ASISTENCIA RESPIRATORIA MECANICA
DR EYZAGUIRRE OJEDA CARLOS DARIO
INTRODUCCIÓN
La ventilación mecánica está destinada a cumplimentar dos funciones básicas: soporte
ventilatorio y soporte de la oxigenación. El soporte ventilatorio reemplaza total o parcialmente la
función de los músculos ventilatorios, permitiendo el transporte de gases entre el medio ambiente y
el alvéolo. Habitualmente esto se logra generando una presión positiva en la vía aérea, lo cual
permite administrar un volumen corriente y una frecuencia respiratoria similares a lo normal. En
contraste, el soporte de la oxigenación se logra suplementando la FiO2 y optimizando la relación
ventilación perfusión (V/Q) a fin de mejorar el intercambio del oxígeno a nivel alveolocapilar. La
técnica más utilizada para obtener esta mejoría es mediante la aplicación de presión positiva al final
de la espiración (PEEP), pero también se pueden emplear otras manipulaciones de la patente
ventilatoria.
La falla ventilatoria se define como la incapacidad del sistema respiratorio para mover
adecuadamente los gases entre los alvéolos y el medio ambiente. La falla ventilatoria produce
anormalidades tanto de la PaO2 como de la PaCO2. Sin embargo, habitualmente es definida y
cuantificada por las anormalidades de la PaCO2, con la acidemia concomitante; puesto que el
transporte de CO2 está determinado predominantemente por la ventilación y es mucho menos
afectado por las alteraciones de V/Q y de la difusión que el transporte de oxígeno. Se admite que
existe una insuficiencia ventilatoria cuando la elevación de la PaCO2 determina un pH arterial de
7,25 o menos, lo que corresponde a una PaCO2 de 55 mm Hg en pacientes con valores basales
normales. En pacientes con elevaciones crónicas de la PaCO2, en cambio, la falla ventilatoria debe
ser definida por valores más elevados de la misma.
Las alteraciones de la oxigenación son producidas por una modificación del transporte de
oxígeno entre el alvéolo y la sangre arterial (DA-aO2). Esto ocurre fisiológicamente como
consecuencia de una enfermedad que altera la relación V/Q, por shunts o rara vez por una alteración
de la difusión. Se admite que existe una alteración de la oxigenación cuando la PO2 arterial es
menor de 60 mm Hg, lo que corresponde a una SaO2 de 86% o menos. La alteración de la
oxigenación también puede definirse por la presencia de un inadecuado aporte o disponibilidad de
oxígeno (DO2) a los tejidos, lo que corresponde a una DO2 menor de 300-400 ml/min./m2.
OBJETIVOS DE LA VENTILACIÓN MECÁNICA
La ventilación mecánica y la técnica de presión positiva continua en la vía aérea (CPAP)
son métodos de soporte de la ventilación o de la oxigenación durante la enfermedad, pero no
desempeñan un rol curativo o terapéutico sobre el pulmón. Los objetivos fundamentales del soporte
ventilatorio en los pacientes graves pueden ser de naturaleza fisiológica y clínica, tal lo indicado en
la ACCP Consensus Conference sobre el tema (1993). Los objetivos de la asistencia respiratoria
deben ser tenidos en mente no sólo cuando se inicia la ventilación mecánica, sino a intervalos
frecuentes durante el período de soporte. En efecto, la ventilación mecánica debe ser retirada tan
pronto desaparezcan las razones fisiopatológicas que llevaron a su implementación.
A.- Objetivos fisiológicos
1.- Para soportar o manipular el intercambio gaseoso pulmonar
a.- Ventilación alveolar (PaCO2 y pH). En muchas aplicaciones del soporte ventilatorio, el
objetivo es normalizar la ventilación alveolar. El ejemplo típico de esta indicación son las
enfermedades neuromusculares. En ciertas circunstancias clínicas específicas, el objetivo puede ser
obtener una ventilación alveolar mayor de lo normal, como en el caso de la hiperventilación
deliberada utilizada para reducir la presión intracraneana; o menor de lo normal, como en el caso de
la hipercapnia permisiva o en la descompensación aguda de la EPOC.
b.- Oxigenación arterial (PaO2, SaO2, CaO2). Un objetivo crítico de la ventilación
mecánica es lograr y mantener un nivel de oxigenación arterial aceptable, utilizando una FiO2 que
no sea perjudicial. En la mayoría de las aplicaciones del soporte ventilatorio, esto se logra al obtener
una SaO2>90%, lo que equivale a una PaO2 >60 mm Hg; aunque en determinadas circunstancias se
pueden utilizar otros puntos finales.
2.- Para aumentar el volumen pulmonar
a.- Insuflación pulmonar de fin de inspiración. Método destinado a lograr una expansión
pulmonar suficiente, con cada respiración o en forma intermitente, a fin de prevenir o tratar
atelectasias y sus efectos asociados sobre la oxigenación, compliance y mecanismos de defensa
pulmonar.
b.- Capacidad residual funcional (CRF). Método destinado a lograr o mantener un
aumento en la CRF utilizando presión positiva de fin de espiración (PEEP) en casos en los cuales la
reducción de la CRF puede ser desfavorable (disminución de la PaO2, aumento de la injuria
pulmonar), como en el Síndrome de dificultad respiratoria agudo (SDRA) y en el postoperatorio.
3.- Para reducir o manipular el trabajo respiratorio
a.- Para poner en reposo los músculos respiratorios. El objetivo es reducir el trabajo
respiratorio del paciente cuando el mismo está aumentado, ya sea por una elevación de la resistencia
en la vía aérea o por una reducción de la compliance; y el esfuerzo espontáneo del paciente es
inefectivo o incapaz de ser sostenido en el tiempo. En estas situaciones, el soporte ventilatorio debe
ser utilizado hasta que otras terapéuticas específicas reviertan la condición que llevó al aumento del
trabajo respiratorio.
