PRODUCCIÓN DE OXÍGENO MEDICINAL (PARTE II)

PRODUCCIÓN DE OXÍGENO MEDICINAL - TÉCNICAS

Otra de las grandes necesidades durante la pandemia que hasta el momento acecha a la humanidad es la del "oxígeno medicinal". El presente artículo versará sobre las diferentes alternativas que se tienen para la producción de este gas, el cual puede ser obtenido (siempre con % de impurezas) a través del agua, del aire o de gases en general que posean oxígeno en su composición química.

Históricamente, la técnica más antigua (y también la más económica) conocida es la llamada ELECTRÓLISIS DEL AGUA que consiste en hacer pasar corriente eléctrica al líquido por medio de un ánodo y un cátodo metálico (ver esquema) y que producirá lo que se conoce como "disociación electrolítica" del agua en hidrógeno y oxígeno.

Obtención de hidrógeno y oxígeno por 

electrólisis (Fuente: Dpto. de Energía de EEEUU)

La otra técnica conocida es la del FRACCIONAMIENTO DEL AIRE  (también llamada DESTILACIÓN CRIOGÉNICA) que consiste en la compresión, enfriamiento y expansión de este gas y que conlleva a la separación del mismo en nitrógeno y oxígeno. Es hoy en día la técnica más empleada en la producción de oxígeno industrial.

Fraccionamiento del aire en nitrógeno y oxígeno

(Fuente: Dynamic Science)

Y luego tenemos una técnica análoga a la anterior, es la llamada ADSORCIÓN POR OSCILACIÓN DE PRESIÓN (PSA por sus siglas en inglés). la cual es una tecnología utilizada para separar algunas especies de gas de una mezcla de gases bajo presión de acuerdo con las características moleculares de la especie y la afinidad por un material adsorbente. Opera a temperaturas cercanas a la ambiente y difiere significativamente de las técnicas de destilación criogénica de separación de gases. Los materiales adsorbentes específicos (por ejemplo, zeolitas, carbón activado, tamices moleculares, etc.) se utilizan como trampa, adsorbiendo preferentemente las especies de gas objetivo a alta presión. Luego, el proceso cambia a baja presión para desorber el material adsorbido. 

Planta de oxígeno de adsorción por oscilación de presión (PSA)

(Fuente: GENERON) 

Esta es la técnica más empleada en los países desarrollados para la producción de oxígeno medicinal por los elevados márgenes de pureza (superior al 90%) que ofrecen. Sobre ella, sus características y sus diferentes variantes haremos énfasis en los artículos siguientes. 

VENTILADORES MECÁNICOS (CONCLUSIONES)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (PARTE IV)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (PARTE III)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (SEGUNDA PARTE)

Parámetros de ventilación mecánica 

Los parámetros clave de los ciclos de respiración soportados por VM incluyen: volumen corriente, presión de la vía aérea, presión inspiratoria máxima, presión de meseta, presión positiva al final de la espiración, fracción de oxígeno inspirado, frecuencia respiratoria e índice de inspiración a espiración. 

 Volumen corriente (Vt) : Físicamente, Vt es el volumen de aire que ingresa y sale de los pulmones en cada respiración. Vt es elegido por el médico, generalmente usando el peso corporal predicho, y para pacientes con SDRA, se recomienda Vt entre 4 y 8 ml / kg . Un volumen corriente más alto puede ayudar a eliminar el dióxido de carbono del pulmón en pacientes con hipercapnia o administrar oxígeno a pacientes con hipoxemia. Sin embargo, los volúmenes excesivos también pueden inflar demasiado y estirar el tejido pulmonar, causando lesiones. 

 Fracción de oxígeno inspirado (FiO2) FiO2 es la concentración de oxígeno entregada al paciente. Una FiO2 más alta permite un mejor intercambio de oxígeno de los pulmones a la sangre, aumentando la presión parcial de oxígeno en los alvéolos y, por lo tanto, la velocidad de difusión. El FiO2 superior al 21% (aire atmosférico) se usa a menudo para aumentar la oxigenación, evitando los riesgos asociados con la entrega de presiones y volúmenes corrientes más altos, o cuando los alvéolos colapsados no son reclutables. Sin embargo, las presiones parciales de O2 excesivas pueden causar toxicidad por oxígeno. 

