Sistemas de perfusión y conceptos básicos de anestesia total intravenosa

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1 1 Sistemas de perfusión y conceptos básicos de anestesia total intravenosa Eduardo Garrido Aguirre, Jorge Arturo Nava López INTRODUCCIÓN Los sistemas de perfusión implican los métodos que permiten la administración calculada de fármacos endovenosos, sea mediante cálculos matemáticos realizados por el clínico o por sistemas computarizados que buscan predecir mediante un software las concentraciones ideales para conseguir el efecto clínico deseado. De esta forma, en este capítulo se abordan dos grandes grupos: Editorial Alfil. Fotocopiar sin autorización es un delito. 1. Sistemas de perfusión manual: a. Perfusión manual por gravedad. b. Perfusión manual mediante bombas de infusión. 2. Sistemas computarizados de perfusión o modelos TCI (target control infusion). Históricamente la primera referencia de inyecciones intravenosas en seres humanos con fines clínicos data de 1665 por parte del médico Sigismund Elsholtz, quien desde 1661 ya realizaba pruebas en cadáveres. Por otra parte, Christopher Wren y Robert Boyle, entre 1657 y 1663, realizaron experimentos con perros, a los que inyectaban diferentes sustancias, como cerveza, vino y soluciones de opio para evaluar los efectos clínicos que esto producía; sin embargo, hasta 1874 C. Pravaz inventó la aguja hueca y la jeringa, que es cuando se dio inicio a la administración de fármacos por vía intravenosa de manera formal. 1

2 2 Anestesia total intravenosa (Capítulo 1) SISTEMAS DE PERFUSIÓN MANUAL A qué se refiere el término perfusión manual? Es una pregunta que causa gran confusión entre los médicos que realizan anestesia endovenosa, ya que al escuchar el término perfusión manual llega a la mente la idea de que la infusión se realiza sin otra herramienta que el fármaco que se administra en goteo por diferencia de presión influida por gravedad; sin embargo, en realidad a lo que este concepto se refiere es al hecho de que los cálculos realizados para alcanzar las concentraciones en diferentes sitios (sitio efector o plasma) los realizará el clínico, mediante modelos matemáticos establecidos para los diferentes fármacos, buscando obtener diferentes efectos clínicos con operaciones matemáticas sencillas que proporcionen las concentraciones para lograr los objetivos farmacológicos. 1 Perfusión manual por gravedad Las soluciones por vía intravenosa se pueden administrar aprovechando la fuerza de gravedad o utilizando una bomba de suministro mecanizado. En el primer caso sólo se utilizará la fuerza de gravedad para generar movimiento a través de un sistema de administración endovenosa; así, la fuerza requerida para vencer la resistencia de las paredes del sistema de administración y de la presión venosa sanguínea la darán la fuerza de gravedad y el peso del líquido a administrar desde la bolsa, o buretra, que lo contenga; la velocidad de infusión será calculada por medio de goteo, tomando en cuenta que en un macrogotero 20 gotas equivalen a 1 y en el caso del microgotero se requerirán 60 gotas por mililitro; los cálculos de aproximación de las concentraciones serán realizados por el anestesiólogo, dependiendo del fármaco utilizado. 2 Es importante considerar que la administración de la perfusión se debe realizar preferentemente mediante un acceso vascular exclusivo, ya que en caso de colocarlo sobre otro sistema las modificaciones en la velocidad de infusión de éste afectará a ambos sistemas, modificando las concentraciones plasmáticas calculadas y esperadas. Perfusión manual por bombas de infusión En este caso la fuerza requerida para vencer la resistencia ofrecida por el sistema se obtiene por medio de un motor instalado en una bomba de infusión, la cual será aplicada directamente al sistema o a una jeringa que contiene el fármaco a administrar. 3

