Dopplerfluxometria no estudo da circulação fetal: revisão do aspecto segurança
https://doi.org/10.1590/S0100-39842002000600010
DOPPLERFLUXOMETRIA NO ESTUDO DA CIRCULAÇÃO FETAL: REVISÃO DO ASPECTO SEGURANÇA*
Carlos Geraldo Viana Murta1, Paulo Novaes Batistuta2, João Sabino Cunha Filho3
Unitermos: Dopplervelocimetria; Segurança; Bioefeitos; Pré-natal.
Doppler velocimetry in the study of the fetal circulation: review on safety.
Key words: Doppler velocimetry; Safety; Bioeffects; Prenatal.
O princípio básico utilizado pela dopplerfluxometria é o efeito Doppler. Em 1842, Christian Doppler(1), cientista dotado de extraordinário raciocínio científico e possuidor de exuberantes conhecimentos matemáticos e físicos, descreveu desvios de luz vermelha emitida por estrelas binárias.
O exame baseia-se no emprego de sons de alta freqüência na investigação do fluxo sanguíneo de um vaso. Quando uma onda sonora de alta freqüência (ultra-som) é dirigida para um alvo em movimento, ela é refletida com uma freqüência diferente daquela que caracterizava o som emitido. Essa diferença de freqüência é o que se chama de efeito Doppler. Quando um feixe ultra-sônico é dirigido para um vaso sanguíneo, a onda é refletida principalmente pelas células que fluem no interior desse vaso, notadamente as hemácias. Essa é a base para o uso da tecnologia Doppler na avaliação de parâmetros relacionados ao fluxo de sangue(2).
A determinação da velocidade do fluxo sanguíneo e do desvio da freqüência Doppler é influenciada por uma interação complexa de múltiplos fatores, entre os quais o ângulo de incidência formado pelo feixe ultra-sônico e o vaso sanguíneo estudado. Diante da dificuldade de determinar esse ângulo de incidência na maioria dos vasos do feto, por terem trajetos curtos e serem tortuosos, criaram-se métodos alternativos para o estudo da dinâmica do fluxo sanguíneo, que são os índices Doppler. São índices ângulo-independentes e correlacionam-se fielmente com a velocidade do fluxo e a resistência do vaso(3).
Em 1956, Satomura(4) mostrou que era possível detectar o fluxo sanguíneo nas artérias periféricas, usando a diferença Doppler das freqüências refletidas das células sanguíneas em movimento. Em obstetrícia, o efeito Doppler foi inicialmente utilizado para monitorização da atividade cardíaca in utero(5). A introdução da técnica ultra-sonográfica abriu as portas para a investigação direta não-invasiva do feto humano(2). Foram os trabalhos de FitzGerald e Drumm (1977)(6), Gill e Kossoff (1979)(7) e Eik-Nes et al. (1980, 1982, 1984)(8-10) que tornaram realidade o uso clínico da dopplerfluxometria na avaliação hemodinâmica fetal.
Nos dias atuais, o estudo do fluxo sanguíneo é feito pelo Doppler de forma não-invasiva e indireta, por quatro diferentes métodos: o Doppler contínuo, o pulsátil, o Doppler colorido e, mais recentemente, o "power" Doppler.
O Doppler contínuo, há muitos anos, vem sendo utilizado na propedêutica obstétrica para a ausculta dos batimentos cardiofetais e para a avaliação do fluxo sanguíneo nos vasos periféricos(4). Nesse método utiliza-se de dois cristais, um para a transmissão do sinal e outro para a recepção, feitas de forma contínua. Esse tipo de Doppler é incapaz de discriminar sinais de diferentes profundidades. O Doppler contínuo tem a vantagem de relatar todos os movimentos ao longo do eixo insonado, devendo ser assegurado que a máxima velocidade está inclusa no sinal. A análise espectral Doppler em tempo real permitiu a análise qualitativa (representar as freqüências Doppler e conhecer o perfil de velocidades de determinado fluxo) e quantitativa (medir as freqüências sistólica e diastólica necessárias para calcular parâmetros circulatórios)(11,12).
