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Sección 11: Soporte ventilatorio
 

 

Este libro está dirigido exclusivamente a profesionales de la salud

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Página actualizada el Domingo, 3 Agosto, 2008
 
 
   
    11.01. Desarrollo histórico de la ventilación mecánica
    [INTENSIVOS (2008): 11.01] [http://intensivos/uninet.edu/11/1101.html]
    Libro Electrónico de Medicina Intensiva
Autores:
M. Jiménez Lendínez, S. Yus Teruel y M. Alfageme
Servicio de Medicina Intensiva. Hospital Universitario La Paz, Madrid

©INTENSIVOS, http://intensivos.uninet.edu. Fecha de publicación: Julio 2008.
     
  1 Antecedentes históricos de la ventilación mecánica
  2 Historia reciente de la ventilación mecánica
  Bibliografía
     
   

Palabras clave: Ventilación mecánica, Pulmón de acero, Ventilación con presión negativa, Ventilación con presión positiva, Respirador de presión, Respirador volumétrico, Ventilación a altas frecuencias.

   
   
 


Entoces Yahve Dios formó al hombre, le insufló aliento de vida y resultó un ser viviente
GENESIS 2:7

   
1 Antecedentes históricos de la ventilación mecánica
   
 
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Aunque el hecho de que la respiración siempre ha ido unido a la vida, no es sin embargo hasta el Renacimiento, ya que la Edad Media es un periodo de oscurantismo científico, cuando empezamos a tener los primeros intentos documentados de sustituir la función mecánica ventilatoria de una forma artificial. La primera experiencia en Ventilación Mecánica puede ser considerada la realizada por Paracelso (Theofrastus Philippus Aureolus Bombastus von Hohenheim, 1493-1541), quien intentó reanimar a un paciente colocando un tubo en la boca e insuflando aire a través de él (fig 1). En esta época Andreas Vesalius (1543) conecta la traquea de un perro, por medio de una cánula fabricada de caña e introduce aire utilizando un fuelle, logrando mantener al animal con vida. Estos experimentos fueron repetidos más de 100 años después por R. Hooke, siendo sus estudios sobre fisiología respiratoria continuados por los ingleses J. Hunter y C. Kite, en el siglo XVIII. [1-4]. Dejando de lado la experimentación animal, no es sino hasta 1827 cuando Leroy comunica experiencias similares en la Academia Francesa de Ciencias en humanos víctimas de ahogamiento, a los que se aplica insuflaciones mediante una especie de fuelle; el entusiasmo con este procedimiento condujo a casos de muerte por neumotórax [5, 6].

 
Fig 1. Paracelso (1493-1541) y Vesalius (1514-1564)
 


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Independientemente de la experimentación y de hechos anecdóticos, el paso fundamental para la ventilación mecánica puede considerarse la construcción de los primeros respiradores en la segundad mitad del siglo XIX, y así tenemos el primer ventilador a presión positiva movido a pie por Fell y J. O´Dwyer (fig 2) [7]. Este respirador fue utilizado por el cirujano de origen catalán Rudolph Matas en Nueva Orleáns en 1898 en intervenciones de cirugía torácica. Sin embargo, la primera aplicación de respiración artificial intra-anestésica fue realizada en Paris, unos años antes, por Tuffier y Hallion en 1896. En 1902 el propio Matas perfecciona el método ventilatorio con intubación traqueal, realizada por  palpación, conectando el tubo endotraqueal al flujo creado mediante el empleo del respirador de Fell y O´Dwyer [8, 9].

Fig 2. Respirador de Fell y O'Dwyer, utilizado por Matas

Pero los movimientos respiratorios generados por los cambios de presión no solo son posibles por la aplicación en la vía aérea de una presión positiva (IPPV: "Intermitent Positive Pressure Ventilation"), sino también por la generación de una presión negativa torácica con respecto a la boca. En este sentido P. Dinker, ingeniero americano, publica en 1929 su invento para ventilación artificial conocido como “pulmón de acero”, basado en un tanque en el que quedaba fuera la cabeza de paciente y que permitía aplicar sobre el cuerpo, de forma intermitente, presiones negativas, posibilitando la respiración (fig 3a). Antecedentes a este tipo de respirador deben considerarse los trabajos de Alfred F. Jones (1864) y la construcción por Woillez en Paris (1876) del "spirophore". El respirador a presión negativa o “pulmón de acero” de Dinker fue perfeccionado por la compañia  J.H. Emerson MA, y fue ampliamente utilizado en clínica, en insuficiencia respiratoria secundaria a parálisis muscular [10-13]. La difusión de este tipo de respiradores, a finales de la primera mitad del siglo XX, va unida a la dificultad de acceso a la vía aérea y de material apropiado para la conexión a la traquea y la aplicación de presión positiva.

