ES2296917T3 - Metodo y equipo de medicion de la concentracion de oxido nitrico en aire espirado. - Google Patents
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Abstract
Un método para medir la concentración de óxido nítrico en aire espirado, en cuyo método el aire se espira a través de un tubo de soplado (1) de un instrumental de medida y la concentración de óxido nítrico se mide en el aire espirado que fluye por el tubo de soplado (1), en el que el caudal del aire espirado que fluye a través del tubo de soplado (1) se mide durante la espiración, caracterizado por ajustar la resistencia al flujo del tubo de soplado (1) en función del valor medido del caudal de modo que el caudal del aire espirado permanezca en un valor predeterminado de caudal.
Description
Método y equipo de medición de la concentración
de óxido nítrico en aire espirado.
La invención se refiere a un método para medir
la concentración de óxido nítrico en aire espirado, en cuyo método
el aire se espira a través de un tubo de soplado de un instrumental
de medida y la concentración de óxido nítrico se mide en el aire
espirado que fluye por el tubo de soplado, en el que el caudal del
aire espirado que fluye a través del tubo de soplado se mide
durante la espiración. Además, la invención se refiere a un
instrumental de medida para medir la concentración de óxido nítrico,
comprendiendo el instrumental de medida un tubo de soplado, a
través del cual se sopla el aire espirado, un medio de medición para
medir la concentración de óxido nítrico del aire espirado que fluye
a través del tubo de soplado y un caudalímetro para medir el caudal
de aire y un ajustador del caudal para ajustar el caudal del aire
espirado que fluye a través de dicho tubo, como es conocido por el
documento WO-A-98/43539.
El óxido nítrico (NO) es una molécula gaseosa
que es fácilmente reactiva intrínsecamente. En el cuerpo también
actúa como molécula de señalización que tiene varias funciones
fisiológicas y fisiopatológicas. Por ejemplo, el óxido nítrico
regula la función de los órganos respiratorios en diversas
situaciones, tanto en condiciones fisiológicas normales como en
enfermedades inflamatorias. Aun cuando el óxido nítrico es
fácilmente reactivo, algo del óxido nítrico producido en los
pulmones se mezcla con aire pulmonar y pueden medirse pequeñas
cantidades de óxido nítrico en el aire espirado. En las neumopatías
inflamatorias, tales como el asma bronquial y la alveolitis, la
concentración de óxido nítrico del aire espirado es superior a la
normal, puesto que la concentración de óxido nítrico ha aumentado
debido a la inflamación. Por consiguiente, la concentración de óxido
nítrico puede usarse como indicador de una inflamación en los
pulmones y de enfermedades inflamatorias.
La concentración de óxido nítrico del aire
espirado puede medirse con un analizador destinado a esa finalidad.
Actualmente pueden obtenerse en el mercado analizadores basados en
la tecnología de quimioluminiscencia con ozono. En los métodos de
medida conocidos, una persona a examinar espira el aire de la
espiración en un analizador de modo que el caudal del aire espirado
permanezca sustancialmente constante. Con este método de medida es
posible detectar un aumento de la concentración de óxido nítrico del
aire espirado y por tanto concluir, en función del aumento de la
concentración de óxido nítrico, que hay inflamación en los pulmones,
pero con este método no puede averiguarse en qué parte de los
pulmones está situada dicha inflamación.
Durante los últimos años se han publicado
modelos matemáticos sobre la dinámica pulmonar del NO, en cuyos
modelos los pulmones se dividen en dos compartimentos, es decir, un
compartimento bronquial y un compartimento alveolar. Según estos
modelos es posible calcular por separado el flujo bronquial de NO y
en consecuencia la concentración alveolar de NO. Basándose en estos
parámetros es posible evaluar en qué compartimento pulmonar, según
el modelo, ha aumentado la producción de óxido nítrico y/o ha
cambiado la difusión de óxido nítrico y por lo tanto puede
determinarse de modo relativamente fiable en qué compartimento
pulmonar, según el modelo, puede estar situada la inflamación.