O Doppler pulsátil dispõe de apenas um cristal, que emite o ultra-som em pulsos, e no intervalo dessa emissão recebe o eco (som refletido). As contribuições de Peronneau e Leger(13), em 1969, foram decisivas na construção de cristais vibráteis capazes de transmitir impulsos sonoros intermitentes, sempre acoplados ao ultra-som convencional(1). Essa combinação, ultra-som convencional mais a unidade Doppler, recebeu o nome de Doppler dúplex. Esse sistema facilitou a análise do fluxo vascular, uma vez que o vaso passa a ser identificado pela escala de cinza e é selecionado, independentemente de sua profundidade, através de uma janela acústica localizada sobre o vaso desejado (Figura 1). A grande vantagem dessa técnica diz respeito à exclusão de sinais referentes a estruturas fora do volume amostral. No entanto, a disponibilidade do Doppler pulsado está limitada a uma capacidade máxima de velocidade detectável. Esse condicionante está contido no limite de Nyquist, que corresponde à freqüência máxima a partir da qual a freqüência Doppler não é mensurável. Quando a velocidade sanguínea é elevada, isto é, quando a freqüência máxima de deslocação excede a metade da freqüência de repetição de pulsos, o efeito Doppler não consegue ser avaliado com rigor. Qualquer freqüência Doppler que ultrapasse esse limite é expressa com polaridade inversa ("aliasing"), representando-se no lado oposto da linha de base na análise espectral, e no Doppler em cores, pela cor oposta.
O Doppler colorido oferece informações sobre a velocidade de determinado fluxo, e mostra a direção e a magnitude dessa velocidade. Com os estudos de Eyer et al. (1981)(14), foi possível distinguir simultaneamente o sentido de deslocação e a velocidade do fluxo ao longo do vaso em tempo real. O Doppler colorido consiste em um sistema que permite mapear em cores os vasos sanguíneos de uma região anatômica, definida pelo ultra-som convencional, característica que torna possível a identificação de diminutos vasos jamais vistos por meio da escala de cinza. Isto é de particular importância no primeiro trimestre, com as diminutas distâncias entre os vasos fetais. Habitualmente, a codificação da freqüência média do fluxo é traduzida em duas cores dominantes (vermelho para as correntes que se aproximam da sonda e azul para as que se afastam), e as tonalidades diferentes representam velocidades diferentes. Variação nas velocidades, as quais podem ser vistas em áreas de turbulência, pode ser representada por cores mais claras (amarelo e verde), e quanto maior a velocidade, mais clara é a tonalidade da cor (Figura 2).
Por último, no que diz respeito às limitações da técnica Doppler (efeito "aliasing", dependência de ângulo de insonação e dificuldade de separar o ruído de fundo nos fluxos de baixa velocidade), foi proposto, em 1994, por Rubin et al.(15), um novo método de processamento do sinal Doppler emitido pelo fluxo em movimento. Na verdade, nessa modalidade de Doppler, o mapeamento decorre da quantidade de hemácias e não de sua velocidade, e por isso denomina-se "power" Doppler, energia Doppler codificada em cores, angiografia Doppler, "color power angio" ou angiografia ultra-sonográfica. Esse tipo de Doppler tem a vantagem de ser ângulo-independente, e, por isso, é mais sensível que o Doppler colorido. Diferentemente deste último, o "power" Doppler é capaz de captar fluxo mesmo quando o vaso é insonado com ângulo maior que 90 graus. Dessa maneira, o "power" Doppler permite detectar vasos de menor calibre e com fluxo de menor velocidade (< 4 cm/s) e também possibilita identificar fluxos em tecidos em que a velocidade média é próxima de zero. Tal fato serve-se do ganho do sinal, já que este pode ser aumentado até o ponto em que um fluxo lento em vasos pequenos consegue ser detectado, sem que haja aumento do ruído. Um sinal Doppler emitido por eritrócitos em movimento tem três componentes: freqüência, tempo e amplitude. No caso do Doppler em cores, a freqüência é codificada em uma escala de cores apropriada, mas não usa a informação da amplitude. O "power" Doppler faz uso da amplitude das freqüências Doppler, como uma estimativa razoável do número de hemácias em movimento na amostra selecionada. A representação dessa energia é feita em uma única cor, com intensidade crescente à medida que a energia aumenta e se sobrepõe a uma imagem de modo B. A cor define o percurso dos vasos de muito pequeno calibre (diâmetro < 1 mm), não vistos na escala de cinza, embora tanto o calibre quanto o desenho do vaso sejam avaliados com maior qualidade pelo Doppler colorido(1). Assim, a sensibilidade extrema pode captar movimentos das paredes dos vasos e produzir artefatos que, somados à falta de informação fornecida em relação à direção do fluxo, constituem limitações ainda não elucidadas (Figura 3).
