ES2318920A1

ES2318920A1 - Dispositivo de medicion no invasiva del valor de presion positiva intratoracica intrinseca existente al final de la espiracion.

Info

Publication number: ES2318920A1
Application number: ES200501163A
Authority: ES
Inventors: German Peces-Barba Romero; Maria Jesus Rodriguez Nieto; Sara Heili Frades; Fernando Suarez Sipmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2009-05-01
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: ES2318920B1

Abstract

Dispositivo de medición no invasiva del valor de presión positiva intratorácica intrínseca existente al final de la espiración. Consiste en un tubo en "Y" (1), que a través de su rama media (2) se conecta al paciente, mediante una simple boquilla, que en una de sus ramas laterales o brazos (3) incorpora una válvula unidireccional (4) que permite exclusivamente la salida del aire al exterior de dicho brazo (3), el cual se remata en un limitador de flujo (5), mientras que su otra rama (6) incorpora una válvula unidireccional (7) que sólo permite la aspiración, estando este brazo (6) conectado a un dispositivo externo (8) de presión continua y estable, materializado en cualquier respirador apropiado. Un analizador de CO{sub,2} (9) situado en el centro del tubo en"Y", por dentro de las válvulas (4) y (7) es capaz de generar un capnograma (10) normal cuando el contenido proceda de la espiración del sujeto, capnograma que se diluye cuando la presión en las inmediaciones del analizador proceda del respirador (8).

Description

Dispositivo de medición no invasiva del valor de presión positiva intratorácica intrínseca existente al final de la espiración.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de medición especialmente concebido para determinar el valor de la presión positiva intratorácica intrínseca existente al final de la espiración, y tiene como objetivo permitir que dicha medición pueda llevarse a cabo de forma no invasiva.

La invención resulta pues de aplicación en el ámbito de la medicina, y más concretamente en el ámbito de la medicina respiratoria y de cuidados intensivos.

Antecedentes de la invención

La presión positiva intratorácica al final de la espiración, en adelante y por motivos de simplificación PEEP, significa que al final de una espiración normal durante la respiración a volumen corriente, cuando la presión intratorácica debería ser igual a la atmosférica, existe sin embargo una presión positiva. Lo mismo puede suceder si el paciente está siendo sometido a ventilación mecánica y la presión intratorácica es superior a la presión que en ese momento está aplicando el respirador (PEEP extrínseca). Esta presión es resultado de un atrapamiento aéreo de parte del aire introducido en los pulmones durante la inspiración y que no puede ser enteramente espirado hasta alcanzar el volumen de reposo. Como consecuencia, este volumen de reposo (capacidad residual funcional ó FRC) se incrementa y genera este incremento de presión que se conoce con los nombres de hiperinsuflación dinámica o de PEEP intrínseca, en adelante PEEPi.

La PEEPi puede producirse por uno o varios de los siguientes factores:

-: Alteración de la mecánica pulmonar: Cambios en las propiedades elásticas del pulmón o en sus resistencias que pueden alterar las constantes de tiempo del sistema respiratorio y acortar el tiempo disponible para la espiración.

-: Incremento de la resistencia de las vías aéreas o limitación de los flujos espiratorios:

a): Debidos a factores internos o cambios intrínsecos de las vías aéreas, como el broncoespasmo, colapso dinámico de las vías aéreas, inflamación de la mucosa endobronquial, presencia de secreciones, etc.

b): Debidos a factores externos como una resistencia impuesta en el circuito de la ventilación mecánica derivados del tubo endotraqueal, válvulas y otros dispositivos.

-: Parámetros del ventilador y patrón respiratorio: Un desequilibrio en cualquier combinación de las variables de la ventilación mecánica, como el volumen corriente, frecuencia respiratoria o los tiempos para la inspiración o la espiración también pueden contribuir a la aparición de la PEEPi.

La PEEPi puede tener consecuencias muy importantes sobre el funcionamiento de los sistemas respiratorio y cardiovascular, tales como:

-: Incremento del trabajo de la respiración, principalmente presente durante la respiración espontánea por un marcado incremento de la carga de trabajo inspiratorio.