3 Sistemas de perfusión y conceptos básicos de anestesia total... 3 Las ventajas de estos sistemas son: a. Mayor precisión. b. Suministro constante. c. Seguridad y confiabilidad. Los tipos de bombas se clasifican en: 1. Bombas de jeringa. En este tipo de bombas el fármaco a administrar es colocado dentro de una jeringa, sobre la cual se ejercerá una fuerza por el motor de la bomba directamente, por lo que la velocidad de infusión será controlada por la fuerza ejercida por el motor Bombas de peristalsis. En este sistema la fuerza que impulsa el líquido a través del sistema se obtiene de una serie de rodillos que generan presión de manera secuencial, unidireccional y continua sobre el sistema, obligando al líquido a desplazarse al espacio inmediato transmitiendo la fuerza hasta el final del sistema en forma de presión hidrostática, que ayudará a vencer la presión venosa. Estos sistemas pueden ser de rodillo o de peristalsis lineal Bombas con controladores de goteo. La bomba cuenta con una pinza que realizará una liberación gradual de la presión, definiendo el flujo deseado por gotas con sensores ubicados en la cámara de goteo y el volumen a administrar se medirá por el número de gotas contadas por la bomba. 3 Editorial Alfil. Fotocopiar sin autorización es un delito. En todos los casos las bombas cuentan con un software que les permite infundir volúmenes en diferentes unidades con respecto a la cantidad del fármaco, el peso del paciente y el tiempo (p. ej., g/kg/min, mg/min, mg/kg/min, g/kg/h, etc.). En este caso, al igual que en las perfusiones intravenosas realizadas por gravedad, la velocidad de infusión está determinada por el anestesiólogo, basándose en modelos matemáticos ya establecidos para calcular o hacer aproximaciones a las concentraciones plasmáticas esperadas del fármaco en plasma o sitio efector, dependiendo de la respuesta clínica deseada. 4 Con todo esto, se puede concluir que las perfusiones manuales son aquellas que se realizan sin la ayuda de software para predecir las concentraciones deseadas en la biofase; en todas estas situaciones los cálculos para las aproximaciones de las concentraciones deseadas serán hechas por el médico. PERFUSIONES INTRAVENOSAS CONTROLADAS POR OBJETIVO El sistema de TCI, o infusión controlada por objetivo, se refiere a la utilización de una bomba de infusión controlada por computadora para la administración de

4 4 Anestesia total intravenosa (Capítulo 1) un fármaco. Está diseñado para infundir una variedad de fármacos utilizados en anestesia intravenosa, como opioides, relajantes musculares e inductores. Este tipo de dispositivos se encargan de mantener concentraciones constantes de los fármacos en plasma o sitio efector, basándose en perfiles farmacocinéticos preprogramados de cada fármaco, sin la necesidad de cálculos por parte del médico. Estos cálculos farmacocinéticos se obtienen de mediciones clínicas realizadas a poblaciones heterogéneas con base en la edad, el sexo y el peso, datos que se introducen en la computadora, y de acuerdo con un modelo farmacocinético preprogramado se modelan la distribución y la eliminación del fármaco, para que el sistema controle la velocidad y la cantidad de fármaco a administrar, con el objetivo de alcanzar la concentración plasmática o en el sitio efector que el médico programe. Los sistemas TCI pueden predecir el comportamiento de los diferentes fármacos, con una probabilidad de éxito de 88%. 5 El programa farmacocinético permite una perfusión con menor rango de error, evitando las efectos clínicos subóptimos y las sobredosificaciones. Desafortunadamente, debido a las diferencias en la farmacocinética y la farmacodinamia, la variabilidad del estímulo quirúrgico durante la cirugía y los diversos procedimientos invasivos que generan estímulos nociceptivos en las unidades de cuidados intensivos, esta práctica aún sigue teniendo una aceptación poco homogénea por los clínicos encargados de estas áreas. 6 Por otra parte, no es posible dejar de mencionar los sistemas de asa cerrada o closed loop, en los que se utilizan sistemas TCI en conjunto con el análisis biespectral (BIS) o índice biespectral, cuyo objetivo es regular con mayor precisión la perfusión de fármacos de acuerdo con la profundidad anestésica, evitando la sobredosificación y manteniendo un plano anestésico estable. 7 CONCEPTOS BÁSICOS EN ANESTESIA TOTAL INTRAVENOSA Modelos compartimentales Existen tres modelos que describen la distribución de un fármaco en el cuerpo tomando o dividiendo el cuerpo en compartimentos o recipientes, dependiendo del comportamiento del fármaco y sus características farmacológicas. Modelo monocompartimental En este modelo el comportamiento del fármaco tras la administración es como si éste se disolviera en un único recipiente; el tamaño de éste sería su volumen