Os principais órgãos determinantes da hemodinâmica fetal são o coração e a placenta. Dois tipos de circulação unem esses dois órgãos: de um lado, a circulação venosa, e do outro, a arterial. Ambas são passíveis de alterações em nível placentário, cardíaco, do sistema nervoso central, e em nível periférico. No entanto, paradoxalmente, na literatura existe uma supervalorização da avaliação do fluxo arterial. Assim, fazendo-se uma resenha histórica em termos da acessibilidade dos vasos fetais, os primeiros estudos de fluxometria Doppler foram aplicados à análise de fluxo das artérias umbilicais e uterinas por meio do Doppler contínuo (FitzGerald e Drumm, 1977)(6). A seguir, foi realizada a avaliação de fluxo na veia umbilical (Gill e Kossoff, 1979; Eik-Nes et al., 1980)(7,8), e posteriormente da aorta descendente e da artéria umbilical na segunda metade da gravidez (Marsal et al., 1984; Trudinger et al., 1985)(16,17). A investigação fluxométrica da artéria cerebral média só foi conseguida dois anos mais tarde (Wladimiroff et al., 1986; Arbeille et al., 1986)(18,19). Finalmente, estudos Doppler relativos à veia cava inferior apareceram em 1990 (Reed et al., 1990)(20). O primeiro estudo Doppler do duto venoso em feto humano foi publicado em 1991, por Kiserud et al.(21).
A detecção e análise de fluxos tornaram-se igualmente possíveis graças ao aparecimento de aparelhos suscetíveis de transformar a freqüência Doppler em fenômenos acústicos e visuais. Recentemente, o aprimoramento da tecnologia permitiu expandir o âmbito da investigação a fases precoces da gestação(22-24) e alargá-lo ao território venoso(25), incluindo o estudo do duto venoso(21). Huisman et al. (1992)(22) identificaram fluxo sanguíneo no duto venoso precocemente, entre nove e dez semanas de gestação.
SEGURANÇA E BIOEFEITOS DO DOPPLER
A utilização crescente da ultra-sonografia, a introdução de novas técnicas, a popularização das indicações e o aumento potencial do tempo de exposição tornam a vigilância contínua essencial, de modo a assegurar a continuidade do seu uso com garantia de inocuidade(26).
As diretrizes atuais são teóricas, mas parecem razoáveis. A Food and Drug Administration (FDA), dos EUA, solicitou, em 1976, estudo sobre segurança do uso da ultra-sonografia. Até então, não estavam convencionados os limites para a emissão de energia acústica pelos equipamentos então comercializados. Em resposta, foi proposto um limite máximo para a intensidade de energia acústica menor que 100 mW/cm², o que significa que haveria segurança para a exposição de uma intensidade de energia que é absorvida pelos tecidos expostos até esse ápice espacial em média temporal (SPTA). Em 1992, a FDA(27) considerou o limite de segurança para a exposição à intensidade de energia debitada (SPTA) menor do que 94 mW/cm². Porém, é preciso ter em conta que o débito acústico dos equipamentos depende do modo como eles estão sendo utilizados e da programação do aparelho (posição e tamanho do volume da amostra, posição e número das zonas focais transmitidas, velocidades e espectro de cores), o que se traduz em mais de um milhão de combinações possíveis e torna virtualmente impossível identificar a combinação pela qual o máximo débito é emitido. Desse modo, com as novas diretrizes sobre segurança introduzidas em 1998, já não é mais utilizada a regulamentação bioenergética dos equipamentos de ultra-sonografia em termos de SPTA. Os prováveis efeitos físicos produzidos pelo ultra-som, que podem ser deletérios à matéria biológica, incluem elevação da temperatura, particularmente aquecimento de ossos e cavitação inercial, resultado da implosão de microbolhas. Atualmente, a FDA exige dos fabricantes índice térmico, risco de lesão térmica e mecânico, risco de lesão por cavitação(27,28).