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Fig 3. a) diseño del pulmón de acero; b) cámara de  Sauerbruch [1904], para cirugía torácica experimental; c) y d) modelo comercial de respirador a presión negativa y sala de cuidados respiratorios en epidemia de poliomielitis en la década de los años 40.

La aplicación de la presión positiva quedaba limitada a su utilización como soporte ventilatorio intra-anestésico. La intubación translaríngea seguía siendo un procedimiento complejo, aunque las primitivas intubaciones manuales fueron sustituidas por intubaciones bajo visión directa tras el desarrollo de distintos tipos de laringoscopios [14-16]. Dentro de los sistemas de liberación de gases a presión positiva cabe destacar el “spiropulsator” de Craffort [17], que sirvió de base para la construcción de un primer respirador (Aga Company, 1940).   

La epidemia de poliomielitis en Dinamarca a primeros de los años 1950, debe ser considerada como una circunstancia crucial en el desarrollo de la ventilación mecánica. En esta epidemia y a diferencia de lo ocurrido en Inglaterra unos años antes en que los niños con casos más graves fueron tratados mediante el pulmón de acero, los anestesistas daneses optaron por la ventilación a presión positiva, dados los malos resultados de la utilización de los tanques o “pulmones de acero”. Pero la ausencia de respiradores hizo que H. Lassen y B. Ibsen movilizaran a equipos de estudiantes de medicina y enfermería de la ciudad de Copenhague para la aplicación de ventilación manualmente, mediante bolsas ventilatorias. En dicha epidemia fueron documentados 2.702 casos, de los cuales 316 precisaron ayuda ventilatoria y 70 pacientes respiración artificial.

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La ausencia de respiradores forzó a la industria y así Engstron, en 1953, construyó un primer respirador capaz de liberar volúmenes predeterminados (fig 4). Este respirador fue utilizado en casos de parálisis bulbar aplicando la ventilación a través de traqueotomía, con una mortalidad del 27% [18-20]. En este primer respirador Engstrom un émbolo movido por un motor eléctrico producía una presión positiva sobre una cámara, quedando completamente comprimida la bolsa ventilatoria existente en la misma; esta bolsa era la que suministraba la ventilación al paciente; en la espiración se producía el retroceso del pistón rellenándose nuevamente la bolsa con el suministro de gases programado; la válvula espiratoria del respirador se mantenía cerrada durante la inspiración, mediante una derivación del circuito del pistón.

Fig 4. Modelo de respirador Engstrom, capaz de liberar un
volumen tidal predeterminado

 

   
2 Historia reciente de la ventilación mecánica
 


Para la mayoría de los intensivistas la epidemia de poliomielitis en Dinamarca, junto con su manejo y consecuencias, es considerado como el punto de inicio de la ventilación mecánica moderna y el arranque de las unidades de cuidados intensivos respiratorios, que junto a la vigilancia y monitorización en patología cardiaca y los cuidados postoperatorios conforman el inicio de una nueva época en la Medicina, con la creación de las Unidades de Cuidados Intensivos en los hospitales [18-22].

Vista la reducción en la mortalidad que supuso la introducción de la IPPV en patología neuromuscular y las complicaciones que se desarrollaban con los “pulmones de acero”, paulatinamente fue abandonándose a partir de la década de los años 60 este modo ventilatorio. Esto fue seguido de la aparición de nuevos modelos de respiradores a presión positiva, tanto ciclados por presión como por volumen. Dentro de los "volumétricos" y además del Engstrom alcanzaron difusión los respiradores Beaver, Cape, Emerson postoperatorio, el francés SF4-Fournier, etc. Pero junto a los volumétricos y fundamentalmente por su menor coste se popularizaron los respiradores "de presión", destacando entre éstos el respirador Blease, el Bennett PR-2 y el Bird M6. Este tipo de respiradores, menos complejos, funcionaban a base de gas comprimido, bombona o conducción general del hospital, pero tenían el inconveniente de lo inconstante del volumen tidal, pues éste iba a depender, para una presión prefijada, de la distensibilidad pulmonar y de las variaciones de la resistencia de la vía aérea; muchas veces solían aplicarse de forma no invasiva, mediante mascarilla facial. Junto al desarrollo tecnológico, este periodo de tiempo se caracterizó por la apertura paulatina de Unidades de Cuidados Intensivos en distintos hospitales y países, así como la inclusión de un número cada vez mayor de patologías que podían beneficiarse de la utilización de la ventilación mecánica [22-33]. Así fue aceptándose su utilidad en la insuficiencia respiratoria descompensada por distintas etiologías, comas, intoxicaciones, tétanos, politraumatismos etc.
 