5 Sistemas de perfusión y conceptos básicos de anestesia total... 5 K12 V1 V2 K21 Ke1 Figura 1 1. Modelo biompartimental. de distribución y la salida del recipiente dependería únicamente de la velocidad de eliminación. Modelo bicompartimental En este modelo se describe al cuerpo como dos recipientes: uno principal (compartimento central) y un recipiente intercomunicado al principal, el cual es de más difícil acceso (compartimento periférico). Tras la administración del fármaco, éste se diluirá en el primer compartimento, posteriormente pasará al segundo y después saldrá de él para que se produzca su eliminación a partir del compartimento central creando constantes de entrada y salida de estos compartimentos, las cuales se denominan K12 para la entrada, K21 para la salida y Ke1 para la constante de eliminación, como se representa en la figura 1 1. Modelo tricompartimental Editorial Alfil. Fotocopiar sin autorización es un delito. En este modelo la distribución se realiza en forma rápida en el recipiente principal (compartimento central), menos rápida en el segundo recipiente (compartimento periférico), el cual es representado por los tejidos menos perfundidos, y menos rápida aún en el tercer recipiente, el cual estará representado por los tejidos escasamente irrigados, que son los tejidos profundos de poca accesibilidad a la mayoría de los fármacos. La eliminación se efectúa, tal como se expresa en el caso del modelo bicompartimental, desde el compartimento central (figura 1 2). Compartimento central (V1) Está representado por el plasma y los tejidos mejor irrigados, como el corazón, el cerebro, los riñones, los pulmones y el hígado, que reciben la mayor parte del gasto cardiaco (70 a 80%), pero representan la menor parte de la masa corporal total, que va de sólo 10 a 15%.

6 6 Anestesia total intravenosa (Capítulo 1) Compartimento 2 (V 2 ) K 12 K 0 (t) Inyección o perfusión IV K 21 K 31 Cp(t), (V 1 ) compartimento central Volumen y concentración del compartimento central Compartimento 3 (V 2 ) K 13 K 10 Procesos de aclaramiento Distribución y redistribución Volumen de distribución F Compartimento periférico de equilibrio rápido (V 2 ) Cl 2 Compartimento central (V 1 ) Cl 3 Compartimento periférico de equilibrio lento (V 2 ) Cl 1 kie Biofase (Ve) keo Figura 1 2. Modelo tricompartimental. Compartimento periférico (V2) Está representado por los tejidos que están moderadamente vascularizados, como el músculo. Compartimento periférico lento (V3) Está formado por los tejidos con escasa irrigación, que comprenden la grasa, el cartílago y la piel; es el compartimento en el que el fármaco se difunde con una menor velocidad desde el central. La importancia de este compartimento es la capacidad que tiene para almacenar los fármacos, como los fármacos altamente liposolubles, los cuales tendrán una tendencia mayor a incorporarse al tejido graso y así, como tiene una constante de entrada lenta, la tendrá para la salida con el consecuente movimiento lento de entrada y salida de este compartimento, retardando la eliminación del fármaco desde el compartimento central. 8 Anestesia total endovenosa en breve La anestesia total endovenosa es la técnica anestésica que emplea modelos matemáticos para perfundir fármacos anestésicos por diferentes accesos vasculares,