Presión de la vía aérea (Paw) La Paw es la presión suministrada desde el ventilador al paciente durante la VM. Hay cuatro medidas distintas de Paw durante un ciclo de respiración MV típico: 

• Presión espiratoria final positiva (PEEP): PEEP es la presión elevada de la vía aérea al final de la espiración. PEEP es un entorno importante utilizado para mantener el reclutamiento pulmonar para permitir el intercambio de gases. También previene la apertura y el cierre cíclicos de unidades pulmonares colapsadas (atelectasia), lo que puede causar más daño. La titulación de PEEP es a menudo un tema de debate, con algunos que defienden niveles más altos y algunos niveles más bajos. Actualmente se configura con mayor frecuencia utilizando la tabla PEEP – FiO2. 

• Presión inspiratoria máxima (PIP): PIP es la presión máxima de la vía aérea durante la inspiración. La PIP se limita para evitar presiones excesivas que causen más lesiones. PIP puede estar limitado en los modos de control de presión donde se puede establecer el rango de presión. 

•  Presión de la meseta (Pplat): la presión de la meseta es la presión de la vía aérea medida durante el final de la pausa inspiratoria. En comparación con PIP, este nivel de presión es más bajo, ya que no está influenciado por las diferencias dinámicas de presión debido a la resistencia de las vías respiratorias. Este nivel de presión se usa como una representación de la presión en los alvéolos, y a menudo se usa como un umbral para los niveles de alta presión. Por lo general, la presión de la vía aérea se establece en un nivel de presión donde Pplat es inferior a 30–35 cmH2O para evitar el barotrauma.  

• Presión de conducción (ΔP): ΔP es la diferencia de presión añadida por encima de PEEP a Pplat. Recientes meta-análisis y post-hoc han sugerido que la presión de conducción puede ser más importante que otros parámetros de MV que determinan los resultados que las presiones de conducción más altas están asociadas con una mayor mortalidad. Crucialmente, estos resultados y, cualquier nueva guía, deben considerar ΔP con respecto a al menos uno de PEEP y Pplat.

Las cuatro medidas principales de la Paw no definen completamente un ciclo de respiración pero, como se describe en la figura  de abajo, sí miden los extremos de la inspiración (I) y la espiración (E). Junto con los componentes de tiempo, este conjunto de mediciones puede describir aproximadamente todo el ciclo de respiración con una redundancia mínima.

Un ciclo de respiración MV idealizado que destaca las mediciones de presión comunes, incluida la presión espiratoria final positiva (PEEP), la presión de conducción (ΔP), la presión inspiratoria máxima (PIP) y la presión de meseta (Pplat) y los dos componentes de tiempo, inspiración (I) y espiración ( E), que determinan la relación I: E. Estas medidas son las más comúnmente monitoreadas en la práctica y se emplean en el modelado y, además, como un conjunto pueden describir aproximadamente tanto la inspiración como la espiración.

Modos de ventilación 

Básicamente, la ventilación se puede dividir en varios grupos por el nivel de invasión, el modo utilizado y el objetivo. Por lo general, la VM se divide primero en invasiva o no invasiva, se determina si el paciente está entubado o no, y luego se subdivide en modos de control o apoyo, dependiendo de los esfuerzos de respiración y sedación del paciente, y finalmente, modos controlados por presión o volumen. La Figura de abajo describe tres niveles que se alinean aproximadamente con el proceso de toma de decisiones para definir completamente cada una de las tres dimensiones. El recuadro que representa el modo de control de ventilación no invasiva está sombreado para indicar que esta combinación de configuraciones rara vez se emplea. 