Uma vez que o uso de ultra-sonografia com níveis acústicos elevados tem efeitos biológicos térmicos e mecânicos(29,30), os investigadores, as sociedades de ultra-sonografia e as autoridades de saúde continuam atentos e preocupados com os efeitos adversos decorrentes da utilização dos ultra-sons no organismo humano. Não são conhecidos, até hoje, efeitos deletérios nos tecidos dos mamíferos em conseqüência do uso dos ultra-sons nas intensidades utilizadas com fins diagnósticos(31-34). Estudos longitudinais epidemiológicos também não mostraram conseqüências nefastas da ultra-sonografia diagnóstica, correntemente utilizada durante a gravidez, seja para a mãe seja para o concepto.
No caso particular da prática obstétrica, quando se considera a aplicação clínica e de cunho científico, é imperioso fazer o ajuste dos benefícios e riscos potenciais. Tal é a atitude adotada pelo Safety Committee of the European Federation of Societies for Ultrasound in Medicine and Biology (EFSUMB) e pelo American Institute of Ultrasound in Medicine (AIUM), que promovem atualizações freqüentes (Clinical Safety Statement for Diagnostic Ultrasound) sobre o tema da segurança da ultra-sonografia(35,36).
O mais proeminente efeito adverso ocorre após exposição do embrião em desenvolvimento a períodos de hipertermia. As elevações térmicas mais importantes ocorrem no osso e na interface osso-tecido mole, devido à maior absorção energética nesse nível.
Estudos em diferentes espécies animais mostraram malformações cerebrais após exposição a temperaturas superiores a 4°C da temperatura basal por cinco minutos(37). Essas elevações, observadas em preparados experimentais, é muito improvável que ocorram com o emprego do ultra-som diagnóstico. Tarantal et al. (1993)(38) conduziram experimento em primatas grávidas utilizando aparelhos comerciais de Doppler pulsátil. As medidas de temperatura intracraniana e na interface osso-músculo detectaram elevação máxima de 0,6°C(1).
O European Committee for Ultrasound Radiation Safety (1996)(39) indicava que no decorrer do período de organogênese são desaconselháveis exames de rotina do embrião em desenvolvimento, particularmente usando-se o Doppler pulsátil, pela possibilidade de haver efeitos biológicos induzidos pela emissão do Doppler nos tecidos.
Durante os últimos anos houve um aumento considerável nas publicações médicas a respeito do Doppler pulsátil e do Doppler colorido quando utilizados para investigar a circulação do embrião e do feto em estágios precoces. No que concerne ao primeiro trimestre da gravidez, a World Federation of Ultrasound in Medicine and Biology recomendava que o uso do modo B não é contra-indicado em termos de energia térmica, incluindo a aplicação transvaginal(34). Foram apresentadas orientações para o uso da dopplerfluxometria, quando a interface gás-tecido ou agentes de contraste não estão presentes e for inexistente o risco de elevação importante na temperatura. Assim, respeitadas as condições anteriormente mencionadas, o uso dos equipamentos Doppler com finalidade diagnóstica não é interditado(34). Quanto às preocupações referidas, Campbell e Platt (1999)(34) propõem apenas a publicação de trabalhos que versem sobre o uso do Doppler após as dez semanas e com autorização expressa do Comitê de Ética local.
É importante mencionar o fato histológico de que o embrião durante o primeiro trimestre pode ser considerado "sem osso" e de que o período de organogênese precede a ossificação. Portanto, os efeitos térmicos são mais provavelmente mínimos ou ausentes. No entanto, ainda permanece em litígio a questão relativa à quantidade de energia acústica suficiente para provocar dano permanente ou transitório às estruturas embrionárias(30).
