respiradores - d e a - departamento de …dea.unsj.edu.ar/bioinstrumentacion2/respiradores.pdf ·...
TRANSCRIPT
Ing. Enrique Mario Avila Perona
RESPIRADORES
Ing Enrique M. Avila Perona
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Definición
División de los órganos respiratorios.
vías respiratorias superiores
vías respiratorias inferiores
pulmones.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Anatomía
- La faringe.
- La laringe.
-La tráquea.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Mecanismo respiratorio
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Distintas partes
- La faringe.
- La laringe.
- La tráquea.
Los pulmones.
- El árbol bronquial.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Mecánica de la respiración
Respiración espontánea.
Inspiración. Es un movimiento activo
El músculo respiratorio más importante
es el diafragma
Los músculos intercostales externos
Espiración. Es normalmente un
movimiento pasivo
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Curvas Típicas
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Curva Volumen tiempo
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Términos
VT = volumen corriente (periódico y de una respiración normal).
IRV = volumen de reserva inspiratorio (volumen que aún se es capaz de respirar por encima de VT).
VC = capacidad vital (volumen de una respiración máxima).
IC = capacidad inspiratoria (IRV + VT).
RV = volumen residual (volumen que permanece en los pulmones después de una respiración máxima).
FRC = capacidad residual funcional (ERV + RV)
ERV = volumen de reserva espiratorio (volumen máximo que puede espirarse a partir de FRC).
TLC = capacidad pulmonar total (volumen de una respiración máxima) VC + RV).
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Resistencia
Las vías respiratorias presentan cierta resistencia al flujo, que se expresa como la presión dividida por el flujo del gas. La resistencia se expresa en kPa/l/s.
La resistencia de las vías respiratorias depende de propiedades de las vías respiratorias tales como: Longitud.
Diámetro.
Estructura de las ramificaciones y superficie.
Tipo de flujo: a) Flujo laminar: las moléculas de gas circulan linealmente a lo largo de las vías respiratorias, con lo que la resistencia es baja.
b) Flujo turbulento: se producen torbellinos por las elevadas velocidades de flujo, estructura de las paredes irregular y ramificaciones (mayor resistencia que en el flujo laminar).
Resistenciapresión im
flujo del
pulsora (kPa)
gas (l / s) (6)
La presión disminuye en el sentido del flujo.
Se define R=(P1-P2)/flujo (suponiendo flujo laminar).
No es lineal, para flujos mayores, mayor es el cambio de presión.
Tomando P1=Pva y P2 =Palv, se define Rva del paciente Rva=(Pva-Palv)/flujo, Rva=Pres/flujo. Donde Rva tiene un componente del paciente y otro de la cánula de intubación
No vale calcular Rva para un flujo dado y luego usarlo con otros flujos.
Flujo
(l/m)
P2-P1
(cmH2O)
R
(cmH2O/l/s)
20 0.5 1.5
40 1.5 2.25
60 3 3
80 5 3.75
100 8 4.8
Resistencia vías aéreas Rva
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Compleancia
La compleancia (C) es una medida de la elasticidad de los pulmones y de la pared torácica. El valor de la misma expresa el cambio del volumen (V) producido por una unidad de variación de la presión (p). La compleancia se puede medir en ml/cm H2O o en ml/kPa.
Medición de la compleancia.
La compleancia puede medirse registrando el cambio de presión (p) producido al insuflar los pulmones con un volumen conocido de aire (V=VT) en un paciente sin actividad respiratoria espontánea.
Compleanciacambio de
volumen
cambio de presión (4)
Complacencia del sistema
respiratorio Csr
El sistema pulmonar presenta propiedades elásticas.
Al aumentar la presión dentro de los pulmones el volumen también aumenta, se define así la complacencia como el cambio de volumen obtenido para dicho diferencial de presión.
Se define la PEEP como la presión remanente en los pulmones al final de la expiración debida en este caso a la Rva.
La complacencia total es la complacencia pulmonar mas la de la caja toráxica.
