El helio es un gas con una densidad siete veces menor que el nitrógeno, que favorece el flujo laminar y disminuye la resistencia de las vías aéreas1,2. El helio mezclado con oxígeno (héliox) se está utilizando desde hace más de 70 años en la práctica clínica en pacientes con insuficiencia respiratoria secundaria a obstrucción alta o baja de la vía aérea3–9. Aunque el héliox puede administrarse tanto en respiración espontánea como en ventilación mecánica y ventilación de alta frecuencia9–12, la mayoría de los estudios se han realizado con pacientes en respiración espontánea3–9.

Los respiradores están calibrados para funcionar con aire y oxígeno. Como el helio tiene diferente densidad que el aire, cuando se usa en ventilación mecánica se pueden alterar los volúmenes y presiones administrados y medidos por el respirador. El efecto de la sustitución del aire por helio varía según el tipo de respirador utilizado, ya que el sistema de mezcla de aire, la administración del flujo y la medición de los volúmenes son muy diferentes de un respirador a otro. Por eso, es importante conocer los efectos específicos del helio sobre cada uno de los respiradores13–17.

Aunque algunos trabajos han estudiado los efectos del helio sobre el funcionamiento de varios respiradores13–17, sólo uno ha analizado su efecto en el respirador Servoi17, que es uno de los más empleados actualmente, y lo ha hecho utilizando parámetros de adultos. El objetivo de nuestro estudio ha sido analizar las variaciones producidas al añadir distintas concentraciones de helio sobre la FiO2, y los volúmenes y presiones medidos por el respirador Servoi, utilizando distintas modalidades y parámetros pediátricos y compararlos con los medidos por un espirómetro colocado en la vía respiratoria.

Se utilizó un respirador Servoi (Maquet) conectado a un pulmón de artificial (pulmón de ensayo, Test Lung 190, Maquet) mediante una tubuladura pediátrica de 15mm de diámetro (Intersurgical). Entre la tubuladura y el pulmón artificial se colocó un espirómetro conectado a un monitor Datex_S5 (fig. 1). Este espirómetro utiliza el principio de Pitot. El espirómetro mide la presión continuamente antes y después de un estrechamiento que crea resistencia al flujo e induce un flujo turbulento. En la inspiración el flujo turbulento permite utilizar el principio de Bernoulli para medir el volumen corriente, mientras que en la espiración el flujo es laminar y se utiliza la ley de Poseuille16. El monitor también mide la FiO2 mediante un oxímetro paramagnético.

Figura 1.

Esquema del sistema utilizado.

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Se administró una mezcla de helio y oxígeno (héliox) mediante una bombona que contenía el 70 % de helio y el 30 % de oxígeno (Praxair®) conectada a la entrada de aire del respirador. La entrada de oxígeno se conectó a la fuente oxígeno central del hospital.

El respirador se programó en tres modalidades: modalidad de volumen control (VC) con volúmenes corrientes de 30, 50, 100, 250 y 500ml; modalidad de presión control (PC) con presiones de 20 y 30 cmH2O, y modalidad de volumen controlado regulado por presión (VCRP) con volumen corriente de 150ml. En cada modalidad y con cada volumen y presión se programaron concentraciones de oxígeno (FiO2) de 21, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 %.

En cada caso se comparó la FiO2 programada (FiO2P) con la teórica (FiO2T) (cálculo de la mezcla de oxígeno con héliox), y la FiO2 medida por el respirador (FiO2R) y el espirómetro (FiO2E). También se comparó el volumen corriente inspirado (VCI), el espirado (VCE) y la presión inspiratoria pico medidas por el respirador y por el espirómetro. Para asegurar la fiabilidad de las medidas todas se repitieron en dos ocasiones diferentes dejando un intervalo de al menos 5min de estabilización con cada medida.

Se realizó estudio estadístico de los resultados con el programa SPSS versión 12.0. La comparación entre las distintas medidas se realizó mediante las pruebas de chi al cuadrado y la de Wilcoxon según las medidas siguieran o no una distribución normal.

El helio se ha utilizado en pacientes sometidos a ventilación mecánica debido a que disminuye la resistencia a la entrada de aire y, por tanto, permite administrar un mayor flujo con la misma presión11,13. En pacientes sometidos a ventilación mecánica la indicación fundamental son los pacientes que presentan obstrucción de la vía aérea baja4,5,11,13.

Cuatro estudios han analizado los efectos del héliox sobre el funcionamiento de los respiradores13–17. Tassaux et al14 analizaron el efecto de una mezcla héliox 78:22 sobre el funcionamiento de siete respiradores; Veolar y Galileo (Hamilton), Evita 2 y 4 (Drager), Servo 900C y Servo 300 (Siemens) y Puritan Bennet 7200.

La FiO2 varió el 5 % o menos con todos los respiradores excepto en el Puritan Bennet en que fue superior. El volumen administrado fue mayor que el programado en todos los respiradores excepto en el Puritan Bennet, que fue menor, y en el servo 300, en el que no existieron diferencias entre el volumen programado y el administrado. En modalidad de presión controlada, el volumen administrado se mantuvo constante en todos los respiradores excepto en el Puritan Bennet, en el que no midió bien en esta modalidad14.