-: Dificultad para programar los umbrales de disparo del respirador que provoca la aparición de asincronías paciente-respirador y que puede conducir a complicaciones graves como la dificultad para la desconexión de la ventilación mecánica.

-: Aparición de hiperinsuflación dinámica que impide una respiración normal y provoca la aparición de barotraumas

-: Aparición de insuficiencia cardíaca por:

\circ: Disminución del llenado cardíaco

\circ: Incremento de la postcarga del ventrículo derecho

\circ: Insuficiencia cardíaca izquierda.

La presencia de PEEPi puede también interferir con la normal interpretación de las condiciones respiratorias y hemodinámicas del paciente.

Durante la ventilación mecánica asistida, los efectos de la PEEPi sobre la carga de trabajo de los músculos respiratorios pueden ser compensados mediante la aplicación de una PEEP externa que no exceda de un valor del 80% del nivel de PEEPi conocido en cada momento. La aplicación de niveles de PEEP externa por encima de este nivel puede incrementar la hiperinsuflación dinámica y agravar las complicaciones anteriormente mencionadas.

Es por ello muy importante detectar la presencia de PEEPi y poder cuantificar su magnitud. Sin embargo, este valor permanece desgraciadamente oculto en la práctica clínica habitual por la dificultad de su determinación ya que la monitorización respiratoria y hemodinámica rutinaria no lo detecta.

Los métodos clínicos descritos para calcular el nivel de PEEPi requieren todos ellos de determinaciones invasivas y proporcionan un valor discontinuo. Los métodos descritos son:

-: Análisis de la curva espiratoria de flujo-tiempo:

: Es el procedimiento más simple de detectar la presencia de PEEPi, aunque no es válido para cuantificar su magnitud. En presencia de PEEPi, la espiración será incompleta porque termina antes de alcanzar el flujo cero y la inspiración siguiente comenzará cuando el pulmón sigue vaciándose de la anterior espiración. En estos casos, la curva espiratoria tiende también a perder su natural morfología exponencial y a hacerse paralela al eje del tiempo, lo que indica una limitación al flujo espiratorio. Estos datos indican la presencia de PEEPi y de hiperinsuflación dinámica, pero no permiten cuantificarla. La figura 1 ilustra este método.

-: Maniobra de oclusión tele espiratoria de la vía aérea:

: Este método permite una medición cuantitativa de la PEEPi, pero tiene el importante inconveniente de tener que ser realizado con el paciente completamente sedado y relajado y sometido a ventilación mecánica controlada. Una pausa espiratoria de entre 4 y 5 segundos permite que la presión alveolar tele espiratoria pueda ser transmitida al sistema del respirador para poder medirla. De esta manera, la línea espiratoria puede ser conectada a un transductor de presión y la espiración puede ser interrumpida mediante un sistema manual o mediante una válvula intercalada al efecto. En presencia de PEEPi y durante la oclusión que provoca la pausa espiratoria la presión tele espiratoria transmitida se incrementa hasta alcanzar una meseta, momento en que se iguala a la presión alveolar, que en este punto representa el valor de la PEEPi. La figura 2 ilustra este método:

-: Determinación de la presión pleural. Esta técnica permite la cuantificación de la PEEPi en sujetos conscientes, no sedados ni relajados y manteniendo una respiración espontánea, pero requiere de la colocación de una sonda esofágica para estimar la presión pleural. La figura 3 ilustra el método de análisis utilizado con esta técnica.

Existen algunas variantes de estos métodos, pero en todos los casos se requiere de alguna condición invasiva, bien porque el paciente deba estar completamente anestesiado (sedado y relajado) y sometido a ventilación mecánica controlada en unos casos, bien porque se deba colocar una sonda naso-esofágica para poder medir las presiones esofágicas en otros casos. En la actualidad no existe ningún método descrito que permita medir la PEEPi mediante procedimientos no invasivos.

Descripción de la invención

El dispositivo que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, al permitir valorar la presencia y magnitud de la PEEPi mediante un procedimiento no invasivo y continuo, respiración a respiración.