B.- Objetivos clínicos
Debido a que, en general, la ventilación mecánica sólo sirve para soportar al aparato
respiratorio en falla hasta que se produzca la mejoría de su función, ya sea espontaneamente o como
resultado de otras intervenciones, un objetivo primario debe ser evitar la injuria pulmonar
iatrogénica y otras complicaciones.
Los objetivos clínicos primarios de la ventilación mecánica incluyen:
1.- Revertir la hipoxemia. Aumentar la PaO2 (generalmente para lograr una SaO2>90 mm
Hg), ya sea aumentando la ventilación alveolar o el volumen pulmonar, disminuyendo el consumo
de oxígeno, u otras medidas, a fin de evitar la hipoxia potencialmente grave.
2.- Revertir la acidosis respiratoria aguda. Corregir una acidemia que ponga en riesgo la
vida, más que para lograr una PaCO2 arterial normal.
3.- Mejorar el distress respiratorio. Aliviar el disconfort intolerable del paciente mientras
el proceso primario revierte o mejora.
4.- Prevenir o revertir las atelectasias. Evitar o corregir los efectos clínicos adversos de la
insuflación pulmonar incompleta, como por ejemplo, en el postoperatorio o en presencia de
enfermedades neuromusculares.
5.- Revertir la fatiga muscular ventilatoria. En muchos casos, esto se logra poniendo en
reposo los músculos respiratorios.
6.- Permitir la sedación y o el bloqueo neuromuscular. En el caso de que el paciente sea
incapaz de ventilar por sus propios medios, o a fin de realizar determinadas instrumentaciones que
requieren dicha sedación.
7.- Disminuir el consumo de oxígeno sistémico o miocárdico. Disminuir el consumo de
oxígeno miocárdico o sistémico cuando el trabajo respiratorio u otra actividad muscular deterioran
la disponibilidad de oxígeno o producen una sobrecarga al corazón comprometido. Ejemplos de esta
situación son el shock cardiogénico y el SDRA severo.
8.- Disminuir la presión intracraneana. En ocasiones (trauma cerrado de cráneo) se utiliza
la asistencia ventilatoria para disminuir la PIC elevada a través de la hiperventilación controlada.
9.- Estabilizar la pared torácica. En los casos en que un severo trauma torácico impida la
función de la pared torácica, para proveer una adecuada ventilación y expansión pulmonar.
EL VENTILADOR MECÁNICO
Un ventilador es simplemente una máquina, o sea un conjunto de elementos relacionados
destinados a modificar, transmitir y dirigir de una manera predeterminada la energía aplicada para
realizar un trabajo. La energía puede ser aportada al ventilador en la forma de electricidad o de un
gas comprimido. Esta energía es transmitida o transformada por el mecanismo de potencia, en una
manera preestablecida por los circuitos de control, para aumentar o reemplazar a los músculos
respiratorios en la tarea de realizar el trabajo respiratorio. Por ende, para comprender los
ventiladores mecánicos, se deben conocer sus características básicas, a saber: 1) fuente de poder, 2)
transmisión del poder o conversión de la fuerza, 3) mecanismos de control, 4) resultado obtenido o
outputs, bajo forma de ondas de presión, volumen y flujo. Los dos primeros aspectos corresponden
a la ingeniería del equipo, por lo que no serán analizados en el presente capítulo.
Aspectos fisiológicos
Para comprender cómo puede ser utilizada una máquina para reemplazar o suplementar la
función natural de respirar, es necesario conocer algunos aspectos de la mecánica respiratoria. El
estudio de la mecánica se realiza a través del análisis de las fuerzas aplicadas y de los
desplazamientos obtenidos, y la velocidad de estos últimos. En fisiología, la fuerza es medida como
presión (presión = fuerza/superficie), el desplazamiento es medido como un volumen (volumen =
superficie x desplazamiento), y la velocidad del cambio es medida como flujo (flujo promedio = L
volumen/ Ltiempo; flujo instantáneo = dv/dt, la derivada del volumen con respecto al tiempo). El
objetivo es conocer la presión necesaria para producir un flujo de gas que entre a la vía aérea e
incremente el volumen del pulmón.
La presión, el volumen y el flujo cambian con el tiempo durante el curso de una
inspiración y espiración. La relación entre ellos es descripta por un modelo matemático conocido
como la ecuación de movimiento para el sistema respiratorio. En su forma simplificada la ecuación
es:
presión muscular + presión del ventilador = (volumen/compliance) + (resistencia x flujo)
donde la presión muscular es la presión transrespiratoria imaginaria, es decir la diferencia
de presión entre la vía aérea y la superficie corporal, generada por los músculos respiratorios para
expandir la caja torácica y los pulmones.
La presión muscular se considera imaginaria ya que no es directamente medible. La
presión del ventilador es la presión transrespiratoria generada por el mismo durante la inspiración.
La suma de las presiones musculares y del ventilador produce un flujo (volumen en función del
tiempo) que se aporta al paciente. La presión, el volumen y el flujo cambian con el tiempo y por
ende se consideran variables. Se acepta que la compliance y la resistencia permanecen constantes y
se denominan parámetros; sus efectos combinados constituyen la carga que deben vencer el
ventilador y los músculos respiratorios.
