Non-invasive venous waveform analysis and the IntraVAscular volume Number (IVAN) track acute hemorrhage and volume overload in a piglet model

Resumen Técnico: Análisis de la Onda Venosa No Invasivo y el Número de Volumen IntraVascular (IVAN) en un Modelo Porcino de Escala Pediátrica

Planteamiento del Problema
La evaluación precisa del estado del volumen intravascular sigue siendo un desafío crítico y no resuelto en el cuidado perioperatorio y de cuidados críticos de lactantes y niños. Las herramientas de monitorización actuales son en gran medida inadecuadas para esta población por varias razones:

• Diferencias Fisiológicas: Los niños mantienen los signos vitales convencionales (como la presión arterial media) hasta que se pierde una fracción significativa del volumen sanguíneo, lo que suele retrasar la detección de la hemorragia hasta que ocurre una lesión de órganos terminales.
• Limitaciones de las Herramientas: La mayoría de los dispositivos y algoritmos de monitorización fueron desarrollados y validados en adultos, no teniendo en cuenta la mayor distensibilidad arterial y la variabilidad fisiológica de los pacientes pediátricos.
• Invasividad vs. Accesibilidad: Las medidas invasivas como la presión venosa central (PVC) o la presión de la capilla pulmonar (PCP) son poco prácticas y riesgosas en pacientes pequeños, mientras que los sustitutos ecocardiográficos requieren formación especializada y a menudo son inaccesibles en el campo quirúrgico.
• Riesgos de Sobrecarga de Volumen: Por el contrario, la administración excesiva de líquidos que conduce a la sobrecarga de volumen está asociada de forma independiente con un aumento de la morbilidad y la mortalidad en niños críticamente enfermos.

Existe una necesidad distintiva de tecnologías de monitorización desarrolladas y optimizadas específicamente para la población pediátrica utilizando estándares de referencia fisiológicos relevantes para la pediatría.

Metodología
El estudio utilizó un modelo porcino controlado de escala pediátrica para evaluar el Análisis de la Onda Venosa No Invasivo (NIVA, por sus siglas en inglés) y su métrica derivada, el Número de Volumen IntraVascular (IVAN).

• Sujetos: Ocho lechones Yorkshire anestesiados y con ventilación mecánica (5 semanas de edad, 4–10 kg), comparables en desarrollo a los humanos lactantes.
• Protocolo Experimental:
  • Hemorragia: Se realizó una extracción de sangre controlada para eliminar el 5%, 10%, 15%, 20% y 25% del volumen sanguíneo estimado (VSE), o hasta que ocurriera una reducción del 20% en la presión arterial media (PAM).
  • Reanimación y Sobrecarga: La sangre extraída se reinfundió, seguida de la administración de cristaloides balanceados (Plasma-Lyte) en bolos para inducir la sobrecarga de volumen hasta administrar 500 mL o hasta que el gasto cardíaco disminuyera en un 15%.
• Adquisición de Datos:
  • NIVA: Sensores piezoeléctricos capturaron ondas venosas periféricas de forma no invasiva. Las señales se procesaron mediante la Transformada Rápida de Fourier (FFT) para extraer las contribuciones de potencia de la frecuencia fundamental y sus armónicos. Un algoritmo ratiométrico patentado derivó el IVAN.
  • Estándares de Referencia: Las mediciones invasivas simultáneas incluyeron la Presión de la Aurícula Derecha (PAD), la Presión de la Capilla Pulmonar (PCP) y la PAM. La ecografía transtorácica midió la variación respiratoria en la velocidad máxima sistólica aórtica ($\Delta V_{peak}$). También se registraron valores de laboratorio (glucosa, lactato, creatinina, electrolitos, gases en sangre).
• Análisis: Se calcularon la concordancia direccional (porcentaje de observaciones donde la métrica cambió en la misma dirección que el volumen) y los coeficientes de correlación de Pearson entre el IVAN y el cambio de volumen. El análisis de la curva característica operativa del receptor (ROC) evaluó la capacidad del IVAN bruto para discriminar umbrales específicos de pérdida de sangre (15% y 25%) respecto al valor basal.

Resultados Clave

• Desempeño del Seguimiento de Volumen: A través del rango combinado de hemorragia y sobrecarga de volumen, el IVAN rastreó el cambio del volumen intravascular con una concordancia direccional del 92% ($r = 0.68, P < 0.0001$).
  • Este desempeño fue comparable a las presiones de llenado invasivas: la PAD mostró una concordancia del 98% ($r = 0.69$) y la PCP mostró un 89% de concordancia ($r = 0.65$).
  • En contraste, la Presión Arterial Media (PAM) mostró solo un 67% de concordancia y una correlación negativa no significativa ($r = -0.12, P = 0.32$), confirmando su insensibilidad a los cambios agudos de volumen hasta que se agota la compensación.
• Discriminación de la Pérdida de Sangre: Los valores de IVAN bruto discriminaron con éxito entre el valor basal y grados específicos de pérdida de sangre.
  • Área Bajo la Curva (AUC) para la pérdida de sangre del 15%: 0.87.
  • AUC para la pérdida de sangre del 25%: 0.89.
  • Las reducciones pareadas de IVAN desde el valor basal fueron estadísticamente significativas tanto para la pérdida de sangre del 15% ($P = 0.016$) como del 25% ($P = 0.047$).
• Comparación con otras Métricas:
  • Ecocardiografía: La variación respiratoria en la velocidad máxima sistólica aórtica ($\Delta V_{peak}$), un índice dinámico de la respuesta a fluidos, no rastreó el cambio del volumen intravascular en ninguna fase ($r \approx 0$).
  • Valores de Laboratorio: La glucosa, la creatinina y el lactato rastrearon el cambio de volumen en diversos grados, particularmente durante la fase de sobrecarga. Sin embargo, la mayoría de los índices convencionales de gases en sangre e electrolitos (pH, $pCO_2$, $pO_2$, bicarbonato, sodio, calcio) no mostraron una asociación significativa con los cambios agudos de volumen.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que, en este modelo porcino de escala pediátrica, el índice IVAN no invasivo rastrea la dirección del cambio del volumen intravascular con una precisión comparable a los estándares de oro invasivos (PAD y PCP) y sustancialmente mejor que la presión arterial media en la que se basa la práctica clínica.

El estudio respalda las siguientes conclusiones:

1. Validación de NIVA para Pediatría: Los resultados extienden los datos previos de prueba de concepto en niños sometidos a reconstrucción compleja de la bóveda craneal hacia un modelo controlado con referencias invasivas simultáneas y desafíos de volumen bidireccionales.
2. Superioridad frente a la Presión Arterial: La disociación entre el IVAN derivado de la vena y la presión arterial resalta las limitaciones de la PAM como sustituto del estado de volumen en niños.
3. Viabilidad de la Monitorización No Invasiva: El estudio demuestra que NIVA puede aplicarse con éxito en un modelo de escala pediátrica, lo que respalda la validación cuantitativa adicional para establecer acuerdos y una captura de datos fiable para un monitor de volumen pediátrico de cabecera.

Los autores mantienen la modestia respecto al alcance de estos hallazgos, señalando limitaciones como el pequeño tamaño de la muestra (particularmente para la fase de sobrecarga), el uso de una única etapa de desarrollo y la naturaleza prototipo del dispositivo, lo que llevó a algunas exclusiones de datos. Concluyen que estos resultados motivan un estudio más amplio, con la potencia necesaria para establecer límites de acuerdo y una captura de datos fiable para su aplicación clínica.