Para ello y de forma más concreta el dispositivo que se preconiza consiste en un tubo en "Y", que opcionalmente puede adoptar una configuración en "T", y que a través de una de sus ramas, concretamente de su rama media, es conectable al paciente a través de una simple boquilla, contando en cada una de sus ramas o brazos superiores con sendas válvulas unidireccionales, una de entrada y otra de salida, ésta última correspondiente al brazo de espiración, rematado en un delimitador de flujo, mientras que al otro brazo se conecta un dispositivo externo de presión continua y estable, como por ejemplo un CPAP, un BIPAP u otros respiradores.

Como complemento a la estructura descrita al núcleo central del tubo en "Y", entre el paciente y las válvulas unidireccionales, se conecta un analizador de CO2 que registrará un capnograma normal cuando el contenido proceda de la espiración del paciente, es decir siempre que la presión procedente del paciente sea superior a la presión procedente del dispositivo externo de presión continua. Durante la espiración, cuando la presión procedente del paciente llegue a ser menor que la procedente del dispositivo externo, se abrirá la válvula que delimita este dispositivo y una corriente de aire fresco diluirá la concentración de CO2 espirado. La mínima presión procedente del dispositivo externo que sea capaz de diluir el capnograma sólo al final de la espiración estará próxima al valor de la PEEPi. Cualquier presión por encima de este nivel provocará una dilución precoz del capnograma, mientras que la presión menor permitirá que el capnograma siga siendo normal.

Descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra las curvas de presión-tiempo (arriba) y de flujo tiempo (abajo) durante la respiración con ventilación mecánica controlada de acuerdo con el primer método convencional citado para cálculo del nivel de PEEPi, donde las flechas indican el final de la espiración por debajo del flujo 0 y un aplanamiento previo de su morfología.

La figura 2.- Muestra las curvas de presión tiempo (abajo) y de flujo tiempo (arriba) durante la respiración con ventilación mecánica controlada, es decir, de acuerdo con el segundo método convencional de medición de la PEEPi anteriormente citado donde la flecha indica el momento de oclusión de la vía espiratoria para determinar la presión alveolar transmitida.

La figura 3.- Muestra una representación de 3 ciclos respiratorios con mediciones de las curvas de presión tiempo de las vías aéreas y esofágica, volumen corriente y flujo, según el tercer método de medición de la PEEPi anteriormente citado. El inicio de los tres ciclos están señalados con 2 líneas verticales donde la primera indica el inicio del impulso inspiratorio y la segunda línea indica el inicio del flujo inspiratorio, que representa el inicio efectivo de la inspiración y donde la diferencia de presión esofágica existente entre estas dos líneas indica el valor de la PEEPi

La figura 4.- Muestra una representación esquemática del dispositivo de medición para la determinación no invasiva del valor de la PEEPi que constituye el objeto de la presente invención.

La figura 5.- Muestra ejemplos de capnogramas recogidos durante el procedimiento de análisis con la utilización del dispositivo.

La figura 6.- Muestra un esquema correspondiente al capnograma completo en determinado ejemplo experi-
mental.

Las figuras 7, 8, 9 y 10.- Muestran representaciones similares a la de la figura 6 para diferentes presiones espiratorias.

La figura 11.- Muestra un esquema del dispositivo con la disposición de la toma de presiones según los experimentos de las figuras 12 a 14.

Las figuras 12 a 14.- Muestran finalmente los trazados de las presiones de la vía aérea, del dispositivo externo de presión continua y del capnograma en función de diferentes presiones del dispositivo de presión externa.

Realización preferente de la invención

A la vista de la figura 4 puede observarse cómo el dispositivo que la invención propone, basado en el análisis de la curva espiratoria de CO2, también denominado capnograma, consiste en un tubo en "Y" (1), cuya rama media o inferior (2) se conecta al sistema respiratorio del paciente a través de una simple boquilla, no representada en el dibujo, una de cuyas ramas o brazos superiores (3) constituye el conducto de espiración, está dotado de una válvula unidireccional (4) de baja resistencia que tan solo permite el flujo en este sentido de salida, el representado con la flecha, en la que además se establece un limitador de flujo (5).