Es importante recordar que la presión, el volumen y el flujo son medidos en relación con
valores de base, que son los respectivos valores al final de la espiración. Esto significa que la
presión que produce la inspiración es medida como el cambio en la presión de la vía aérea por
encima de la presión positiva de fin de espiración (PEEP). La presión en la vía aérea tal como es
reflejada por el manómetro del ventilador en la apertura de la vía aérea del paciente es la presión
transrespiratoria actual, debido a que el manómetro del ventilador lee la presión relativa a la presión
atmosférica o de la superficie corporal.
El volumen es medido como el aumento del volumen pulmonar por encima de la
capacidad residual funcional (CRF), definiéndose el cambio en el volumen pulmonar durante el
período inspiratorio como volumen corriente o volumen tidal (VT). El flujo se mide en relación con
su valor al final de la espiración, que habitualmente es cero.
El concepto más importante que provee la ecuación de movimiento es que cualquier
ventilador puede controlar en forma directa sólo una de las variables en un momento dado: presión,
flujo o volumen. Por ende, se puede pensar en un ventilador simplemente como una máquina que
controla ya sea la onda de presión en la vía aérea, la onda de volumen inspirado, o la onda de flujo
inspirado. Se define una onda como la representación de la magnitud de la variable en estudio en el
eje vertical contra el tiempo en el eje horizontal. Por tanto, la presión, el volumen y el flujo se
refieren en este contexto como las variables de control. El tiempo es una variable que está implícita
en la ecuación de movimiento. En algunos casos, como se verá luego, el tiempo también puede ser
utilizado como una variable de control.
El esquema de control del ventilador puede ser tal que permita predeterminar la pendiente
total de la onda durante la inspiración. Muchos ventiladores de última generación tienen estas
características, e incluso pueden elegir entre distintas formas de onda. Por otra parte, el esquema de
control puede ser muy simple, pudiendo controlar durante la inspiración sólo una característica de la
onda, tal como el valor pico o medio.
Los conceptos precedentes definen qué es controlable, a continuación se explorará cómo
las variables citadas pueden ser controladas.
Un sistema puede ser controlado de dos maneras diferentes para lograr los objetivos
finales:
1.- Seleccionar un ingreso de características (input) y esperar para obtener resultados
determinados (output), sin interferir durante el período de espera.
2.- Seleccionar un ingreso de características (input), observar la tendencia en los resultados
obtenidos (output), y modificar el input de acuerdo con los resultados, a fin de obtener en lo posible
el resultado final (output) deseado.
El primer tipo de esquema de control se denomina de circuito abierto. El segundo, se
denomina de circuito cerrado, retroalimentado o de servocontrol. Para lograr un control de circuito
cerrado, los resultados obtenidos (output) deben ser mensurados y comparados con valores de
referencia. En los ventiladores, son necesarios un transductor y circuitos electrónicos para realizar el
control automático. El control por circuito cerrado tiene la ventaja de un output más consistente en
caso de que se produzcan cambios no anticipados. En el caso de los ventiladores, los cambios que
pueden afectar la liberación de presión, volumen y flujo incluyen la condensación o pérdidas en el
circuito del respirador, obstrucción del tubo endotraqueal, y cambios en la resistencia o compliance
del sistema respiratorio. La mayoría de los respiradores de tercera generación para adultos utilizan
un control de circuito cerrado para el análisis de las ondas de presión y de flujo. Los circuitos de
control pueden ser mecánicos, neumáticos, fluídicos, eléctricos o electrónicos.
Las variables de control y las formas de ondas
Todos los sistemas de control de los ventiladores están destinados a cumplir un objetivo:
soportar cierta fracción del volumen minuto respiratorio del paciente. La Fig. 1 es un diagrama
simplificado que ilustra las variables importantes de los ventiladores que son controlados por
volumen o flujo, mientras que la Fig. 2 es el diagrama para los ventiladores que son controlados por
presión (modificadas de Chatburt).
Ventilación
minuto
Volumen Frecuencia
corriente respiratoria
Tiempo
ventilatorio
Velocidad de Tiempo Tiempo
flujo inspiratorio inspiratorio espiratorio
Relación I:E
Fig. 1.- Diagrama de la ventilación controlada por volumen
Los ventiladores corrientes utilizan un número limitado de formas de ondas para cada
variable de control, y las mismas pueden ser idealizadas y agrupadas en cuatro categorías básicas:
rectangular, exponencial, en rampa y sinusoidal. El significado de estos términos es obvio a partir
de la inspección de las ondas mostradas en la Fig. 3.
En definitiva, un ventilador puede ser clasificado como controlado por presión, volumen
o flujo, y puede ser caracterizado por los tipos de formas de ondas que puede generar. En algunos
casos, es lógico clasificar a un ventilador como controlado por tiempo, si en el mismo sólo se
controlan los tiempos inspiratorio y espiratorio. Cualquier ventilador moderno puede controlar más
de una variable en diferentes tiempos, dependiendo de la forma en que se usa. Por ejemplo, un
ventilador puede mezclar respiraciones controladas por flujo con respiraciones controladas por
presión en la forma de ventilación mandatoria intermitente sincronizada más un modo de presión de
soporte. La gran flexibilidad de los respiradores modernos se ha logrado a expensas de una pérdida
de la simplicidad.
1.- Presión. Si la variable de control es la presión, el ventilador puede controlar ya sea la
presión en la vía aérea, produciendo un aumento de la misma por encima de la presión en la
superficie corporal durante la inspiración; o la presión en la superficie corporal, produciendo un
descenso por debajo de la presión de apertura de la vía aérea durante la inspiración. Esta es la base
para clasificar a los ventiladores como de tipo de presión positiva o negativa. En la actualidad,
prácticamente todos los respiradores utilizados en terapia intensiva actúan generando una presión
positiva en la vía aérea. Los generadores de presión negativa en la superficie corporal constituyen
los sistemas de coraza.