En dispositivos de medida del óxido nítrico
conocidos que presentan una resistencia al flujo conocida puede
proporcionarse un caudal predeterminado de espiración y durante la
medición el objetivo es mantener el caudal deseado de espiración
manteniendo constante la presión de espiración. En estas soluciones
conocidas el paciente monitoriza el valor de la presión de
espiración por medio de un manómetro aparte o en una pantalla de
ordenador e intenta mantener la presión en un valor predeterminado
de presión lo más constante posible durante toda la espiración.
Esta clase de método y de aparato se ha explicado en el documento
W097/38307. Otro método de medida es usar un caudalímetro con el
que la persona a medir monitoriza el caudal y trata de mantenerlo lo
más regular posible y en un valor predeterminado. La técnica
anterior adolece del problema de que el resultado depende de la
capacidad de la persona a medir de mantener constante su caudal de
espiración, monitorizando la presión de espiración o el caudal de
espiración en la pantalla. Un problema de esta técnica es que la
concentración de óxido nítrico del aire espirado cambia enormemente
cuando cambia el caudal de la espiración y por tanto incluso un
leve error o pequeñas variaciones del caudal de espiración producen
un error considerable en el resultado de la medida de la
concentración de óxido nítrico.
En relación con la medida también habría que
tener en cuenta que en las fosas nasales y en los senos paranasales
se producen cantidades muy grandes de óxido nítrico, en comparación
con las vías respiratorias bajas. Para que la medida de la
concentración de óxido nítrico de los pulmones pueda llevarse a cabo
de manera fiable a partir del aire espirado que se sople por la
boca, debe estarse seguro de que con el aire soplado desde los
pulmones no pueda mezclarse ninguna cantidad considerable de aire
que contenga óxido nítrico procedente de las fosas nasales. Esto
puede conseguirse espirando en contra de una pequeña presión durante
la medida del óxido nítrico, de modo que el velo del paladar cierre
la conexión entre la nasofaringe y la cavidad oral impidiendo que
se mezclen entre sí los aires anteriormente mencionados. Esto puede
lograrse con una contrapresión de unos 5 cm de H_{2}O.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un método y un instrumental de medida con los que
puedan evaluarse, de modo más fiable y más sencillo que antes, la
producción y la difusión del óxido nítrico en diversas partes de los
pulmones.
El método de la invención se caracteriza por
ajustar la resistencia al flujo del tubo de soplado en función del
valor medido del caudal de modo que el caudal del aire espirado
permanezca en un valor predeterminado de caudal.
El instrumental de medida de la invención, a su
vez, se caracteriza por que el ajustador del caudal se controla en
función del valor medido del caudal de modo que durante la medida de
la concentración de óxido nítrico el caudal del aire espirado que
fluye a través de dicho tubo permanezca en la magnitud
predeterminada.
La idea básica de la invención es que, durante
la espiración, se mide y se controla el caudal de espiración de
modo que el caudal permanezca sustancialmente en un valor
predeterminado, mientras se mide la concentración de óxido nítrico
del aire que fluye con dicho caudal predeterminado. Además, la idea
básica de la invención es que el flujo del aire espirado, a través
del tubo de soplado del instrumental de medida, se ajusta fijando
una pluralidad de valores de caudal diferentes y predeterminados y
la concentración de óxido nítrico del aire espirado se mide con
cada valor prefijado de caudal. Según una realización preferida de
la invención, tanto el ajuste del caudal de aire, como la medición
de la concentración de óxido nítrico en cada valor fijado, se
realizan automáticamente durante una o más espiraciones.
La invención se describirá con mayor detalle con
referencia a los dibujos anejos, en los que
la figura 1 es una vista esquemática del
instrumental según la invención;
la figura 2 es un diagrama esquemático de la
concentración de NO del aire espirado, medida con cuatro caudales
diferentes de espiración en un grupo experimental; y
la figura 3 es un diagrama esquemático de la
concentración de NO en función del caudal de espiración, medida en
un segundo grupo experimental.