A partir de los años 70 llega la creación y generalización en los hospitales de las UCI, quedando implantada en ellas prácticamente solo la ventilación a presión positiva y dentro de la IPPV, hay que señalar el perfeccionamiento que alcanzó el respirador volumétrico Bennet MA-1, con su sistema espirométrico incorporado de  concertina, una adecuada sensibilidad para la ventilación en asistida y la presencia de alarmas de volumen y presión. El siguiente paso vino con la introducción de las nuevas modalidades de ventilación fundamentalmente desarrolladas para mejorar la interacción de los esfuerzos inspiratorios del paciente y su aplicación en el proceso de desconexión; en este sentido debemos mencionar la aparición de nuevas modalidades como la IMV y la SIMV en la década de los años 70, que fueron incorporándose a las nuevas generaciones de respiradores [34, 35].

Los cambios y mejoras en el desarrollo técnico de los respiradores fue asimismo seguido en  modificaciones en la forma de ventilar a los pacientes [36-38]. Así en la década de 1970 fue imponiéndose la ventilación por volumen sobre la ventilación por presión, utilizándose volúmenes elevados (12 ml/kg peso) y frecuencias de 12-14 respiraciones por minuto; junto a estos elevados volúmenes tidal era frecuente intercalar "suspiros", lo que suponía que algunas inspiraciones superaran los 1200-1400 ml [36-38]. Asimismo en la década de los años 70 fue introduciéndose y generalizándose el uso de la PEEP en situaciones de hipoxemia secundarias a "síndrome de dificultad respiratoria aguda" (SDRA, Ashbaugh 1968), y quedando completamente abandonada la utilización de resistencias espiratorias [39, 40], ya que aunque con ellas era posible mejorar la oxigenación, las presiones alcanzadas en la vía aérea podían resultar impredecibles. Antecedentes del empleo de la PEEP deben considerarse la aplicación de presión positiva continua en cirugía torácica en 1912, así como su aplicación por Barach y Poulton en el edema de pulmón (1935), o su utilización para el edema de las alturas en los comienzos de la aviación [41-44]. En un principio los niveles de PEEP utilizados no solían sobrepasar los 7 cm H2O, siendo excepcional la utilización de niveles de PEEP superiores a los 10 cm H2O. La primera aproximación al concepto de mejor PEEP o PEEP mas favorable podemos considerarla el trabajo de P. Suter [45], en el que postulaba que la PEEP, en el enfermo con insuficiencia respiratoria, tendría un efecto beneficioso al mantener abiertos alveolos durante todo el ciclo respiratorio y por tanto mejorar la oxigenación, y de otro lado un efecto deletéreo al disminuir el gasto cardiaco (CO); se consideraba que valorando ambos efectos, la mejor PEEP sería aquella con la que se obtendría un mejor transporte de oxígeno (DO2), que viene dado por la fórmula  DO2 = CaO2 * 10 * CO; esta “PEEP óptima” coincidiría asimismo con la mejor distensibilidad pulmonar. Esto sin embargo no se sostuvo durante mucho tiempo, y fue rebatido por Gallagher, Kirby y Civetta en 1978 [46], al mantener que el propósito de la PEEP era mejorar la oxigenación y por tanto había que aplicar un nivel adecuado (no importando su magnitud); el deterioro en estas situaciones en el gasto cardiaco y por tanto en el DO2 con altos niveles de PEEP se corregiría con sobrecargas de volumen y agentes inotrópicos. Con estas pautas ventilatorias, utilizando altos volúmenes tidal y elevados niveles de PEEP era muy frecuente el desarrollo de barotrauma en los pacientes sometidos a ventilación mecánica, siendo la mortalidad en esta época del SDRA superior al 60%.

