Valorar si un espirómetro puede medir el volumen corriente en ventilación de alta frecuencia oscilatoria (VAFO) y por jet (VAFJ) y analizar el efecto de los cambios en los parámetros del respirador.
MétodosSe realizó un estudio con pulmones de prueba pediátricos y en cerdos. Para la VAFO se utilizó el respirador Sensormedics 3100BR y para la VAFJ el respirador Paravent PateR. La medición del volumen corriente (VC) se realizó con un espirómetro D-Fend. Se realizaron cambios en la frecuencia, amplitud y presión media en la vía aérea (PMVA), registrándose los cambios en el VC y las presiones.
ResultadosEl espirómetro midió el VC en los pulmones de prueba y en los cerdos, pero no pudo medir VC menores de 8ml, cuando la amplitud era mayor de 55cmH2O o la PMVA mayor de 30cmH2O. En la VAFO existió una correlación entre la amplitud y el VC y en la VAFJ entre la presión y el VC. En ambos respiradores existió una correlación negativa entre la frecuencia y el VC.
ConclusionesEl espirómetro D-Fend puede medir el volumen corriente durante la VAFO y la VAFJ, pero no es capaz de medir VC menores de 8 o cuando se utilizan amplitudes o presiones elevadas.
To ascertain whether a spirometer can measure tidal volume (TV) during high frequency oscillatory ventilation (HFOV) and high frequency jet ventilation (HFJV), and to analyse the effect of changes in ventilator settings.
MethodsThe study was performed with paediatric porcine lung models submitted to HFOV with a Sensormedics 3100 ventilator and HFJV with a Paravent PateR ventilator connected to a D-Fend spirometer. Programmed frequency, amplitude, and mean airway pressure (MAP) were changed in the ventilator, and TV and pressures were recorded using the spirometer.
ResultsThe spirometer measured TV in the paediatric lung models and piglets, but could not measure TV less than 8ml, when the pressure amplitude was higher than 55cmH2O or the MAP was higher than 30cmH2O. With HFOV there was a correlation between amplitude and tidal volume, and a positive correlation between pressure and TV with HFJV. With both respirators there was a negative correlation between frequency and TV.
ConclusionsThe D-Fend spirometer can measure tidal volume and pressure during HFOV and HFJV. However, it does not work with volumes lower than 8ml, and high amplitude or mean airway pressure.
La ventilación de alta frecuencia (VAF) es una técnica de soporte respiratorio indicada para pacientes con insuficiencia respiratoria hipoxémica y/o hipercápnica refractaria a ventilación mecánica convencional1,2. Existen diferentes tipos de ventilación de alta frecuencia, siendo la ventilación de alta frecuencia oscilatoria (VAFO) la más utilizada3. El respirador Sensormedics 3100 (ViasysR) es el respirador de VAFO más utilizado en los niños con peso superior a los 2-3kg, ya que puede usarse en un rango amplio de pacientes. La ventilación de alta frecuencia por jet (VAFJ) se utiliza en pacientes sometidos a cirugía de la vía aérea y en neonatos prematuros con enfermedad de membrana hialina4,5.
Los respiradores de ventilación convencional miden el flujo, volumen y la presión mediante sensores colocados inmediatamente antes de su conexión al tubo endotraqueal. Uno de los mayores problemas de algunos respiradores de VAFO y VAFJ es que no pueden medir el VC. Este hecho unido a la imposibilidad de utilizar capnografía dificulta el control de la ventilación durante esta técnica. La ventilación solo puede ser monitorizada por la observación de la vibración y la medida de la PCO2 arterial o transcutánea6,7.
En la VAF se utilizan volúmenes corrientes bajos de 1 a 2ml/kg. Sin embargo, los cambios en los volúmenes corrientes producen importantes cambios en el intercambio gaseoso ya que el volumen minuto es dependiente de la frecuencia respiratoria por el volumen corriente elevado al cuadrado. Esta es la razón por la que la monitorización del VC es importante en la VAF. A pesar de ello, existen muy pocos estudios que hayan estudiado la capacidad de los espirómetros para medir el VC en niños o modelos animales pediátricos con VAFO8,9, y ninguno lo ha estudiado con la VAFJ.
El objetivo de este estudio ha sido estudiar si un espirómetro basado en el tubo de Pitot puede medir los volúmenes corrientes generados durante la VAFO y la VAFJ y analizar el efecto de la modificación de los distintos parámetros de la ventilación de alta frecuencia (amplitud, frecuencia y presión media) sobre el volumen corriente.
