CURSO DE FORMACIÓN CONTINUADA: CIRCUITO ABIERTO Y CIRCUITO CIRCULAR EN ANESTESIA TEMA 1 (On - line) CARACTERÍSTICAS DEL RESPIRADOR EN EL CIRCUITO ANESTÉSICO Company R, García V, Belda FJ, Soro M.
2 CARACTERÍSTICAS DEL RESPIRADOR EN EL CIRCUITO ANESTÉSICO INTRODUCCIÓN De una manera sencilla, podríamos definir los circuitos anestésicos (CA) como el conjunto de elementos que permite conducir los gases (oxígeno, aire, agentes anestésicos gaseosos o volátiles etc.) hasta el sistema respiratorio. En la actualidad, los CA proporcionan una mezcla de gases provenientes de un sistema de alimentación, el cual permite dosificar dicha mezcla y que, básicamente, se halla constituido por las fuentes de gas, los manorreductores, los caudalímetros y uno o varios vaporizadores. El conjunto de CA y sistema de alimentación constituye el Aparato de Anestesia. Este último concepto importa: a) Un respirador, que permite la administración y control de la ventilación mecánica continua (MCV), que es la técnica universalmente aplicada como soporte ventilatorio durante los procesos anestésicos. b) La existencia de dos circuitos: uno sencillo, generalmente unidireccional con una válvula de no reinhalación y/o una válvula espiratoria, que es utilizado sobre todo como sistema de ventilación manual, y otro, mas complejo, que habitualmente suele permitir la ventilación con flujos bajos por tener un carácter circular (unidireccional y con absorbedor de CO 2 ). VENTILADOR El estudio de los ventiladores se ha venido abordando a través de su clasificación, en diferentes tratados, en función de su comportamiento y, principalmente, según el modo de desarrollar la insuflación 1. Este fue el planteamiento de WW Mushin et al, en su texto clásico: Automatic ventilation of the lungs que data de 1959 y cuya última edición se publicó en 1980. Según este esquema los ventiladores podían ser, básicamente, de dos tipos: generadores de presión ("manométricos"), ó generadores de flujo ("volumétricos"). En la actualidad, sin embargo, cada ventilador puede comportarse de una u otra forma en función del modo ventilatorio seleccionado. Aunque los principios elaborados por Mushin siguen siendo aplicables, resulta necesario plantear un nuevo abordaje más acorde con la realidad de los ventiladores modernos. En 1991, RL Chatburn propuso una aproximación que fue respaldada por la conferencia de consenso sobre ventiladores celebrada un año después. Esta clasificación permite describir el comportamiento que presenta un ventilador en un momento dado, basándose en la definición de cuatro tipos de variables: La variable de control, las variables de fase, las variables de condición y la variable basal: 1.- Variable de Control. Es el parámetro considerado por el ventilador para configurar el modo en que realiza la insuflación, es decir, el modo de generar el flujo necesario para introducir un cierto volumen de gas en los pulmones, en contra de la impedancia (resistencias en general) del aparato respiratorio: resistencia elástica o compliancia (Csr) y resistencia al flujo (Raw). Por esto, la clasificación de Chatburn se basa en el modelo matemático de la ecuación del movimiento para el sistema respiratorio: Presión vías aéreas (Paw) = Pel + Pres = Volumen/Csr + Flujo x Raw En ella se observa que durante la insuflación, la presión que el ventilador aplica en la vía aérea, es la suma de la presión necesaria para vencer la resistencia elástica (Pel) más la necesaria para vencer la resistencia de las vías aéreas al flujo de gas (Pres). Así, su valor depende del volumen insuflado y a la velocidad de insuflación (flujo) pero también de las características mecánicas del paciente. Al final de la insuflación, cuando cesa el flujo (Pres = cero) y el pulmón se ha rellenado con el volumen corriente (VT), la presión aplicada sería: Paw = Pel = VT/Csr