2.- Volumen. El elemento que distingue a un respirador controlado por volumen es que el
mismo determina el volumen que libera. El volumen liberado puede ser medido en forma directa
sólo por los cambios de volumen que se producen a nivel del compresor del ventilador. Los
respiradores modernos en realidad miden el flujo y calculan el volumen. Por lo tanto, son
controlados por flujo, excepto que sean operados en un modo de control de presión, por ejemplo
durante la ventilación con presión de soporte.
Ventilación
minuto
Resistencia
Constante Volumen Frecuencia
de tiempo corriente respiratoria
Compliance Tiempo Tiempo
inspiratorio espiratorio
Relación I:E
Velocidad de flujo Gradiente
continua de presión
Presión Presión
inspiratoria pico espiratoria final
Presión media
en la vía aérea
Fig. 2.- Diagrama de la ventilación controlada por presión. Las variables conectadas por líneas
llenas indican que conociendo dos de ellas, la tercera puede ser calculada. Las flechas sugieren que la
relación es más compleja o menos predecible. Los rectángulos blancos representan variables controladas
directamente por el ventilador, los rectángulos grises son controlados indirectamente.
3.- Flujo. Si el cambio de volumen, por ejemplo el volumen corriente, persiste constante a
pesar de variar la compliance y la resistencia del aparato respiratorio, y si el cambio de volumen no
es medido en forma directa, el ventilador es clasificado como controlado por flujo.
4.- Tiempo. Si tanto la presión como el volumen son afectados en forma sustancial por los
cambios en la mecánica respiratoria, la única forma de control es definiendo el ciclo del ventilador o
alternancia entre la inspiración y la espiración. Por tanto, la única variable posible de controlar serán
los tiempos inspiratorio y espiratorio. Esta situación se produce en ciertas formas de ventilación de
alta frecuencia, en las cuales aun la designación de una fase inspiratoria y espiratoria puede ser
dificultosa.
Variable condicional
. presión Ecuación de movimiento
. volumen corriente
. flujo inspiratorio presión = volumen + resistencia x flujo
. ventilación minuto compliance
. tiempo
. etc.
Variable de control
Presión Volumen Flujo
Rectangular Exponencial Rampa Sinusoidal Rectangular Sinusoidal Ascendente Descendente
Variables de fase
Variable de trigger
(desencadenar la inspiración)
Variable de límite Inspiración
(mantener la inspiración)
Variable de ciclado
(terminar la inspiración)
Variables de línea de base Espiración
(mantener la CRF)
Fig. 3- Aplicaciones de la ecuación de movimiento al sistema respiratorio.
Las variables de fase
Una vez que se han identificado las variables de control y las formas de ondas asociadas,
se puede obtener mayor detalle examinando los eventos que tienen lugar durante un ciclo
ventilatorio, esto es, el período de tiempo entre el inicio de una respiración y el comienzo de la
próxima. Este espacio de tiempo puede ser dividido en cuatro fases: el cambio de la espiración a la
inspiración, la inspiración, el cambio de la inspiración a la espiración, y la espiración (Fig. 4). Esto
es útil para examinar cómo un ventilador inicia, mantiene y termina una inspiración y qué es lo que
ocurre entre las inspiraciones. Cada fase es medida y utilizada para iniciar, mantener y terminar una
variable particular. En este contexto, la presión, el volumen, el flujo y el tiempo son referidos como
variables de fase.
Fig. 4. Curva de presión tiempo en la vía aérea. 1: Inicio de la inspiración, 2: inspiración, 3: fin de
la inspiración, 4: espiración, 5: pausa espiratoria.
Desencadenamiento. Todos los ventiladores miden una o más de las variables asociadas
con la ecuación de movimiento: presión, volumen, flujo o tiempo. La inspiración comienza cuando
una de estas variables alcanza un valor preestablecido. Por tanto, la variable de interés es
considerada como la variable de inicio o de desencadenamiento (trigger). Las variables de inicio
más comunes son el tiempo, es decir, el ventilador inicia una respiración de acuerdo con una
frecuencia preestablecida, independientemente del esfuerzo espontáneo del paciente, la presión y el
flujo.
En el sistema desencadenado por presión, el flujo de gas es regulado por una válvula de
demanda colocada en la rama inspiratoria del circuito. Un transductor de presión localizado dentro
del ventilador mide los cambios de presión en un sitio determinado y desencadena el flujo
inspiratorio de gas cuando la caída en la línea de base de presión alcanza la sensibilidad
preestablecida. El sitio exacto de medición varía entre distintos respiradores, desde dentro del
ventilador hasta las ramas inspiratoria o espiratoria o incluso la pieza en Y.
Cuando se selecciona sensibilidad por flujo, el respirador hace pasar por el circuito
respiratorio un flujo continuo durante la fase espiratoria. La inspiración comienza cuando el
microprocesador detecta una diferencia entre el flujo que entra al circuito respiratorio con el que
sale. La diferencia se produce cuando el paciente aspira parte de ese flujo continuo.
Se han comparado los mecanismos desencadenados por flujo con varios sistemas
desencadenados por presión a máxima sensibilidad, estableciéndose que el desencadenamiento por
flujo es claramente superior en el sentido de que existe un retardo mínimo de tiempo y no se
requiere prácticamente ninguna presión negativa en la vía aérea para generar el flujo. Los datos
Presión
Tiempo
2
3
4
5
2
3
4
1 5
publicados sugieren que los beneficios relacionados con el empleo de respiradores desencadenados
por flujo son relativamente modestos, en particular cuando se comparan con los nuevos generadores
de presión.