La otra rama o brazo lateral y superior (6) del tubo en "Y" esta dotado igualmente de una válvula unidireccional (7), contraria a la válvula (4) anteriormente citada, es decir que tan solo permite la circulación del fluido en sentido de entrada, es decir en sentido de inspiración, estando conectado a este brazo (6) un dispositivo externo de presión continuo y estable (8), como por ejemplo un CPAP, un BIPAP u cualquier otro respirador convencional apropiado.

La estructura descrita se complementa con un analizador de CO2 (9) dispuesto en el centro del tubo en "Y" (1), por dentro de las válvulas unidireccionales (4) y (7), analizador capaz de registrar un capnograma (10) normal cuando el contenido proceda de la espiración del paciente, esto es, siempre que la presión procedente de dicho paciente sea superior a la presión procedente del dispositivo externo (8). Durante la espiración, cuando la presión procedente del sujeto llega a ser menor que la procedente del dispositivo externo, se abrirá la válvula (7) que delimita este dispositivo, y una corriente de aire fresco diluirá la concentración de CO2 espirado. La mínima presión procedente del dispositivo externo (8) que sea capaz de diluir el capnograma (10) sólo al final de la espiración estará próxima al valor de la PEEPi. Cualquier presión por encima de este nivel provocará una dilución precoz del capnograma (10) mientras que una presión menor permitirá que el capnograma siga siendo normal.

El analizador de CO2 (9) debe permitir la utilización de cualquier tipo de capnograma, sobre eje de tiempo o de volumen, de cualquier tipo de analizador de corriente principal y de cualquier tecnología, infrarrojos o espectrometría de masas, etc.

El limitador de flujo (5) evita un vaciado rápido de pulmón, o la existencia de un flujo compensador excesivo para que el dispositivo externo se mantenga al nivel de presión especificado.

El dispositivo externo de presión continua (8), debe ser un dispositivo que proporcione una presión continua y estable con el mínimo de variaciones y sin caídas significativas de presión en el momento de la apertura de la válvula (7) para la dilución.

De acuerdo con la estructuración descrita, el procedimiento de medición es el siguiente:

-: En primer lugar se recoge un registro basal de un capnograma normal, conectando el tubo en "Y" (1) al paciente, pero sin aplicación de presión desde el dispositivo externo (8), de manera que ambos extremos de la "Y" quedan abiertos a la presión atmosférica. De esta manera, se recoge un capnograma (11) como el mostrado en la figura 5-A.

-: Después de recogido el capnograma basal (11) se aplican diferentes niveles de presión desde el dispositivo externo (8) a través del correspondiente extremo del tubo en "Y". El objetivo es ir incrementando la presión hasta obtener una dilución en el capnograma (12), como se muestra en la figura 5-B.

-: Una vez encontrado el punto de dilución, se realiza el ajuste fino, variando por pasos la presión del dispositivo hasta conseguir que la dilución del capnograma (13) sólo se haga presente en la parte final de la curva, como se muestra en la figura 5-C.

Datos experimentales

Se han recogido dos grupos de datos experimentales para apoyar el planteamiento de esta patente:

A.: Datos clínicos procedentes de pacientes con PEEPi por exacerbación de una enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y sometidos a ventilación mecánica invasiva controlada en una Unidad de Cuidados Intensivos.

B.: Datos experimentales procedentes de sujetos normales

A. Paciente con exacerbación de EPOC tratado en la unidad de cuidados intensivos. Este paciente presentaba un nivel de PEEPi de 5 cm H2O medido por el método de la pausa espiratoria estando sedado y relajado. Las figuras 6 a 10 muestran los datos encontrados al intercalar el sistema de tubo en "Y" y acoplar un respirador de tipo BIPAP como dispositivo de presión externa. En este caso, el dispositivo proporciona una presión inspiratoria que se utiliza para ventilar y una presión espiratoria que se utiliza para calcula el nivel de PEEPi según el método aquí propuesto. Como puede apreciarse en las figuras 6 a 10, cuando la presión espiratoria del BIPAP (EPAP) era de 5 o menor a 5, la morfología del capnograma era normal, sin presencia de dilución (figuras 6 y 7). Con presiones levemente superiores a 5 se aprecia una pequeña dilución del capnograma (figura 8) que llega a ser muy evidente en las figuras 9 y 10 al aplicar presiones superiores.