O aquecimento da zona entre o osso e os tecidos moles foi evidenciado in vitro(40), porém os resultados desses experimentos nunca foram reproduzidos em tecidos perfundidos em modelos animais in vivo(37,38,41,42). Durante a vida pré-natal, a mineralização óssea inicia-se cerca da 12a semana, pelo que há uma correlação entre o efeito térmico da ultra-sonografia e a idade gestacional, isto é, as estruturas ósseas tornam-se cada vez mais vulneráveis ao aquecimento com o avançar da idade gestacional, conquanto a extensão do bioefeito mostre tendência a ser circunscrita ao maior tamanho do feto. Usando o crânio de um rato como modelo para a insonação do feto humano, Carstensen et al. (1990)(43) observaram elevações de 5°C após 90 segundos de exposição de ratos anestesiados ao Doppler contínuo ou pulsado com intensidades de 1,5 W/cm² (15 vezes superiores aos limites recomendados). O aumento de temperatura, verificado após a morte do animal, foi apenas 10% superior. Um aumento médio de 4,3°C na temperatura da face interna do osso parietal em fetos a termo foi verificado por Horder et al. (1997)(44) após a exposição destes a intensidades acústicas com SPTA de 2,8 W/cm² durante 120 segundos (limite 28 vezes superior aos recomendados). No entanto, a maioria dessas experimentos representa um aquecimento de toda a superfície corporal, ao contrário de uma área restrita que corresponderá ao feixe ultra-sônico. Por outro lado, os tecidos fetais estarão menos expostos a sobreaquecimento pelo seu elevado conteúdo em água, tanto menos quanto mais precocemente ocorrer na gravidez, em que não há cartilagem nem ossos presentes(1,32).
O efeito térmico é avaliado pelo índice térmico (IT), que traduz aproximadamente a máxima elevação térmica passível de ocorrer no tecido exposto aos ultra-sons. Um IT de 1,0 significa que uma subida térmica de 1°C é previsível, deixando um transdutor numa posição fixa (até a temperatura estabilizar) num modelo de tecido perfundido, como resultado da deposição de energia no tecido por absorção dos ultra-sons. Previsivelmente, a máxima elevação térmica in vivo ocorre no osso (estrutura que absorve as ondas ultra-sônicas de forma mais significativa) na região subjacente ao transdutor. O efeito térmico parece ser aquele que possui maior relevância clínica, o que justificou duas recomendações recentes, atinentes ao Doppler, emitidas pela World Federation of Ultrasound in Medicine and Biology (1998). A primeira versa sobre o fato de que as exposições que elevem a temperatura local acima de 41°C por mais de cinco minutos devem ser consideradas deletérias. No entanto, podem ser clinicamente utilizadas, sem reservas, exposições diagnósticas que elevem a temperatura não mais que 1,5°C acima dos 37°C fisiológicos. A segunda recomendação diz respeito a evitar-se fazer exames em mães febris. Ressalta-se ainda o fato de que a duração e exposição devem ser reduzidas ao mínimo necessário para obter a informação requerida.
Relativamente aos efeitos de cavitação por inércia, estes têm sido observados em órgãos com inclusões gasosas, como o intestino e os pulmões, fato que em princípio não acontece na exploração embrionária ou fetal(29). As bolhas gasosas crescem progressivamente e exercem um "stress" mecânico sobre as estruturas adjacentes. A sua evidência nos tecidos dos mamíferos baseia-se nas experiências de litotripsia, em que se verificou cavitação nas interfaces gás/tecido, como, por exemplo, nos pulmões do rato e do macaco, após exposição ao Doppler pulsado durante alguns minutos(45-47). Esses efeitos são descritos como extravasamento ou hemorragia dos capilares pulmonares, e não se observaram em tecidos que não contêm ar. É, pois, pouco provável que ocorram no feto.
Um terceiro efeito, decorrente da propagação não linear da ultra-sonografia, resulta no movimento de fluidos orgânicos causado pela passagem de pulsos de ultra-sons(30). O tecido embrionário fica exposto à pressão repetitiva cada vez que ultrapassado pelo pulso acústico. Acredita-se que tais forças sejam insuficientes para causar distúrbio permanente do embrião; no entanto, a matriz extracelular madura, que garante a estrutura do tecido, desenvolve-se lentamente em fases iniciais da gravidez, e a comunicação intercelular é essencial para o desenvolvimento embrionário normal. Desse modo, permanece desconhecida a quantidade acústica e o nível de segurança a partir do qual se estabelece um dano transitório ou permanente da estrutura do embrião.