El esfuerzo del paciente para desencadenar una inspiración está determinado por la
sensibilidad del ventilador. La sensibilidad se puede ajustar cambiando el valor preestablecido de la
variable de inicio. Por ejemplo, para hacer un ventilador desencadenado por presión más sensible, la
presión de trigger se ajusta de 5 cm H2O por debajo de la presión de base a 1 cm H2O por debajo de
la misma. Además de la sensibilidad, interesa conocer la velocidad de respuesta del sistema, o sea el
tiempo transcurrido entre la detección de la disminución de la presión en la vía aérea y el inicio
efectivo de la inspiración.
Límite. Durante la inspiración, la presión, el volumen y el flujo aumentan por encima de
sus valores de fin de espiración. Si una o más de estas variables no puede ser mayor que cierto valor
preestablecido, se refiere a la misma como variable límite; debiendo distinguirse la variable límite
de la variable utilizada para terminar la inspiración, denominada variable de ciclado. Ello significa
que la inspiración no se termina debido a que una variable ha alcanzado su valor límite prefijado.
En otras palabras, una variable es límite si la misma aumenta hasta un valor preestablecido antes de
que termine la inspiración.
En la ecuación de movimiento, la presión, el volumen y el flujo se miden en relación con
sus valores basales. Por lo tanto, para mantener la consistencia, los límites de presión, volumen y
flujo deben ser especificados en relación con sus valores de fin de espiración. Esto es obvio para el
volumen y el flujo, cuyos valores son de cero al final de la espiración. Sin embargo, existe una
confusión corriente alrededor de los límites de presión. Por ejemplo, en el modo de soporte de
presión, el límite de presión es especificado como el valor por encima de la presión de fin de
espiración, es decir por encima de la PEEP. Pero el límite de presión en un ventilador infantil se
mide en relación con la presión atmosférica. En realidad, es el cambio por encima de la presión de
fin de espiración el que determina el volumen corriente. Si se mide el límite de presión por encima
de la presión atmosférica más que por encima de la presión de fin de espiración, es posible que se
genere un valor de volumen corriente menor que el deseado.
Ciclado. El tiempo inspiratorio es definido como el intervalo de tiempo desde el inicio del
flujo inspiratorio hasta el inicio del flujo espiratorio. La inspiración generalmente termina, o sea que
el ciclo se agota, debido a que alguna variable ha llegado a un valor preestablecido. La variable que
es medida y utilizada para terminar la inspiración se denomina variable de ciclado.
Decidir cuál variable será utilizada para terminar la inspiración en un ventilador en
particular puede ser confuso. Para que una variable sea utilizada como señal de servocontrol, en este
caso como señal de ciclado, primero debe ser medida. La mayoría de los ventiladores de tercera
generación de adultos permiten que el operador establezca un volumen corriente y un flujo
inspiratorio, lo cual lleva a pensar que el ventilador actúa ciclado por volumen. En realidad, una
observación estrecha revela que estos ventiladores no miden el volumen. En realidad, ellos
determinan el tiempo inspiratorio necesario para lograr el volumen corriente preestablecido con el
flujo inspiratorio prefijado, haciendo que en realidad sean ciclados por tiempo. El dial de volumen
corriente debe ser visto como un dial de tiempo inspiratorio calibrado en unidades de volumen más
que de tiempo.
Los modernos controladores de flujo emplean complejos algoritmos para liberar los
volúmenes corrientes prefijados con una onda de flujo elegida. Los microprocesadores controlan los
flujos instantáneos liberados por una válvula proporcional en intervalos discretos de tiempo. Esto
significa que cuando se seleccionan el volumen corriente, el flujo pico inspiratorio y la onda de
flujo, el microprocesador utiliza un algoritmo matemático para establecer la duración, o longitud, de
la onda de flujo.
La espiración. El tiempo espiratorio se define como el intervalo entre el inicio del flujo
espiratorio y el inicio del flujo inspiratorio. Normalmente, el flujo espiratorio termina antes del final
del tiempo espiratorio. Si ello no ocurre, lo cual se puede observar en la curva de flujo, es que se ha
producido un atrapamiento de gas y la presión alveolar es mayor que la presión de fin de espiración
en la vía aérea (auto PEEP).
La espiración puede ser activa o pasiva. La espiración activa se produce cuando los
músculos espiratorios realizan un esfuerzo activo o el ventilador genera una presión negativa
transrespiratoria que dirige el flujo en la dirección espiratoria. La espiración pasiva se produce
cuando el flujo espiratorio es causado solamente por la presión determinada por la retracción
elástica del sistema respiratorio.
El aspecto más significativo de la espiración durante la asistencia respiratoria es cómo
actúa el ventilador sobre las variables de control para retornar a los valores de base. Se debe notar
que en la ecuación de movimiento, la presión, el flujo y el volumen son medidos en relación con los
valores de fin de espiración o basales, que se consideran inicialmente como cero.
Aunque en teoría puede ser controlado el valor basal de cualquiera de las variables
precedentes, el más práctico es el control de presión, y es el que se implementa en todos los
ventiladores de uso corriente. La capacidad del ventilador de controlar la línea de base de la variable
implica, para los propósitos prácticos, la capacidad de controlar la presión espiratoria
transrespiratoria. Se debe enfatizar que la presión medida es la transrespiratoria más que la presión
de la vía aérea.
Variables condicionales
En la Fig. 3 se observa que para cada respiración existe una patente específica de variable
de control y de variables de fase. El ventilador puede mantener esta patente constante para cada
respiración, o puede introducir otras patentes, por ejemplo, una para la respiración mandatoria y otra
para la respiración espontánea.
