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• Núcleo de Ing. Biomédica
• Fac. de Medicina e Ingeniería
• Universidad de la República
• Ventilación Mecánica

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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.

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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.

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Tipos y generaciones de ventiladores

• De presión negativa extratoráxica, el pulmón de
  acero

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• De presión positiva (IPPV)

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• Primera generación (60s)
• 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
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• Segunda generación (70s)
• 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
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• Tercera generación (80s 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
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Conceptos Básicos
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Ventilador, circuito y paciente
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Resistencia de las vías aéreas Rva

• 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 P1Pva y P2 Palv, se define Rva del
  paciente Rva(Pva-Palv)/flujo, RvaPres/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
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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 PvaPalv

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Ecuación de movimiento

• Pva Pres Pel PEEP
• Pva Rva.flujo Vol/Csr PEEP

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Curvas respiratorias

• Se utilizan curvas de flujo, presión y volumen en
  el tiempo para tener un análisis detallado del
  funcionamiento del ventilador.
• Paw, flujo y volumen obtenido como la integral
  del flujo.
• Parámetros importantes
• Vcorriente
• Ppico
• PEEP
• Frespiratoria
• Tinspiratorio
• Tespiratorio
• Relación IE
• Volumen minuto

• 0,5l
• 35cmH2O
• 5cmH2O
• 15 resp/min
• 1s
• 3s
• 13
• Vc x Fresp 7,5l/min

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Ejemplo

• Flujo constante 30l/min0.5l/s.
• Volumen 0.5l
• PEEP 5cmH2O
• Aplico ec. de mov. para cada instante de tiempo y
  obtengo curva de Pva
• 1s)
• Pva120.0,50/0,025515cmH2O
• Pva225cmH2O
• 1.5s)
• Pva120.0,50,25/0,025525cmH2O
• Pva230cmH2O
• 2s antes)
• Pva120.0,50,5/0,025535
• Pva235
• La presión dentro de los pulmones del paciente 1
  es 25 mientras que para el paciente2 es 15. Para
  iguales P pico.
• 2s después)
• PEEP20.flujo10,5/0,025PEEP entonces
  flujo1-1l/s-60l/min
• flujo2-0,25l/s-15l/min

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Constante de tiempo T

• En la exalación el tiempo necesario para el
  vaciado de los pulmones dependerá de Rva y Csr.
• Se define así la constante de tiempo TRva.Csr
• Observar similitud con descarga de un
  condensador.
• El vaciado sigue ley exponencial y se considera
  completo luego de 5T (0,7).
• Para el paciente1 T0,5s y para paciente2 T2s.
• Si comienza otra insp. Antes de alcanzar los 5T
  se produce auto PEEP ya que Pins inicial es mayor
  a PEEP base.

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Cálculos de Raw y Csr a partir de las curvas

• El secreto esta en realizar la medida en la pausa
  inspiratoria.
• Durante la pausa Pva Pel PEEP Palv
  Pplat. Ya que flujo0 (Pres0).
• CsrVol/Pel
• RvaPres/flujo

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Modos ventilatorios

• Existen dos grandes clasificaciones
• Modos básicos tipos de ciclos disponibles
  (controlado, asistido (sensado por flujo o por
  presión), espontáneos (SIMV, CPAP))
• Modos de control tipo de control ejercido sobre
  los ciclos (por volumen, por presión, presión
  soporte)

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Modos básicos
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Resumen modos básicos
TIPO DE CICLO TIPO DE CICLO TIPO DE CICLO
MODO Controlado Asistido Espontáneo
Controlado X
Asist./Cont. X X
SIMV X X X
CPAP X
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Modos de control
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Diseño de ventiladores
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Funciones a cumplir por el equipo

• Proveer una mezcla del gases determinada según
  condiciones de tiempo, volumen, flujo, presión,
  etc.
• Acondicionar dicho gas, filtrándolo, adecuando su
  temperatura y humedad, etc.
• Permitir entregar medicación por vía respiratoria
  (nebulización, etc).
• Monitorizar la ventilación del paciente y su
  mecánica ventilatoria.
• Debe poseer sistemas de seguridad para
  situaciones anormales que puedan surgir (apnea,
  etc).
• Detectar y alertar al operador mediante alarmas
  tanto auditivas como visuales toda situación
  anormal.

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Componentes de un ventiladorSistema de control
(servocontrol)
Sistema de suministro de gases
Interfaz con el paciente
Ingreso de gases
Al paciente
Sistema de monitorización
Señal de error
Suministro de energía
Sistema de control
Interfaz con el operador
Al operador
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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.

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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

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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.

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Control de flujo

• Sistema de pistón

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• Sistema de fuelle

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• Sistemas modernos con válvulas inspiratorias de
  control de flujo.

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• Mediante microprocesadores se regula la apertura
  de las válvulas solenoidales.
• Ejemplo para PB7200
• Apertura máx. 0.7mm.
• Pasos 4000 posiciones diferentes.
• Uso de dos válvulas (O2 y Aire) o una con un
  mixer.

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Válvulas de exhalación
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4. Sistema de monitorización

• Qué monitorizar, dónde y cómo hacerlo?.
• Qué
• Flujo y volumen.
• Presión vías aéreas.
• Otros temperatura, O2, alimentación, presión de
  suministro de gases, fugas, etc.

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• Dónde

• Rama inspiratoria - A
• Rama espiratoria - B
• En la Y del paciente - C

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• Cómo

• Transductores 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.

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• 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.

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• 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.

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• 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.

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5. Interfaz con el operador

• Comunicación bidireccional entre equipo y
  paciente
• Programación del equipo.
• Despliegue de parámetros y curvas.
• Mensajes y alarmas.

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• Programación del equipo
• Selección del modo ventilatorio VCV, PCV, SIMV,
  CPAP, PSV, VMM, VTAseg, APRV, BiPAP, etc.
• Selección de los parámetros
• Principales f, Ti, IE, 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

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• Despliegue de parámetros y curvas.
• Parámetros ventilatorios medidos f, Ti, IE, VC,
  Pmax, PEEP, O2, etc.
• Curvas flujo, presión, volumen, bucles.

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• 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.

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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.