La figura 1 muestra esquemáticamente el
instrumental de medida, según la invención, para medir la
concentración de óxido nítrico de aire espirado. El instrumental de
medida comprende un tubo de soplado 1 en el que la persona a medir
sopla su aire de espiración. Hay un canal de medida 2 desde el tubo
de soplado 1 hasta un analizador de NO 3 que sirve de medio de
medición, el cual mide la concentración de óxido nítrico del aire
espirado. La cantidad de aire muestral que entra en el analizador
de NO 3 por unidad de tiempo permanece constante con suficiente
precisión, independientemente de la presión de espiración, mediante
su resistencia al flujo.
La mayor parte del aire espirado circula hacia
delante y el tubo de soplado 1 está conectado por un tubo de
presión 4 a un manómetro 5 que indica la presión que reina en el
tubo de soplado. El aire espirado sigue circulando hasta un
caudalímetro 6 y desde él continúa a través de un ajustador 7 del
caudal hasta el aire ambiente 8. El caudalímetro 6 puede ser un
caudalímetro completo, con todos los medios de medición y sensores
necesarios además de los componentes destinados a procesar los
resultados de las medidas, o un dispositivo más simple, por ejemplo
un sensor de medida del flujo de aire cuya señal de medida pueda
procesarse en otro dispositivo, tal como un ordenador. De la misma
manera, el ajustador del caudal en principio es un elemento que
regula la resistencia al flujo del tubo de soplado, por ejemplo una
válvula reguladora. Ajustando la resistencia al flujo es posible
controlar el caudal que atraviesa el tubo de soplado. El
caudalímetro 6 permite medir el caudal de aire espirado que fluye a
su través y, de la misma manera, el ajustador 7 del caudal permite
ajustar la resistencia al flujo, es decir, el estrangulamiento. El
instrumental de medida también comprende un medio de control, tal
como un ordenador 9, al que pueden conectarse por medio de los
canales de señales y/o control 10 a 13 el analizador de NO 3, el
manómetro 5, el caudalímetro 6 y el ajustador 7 del caudal.
El analizador de NO 3 está conectado al
ordenador 9 por un canal de señales 10 a través del que se
transfiere al ordenador, de la forma adecuada, la información de la
concentración de NO medida. El manómetro 5, que puede ser un
manómetro separado o un mero sensor de presión, a su vez está
conectado al ordenador 9 por un canal de señales 11 a lo largo del
que se transfiere al ordenador, de la forma adecuada, la información
de la presión que reina en el tubo de soplado 1. Este valor de
presión es fundamentalmente informativo porque el margen de
presiones que resulta útil durante el soplado es relativamente
amplio, dependiendo de las características del instrumental. No
obstante, tal valor indica si la presión de soplado está dentro del
margen adecuado (cf. valor límite anterior) y da a la persona a
medir la oportunidad de controlar su soplado si la presión tiende a
desplazarse hacia uno de los extremos del margen de medida. A su
vez, el caudalímetro 6 está conectado al ordenador por un canal de
señales 12. El caudalímetro 6 mide el caudal del aire espirado y
proporciona al ordenador 9, de la forma adecuada, la información
del caudal por el canal de señales 12, a partir de cuya información
el ordenador 9 puede ajustar dicho ajustador 7 del caudal por medio
del canal de control 13. Cuando en el ordenador 9 está programado
un valor predeterminado de caudal, ajusta dicho ajustador 7 del
caudal en función del valor obtenido por el caudalímetro 6, cuando
sea necesario, de modo que a medida que disminuya el caudal se
cierra la válvula reguladora del tubo de paso, mediante el ajustador
7 del caudal, y, de la misma manera, a medida que aumente el caudal
se abre la válvula reguladora del tubo, y como consecuencia el
caudal aumenta o disminuye, respectivamente, es decir, se acerca al
valor fijado.
La figura 1 muestra una secuencia de las
diversas partes del instrumental de medida. Naturalmente, también
pueden conectarse entre sí en otro orden, con la salvedad de que se
mantengan las precondiciones operativas. Así pues, el caudalímetro
6, el manómetro 5 y el analizador de óxido nítrico 3 pueden
montarse de modo que estén en el orden mutuo adecuado respecto a su
aplicación práctica.