7 Sistemas de perfusión y conceptos básicos de anestesia total... 7 con el objetivo de ofrecer analgesia, hipnosis, protección neurovegetativa y bloqueo neuromuscular. El modelado farmacocinético y farmacodinámico (PK/PD) es el proceso de realizar constructos matemáticos que expliquen la relación entre la dosis y la concentración del fármaco (farmacocinética) y la concentración con su efecto (farmacodinámica) en relación con el tiempo. 9 La administración de medicamentos con modelos PK/PD es el único método con que cuenta el anestesiólogo para elevar rápidamente la concentración plasmática de un fármaco y mantenerla constante. Esto puede sonar confuso y complejo; sin embargo, en la práctica no lo es tanto. El anestesiólogo prescribe una concentración plasmática a alcanzar de acuerdo con las necesidades clínicas del paciente y del procedimiento quirúrgico; programa un sistema de infusión indicándole la concentración a la que se encuentra diluido el fármaco y la forma en que quiere que se administre, es decir, las unidades a administrar (p. ej., mg/kg/ min), para posteriormente mantener el ritmo constante y modificarlo de acuerdo con el momento quirúrgico y las propiedades farmacológicas del medicamento utilizado. Algunas de las ventajas de la anestesia total intravenosa son: 1. Uso individual de fármacos de acuerdo con cada componente de la anestesia general. 2. Objetivos clínicos específicos evaluables para cada componente. 3. Usar las interacciones medicamentosas (ventanas terapéuticas relativas). 4. Favorece el uso de fármacos con el mejor perfil farmacocinético. 5. Cirugías diversas que exigen conductas específicas. 6. Rápida adaptación a los distintos estímulos quirúrgicos. 7. Es la anestesia ecológica (no produce contaminación ambiental). 8. No desencadena hipertermia maligna. Editorial Alfil. Fotocopiar sin autorización es un delito. A continuación se presenta un glosario de los términos con los que el anestesiólogo debe estar familiarizado. Farmacodinamia: es la parte de la farmacología que estudia la respuesta cualitativa del cuerpo a la administración de fármacos. Las variaciones en la sensibilidad o el número de receptores, las anormalidades en los órganos o en los diferentes neurotransmisores y diferentes estados patológicos pueden ocasionar respuestas farmacodinámicas poco predecibles a los agentes anestésicos y otros fármacos. 10 Farmacocinética: por el contrario, describe los procesos que sufre un fármaco al ingresar al organismo, como la absorción, la distribución, el metabolismo y la eliminación. Los cambios en la composición corporal, la edad y el funcionamiento de diversos órganos alteran la farmacocinética de todos los fármacos. 10

8 8 Anestesia total intravenosa (Capítulo 1) Volumen de distribución (Vd): tras su administración el fármaco es distribuido en los diferentes tejidos del organismo, lo cual se puede saber midiendo las concentraciones en los diferentes tejidos, es decir, es el volumen total en el que se diluye el fármaco administrado. El volumen de distribución se obtiene de la siguiente manera: Vd: cantidad de fármaco / concentración plasmática (Cp) Esto se lleva a cabo aclarando que el fármaco se administra en un solo compartimento. Si el fármaco permanece libre en el plasma y no se difunde a otros tejidos el Vd será el mismo que el volumen plasmático. 11 A partir de esta última fórmula se puede calcular la dosis de bolo o carga para cada fármaco, como sigue: Dosis de bolo = concentración plasmática objetivo / volumen de distribución Volumen de distribución en estado estable (Vdss). Es un parámetro de mayor utilidad que el Vd para determinar las características farmacocinéticas de un medicamento. Es mucho más preciso y pequeño, en comparación con el Vd. Este volumen se determina durante la fase estable del periodo de eliminación. Los procesos de distribución y redistribución del fármaco a los diferentes órganos y sitios de acción dependen del flujo sanguíneo, por lo que las concentraciones plasmáticas después de un bolo intravenoso siguen tres fases de descenso en relación con el tiempo; después de un bolo se alcanza una concentración plasmática del fármaco acorde a la dosis administrada, posteriormente se observa una marcada disminución de los niveles plasmáticos del fármaco debido a la distribución del fármaco desde la sangre hasta los tejidos mejor perfundidos o de fácil equilibrio (vida media de distribución rápida o alfa). En la segunda fase el fármaco se redistribuye de la sangre hacia los tejidos con escasa perfusión (vida media de distribución lenta, o beta), marcados por los procesos de redistribución y metabolismo, en los que el equilibrio de concentraciones con el plasma es más lento. Por último, la fase terminal (vida media de eliminación o gamma) representa el tiempo total que requiere el fármaco para ser eliminado del organismo, mientras que la eficacia y la velocidad de la eliminación o aclaramiento del fármaco desde el compartimento central están representadas sobre el tiempo con la constante k o Cl (/kg/min). 12 Aclaramiento (Cl). Es la capacidad que tiene el organismo para eliminar un fármaco del plasma por unidad de tiempo. Un ejemplo que se podría utilizar es el aclaramiento renal de creatinina, en el cual no se mide la cantidad de creatinina en gramos eliminada por la orina, sino la cantidad de creati-