Un diagrama esquemático simple que describe cómo se especifica la VM seleccionando una opción de cada una de las tres clases. Por lo general, el tipo (invasivo frente a no invasivo) se selecciona primero, luego el modo (Con apoyo / espontáneo frente a control) y finalmente el objetivo (presión frente a volumen). Estas tres dimensiones dividen las posibles combinaciones en seis conjuntos comúnmente empleados (omitiendo la ventilación de control no invasiva)

VENTILADORES MECÁNICOS - PRINCIPIOS Y DISEÑO (PRIMERA PARTE)

Nunca antes había sido tan alta la demanda mundial de este dispositivo como en los dos últimos meses, y por ende se hace necesario conocerlo tanto en sus principios básicos de funcionamiento, sus características de diseño fundamental y por último en las limitaciones técnico-económicas que presentan en la actualidad. El artículo de nuestro mes de aniversario (y el primero de una nueva secuencia) estará dedicado de esta forma a dicho dispositivo: el ventilador mecánico.

Primeramente, y tal como puede observarse, un ventilador mecánico o respirador artificial, no es un dispositivo sencillo sino un complejo equipo que tiene como objetivo capital el soporte clínico a la vida en riesgo.

Esquema generalizado de un ventilador mecánico (Fuente: Revista Breathe - Junio de 2017)

La parte "mecánica" corresponde al mezclador aire-oxígeno (Blender), el sistema de válvulas/turbinas reguladoras y el humidificador, pero tan importante como ella es la parte "automatizada" del equipo y que incluye tanto a los controles como los sensores. Todo ello puede observarse en la figura de arriba.

La fuente de presión (un compresor) proporciona la energía requerida. para superar la carga elástica y resistiva impuesta por el sistema respiratorio del paciente, y se utiliza para aliviar su trabajo de respiración. El presurizado el aire se mezcla con la cantidad adecuada de oxígeno por el mezclador, y entregado al paciente por válvulas rápidas que modulan la cantidad de gas que fluye hacia y desde el paciente. Gracias al progreso reciente en electrónica y en motores eléctricos, en lugar de usar válvulas, en algunos modernos ventiladores de respuesta rápida, se emplean turbinas de motor sin escobilla que actúan como una fuente variable de aire a presión, haciendo que el dispositivo sea independiente de centralizado distribución de aire comprimido médico pero aún proporcionando buen rendimiento.

Turbina de motor sin escobillas, moderno regulador de presión

en los ventiladores mecánicos.

El mezclador aire-oxígeno, es análogo al empleado en los equipos de oxicorte, como puede apreciarse, y existen diversos diseños a nivel comercial, pero los fabricantes de ventiladores poseen tienen sus propios diseños.

Mezclador aire-oxígeno para ventilación mecánica

El compresor de aire es por lo general del tipo "reciprocante", con potencias entre 1 y 1,5 HP,  salidas de presión entre 6 y 8 bar, capacidad volumétrica entre 15 y 30 litros. No obstante el nivel de ruido que se produzca debe ser menor o igual a los 45 decibelios.

Compresor reciprocante para uso en ventiladores mecánicos

Los gases inspirados se acondicionan en las vías respiratorias para que estén completamente saturados de agua a temperatura corporal cuando alcanzan los pulmones del paciente (37 ° C, 100% de humedad relativa, 44 mg / L de humedad absoluta, 47 mm Hg de presión de vapor de agua). Aquí cumple un rol fundamental el "humidificador" el cual opera a una presión aproximada de 5 bar. También hay diversidad de modelos a nivel comercial y generalmente vienen con un medidor de flujo del tipo "venturi".

Humidificador con medidor de flujo

Esta ha sido entonces una primera entrega en la cual se han expuesto las generalidades y principales características técnicas de un ventilador mecánico. El siguiente mes continuaremos exponiendo más detalles concernientes al diseño y operación de este dispositivo clínico tan requerido en las últimas semanas. Muchas gracias por ahora y estamos atentos a comentarios, consultas y sugerencias en nuestra página de facebook.