El modelo indica que para realizar la inspiración en cualquier paciente, el ventilador es capaz de controlar directamente una, y sólo una, de las variables Presión o Volumen: O bien mantiene constante la presión aplicada en la vía aérea, permitiendo la variabilidad del volumen en función de la compliancia y de la resistencia, o bien mantiene constante el volumen permitiendo que varíe la Paw. Por tanto, sólo hay dos posibles formas de comportamiento de los ventiladores, respecto al modo en que realizan la insuflación: Como un controlador de presión o como un controlador de flujo (o de volumen, que es equivalente a flujo en este contexto). CONTROLADORES DE PRESION. Un ventilador se considera o funciona como "Controlador de presión" cuando lo que se ajusta en el ventilador es una presión constante que se aplica en la boca durante toda la inspiración 2. En la insuflación: a. La Paw se ajusta en el ventilador y es por definición, constante e independiente de las características pulmonares. b. La PA aumenta progresivamente a medida que aumenta el volumen pulmonar. c. Genera un flujo de gas de morfología decreciente. d. El volumen corriente insuflado depende de las características pulmonares. Este sistema es la base para la aplicación de la ventilación controlada por presión así como la de la ventilación con presión de soporte y todas las variantes de ambos métodos. CONTROLADORES DE FLUJO. Los ventiladores actúan como "Controladores de flujo" cuando el volumen de gas que es entregado al pulmón en la inspiración, es constante e independiente de las resistencias del sistema respiratorio. En ellos se genera la presión necesaria para generar un flujo de gas que lleve al pulmón el VT predeterminado en el tiempo inspiratorio ajustado Estos datos bastan para deducir el comportamiento clínico de un controlador de flujo: a. El flujo de gas es constante durante la insuflación e independiente de la impedancia pulmonar b. La Paw es variable y depende de las resistencias pulmonares (Paw = V x Raw + VT x Csr) c. La PA es variable y depende del VT ajustado y de la Csr (PA = VT x Csr). d. El volumen insuflado (VT) es constante, independientemente de Csr y Raw. Estos generadores son la base de funcionamiento de todas las modalidades de ventilación controlada o asistida con volumen controlado, así como la de los ciclos con volumen controlado de las técnicas de apoyo intermitente (IMV, MMV...). 2. Variables de fase 3. Son las variables ajustadas en el ventilador para determinar: 1. Cuándo se inicia la fase inspiratoria: Variable "trigger', 2. Cuando finaliza la inspiración: Variable ciclo 3. Qué límites, de presión, flujo ó volumen no pueden excederse: Variable limite. Inicio de la inspiracion: variable trigger Según el mecanismo de inicio de la inspiración, los modos ventilatorios se clasifican en controlados (ciclados por el ventilador) o asistidos (ciclados por el paciente). El ciclado por el ventilador se produce de modo automático por un mecanismo de tiempo, ajustado a través de la frecuencia respiratoria. Sin embargo, en el mecanismo de ciclado por el paciente, el aparato detecta el inicio de la actividad inspiratoria espontánea y desencadena la insuflación por medio de un mecanismo de disparo (trigger). El sistema de trigger representa un elemento clave en los ventiladores modernos, y constituye, junto al flujo inspiratorio máximo, el principal factor determinante de las diferencias cualitativas entre unos y otros ventiladores. El desarrollo creciente de modos ventilatorios asistidos o soportados obedece a la necesidad de mejorar el grado de sincronicidad entre la actividad ventilatoria espontánea del paciente, especialmente su esfuerzo inspiratorio y la asistencia/soporte suministrada por el ventilador. De la calidad de respuesta del 3