9 Sistemas de perfusión y conceptos básicos de anestesia total... 9 nina eliminada del plasma por unidad de tiempo, por lo que el Cl se verá afectado por las mismas variables que el volumen de distribución; se puede describir con la siguiente ecuación: Cl = velocidad de eliminación / concentración plasmática (Cp) El conocimiento del Cl de los fármacos tiene utilidad clínica, ya que es necesario para el cálculo de la dosis de infusión: Dosis en perfusión = Cp*Cl Sitio efector o biofase: es el microambiente en el que las moléculas del fármaco se ponen en contacto con sus lugares de acción, como receptores, canales y bombas iónicas. La concentración plasmática de un fármaco a menudo no es igual a la concentración en la biofase (cuando dichas concentraciones se equilibran se denomina tiempo de histéresis). La constante ke0 representa la velocidad de equilibrio del fármaco entre el plasma y la biofase, de donde se deriva el término tiempo de efecto pico o t 1/2 ke0 o t 1/2, que refleja el tiempo promedio requerido para que ocurra el equilibrio entre la concentración plasmática y la biofase, es decir, para que aparezca el efecto del fármaco tras su administración. 13 Cuadro 1 1. Cálculos para dosis de carga y perfusiones de mantenimiento, Servicio de Anestesiología del Hospital General de México Editorial Alfil. Fotocopiar sin autorización es un delito. LD = Cp ( g/) x Vd (/kg) Fármaco Cp g/ Vdss L/kg MIR= Cp ( g/) x Cl (/kg/min) Vd /kg Cl /kg/min Dilución g/ Tiopental 5 a Propofol 1 a Midazolam 0.05 a Etomidato 1 a Ketamina 0.5 a a Fentanilo a a 15 a 20 Remifentanilo a a a 50 a 100 Sufentanilo a a 200 Alfentanilo 0.05 a Rocuronio 1.25 a Vecuronio 0.15 a Atracurio 1 a Cisatracurio 0.5 a a 500 Dexmedetomidina LD: dosis de bolo o carga; Cp: concentración plasmática; Vd: volumen de distribución; MIR: dosis de mantenimiento o perfusión; Cl: aclaramiento; Vdss: volumen de distribución en estado estable.

10 10 Anestesia total intravenosa (Capítulo 1) Cuadro 1 2. Tiempo de efecto máximo y tiempo de efecto pico o t 1/2 ke0 Efecto máximo T 1/2 ke0 Morfina 15 min 17.7 min Fentanilo 3.6 min 5.8 min Sufentanilo 5.6 min 5.8 min Midazolam 2.8 min 5.6 min Propofol 2.2 min 2.3 min Etomidato 2 min 1.5 min Tiopental 1.7 min 1.5 min Alfentanilo 1.4 min 1.1 min Remifentanilo 1.6 min 1.17 min Vida media sensible al contexto: se refiere al tiempo que se requiere para que disminuya 50% la concentración plasmática de un fármaco tras una infusión de diferentes duraciones y distinta para cada fármaco. Finalmente, para realizar la anestesia total intravenosa en la práctica diaria es necesario seguir los siguientes pasos: Cuadro 1 3. Concentraciones terapéuticas de sedantes hipnóticos y opioides analgésicos 14 Propofol** 0.8 a 1.5 mg/ Midazolam < 125 ng/ 0.5 a 2 mg/ 125 a 200 ng/ Etomidato 0.1 a 0.3 mg/ Fentanilo 0.5 a 1 ng/ Remifentanilo 0.5 a 1 ng/ Sufentanilo 0.5 a 1 ng/ Alfentanilo 10 a 30 ng/ 1 a 2 ng/ 2 a 3 ng/ 0.15 a 0.2 ng/ 150 a 200 ng/ 1 a 2 ng/ 0.1 a 0.2 ng/ 100 a 200 ng/ Fármaco CEMA* Ventilación Despertar Sedación Hipnosis 2.5 a 3.5 mg/ 250 ng/ 0.4 a 0.5 mg/ Cierre de piel 1 a 3 mg/ 2 a 4 ng/ 0.1 a 0.2 ng/ 200 a 300 ng/ CEMA: concentración efectiva mínima analgésica para el posoperatorio. Cirugía < incisión de piel 2 a 6 mg/ > 250 ng/ > 0.4 mg/ 2 a 5 ng/ 4 a 8 ng/ 0.2 a 0.3 ng/ 300 a 400 ng/ Cirugía > 3 a 8 mg/ 250 a 350 ng/ 0.5 a 0.9 mg/ 4 a 10 ng/ 8 a 12 ng/ 0.3 a 0.5 ng/ 400 a 600 ng/

