Technol 2014;22:491 -501.

17 Soltesz K, Dumont GA, Ansermino JM Assessing control performance

in closed-loop anesthesia In: 21st Mediterranean conference on control and automation 2013 p 191 -6.

18 West N, Dumont GA, Heusden KV, et al Robust closed-loop control

of induction and maintenance of propofol anesthesia in children Pediatr Anesth 2013;23:712 -9.

19 Ajwad SA, Iqbal J, Ullah MI, et al A systematic review of current and emergent manipulator control approaches Front Mech Eng 2015;10:198 -210.

20 Shargel L, Wu-Pong S, Yu AB Applied biopharmaceutics and phar-macokinetics NY, USA: McGraw-Hill; 2007.

21 Heusden KV, Soltesz K, Khosravi S, et al Quantiﬁcation of the varia-bility in response to propofol administration in children IEEE Trans Biomed Eng 2013;60:2521 -9.

22 Coppens MJ, Eleveld DJ, Proost JH, et al An evaluation of using population pharmacokinetic models to estimate pharmacodynamic parameters for propofol and bispectral index in children Anesthe-siology 2011;115:83 -93.

23 Bibian S, Ries CR, Huzmezan M, et al Introduction to automated drug delivery in clinical anesthesia Eur J Control 2005;11:535 -57.

24 Schnider TW, Minto CF, Cambus P, et al The inﬂuence of method of administration and covariates on the pharmacokinetics of propofol

in adult volunteers Anesthesiology 1998;88:1170 -82.

25 Hendrickx JF The pharmacokinetics of inhaled anesthetics and car-rier gases Belgium: Ghent University; 2004 [PhD Thesis].

26 Islam RU, Iqbal J, Khan Q Design and comparison of two control stra-tegies for multi-DOF articulated robotic arm manipulator Control Eng Appl Inform 2014;16:28 -39.

27 Ajwad SA, Ullah MI, Khelifa B, et al A comprehensive state-of-the art on control of industrial articulated robots J Balk Tribol Assoc 2014;20:499 -521.

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	0,91 MB