Palv-PEEP = P elástica y V = Vol corriente. Asi Csr = Vc/Pel
Se debe medir cuando el flujo es 0 ya que en este caso Pva=Palv
Ventilación Mecánica
La Ventilación Mecánica o Artificial, es una técnica de apoyo a la respiración, cuyo objetivo es realizar el movimiento de gas hacia y desde los pulmones, para que en los alvéolos se lleve a cabo el intercambio gaseoso con la sangre.
La Ventilación Mecánica puede sustituir tanto total como parcialmente la función ventilatoria (dependiendo del modo ventilatorio utilizado).
El Ventilador Mecánico o Respirador realiza esa tarea, en pacientes que no pueden hacerlo normalmente debido enfermedades, traumatismos, drogas (anestesia), etc.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Enfermedades
Enfermedades pulmonares
restrictivas.
Enfermedades pulmonares
obstructivas.
Objetivos del diseño de un
Ventilador Mecánico
Suplir el control de la ventilación.
Posibilitar el intercambio de gases.
Reducir el trabajo respiratorio.
Facilitar la recuperación muscular
(destete).
Permitir sedación, anestesia.
Tipos y generaciones de
ventiladores
De presión negativa extratoráxica, el pulmón de
acero:
De presión positiva (IPPV):
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Clasificación de acuerdo a la
Historia
1 Generación
2 Generación
3 Generación
Primera generación (60’s) Eran muy simples.
Enteramente neumáticos, dependían de una fuente de aire comprimido externa.
Ciclados solo por presión.
No poseían modos ventilatorios ni alarmas.
PR2 – Puritan Bennett
Segunda generación (70’s) Poseen electrónica discreta.
Tienen blenders o mezcladores externos (Aire, O2).
Poseen algún tipo de monitoreo y pocas alarmas.
Aparecen los modos ventilatorios (SIMV, CPAP, etc)
MA1 – Puritan Bennett Servo 900 – Siemens
Tercera generación (80’s hasta hoy) Son controlados por microprocesadores (permite agregado de
nuevos modos ventilatorios y updates de software).
Válvulas solenoidales y sensores de flujo y presión.
Pueden ser ciclados por tiempo, presión, volumen o flujo.
Mezcladores Aire, O2 internos.
Monitorización de múltiples parámetros y despliegue de curvas de flujo, presión, volumen, bucles, etc.
Potentes sistemas de alarmas y controles de seguridad con múltiples alarmas.
7200 – Puritan Bennett Servo 300 - Siemens Graph - Neumovent
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Tecnología Respiradores
Clasificación de acuerdo a su aplicación
Cuidados intensivos Neonatales
Anestesia
Transporte
Uso domicilario
De cuidados intensivos Pediátricos y
Adultos
Descripción
Primera generación Segunda generación Tercera generación
Son enteramente neumáticos Son controlados electrónicamente sin
microprocesador
Son controlados electrónicamente con
microprocesador
Son ciclados por presión Son ciclados por volumen Son ciclados por tiempo, presión y/o
volumen.
Su funcionamiento depende de
una fuente de aire comprimido
externa
Algunos poseen un compresor de
aire comprimido y/o mezcladores de
aire oxigeno autocontenidos
Algunos poseen un compresor de aire
comprimido y/o mezcladores de aire
oxigeno autocontenidos
No poseen alarmas Poseen algunas alarmas Poseen muchas alarmas
No poseen modos ventilatorios Poseen algún modo de seguridad Incorporan sistemas de seguridad muy
confiables.
Contienen muy escaso
monitoreo
Poseen algún tipo de monitoreo Incorporan un sistema muy importante
de monitoreo
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Ventilador, circuito y paciente
Esquema
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Diagrama en bloque de un
respirador
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Funciones
Proveer gases al paciente según determinadas condiciones de volumen, presión, flujo y tiempo
Acondiconar el gas que se entrega al paciente. Filtrado, Humedad y temperatura
Incorporar medicación que se incorpora vía inhalatoria
Monitorear la ventilación del paciente y su mecánica respiratoria
Proveer un sistema de seguridad para ventilar al paciente en caso de anomalías
Avisar al operador que se ha presentado una situación distinta a la programada
Elaborar la información que maneja y mostrarla de manera adecuada al operador o enviarla a sistemas periféricos conectadas al equipo.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Componentes de un respirador
Sistema de control
Sistema de provisión de gases
Sistema de monitoreo Interno
Interfase operador máquina
Interfase paciente respirador
Sistemas de seguridad y alarmas
1. Sistema de control
Es el cerebro del equipo.