Según una realización preferida, cuando se
aplica el método de la invención, la persona a medir sopla el aire
espirado hacia un tubo de soplado 1 a través de una boquilla
estrecha. Antes de la sesión de medida se programa el ordenador 9
fijando el caudal del tubo de soplado 1 consecutivamente en uno o
más valores de caudal predeterminados. Cuando empieza la medida, el
ordenador fija el caudal en el primer valor predeterminado de caudal
y con ese caudal se mide la concentración de óxido nítrico del aire
espirado. A continuación, si hay varios valores de medida, el
ordenador utiliza el siguiente caudal prefijado de aire y mide la
concentración de óxido nítrico con ese caudal, etc., hasta que se
mide la concentración de óxido nítrico con todos los valores
prefijados de caudal. En relación con la sesión de medida, el
ordenador almacena en una memoria los valores del caudal y las
concentraciones medidas de óxido nítrico para procesarlos de alguna
manera o para imprimirlos como tales. En la práctica, la medida
tiene lugar durante una o más espiraciones sin tener que cambiar
nada en ninguno de los componentes del instrumental de medida.
El instrumental de medida de la invención puede
implementarse de diversos modos. El instrumental de medida puede
implementarse, p. ej., construyendo una unidad separada de control
del flujo y conectándola a un analizador de NO separado. De la
misma manera, en esa conexión es posible usar un ordenador
convencional que esté conectado de la manera adecuada, por ejemplo
mediante hilos eléctricos, cables ópticos o canales inalámbricos, a
diversos componentes del instrumental de medida para recibir y
controlar los resultados de las medidas, respectivamente. También
es posible construir una unidad de medición completamente compacta
que incluya los componentes necesarios, y, en lugar de un potente
ordenador de sobremesa, o similar, una pequeña y quizá simple unidad
de control que sea capaz de controlar el caudal de aire y almacenar
en una memoria los resultados de las medidas. En esta
implementación, la unidad de control que pertenezca al medio de
control no tiene que ser capaz necesariamente de procesar de algún
modo los resultados de las medidas. También es posible construir el
instrumental de medida de modo que tenga un dispositivo de medida
separado que esté provisto de una tecnología de transmisión
inalámbrica de datos conocida per se o similar, de modo que
el dispositivo de medida per se puede ser una entidad
inalámbrica totalmente compacta que coopere con un ordenador
separado o similar usando un programa instalado.
El caudalímetro 6 puede ser cualquier
caudalímetro conocido per se, tal como un caudalímetro
másico. De la misma manera, el ajustador del caudal puede ser
cualquier válvula reguladora conocida per se, sin embargo,
preferiblemente es una válvula reguladora mecánica que se controle
eléctricamente de modo que pueda ajustarse por medio de una unidad
de control accionada eléctricamente.
La figura 2 muestra la concentración de óxido
nítrico del aire espirado con cuatro caudales de espiración
diferentes (40, 100, 175 y 370 ml/s). Los caudales de espiración
diferentes se obtuvieron cambiando la resistencia mecánica al flujo
conocida del tubo de espiración para cada caudal de espiración. La
persona experimental ha monitorizado la presión de espiración en el
manómetro y el caudal de espiración deseado se ha conseguido
manteniendo en un nivel predeterminado la presión de espiración. Los
grupos medidos fueron 40 pacientes con asma, 17 pacientes con
alveolitis y 57 personas sanas de referencia. La figura muestra la
dependencia de la concentración de NO espirado del caudal de
espiración en estas personas experimentales. A partir de los
resultados de las medidas puede calcularse la concentración
alveolar de NO y el flujo bronquial de NO de cada persona
experimental. El flujo bronquial de NO de los pacientes con asma es
mayor que el de las personas sanas y que el de los pacientes con
alveolitis, debido a la inflamación bronquial. A su vez, los
pacientes con alveolitis que padecen de inflamación alveolar tienen
mayor concentración alveolar de NO que las personas sanas y que los
asmáticos.