sistema de trigger depende el grado de sincronicidad obtenido cuando se utilizan estos modos ventilatorios. La función de estos sistemas es la de "disparar" la inspiración mecánica ante una demanda del paciente, abriendo la válvula inspiratoria, que recibe, por esta razón, el nombre de válvula de "demanda". En los ventiladores más recientes estas válvulas son del tipo solenoide proporcional, porque su grado de apertura depende de la intensidad del esfuerzo inspiratorio del paciente. En este proceso se pueden distinguir dos fases: la de detección del esfuerzo inspiratorio y la propia de apertura de la válvula. En la actualidad existen dos sistemas diferentes para la detección del esfuerzo inspiratorio: 1. Trigger por Presión: Estos sistemas detectan la caída de presión en el circuito debida al inicio de la inspiración por el paciente 2. Trigger por Flujo (Flow-by): Estos sistemas determinan la caída de flujo producida por el esfuerzo inspiratorio del paciente, sobre un flujo que circula de forma continua desde la rama inspiratoria a la espiratoria del circuito externo del ventilador. En ambos tipos de trigger, el sistema se activa cuando la señal (de presión o de flujo) generada por el esfuerzo inspiratorio del paciente alcanza un umbral preseleccionado. El trabajo respiratorio debido a ese esfuerzo depende del tiempo que transcurre desde que se inicia el esfuerzo inspiratorio hasta que se inicia la insuflación mecánica fase trigger y, sobre todo, de la adecuación del flujo inspiratorio a la demanda del paciente en la fase post trigger, desde el inicio de la insuflación mecánica hasta el final de la inspiración. Cualquier alteración de esta sincronización conlleva un esfuerzo inspiratorio ineficaz o mal compensado, lo que incrementa el trabajo respiratorio y genera disincronía. Cuando el flujo inspiratorio entregado por el ventilador es insuficiente, en relación con el flujo inspiratorio del paciente (flujo de demanda), se produce disconfort, aumento del WOB en cualquier modo ventilatorio y además, acortamiento de la insuflación mecánica, con reducción del VT. Debido a sus características de diseño, los sistemas flow-by parecen responder mejor a la demanda del paciente en la fase post-trigger que los trigger de presión, especialmente en los ciclos espontáneos. Así, se acepta en general, que los trigger de flujo implican un menor esfuerzo inspiratorio que los trigger de presión, tanto en ventilación espontánea (con CPAP) (26) como en ventilación con Presión de soporte, lo que puede alcanzar una significación clínica en pacientes con requerimientos ventilatorios elevados. Sin embargo, esta impresión merece ser matizada. En la fase post-trigger, tanto en ventilación espontánea (con CPAP), como con ventilación con presión de soporte, lo que generan estas técnicas es un flujo exponencial decreciente, es decir, un flujo artificial para intentar adecuar el flujo inspiratorio máximo proporcionado por la máquina con el demandado por el paciente, existiendo algunos modelos de equipos cuya pendiente de flujo de subida de la rampa inicial es variable, con objeto de que el médico pueda ajustar mejor el pico de flujo proporcionado por la máquina con el del paciente. Cuando este pico de flujo es menor, se produce asincronía y disconfort del paciente. Por otro lado, este tipo de morfología de flujo, no coincide con la morfología del flujo del paciente (asincronismo de flujo) durante la inspiración, que normalmente es sinusoidal, por lo que los tiempos inspiratorios del paciente no coinciden con los de la máquina (asincronismo de tiempo). La evolución de los trigger de presión ha sido muy notable en los últimos años y, en algunos ventiladores, la eficacia de estos sistemas es comparable a la de los flow-by. Todo ello evidencia la importancia de la optimización en los componentes de estos sistemas y en los algoritmos de control del flujo inspiratorio. En los ventiladores actuales, basados en el control por microprocesadores, los defectos observados en la fase post-trigger de los trigger de presión pueden, sin duda, ser superados con un mejor diseño del algoritmo de flujo inspiratorio. 4