11 Sistemas de perfusión y conceptos básicos de anestesia total Cuadro 1 4. vida media sensible a contexto Alfentanilo Fentanilo Sufentanilo Tiopental Propofol Midazolam VME (min) VMSC (min) 1 minuto * 5 * 5 * 5 * 5 * 2 * 20 1 hora * 30 * 25 * 20 * 75 * 10 * 30 3 horas * 55 * 105 * 25 * 100 * 15 * 50 8 horas * 60 * 280 * 45 * 175 * 35 * 75 Equilibrio dinámico * 60 * 300 * 100 * 200 * 50 * 80 Bolo = concentración plasmática deseada ( g/) x volumen de distribución (/kg) 1. Conocer los rangos de la concentración plasmática (Cp) que se buscan en la ventana terapéutica, de acuerdo con el cuadro Usar la dosis necesaria para rellenar el volumen de distribución de efecto pico, calculada mediante la fórmula: El resultado será la cantidad de fármaco a administrar en microgramos por cada kilogramo de peso ideal. 3. Esperar al menos un t 1/2 ke0 o tiempo de efecto pico, de acuerdo con el cuadro Iniciar una perfusión continua para mantener una Cp contante, la cual se calcula mediante la siguiente fórmula: Mantenimiento = concentración plasmática deseada ( g/) x aclaramiento (/kg/min) Editorial Alfil. Fotocopiar sin autorización es un delito. El resultado será la velocidad a la cual se mantendrá la perfusión; estará expresada en microgramos por kilogramo de peso por minuto. 5. Modificar la perfusión de acuerdo con los requerimientos del paciente y los objetivos del procedimiento quirúrgico (cuadro 1 3). 6. Detener la perfusión al término del procedimiento, tomando en cuenta la vida media sensible al contexto de cada fármaco (cuadro 1 4). REFERENCIAS 1. Zarmsky RF, Parker AJ, Sinatra RS: Infusion pumps. En: Ehrenwerth J, Eisenkraft JB: Anesthesia equipment: principles and applications. St. Louis, Mosby Year Book, 1993: Reyes PJA: Cómo hacer TIVA manual? Rev Mex Anest 2006;29:

12 12 Anestesia total intravenosa (Capítulo 1) 3. Portal biomédico. biomedico/bombas de infusion/bomba de infusion conceptos basicos.html. 4. Egan T: Target controlled infusions for intravenous anesthetics. Anesthesiology 2003;99: Muñoz CJH, de la Cruz PMA, Olivero VYI: Propofol ayer y hoy. Rev Mex Anest 2005;28 (3): Avram M: Using front end kinetics to optimize target controlled drug infusions. Anesthesiology 2003;99: Ngai Liu: Closed loop coadministration of propofol and remifentanil guide by bispectral index: a randomized multicenter study. Anesth Analg 2011;112: Schnider TW, Minto CF: Pharmacokinetics and pharmacodynamics principles of drug action. En: Anesthetics pharmacology physiologic principles and clinical practice. Edimburgo, Churchill Livingstone, 2004: Minto CF, Schnider TW: Contributions of PK/PD modeling to intravenous anesthesia. Clin Pharmacol Ther 2008;84(1): Smith BE: Pharmacokinetics without calculus an introduction. Int Anesthesiol Clin 1995; 33(3): Struys MM, Kalmar A, De Paepe P: Pharmacokinetic principles. En: Anaesthesia science. Londres, Blackwell, 2008: Shafer SL, Varvel JR: Pharmacokinetics, pharmacodynamics, and rational opioid selection. Anesthesiology 1991;74(1): Glass PS, Jacobs JR, Smith LR, Ginsberg B, Quill TJ et al.: Pharmacokinetic model driven infusion of fentanyl: assessment of accuracy. Anesthesiology 1990;73(6): Galeotti G: Dosificación en anestesia IV. Cálculo de perfusiones en TIVA. 2010:1 16. http: //