Algunos ventiladores son capaces de utilizar patentes complejas tales como dos tipos de
respiraciones mandatorias (una normal y otra suspiro) y dos tipos de respiraciones espontáneas, por
ejemplo con dos límites distintos de presión. En esencia, el ventilador puede decidir cuál patente de
variable de control y fase implementar antes de cada respiración, dependiendo de valores
preestablecidos.
Los modos respiratorios
Un modo ventilatorio no es más que una notación abreviada que representa un conjunto
específico de características propias de ese modo en particular. Para definir los modos, los autores
generalmente recurren a una descripción de la manera en que interactúan el ventilador y el paciente,
pero en general sin seguir un orden particular y sin una nomenclatura uniforme. Esto hace que el
tema aparezca confuso o, por lo menos, de difícil aprendizaje. Parece más razonable establecer que
un modo de ventilación es un conjunto particular de variables de control y de fase. En este caso,
deben ser especificadas las variables de control y de fase para las respiraciones mandatorias y
espontáneas. Utilizando esta metodología, los modos pueden ser definidos convenientemente como
se indica en la Tabla 1, tomada de R. Chatburn. En la Tabla 2, por su parte, se indica la clasificación
propuesta por la American Respiratory Care Foundation.
La falla ventilatoria puede ser parcial o completa, dando lugar a la necesidad de un
soporte ventilatorio parcial o completo. En la falla ventilatoria parcial, el organismo habitualmente
mantiene un esfuerzo regular para desencadenar la inspiración, pero ha perdido la capacidad de
mantener valores adecuados para limitar y ciclar la respiración (flujo inspiratorio pico y volumen
corriente). El organismo inicia la respiración en forma espontánea, y el ventilador ideal debería
reconocer y preservar este estímulo ventilatorio permitiendo que el paciente desencadene, limite y
cicle la respiración asistida en proporción exacta a las necesidades del momento. La tecnología
todavía no ha logrado un dispositivo de este tipo.
En la falla ventilatoria completa, el organismo no es capaz de iniciar, limitar ni ciclar la
inspiración, y el ventilador debe tomar a su cargo todas estas funciones. A partir de lo precedente se
pueden definir las respiraciones espontáneas y mandatorias.
Respiraciones espontáneas son aquellas que el paciente puede iniciar y terminar con una
suficiente actividad de los músculos ventilatorios. Si el ventilador determina ya sea el inicio o el
final de la inspiración, la respiración debe considerarse mandatoria.
Si el ventilador cicla por tiempo o por volumen una inspiración, la respiración debe ser
considerada mandatoria ya que es terminada por el ventilador. Sin embargo, si el ventilador cicla
por flujo en la inspiración, la misma no es mandatoria. La velocidad de descenso del flujo
inspiratorio estará
Tabla 1.- Variables para respiraciones mandatorias y espontaneas en los distintos modos
ventilatorios.
Mandatoria Espontánea
Modo Control Trigger* Límite Ciclo Control Trigger Límite Ciclo
Controlado flujo tiempo volumen
flujo
volumen
tiempo
NA NA NA NA
A/C o CMV flujo presión
volumen
tiempo
volumen
flujo
volumen
tiempo
NA NA NA NA
IMV (flujo
continuo)
presión
flujo
tiempo volumen
flujo
volumen
tiempo
- - - -
SIMV (flujo continuo) presión
flujo
presión
volumen
flujo
tiempo
presión
volumen
flujo
volumen
tiempo
- - - -
SIMV (flujo a demanda) presión
flujo
presión
volumen
flujo
tiempo
presión
volumen
flujo
tiempo
tiempo presión
flujo
presión presión presión
PS - - - - presión presión presión flujo
PS + SIMV presión
flujo
presión
volumen
flujo
tiempo
presión
volumen
flujo
tiempo
tiempo presión presión
flujo
presión flujo
CAP o CPAP (flujo continuo) -- - - - presión - presión -
CAP o CPAP (flujo a demanda) - - - - presión presión
flujo
presión -
PC presión tiempo presión tiempo NA NA NA -
*En qué medida la respiración será desencadenada por el paciente dependerá de la sensibilidad
establecida y de la magnitud del esfuerzo inspiratorio del paciente.
Para los propósitos de esta tabla, el control por flujo es equivalente al control por volumen. En
todos los modos es posible utilizar PEEP.
NA: no aplicable; A/C: asistida/controlada; CMV: ventilación mandatoria continua; IMV:
ventilación mandatoria intermitente; -: el respirador no responderá; PS: presión de soporte; SIMV:
ventilación mandatoria sincronizada; CAP: presión constante en la vía aérea; CPAP: presión positiva
continua en la vía aérea; PC: control de presión.
determinada por la mecánica pulmonar del paciente y por la actividad de los músculos
respiratorios. Por tanto, el límite de presión no define el flujo inspiratorio, y el ciclado por flujo no
necesariamente establece el tiempo inspiratorio o el volumen corriente. En otras palabras, el
ventilador intentará relacionar la demanda inspiratoria del paciente, y es realmente éste el que
terminará la respiración.
Estas definiciones conducen a los ejemplos siguientes. Si la inspiración es desencadenada
por el ventilador, la misma se considera mandatoria independientemente de cómo sea limitada y
ciclada. Si el ventilador es reglado como para que el paciente pueda desencadenar la inspiración,
pero el flujo inspiratorio y el volumen corriente son preestablecidos (ej.: modo asistido/controlado o
controlado), la respiración será mandatoria porque el paciente no podrá terminar el esfuerzo
respiratorio antes o después de que el tiempo inspiratorio predeterminado haya pasado. Por otro
lado, si el ventilador es reglado para que el paciente pueda iniciar una respiración, pero la presión
inspiratoria es limitada y la respiración es ciclada por flujo (ej..: modo de presión de soporte),
entonces la respiración será espontánea debido a que el paciente puede determinar el flujo
inspiratorio instantáneo y el volumen corriente dependiendo de la actividad de los músculos
respiratorios.