Material y métodosEl estudio se llevo a cabo en dos fases: inicialmente sobre simuladores de pulmón artificial pediátrico y posteriormente en un modelo animal infantil. El protocolo fue aprobado por el Comité hospitalario de Ética e Investigación.
Estudio in experimental in vitro. Se utilizaron dos pulmones artificiales, uno adulto-pediátrico (Adult/Pediatric Demonstration Lung, Ingmar MedicalR) y otro neonatal (Neonatal Demonstration Lung model, DragerR), conectados a un respirador de VAFO (Sensormedics 3100 B, (ViasysR) y a otro de VAFJ (Paravent PATe, Respiromed, Czech Republic). Entre ambos se colocó un espirómetro D-Fend (Datex-Ohmeda) que mide el volumen corriente inspirado (VCI), volumen corriente espirado (VCE), las presiones y flujos conectado a un módulo de función respiratoria de un monitor Datex Ohmeda S5 (General Electric). El espirómetro D-Fend calcula el volumen corriente basándose en el principio de Bernoulli según el cual la diferencia de presión que se produce entre los extremos del espirómetro produce una señal de voltaje que es proporcional al flujo. Este método ha sido validado para medir el VC en modelos adultos de VAFO10.
Modelo animal: el experimento se repitió en un modelo animal infantil (3 cerdos minipig de pesos entre 7,5 y 14kg). Durante el estudio se siguieron las normas internacionales para el cuidado de los animales de experimentación, recibiendo sedación con propofol, fentanilo y relajación con atracurio. Los cerdos fueron intubados con un tubo endotraqueal de diámetro interno 4,5mm y conectados mediante un espirómetro D-Fend a los respiradores. Se canalizaron la vena y arteria femorales para la administración de medicación y extracción de gasometrías.
Protocolo experimental: en la VAFO se utilizaron los siguientes parámetros: flujo 20 L/min, porcentaje de tiempo inspiratorio (%Ti) 33% y fracción inspirada de oxígeno (FiO2) 60%. Se realizaron mediciones cambiando la frecuencia respiratoria (FR) (6,7,9 y 10 herzios (respiraciones/segundo) (Hz), la amplitud (AMP) 20,25,30,35,40,45,50,55,60,65 y 70cmH2O) y la presión media en la vía aérea (PMVA) 15, 25 y 30cmH2O) en cada uno de los pulmones artificiales y en el cerdo.
Con la VAFJ se mantuvo una relación I/E constante de 1/2 y se realizaron mediciones cambiando la FR (40, 120 y 180Hz) y la presión (15,20,25 y 30cmH2O).
Se registraron los valores de VCI, VCE, presión pico inspiratoria (PIP), presión espiratoria final (PEEP) y PMVA. Todas las medidas se realizaron dos veces. Los experimentos se llevaron a cabo en todos los casos en las mismas condiciones de humedad, presión y temperatura.
Los resultados fueron analizados con el programa SPSS versión 16.0, utilizándose una prueba de correlación parcial para estudiar la correlación entre los parámetros
ResultadosVentilación de alta frecuencia oscilatoriaEl espirómetro fue capaz de medir los volúmenes en el pulmón artificial pediátrico-adulto pero no en el pulmón de prueba neonatal. El espirómetro tampoco fue capaz de medir el volumen corriente con amplitudes elevadas entre los 55 y 65cmH2O ni con PMVA más altas de 30cmH2O. En los animales el espirómetro solo detectó un VC de 8ml o superior, y cuando la amplitud era igual o superior a 35cmH2O.
Tanto en los pulmones artificiales como en los animales el VCI y VCE aumentaron al aumentar la amplitud (fig. 1), existiendo una buena correlación, que fue independiente de la frecuencia y la PMVA programadas. Por el contrario, el VCI y VCE fueron disminuyendo al aumentar la frecuencia existiendo una correlación inversa estadísticamente significativa (fig. 2). También existió una buena correlación entre la PMVA programada y las presiones registradas por el espirómetro (r=0,960, p<0,001).