Interactúa con todos los demás sistemas: Recibe ordenes del operador y las transforma en acciones del
ventilador.
Toma y procesa información proveniente de los sensores.
Maneja las alarmas.
Decide el uso de ventilación de respaldo o emergencia.
Etc.
Fue cambiando a lo largo de las diversas generaciones: Primera: puramente neumático, muchas limitaciones.
Segunda: electrónica discreta.
Tercera: microprocesadores y sistemas digitales avanzados. Memorias con firmware que puede ser actualizado para mejorar performance y agregar nuevas funcionalidades y modos ventilatorios.
2. Suministro de energía
Eléctrica
Red eléctrica fuentes conmutadas.
Baterías Internas: para traslados o cortes de energía,
todos deberían tenerla, conmutación automática.
Externas: ambulancias, etc.
Neumática: ventiladores de emergencia o de traslado
3. Sistema de suministro de
gases
Entradas de alta presión (2 – 5 bar): Aire y O2
N2O (en carros de anestesia).
Central, balón o compresor interno.
Sistema de mezcla (Blender) Externo.
Interno.
Válvulas proporcionales (solenoides o motor de pasos), no hay blender.
Interfase paciente
Ing. Enrique Mario Avila Perona
6. Interfaz con el paciente
Funciones: Conducir el gas hacia y desde
el paciente, tubuladuras reusables o descartables, esterilización (autoclave, oxido de etileno, etc).
Acondicionar el gas inspirado, temp, humedad (humidificadores, narises).
Eliminar excesos de humedad (trampas de agua).
Suministro de medicaciones (nebulizador).
Uso de filtros bacterianos.
Etc.
5. Interfaz con el operador
Comunicación bidireccional entre
equipo y paciente:
Programación del equipo.
Despliegue de parámetros y curvas.
Mensajes y alarmas.
Despliegue de parámetros y curvas. Parámetros ventilatorios medidos: f, Ti, I:E, VC,
Pmax, PEEP, O2, etc.
Curvas: flujo, presión, volumen, bucles.
Mensajes y alarmas: Su función es avisar tanto auditiva como
visualmente alteraciones en los parámetros de ventilación, problemas de programación, malfuncionamiento, alteraciones del paciente, etc.
Fijas de fábrica: Suministro eléctrico.
Baja presión de aire y O2.
Falla válvula exhalatoria.
Etc.
Programables por el usuario: Alarmas de presión.
Alarmas de volumen.
Alarmas de apnea.
Alarma de oxígeno.
Etc.
Estructura interna
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Sistemas modernos con válvulas
inspiratorias de control de flujo.
De hilo caliente.
El hilo de platino se calienta a una temp. Cte. mediante un circuito electrónico, al pasar el flujo, el hilo se enfría entonces el circuito provee mas corriente, dicha corriente será proporcional al flujo de gas que esta pasando.
Debo tener un termistor que sense la temperatura del gas para compensar.
Ventajas: baja resistencia, escaso desgaste y mantenimiento nulo.
Desventajas: problemas para detectar flujo direccional, muy sensible a la humedad, sensible a fatiga, difícil limpieza.
Transductores de flujo:
Neumotacógrafo (o de pantalla) El gas atraviesa una malla que le ofrece una
determinada resistencia R, midiendo la diferencia de presión a ambos lados de la malla, se obtiene el flujo
Ventajas: buena respuesta en frecuencia, larga duración.
Desventajas: requieren mantenimiento periódico, uso de diferentes tipos según el tipo de paciente a tratar.
Por ultrasonido
El gas pasa por un orificio creando turbulencias (vortices)
que son sensadas por ultrasonido, el grado de turbulencia
es proporcional al flujo.