Tabla 2.- Clasificación de los modos comúnmente utilizados de ventilación.
Tipo de respiración
Modo Mandatoria Asistida Soportada Espontánea
Nombre Trigger Límite Ciclo Trigger Límite Ciclo Trigger Límite Ciclo Trigger Límite Ciclo Variable
condicional
CMV/VCV Tiempo Flujo Volumen - - - - - - - - - -
ACV/VACV Tiempo Flujo Volumen Paciente Flujo Volumen - - - - - - Esfuerzo del
paciente/tiempo
IMV Tiempo Flujo Volumen - - - - - - Paciente Presión Presión -
SIMV Tiempo Flujo Volumen Paciente Flujo Volumen - - - Paciente Presión Presión Esfuerzo del
paciente/tiempo
PCV Tiempo Presión Tiempo - - - - - - - - - -
PACV Tiempo Presión Tiempo Paciente Presió
n
Tiempo - - - - - - Esfuerzo del
paciente/tiempo
PIMV Tiempo Presión Tiempo - - - - - - Paciente Presión Presión -
PSIMV Tiempo Presión Tiempo Paciente Presió
n
Tiempo - - - Paciente Presión Presión Esfuerzo del
paciente/tiempo
APRV Tiempo Presión Tiempo - - - - - - Paciente Presión Presión -
APRV
asistida
Tiempo Presión Tiempo Paciente Presió
n
Tiempo - - - Paciente Presión Presión Esfuerzo del
paciente/tiempo
PSV - - - - - - Paciente Presión Flujo - - - -
MMV Tiempo Flujo Volumen Paciente Flujo Volumen - - - Paciente Presión Presión Volumen
minuto
Tomado del American Respiratory Care Foundation Consensus Statement on the Essentials of
Mechanical Ventilators. Respir Care 37:1.000-1992
CMV/VCV: ventilación mecánica controlada/ventilación controlada por volumen; ACV:
ventilación asistida-controlada; VACV: ventilación asistida-controlada por volumen; IMV: ventilación
madatoria intermitente; SIMV: IMV sincronizada; PCV: ventilación controlada por presión; PACV: ACV
por presión; PIMV: IMV por presión; PSIMV: SIMV por presión; APRV: ventilación con liberación por
presión en la vía aérea; PSV: ventilación con soporte de presión; MMV: ventilación mandatoria minuto.
Evaluación de las ondas generadas por el respirador
Del mismo modo que el estudio de la fisiología cardiovascular involucra el análisis de las
ondas del ECG y de las presiones vasculares, el estudio de la operatoria del ventilador requiere el
examen de las ondas producidas por el mismo. Las ondas de interés son las de presión, volumen y
flujo.
Las ondas son graficadas en grupos de tres, en el siguiente orden de presentación: presión,
volumen y flujo, basado en la convención matemática utilizada para la ecuación de movimiento
(Fig. 5). La convención también establece que los valores positivos, por encima del eje horizontal,
corresponden a la inspiración, y los valores negativos, por debajo del eje horizontal, corresponden a
la espiración. El eje horizontal de las tres gráficas es el mismo y corresponde a las unidades de
tiempo. El eje vertical se encuentra en unidades de las variables medidas. El ventilador determina la
morfología de la onda de control, y las formas de las otras ondas estarán determinadas por la
compliance y resistencia del sistema de acuerdo con la ecuación de movimiento. Para el propósito
del análisis de estas ondas, el valor específico de la línea de base de cada variable es irrelevante, por
lo que el origen de los ejes verticales se establece en cero. Lo que es importante es la magnitud
relativa de cada una de las variables y cómo el valor de una afecta o es afectado por los valores de
las otras. La descripción que sigue se basa en la idealización matemática de las ondas, y no en las
gráficas obtenidas en la asistencia respiratoria, en la cual pueden existir variaciones de forma y
características en función de distintos artefactos.
Fig. 5. Graficación de las
curvas de presión, volumen y
flujo en asistencia respiratoria
mecánica.
A.- Ondas de presión
1.- Rectangular. Una onda rectangular es referida matemáticamente como un ascenso o
cambio instantáneo en la presión transrespiratoria desde un valor constante a otro. En respuesta, el
volumen aumenta en forma exponencial desde cero hasta un valor estable igual a la compliance por
el cambio de la presión en la vía aérea (o presión inspiratoria pico menos la PEEP). El flujo
inspiratorio desciende exponencialmente desde un valor pico en el inicio de la inspiración igual a
(PIP-PEEP)/resistencia.
2.- Exponencial. Las curvas de presión exponencial son utilizadas habitualmente durante la
ventilación en neonatos. En estos casos se produce un ascenso gradual más que instantáneo en la
presión al inicio de la inspiración. Dependiendo del seteado específico del ventilador, la onda de
presión nunca alcanza un valor constante y simula una curva exponencial. En respuesta, las curvas
de volumen y flujo también son exponenciales.
3.- Sinusoidal. Se puede obtener una onda de presión sinusoidal ajustando un pistón a un
sistema rotatorio o a un motor lineal comandado por un generador de señal oscilante. En respuesta,
las curvas de volumen y flujo también serán sinusoidales, pero alcanzan sus valores pico a distintos
tiempos.
4.- Oscilante. Las ondas de presión oscilantes pueden tener una variedad de formas desde
sinusoidales hasta en rampa o triangular. La característica distintiva de un ventilador de este tipo es
que puede crear una presión transrespiratoria negativa.