Final de la inspiración: variable ciclo Todo ventilador lleva incorporado un sistema "sensor" de tiempo, volumen, presión o flujo, que al alcanzar un valor predeterminado finaliza la insuflación y permite la espiración pasiva. Existen ventiladores que ciclan por mas de un mecanismo. En los Controladores de flujo, la Paw es variable según la Csr y Raw, por lo que no cabe un ciclado por presión. Sin embargo, como el flujo y VT son constantes, el ciclado suele ser por volumen o por tiempo (VT = Flujo x TI). En los Controladores de Presión, la Paw es constante y el flujo generado es decreciente. No cabe el ciclado por presión puesto que ésta se mantiene constante durante el TI. Así, el mecanismo de fin de la inspiración suele ser por tiempo (Ventilación con presión controlada) o por flujo (ventilación con Presión de Soporte). Variable límite Se refiere a aquellos parámetros en los que cabe ajustar un nivel máximo que no será sobrepasado por el ventilador. El más común es el límite de presión, que se ajusta obviamente, cuando se utiliza un controlador de flujo con VT constante, ya que los valores de Paw dependen de las características mecánicas del paciente y del VT ajustado. En general, cuando antes de finalizar la insuflación se alcanza el límite de Paw ajustado, el ventilador mantiene la insuflación de gas, sin sobrepasar el valor de Paw ajustado. En otros ventiladores, si se alcanza el límite, el aparato finaliza la inspiración y cicla a espiración. En ambos casos, suena la alarma de límite de presión y en algunos ventiladores, también aparece la alarma de VT no entregado. 3. Variables de condición. Son la referencia que usa el ventilador para determinar qué tipo de ciclo aplica en cada momento. Estas variables, ideadas exclusivamente para la clasificación, no añaden nada a lo dicho ya hasta aquí ni tienen interés alguno en la práctica clínica. Se aplican solo en aquellos modos ventilatorios que incluyen ciclos mandatorios y ciclos asistidos (por ej.: en S IMV ó en ACV y ASV donde los ciclos pueden ser mandatorios o asistidos, además de los espontáneos en el caso de la S-IMV.). En realidad, sólo se utilizan dos parámetros como variables de condición: el tiempo para iniciar los ciclos mandatorios y el esfuerzo inspiratorio del paciente para iniciar los ciclos asistidos. En el caso particular de la MMV, la variable de condición es única: la ventilación minuto. 4. Variable basal. Ideada igualmente para completar la clasificación, es la variable controlada durante la espiración, y expresa el modo en que la variable control regresa a sus valores basales (tanto la presión como el volumen o el flujo son medidos, durante la fase inspiratoria, en relación a sus valores telespiratorios o basales). El único parámetro utilizado en clínica es la presión (nivel de PEEP), aunque, en teoría, podrían controlarse también el volumen o el flujo. Aplicando esta clasificación, puede concebirse cada modo ventilatorio como, simplemente, la resultante de una combinación de estas variables: la variable de control define como se realiza la insuflación incluyendo la forma de la onda de flujo, las variables de fase caracterizan el ciclo durante la fase inspiratoria cuando se inicia, cuando finaliza y qué parámetros la limitan, y la PEEP (como variable basal común). Las variables de condición complican la descripción y no añaden nada de interés. AJUSTES DEL VENTILADOR Los ajustes básicos de los ventiladores son aquellos controles que permiten caracterizar el patrón ventilatorio: VT (y/o VE), FR, TI/TOT, T pausa, nivel de sensibilidad del trigger y morfología de la onda de flujo. 5
Bibliografía 6 1. Soro M, Belda FJ, Cortés Uribe A, Lloréns J. Estructura de los equipos de anestesia. En: Belda FJ y Lloréis J, editores. Ventilación Mecánica en Anestesia. Madrid, Arán 1991: 101-10 2. Soro M,Belda FJ, Lloréns J, Martí F. Funcionamiento de los equipos de anestesia. Circuitos anestésicos. En: Belda FJ y Lloréis J, editores. Ventilación Mecánica en Anestesia. Madrid, Arán 1991: 101 10. 3. Otteni JC, Steib A, Galani M, Freys G. Appareils d'anesthésie: systemes anesthésiques. Encycl. Méd. Chir. Anesthésie- Réanimation. Editions Techniques, Paris 1994; 36-100-B-30: 21. Palabras clave : Respirador, Ventilador, Circuito anestésico