Ventajas: Precisos.
Desventajas: Alta resistencia
De turbina
El gas pasa a través de una turbina cuyo a velocidad de
giro es medida mediante un emisor y detector ópticos.
La velocidad de giro es proporcional al flujo.
Ventajas: robustos.
Desventajas: sistema mecánico con mucha inercia y muy
mala sensibilidad (20 a 30%), solo utilizado en
espirómetros.
Transductores de presión: Piezoresistivos.
Se utiliza una membrana con una resistencia adosada que varia su valor al estirarse ésta.
Temperatura: Termistores.
RTDs: Pt o nt.
O2: Celdas de oxígeno.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Neumotacógrafo Fleish.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Neumotacógrafo Hot- wire.
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Monitoreo de volumen y flujo
Aparatos para la medición de
volumen.
Aparatos sensores de flujo.
Programación del equipo: Selección del modo ventilatorio: VCV, PCV, SIMV,
CPAP, PSV, VMM, VTAseg, APRV, BiPAP, etc.
Selección de los parámetros: Principales: f, Ti, I:E, VC o VT, VM, Pmax, PEEP, FiO2,
triger, etc.
Límites de alarmas, por defecto según tipo de paciente, automático (%encima y %debajo), manual.
Opcionales: suspiros, pausas, etc.
Tipos de flujos:
Curvas
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Ing. Enrique Mario Avila Perona
MODOS DE VENTILACIONModo Control Trigger Ciclo Soporte Variable condicional Acción
CMV Presión, volumen,
flujo.
Máquina Máquina NA ___ ___
A/C Presión, volumen,
flujo
Máquina o paciente Máquina NA Tiempo o esfuerzo del paciente Disparo máquina a
paciente
AMV Presión, volumen,
flujo
Paciente Máquina NA ___ ___
IMV Presión, volumen,
flujo
Máquina Máquina No ___ ___
SIMV Presión, volumen,
flujo
Máquina o paciente Máquina No Disparo máquina a
paciente
CPAP ___ ___ ___ No ___ ___
PCV Presión Máquina Máquina NA ___ ___
PC-IMV Presión Máquina Máquina No
PC-SIMV Presión Máquina o paciente Máquina No Tiempo o esfuerzo del paciente Disparo máquina a
paciente
PCIRV Presión Máquina Máquina NA
APRV Presión Máquina Máquina No
PSV ___ ___ ___ Si
MMV Presión, volumen,
flujo
___ Máquina Si Minuto de ventilación y tiempo Espontánea a
mandatoria respiración
VAPS ___ ___ ___ Si Volumen corriente Control de presión a
volumen
BiPAP Presión Máquina Máquina No ___ ___
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Sistemas de alarmaA. Alarmas de entrada de energía.
1. Baja energía eléctrica.
2. Baja energía neumática.
B. Alarmas del circuito de control.1. Falla general del sistema (ventilador inoperante).
2. Preselecciones de los parámetros del ventilador incompatibles.
3. Relación de tiempo inspiratorio a respiratorio inversa.
C. Alarmas de salida.
1. Presión.a. Alto y bajo pico de presión en las vías respiratorias.
b. Alta y baja presión media en las vías respiratorias.
c. Alta y baja línea de base (PEEP o CPAP).
d. Falla de presión en las vías respiratorias para retornar a la línea de base dentro de un período específico.
2. Volumen (bajo volumen corriente).
3. Flujo (bajo volumen minuto).
4. Tiempo.a. Alta o baja frecuencia de ventilación.
b. Tiempo de inspiración largo o corto (largo = apnea).
c. Tiempo de espiración largo o corto (largo = apnea).
5. Gas inspirado.a. Alta o baja temperatura del gas inspirado.
b. Alto o bajo flujo FIO2
Parámetros y curvas
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Curvas
Panel de conexión
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Filtros
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Trampas
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Ex Siemens, Maquet
Ing. Enrique Mario Avila Perona
Viasys Vela
Ing. Enrique Mario Avila Perona