B.- Ondas de volumen
1.- Rampa. Los controladores de volumen que producen una onda en rampa ascendente
inducen un aumento lineal en el volumen desde cero al inicio de la inspiración hasta un valor pico
(el valor preestablecido de volumen corriente) al final de la inspiración. En respuesta, la onda de
flujo es rectangular.
2.- Sinusoidal. Esta onda es producida por ventiladores operados por un pistón unido a un
sistema rotatorio. La onda de volumen es parecida a una curva sigmoidal. Debido a que el volumen
es sinusoidal durante la inspiración, la presión y el flujo también son sinusoidales.
C.- Ondas de flujo
En el modo ventilatorio controlado por volumen se puede variar la forma de generación
del flujo inspiratorio mediante el control de cambio de la onda de flujo. Los distintos flujos son:
constante, en rampa descendente, en rampa ascendente y sinusoidal. Cada una de estas formas de
onda de flujo produce curvas de presión características.
El flujo constante produce una onda cuadrada. En el transcurso de la fase inspiratoria la
presión que se desarrolla en la vía aérea muestra dos tramos. El primero tiene un aumento inicial
rápido debido a la presurización brusca de las tubuladuras por el flujo continuo y es considerado un
reflejo de las propiedades resistivas del sistema. El segundo tramo tiene un ascenso menos
pronunciado pero progresivo y depende del flujo derivado del tiempo inspiratorio y del volumen
establecido, representando las propiedades elásticas del sistema. La presión sigue subiendo hasta el
final de la inspiración, punto que coincide con la cesación del flujo.
La onda de flujo en rampa descendente comienza en el valor pico calculado y disminuye
hasta cero. En respuesta a este flujo desacelerado, las curvas de presión y volumen son bastante
semejantes a las del modo presión controlada. Durante la ventilación asistida por volumen el flujo
inicial alto que produce el flujo en rampa descendente satisface la demanda de la fase de postgatillado
en mejor medida que el flujo constante. También produce menor pico de presión y mayor
presión media, con lo que puede mejorar la oxigenación.
La onda de flujo en rampa descendente comienza en cero y aumenta en forma lineal y
progresiva hasta alcanzar el pico de flujo al final del tiempo inspiratorio regulado. En respuesta a
este tipo de onda, la presión y el volumen presentan una curva exponencial con una concavidad
hacia arriba.
La onda de flujo sinusoidal comienza en cero, llega al valor máximo en la mitad del
tiempo inspiratorio regulado, y comienza a descender nuevamente hasta la línea de flujo cero. La
curva tiene el aspecto de una media circunferencia. El perfil de la curva de presión también es de
forma sinusoidal, pero los valores picos de ambas tienen tiempos diferentes.
La selección de una u otra onda de flujo depende de circunstancias concretas buscando la
forma más apropiada de adaptar el respirador a las necesidades del paciente.
Los sistemas de alarma
El objetivo de las alarmas del ventilador es alertar sobre la presencia de determinados
eventos. Se han definido los eventos como cualquier condición u ocurrencia que requiera la
atención o la acción del operador. Los eventos técnicos son aquellos que involucran un cambio
inadvertido en la performance del ventilador; los eventos del paciente son los que se asocian con un
cambio en la condición clínica del paciente. Un ventilador puede estar equipado con cualquier
monitor concebible de signos vitales, de modo que se deben definir los elementos de vigilancia más
apropiados. La forma más lógica de diseñar un sistema de alarmas es establecer uno que evalúe por
una parte la operación mecánica electrónica del ventilador, y por otra las variables asociadas con la
mecánica de la respiración, es decir, presión, volumen, flujo y tiempo. Debido a que el ventilador
está en íntimo contacto con los gases exhalados, parecería apropiado incluir el análisis de la
concentración de oxígeno y de dióxido de carbono en la línea espiratoria.
Las alarmas pueden ser sonoras, visuales, o ambas, dependiendo de la gravedad de la
condición a detectar. Las especificaciones para un evento de alarma deben incluir: 1) condición que
desencadena la alarma; 2) respuesta de la alarma en forma de un sonido o un mensaje visual; 3)
respuesta asociada del ventilador tal como la terminación de la inspiración o el fallo para funcionar;
y 4) de qué modo la alarma puede ser interrumpida, en forma manual o en forma automática,
cuando la condición que la desencadenó es rectificada.
A.- Alarmas de fuente de poder. Los ventiladores tienen alarmas que se activan si se
interrumpe la fuente eléctrica de poder. Si el ventilador puede operar con una batería, una alarma
generalmente advierte si la batería se encuentra con baja carga.
Los ventiladores que utilizan una fuente neumática tienen alarmas que se activan si el
aporte de oxígeno o de aire comprimido disminuye por debajo de cierto valor de presión
especificado.
B.- Alarmas de control del circuito. Las alarmas de control del circuito son aquellas que
advierten al operador que ciertas variables establecidas son incompatibles (por ejemplo una
inversión I:E), o algunos aspectos del auto test del ventilador han fallado.
C.- Alarmas de respuesta del equipo o de output. Estas alarmas son desencadenadas
cuando se produce una respuesta inadecuada del equipo a lo establecido por el operador. Más
específicamente, la alarma de output es activada cuando el valor de una variable de control (presión,
volumen, flujo o tiempo) se encuentra fuera de un rango esperado. Algunas posibilidades incluyen:
1.- Presión. La alarma de alta presión indica una posible obstrucción del tubo
endotraqueal, mientras que la alarma de baja presión puede indicar una pérdida inadvertida en el
circuito. La alarma de presión media puede indicar un cambio en la patente del ventilador que puede
producir un cambio en la oxigenación del paciente.
2.- Volumen. Se trata de alarmas de alto y bajo volumen corriente exhalado, indicando
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