O EFSUMB (1996)(39) orientou que, com base nas evidências científicas dos efeitos biológicos induzidos pelo ultra-som, não há razões para contra-indicar o uso do modo-B ou modo-M na aplicação clínica em mulher gestante. Por outro lado, considera que, pelo fato de ser o período embrionário conhecido como sendo sensível às influências externas, os pesquisadores, usando Doppler pulsátil ou colorido, devem estar atentos aos níveis de energia dissipada e ao tempo de exposição, pelo menos até que futuras informações científicas sejam confiáveis.
Com base nas recomendações precitadas, é fácil deduzir que não há critérios de limitação estritamente definidos para o uso do Doppler pulsátil ou colorido durante a gravidez inicial. No entanto, existe preocupação com a segurança mais bem definida pelo princípio de uma menor energia dissipada com um menor tempo gasto no exame. O uso prudente do Doppler deve refletir os benefícios em oposição à possibilidade teórica dos riscos e tentar diminuí-los com tempo adequado de exame, respeitando normas de segurança do fabricante e não simplesmente proibir a utilização clínica da tecnologia(48).
A última inovação no âmbito dos equipamentos de ultra-sonografia, e em resposta às preocupações crescentes com o tema segurança, é a possibilidade de obterem-se, durante o exame, os índices térmicos e mecânicos, segundo o European Committee for Ultrasound Radiation Safety(35,39) e o AIUM(36). Tal mecanismo permite o controle contínuo pelo operador das características dos ultra-sons que são utilizados. Por outro lado, a melhoria das condições técnicas facilitadas pelo Doppler em cores e pelo "power" Doppler subtrai o tempo de exposição para a obtenção de sinais fidedignos e reprodutíveis, contribuindo seguramente para minimizar os biofeitos eventuais. Deve-se ainda evitar a ultra-sonografia de estruturas críticas como o osso e as que contenham eventualmente gás. Vale salientar que, à medida que evolve a gestação e, conseqüentemente, ocorre aumento da mineralização, a possibilidade de aquecimento ósseo acresce e se torna inconveniente a exploração prolongada do Doppler em estruturas como o crânio e a coluna vertebral. A presente pesquisa beneficia-se afortunadamente, pela época em que foi realizada, de poder utilizar todas as técnicas mais recentes, discriminadas anteriormente, aplicadas a uma estrutura até então de difícil acesso e significado clínico insuficientemente esclarecido, como é o duto venoso. Espera-se que o refinamento do papel da avaliação Doppler fetal continue a acelerar-se no contexto da avaliação clínica abrangente(49).
Os aparelhos de ultra-sonografia utilizados correntemente funcionam com índice térmico máximo e índice mecânico automaticamente mantidos em níveis inferiores a 1,0. Os dados são tranqüilizadores. A ausência de lesão biológica nas três gerações de humanos expostos a ultra-som diagnóstico é fato altamente encorajador. Apesar da ameaça de ação médico-legal, a miríade de vantagens do tempo real e do ultra-som Doppler na gravidez tem significado contínua expansão do número de gestações examinadas com essas modalidades(50).
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* Trabalho realizado na Divisão de Toco-ginecologia do Hospital Universitário Cassiano Antônio de Moraes da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), Vitória, ES.
1. Fellow pela Universidade de Maryland, Baltimore, EUA (ACOG-FIGO, 2000), Médico da UFES.
2. Fellow pela Nordic Federation of Gynecology and Obstetrics, Suécia (NFOG-FIGO, 1997), Médico da UFES.
3. Fellow pela Universidade de New Jersey, EUA (ACOG-FIGO, 2000), Médico do Hospital de Clínicas de Porto Alegre - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS.
Endereço para correspondência: Dr. Carlos Geraldo Viana Murta. Avenida Dante Micheline, 2591/802, Ed. Pallazo Venezia, Mata da Praia. Vitória, ES, 29065-051. E-mail: cgvmurta@zaz.com.br