Berkenbosch et al15 analizaron el funcionamiento del Bird VIP, Bird VIP gold, Servo 900C y Servo 300. Estos autores encontraron que el consumo de héliox fue mayor en modalidad de presión que en volumen debido al mayor flujo de aire que se utiliza en modalidades de presión. El Servo300 fue el respirador que consumió menos helio y en el que la FiO2 y el volumen corriente administrados fueron más parecidos a los programados.

Oppenheim-Eden et al16 estudiaron cinco respiradores (Servo 900, Servo 300, Puritan Bennet 7200, Evita 4 y Bear 1000) programados en modalidad de volumen y utilizaron el mismo espirómetro Datex que en nuestro estudio. El volumen corriente inspirado en el servo 300 fue independiente de la concentración de héliox administrada, mientras que en el Servo 900, Evita y Bear 1000 el volumen corriente administrado aumentó progresivamente al incrementarse la concentración de héliox. El respirador Puritan Bennet 7200 no funcionó bien con héliox.

Estos autores encontraron que el espirómetro Datex infraestimaba el VC administrado, pero que el VC verdadero podía ser estimado con fiabilidad a partir de la densidad relativa del aire y el héliox, aplicando una fórmula (VC real = 1,06 × VC inspirado en el espirómetro + 7,6)16. En nuestro estudio, al igual que lo encontrado por estos autores, el volumen corriente medido por el espirómetro infraestimó el volumen corriente administrado por el respirador. Sin embargo, la fórmula propuesta por estos autores para calcular el volumen corriente verdadero no funcionó en nuestro modelo pediátrico (datos no mostrados). Por tanto, no recomendamos utilizar el espirómetro de Datex para calcular el volumen corriente cuando se administra héliox en ventilación mecánica en niños.

Por último, Brown y Wilms17 estudiaron el funcionamiento del Inspiration y el Servoi en modalidades de VC con volúmenes corrientes de 500, 750 y 1.000ml y en presión controlada con presiones de 15, 20 y 30 cmH2O. Con el Servoi el volumen corriente administrado fue ligeramente menor que el programado, y esta diferencia se mantuvo constante con todas las concentraciones de héliox. Sin embargo, el volumen corriente espirado fue significativamente más bajo que el inspirado y el programado y la diferencia aumentó al incrementarse la concentración de héliox. Con una concentración de helio del 70 % el volumen corriente espirado fue el 37,6 % menor que el inspirado y la alarma de volumen minuto bajo se disparó continuamente. Al utilizar helio en presión controlada la presión medida varió 1 cmH2O con respecto a la programada. La medición de la FiO2 se mantuvo estable17.

Estos resultados coinciden con los encontrados en nuestro estudio. En modalidades de volumen el respirador Servoi administra el volumen corriente y la FiO2 programados. Esto se explica porque en el respirador Servoi los módulos de aire y oxígeno tienen sensores de temperatura y presión independientes y no tiene una cámara de mezcla. En la inspiración el aumento de flujo producido por el helio, ya que tiene menor densidad, produce un aumento de presión en el sensor inspiratorio haciendo que termine la entrada de aire y, por tanto, evitando que el volumen sea mayor que el programado. Por el contrario, en la salida espiratoria este respirador tiene un transductor ultrasónico calibrado para la densidad del aire. Al añadir helio y cambiar la densidad de la mezcla, el sensor espiratorio funciona mal midiendo volúmenes inferiores a los administrados y, a elevadas concentraciones de helio, puede dar alarma continua de volumen minuto bajo17.

Por tanto, el respirador Servoi puede utilizarse con héliox con relativa seguridad ya que no administrará un volumen corriente ni una FiO2 significativamente diferente de la programada. Esto disminuye el riesgo de volutrauma que puede ocurrir con otros respiradores. Sin embargo, el mal funcionamiento del sensor espiratorio puede que hacer saltar continuamente las alarmas de volumen minuto bajo y reduce la monitorización, con la posibilidad de no detectar la hipoventilación del paciente o las fugas en el circuito. Aunque lo ideal es calibrar el respirador a la mezcla de gases utilizada, eso no es posible en la práctica clínica. Para monitorizar mejor al paciente deberían utilizarse espirómetros en la vía aérea que midan con fiabilidad la FiO2 y el volumen con diferentes tipos de gases. El espirómetro Datex utilizado en nuestro estudio sirve para medir la concentración de FiO2 administrada, pero no es útil para medir el volumen corriente cuando se administra héliox en ventilación mecánica.

Concluimos que la administración de héliox en el respirador Servoi produce una disminución de las presiones inspiratorias en las modalidades de CT y VCRP, manteniéndose el volumen corriente programado. En la modalidad de presión controlada las presiones se mantienen constantes y se produce un aumento del volumen corriente inspirado. En todas las modalidades se produce una falsa disminución en el volumen corriente espirado medido por el respirador y el espirómetro. Es necesario tener en cuenta estas alteraciones si se utiliza héliox con este respirador.