La figura 3 muestra la concentración de óxido
nítrico del aire espirado de un niño sano y de un niño con asma,
con cinco caudales de espiración diferentes (10, 50, 100, 200 y 300
ml/s). Las medidas con caudales de espiración diferentes se han
llevado a cabo usando el dispositivo según la invención. A partir de
las medidas además pueden calcularse la concentración alveolar de
NO y el flujo bronquial de NO de ambas personas experimentales.
Dado que en las medidas también se han usado caudales de espiración
muy bajos, es posible calcular, además de las variables mencionadas
anteriormente, la concentración de óxido nítrico del tejido de la
pared bronquial y la capacidad de difusión de NO en dicho tejido. A
partir de estas variables calculadas es posible extraer
conclusiones sobre la intensidad y la posición de la inflamación de
los pulmones, de la misma manera que en el material de la figura
2.
El método y el instrumental de la invención
pueden emplearse para medir de modo fiable y eficaz la concentración
de óxido nítrico del aire espirado y por medio de ellos también es
posible obtener descriptores claros y fiables de la concentración
de óxido nítrico con caudales de espiración diferentes, basándose en
los cuales puede detectarse preliminarmente una posible inflamación
de los pulmones y su posición.
Recomendaciones de la Sociedad Norteamericana de
Enfermedades Torácicas sobre procedimientos estandarizados de
medida en línea o independiente del óxido nítrico espirado de las
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Claims (7)
1. Un método para medir la concentración de
óxido nítrico en aire espirado, en cuyo método el aire se espira a
través de un tubo de soplado (1) de un instrumental de medida y la
concentración de óxido nítrico se mide en el aire espirado que
fluye por el tubo de soplado (1), en el que el caudal del aire
espirado que fluye a través del tubo de soplado (1) se mide durante
la espiración, caracterizado por ajustar la resistencia al
flujo del tubo de soplado (1) en función del valor medido del caudal
de modo que el caudal del aire espirado permanezca en un valor
predeterminado de caudal.
2. El método según la reivindicación 1,
caracterizado porque durante la medida se fijan al menos dos
valores de caudal diferentes para el caudal de aire espirado,
ajustándose la resistencia al flujo del tubo de soplado (1) de modo
que el caudal del aire espirado que fluye a través del tubo de
soplado (1) se fije secuencialmente en uno o más valores
predeterminados de caudal y midiéndose con cada caudal la
concentración de óxido nítrico del aire espirado.
3. El método según la reivindicación 2,
caracterizado porque las concentraciones medidas de óxido
nítrico del aire espirado se expresan de modo proporcional al
caudal de espiración.
4. Instrumental de medida para medir la
concentración de óxido nítrico, comprendiendo el instrumental de
medida un tubo de soplado (1), a través del cual se sopla el aire
espirado, un medio de medición (3) para medir la concentración de
óxido nítrico del aire espirado que fluye a través del tubo de
soplado (1), un caudalímetro para medir el caudal de aire y un
ajustador (7) del caudal para ajustar el caudal del aire espirado
que fluye a través de dicho tubo (1), caracterizado porque
el ajustador (7) del caudal se controla en función del valor medido
del caudal de modo que durante la medida de la concentración de
óxido nítrico el caudal del aire espirado que fluye a través de
dicho tubo (1) permanezca en la magnitud predeterminada.
5. El instrumental de medida según la
reivindicación 4, caracterizado porque comprende un medio de
control (9, 10-13) para fijar el caudal del aire
espirado consecutivamente en al menos dos valores de caudal
diferentes y para medir la concentración de óxido nítrico del aire
espirado con cada valor de caudal durante una o más
espiraciones.
6. El instrumental de medida según la
reivindicación 4 ó 5; caracterizado porque el medio de
control comprende un ordenador (9), al que están conectados el
medio de medición (3) que mide la concentración de óxido nítrico y
el caudalímetro, y que de la misma manera está conectado de modo que
controle el ajustador (7) del caudal para ejecutar un proceso de
medida, preprogramado en el ordenador, en función de los valores
prefijados del caudal de aire.
7. El instrumental de medida según cualquiera de
las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el
caudalímetro es un caudalímetro másico y el ajustador (7) del
caudal es una válvula reguladora mecánica, controlada
eléctricamente.
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