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Objetivo Construir um modelo de custo-efetividade para comparar o uso de propofol com o de midazolam em pacientes críticos adultos sob uso de ventilação mecânica. Métodos Foi construído um modelo de árvore decisória para pacientes críticos submetidos à ventilação mecânica, o qual foi analisado sob a perspectiva do sistema privado de saúde no Brasil. O horizonte temporal foi o da internação na unidade de terapia intensiva. Os desfechos foram custo-efetividade por hora de permanência na unidade de terapia intensiva evitada e custo-efetividade por hora de ventilação mecânica evitada. Foram obtidos os dados do modelo a partir de metanálise prévia. Assumiu-se que o custo da medicação estava incluído nos custos da unidade de terapia intensiva. Conduziram-se análises univariada e de sensibilidade probabilística. Resultados Pacientes mecanicamente ventilados em uso de propofol tiveram diminuição de sua permanência na unidade de terapia intensiva e na duração da ventilação mecânica, respectivamente, em 47,97 horas e 21,65 horas. Com o uso de propofol, ocorreu redução média do custo de U$2.998,971 em comparação ao uso do midazolam. A custo-efetividade por hora de permanência na unidade de terapia intensiva evitada e por hora de ventilação mecânica evitada foi dominante, respectivamente, em 94,40% e 80,8% do tempo. Conclusão Ocorreu diminuição significante do custo associado ao uso de propofol, no que se refere à permanência na unidade de terapia intensiva e à duração da ventilação mecânica para pacientes críticos adultos.