B. Datos obtenidos en un sujeto normal realizando maniobras a capacidad vital conectado al sistema de tubo en "Y". En estos experimentos, el objetivo fue demostrar que cuando la presión procedente del dispositivo externo llega a coincidir con la presión procedente de las vías aéreas, la válvula que delimita este dispositivo externo se abre y el capnograma se diluye. Este grupo de experimentos no representan un modelo de atrapamiento aéreo ni de PEEPi pero muestran que es posible estimar el nivel de presión de la vía aérea existente en cada momento de la espiración. La presencia de PEEPi significa que existe una terminación anticipada de la espiración, antes de alcanzar el equilibrio de la presión intratorácica, que permanece en valores positivos (supra-atmosféricos), pero que en la vía aérea llegan a un valor de cero (atmosférico). La figura 11 muestra el diseño de estos experimentos y el lugar de análisis de las dos presiones, la del CPAP y la de la vía aérea.

El objetivo de este grupo de experimentos es estimar el valor de presión intratorácica existente inmediatamente antes de que termine la espiración, cuando todavía las vías aéreas inferiores permanecen comunicadas con las vías aéreas superiores y el CO2 sigue siendo exhalado. Esto es, cuando la presión procedente del dispositivo externo se hace idéntica a la presión procedente de las vías aéreas del sujeto, momento que coincide con el comienzo de la dilución del capnograma, como se muestra en las figuras 11, 12 y 13. En estos experimentos, el sujeto realizaba 3 maniobras válidas de capacidad vital forzada variando los flujos mediante resistencias en la línea espiratoria, frente a diferentes niveles de presión de CPAP, desde 2 hasta 12 cm H_{2}O. En todos los casos, siempre que la presión procedente del CPAP se igualaba a la de las vías aéreas, el capnograma se diluía.

Claims

1. Dispositivo de medición no invasiva del valor de presión positiva intratorácica intrínseca existente al final de la espiración, caracterizado porque consiste en un tubo de configuración en "Y" (1), que opcionalmente puede adoptar una configuración en "T", cuya rama media o inferior (2) está prevista para acoplarse al sistema pulmonar del paciente a través de una simple boquilla convencional, mi entras que en sus ramas o brazos laterales o superiores (3) y (6), destinados el primero (3) a la espiración y el segundo (6) a la inspiración, se establecen sendas válvulas unidireccionales (4) y (7), de baja resistencia, que permiten respectivamente la circulación del fluido en sentido de espiración o de inspiración, habiéndose previsto que al brazo (6) de inspiración se conecte un dispositivo externo (8) de presión continua, mientras que en el núcleo o centro del tubo en "Y" (1) se establece un analizador de CO2 (9) capaz de registrar un capnograma (10).

2. Dispositivo de medición no invasiva del valor de presión positiva intratorácica intrínseca existente al final de la espiración, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en el brazo de espiración (3) se establece, por fuera de su válvula unidireccional (4) un limitador de flujo (5) para evitar un vaciado rápido del pulmón o la existencia de un flujo compensador excesivo.

3. Dispositivo de medición no invasiva del valor de presión positiva intratorácica intrínseca existente al final de la espiración, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo externo de presión continua y estable se materializa en una fuente de presión o f lujo, un CPAP, un BIPAP u otro respirador convencional mecánico invasivo o no invasivo apropiado.

4. Dispositivo de medición no invasiva del valor de presión positiva intratorácica intrínseca existente al final de la espiración, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el analizador de CO2 (9) registra un capnograma (10) normal cuando el contenido procede de la espiración del sujeto y siempre que la presión procedente del mismo sea superior a la presión procedente del dispositivo externo (8), mientras que cuando dicha presión del sujeto llegue a ser menor que la del dispositivo externo (8) se abra la válvula unidireccional (7) que delimita este dispositivo, y una corriente de aire fresco diluye la concentración del CO2 espirado.