El espirómetro midió el VC durante la VAFJ en el pulmón adulto-pediátrico, pulmón neonatal y en los cerdos con todas las presiones y frecuencias programadas. En ambos modelos el VCI y VCE aumentaron con la presión y presentaron una buena correlación entre ambos, independientemente de la frecuencia y la presión programada (fig. 3). El VCI y VCE disminuyeron al aumentar la frecuencia, existiendo una correlación inversa estadísticamente significativa (fig. 4). Existió una buena correlación entre la presión programada y la medida por el espirómetro (r=0,970, p<0,001).
La VAFO es un tipo de ventilación mecánica que favorece el intercambio gaseoso mediante la utilización de volúmenes pequeños (entre 1-2ml/kg) y frecuencias suprafisiológicas (3-20 hertzios, ciclos/sg) protegiendo al pulmón de la pérdida del reclutamiento alveolar y la sobredistensión9,11.
Los dispositivos de VAFO generan ondas de presión de alta amplitud a nivel proximal que se van atenuando por la resistencia que ejerce el circuito, de manera que al alveolo solamente le llegan ondas de baja amplitud evitándose así el barotrauma12.
La VAFJ consigue el intercambio gaseoso por medio de un efecto Venturi, administrando pequeños pulsos de gas caliente a través de un inyector que está conectado al tubo endotraqueal del paciente11. La frecuencia respiratoria utilizada en la VAFJ es elevada pero significativamente inferior a la de la VAFO. En este respirador la programación de la amplitud se realiza indirectamente por medio de la presión. En este tipo de ventilación la espiración es pasiva.
Sin embargo, en algunos respiradores como el Sensor Medics 3100 no es posible monitorizar el volumen corriente entregado al paciente existiendo por tanto riesgo de hipo o hiperventilación.
El volumen corriente generado en la VAFO se ha tratado de estimar mediante neumotacógrafos, pero estos requieren múltiples calibraciones que dependen de la frecuencia oscilatoria, la composición del gas, la amplitud, la temperatura y la humedad10. Por esta razón, se han desarrollado nuevos sistemas como la tomografía computarizada13, el anemómetro10,14, los ultrasonidos o el tubo de Pitot10. En este último método se basa el espirómetro que hemos empleado en nuestro estudio. No existen estudios previos que hayan medido el VC generado en la VAFJ.
En nuestro estudio hemos demostrado que el espirómetro D-Fend puede monitorizar el volumen corriente durante la VAFO y el VAFJ en modelos pediátricos en determinadas condiciones.
Estudios in vitro7,10,15 e in vivo con animales8,9,13 han demostrado el efecto de la amplitud y la frecuencia sobre el volumen corriente en la VAFO. Nuestros resultados son similares, ya que el VC aumentó con el incremento de la amplitud y disminuyó con el incremento de la frecuencia tanto en los pulmones artificiales como en los animales. Hay que tener en cuenta que la fórmula del volumen minuto es diferente en la ventilación de alta frecuencia y en la ventilación convencional, y que en la VAF los incrementos de FR disminuyen el VC y secundariamente el volumen minuto.
Nuestros resultados también muestran que en la VAFJ el VC aumenta con la presión, ya que es el equivalente de la amplitud en este tipo de ventilación, y disminuye con la frecuencia.
Por otra parte, la elevada correlación entre la PMVA programada y las presiones medidas por el espirómetro sugieren que el espirómetro D-Fend puede servir para monitorizar las presiones generadas durante la VAFO y la VAFJ.
El estudio tiene algunas limitaciones. El espirómetro no fue capaz de medir el VC en el pulmón neonatal probablemente por su incapacidad de medir VC bajos. Esta probablemente es la razón por la que tampoco logró medir el VC cuando se utilizaron amplitudes menores de 35cmH2O en los animales. Por otra parte, las especificaciones del monitor establecen que el mínimo VC detectado es de 15ml. Sin embargo, en nuestros experimentos logró medir VC a partir de 8ml. Este hecho limita la utilización de este monitor en los neonatos y los lactantes de bajo peso. Son necesarios estudios que confirmen nuestros resultados en niños de diferentes edades y pesos.
Concluimos que el espirómetro D-Fend puede medir el volumen corriente durante la VAFO y la VAFJ. Sin embargo no es capaz de medir VC menores de 8 o cuando se utilizan amplitudes o presiones elevadas.
FinanciaciónEl estudio ha sido realizado con la ayuda de la Red de Salud Materno Infantil y del Desarrollo SAMID RD08/0072 del Instituto Carlos III del VI programa marco nacional 2008-2011.
Conflicto de interesesLos autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