En los años siguientes y con las nuevas generaciones de respiradores la computerización hizo su entrada en la ventilación mecánica. Estas nuevas generaciones de respiradores ya no liberaban volumen por un pistón u otro sistema mecánico, sino que la fuente de suministro venía de los gases a alta presión (oxígeno y aire comprimido) del sistema de conducción general del hospital, que eran conducidos a un mezclador, sistema valvular, manoreductor y resistencia final interna. Un microprocesador, al que se accedería por los mandos del respirador, regularía las funciones al controlar la apertura y el cierre de la válvula electromagnética, sistema de resistencias internas, manorreductor etc, permitiendo numerosas posibilidades y modalidades ventilatorias. El respirador Pulmosystem [47] de la empresa Carburos Metálicos y el CPU de Ohmeda, desarrollados a principios de los años 80 pueden ser considerados de los primeros y más ampliamente difundidos con esta tecnología.

Pero pese al avance que supuso la introducción y la difusión de la ventilación mecánica en la práctica médica, el hecho de que no estuviera exenta de complicaciones, fundamentalmente derivadas de la presión en la vía aérea, hizo que fueran apareciendo formas alternativas a la ventilación mecánica convencional [48, 49]. Dentro de estas técnicas alternativas cabe mencionar la ventilación a alta frecuencia (HFV: "High Frequency Ventilation") en sus distintas modalidades [48-60], así como los métodos de oxigenación-ventilación extracorpórea y  otras medidas adyuvantes. Dentro de este grupo de medidas caben destacar el ECMO, IVOX, LFPPV and CO2-R, la aplicación de TGI etc. [61-65]. Por el término HFV debe de entenderse todo modo de ventilación mecánica que utiliza frecuencias suprafisiológicas. Esta técnica nació de la utilización por parte de Oberg y Sjostran, en unos trabajos experimentales con animales en IPPV convencional, en la que pasaron a utilizar altas frecuencias y bajos volúmenes, con objeto de minimizar las oscilaciones que en la tensión arterial producía el ciclo inspiración/espiración; esta técnica recibió el nombre de HFPPV [50-52, 66-77], y su aplicación en la clínica prácticamente resultó nulo, siendo las modalidades de HFV que más desarrollo alcanzaron la ventilación oscilatoria (HFOV: "High Frequency Oscillatory Ventilation"), y la ventilación con sistema Jet (HFJV: "High Frequency Jet Ventilation"). En la HFOV [55-58], bien por pistón o membrana de altavoz, se utilizaban unos mínimos volúmenes vibratorios a muy altas frecuencias, junto con un flujo de gas fresco para el barrido y eliminación de CO2 [78-86]; para que no se perdiera la eficacia oscilatoria era necesario un sistema de salida con una resistencia incorporada. La ventilación oscilatoria ha alcanzado una gran difusión para la ventilación mecánica en neonatos, siendo más compleja su aplicación en niños mayores y adultos; la mayor producción de carbónico en éstos hace necesarios flujos de “barrido” elevados y por consiguiente muy elevadas presiones en la vía aérea. La HFJV [53-54] alcanzó gran popularidad en los años 80; en esta técnica la liberación del gas se producía a través de un fino inyector en el tubo endotraqueal, lo que hacia que los gases salieran a gran velocidad, creando una presión negativa o "efecto Ventouri”, que hacia innecesaria la existencia de una válvula espiratoria. La HFJV fue ampliamente utilizada por C. Graciano en UCI, y nosotros mismos comenzamos a emplearla en 1982, siendo su principal indicación la existencia de fístulas broncopleurales en ventilación mecánica; hoy en día esta técnica ha quedado prácticamente relegada a su empleo durante cirugía laríngea, traqueal, bronquial o a su aplicación durante procedimientos endoscópicos [88-95]. La ventilación líquida puede considerarse asimismo una forma alternativa en orden a mejorar los resultados que se obtenían con ventilación mecánica convencional [96 -99].

Así, llegamos a la década de los años 90, en la que nos encontramos con un alto desarrollo tecnológico en las nuevas generaciones de respiradores, gobernados por microprocesadores, que nos permiten variaciones en la forma del flujo, relación I/E, mayor sensibilidad e integración en la relación entre el paciente y el respirador, etc.; lo anterior junto a la incorporación de la nuevas modalidades ventilatorias, permiten al especialista una gran variedad de opciones. De otra parte y centrándonos en la lesión pulmonar aguda y el SDRA, se va viendo el papel que juega la ventilación con altos volúmenes y los niveles inadecuados de la PEEP en el mantenimiento de la inflamación y la perpetuación del fallo orgánico, al ser responsable en base al “biotrauma”. Así cada vez se va tomando conciencia de que deben utilizarse volúmenes inferiores a los que clásicamente venían utilizándose [100-105]; en cuanto al nivel de PEEP se refiere, existe tendencia a adaptar su nivel al punto de inflexión en la curva presión/volumen [106]. En la conferencia de consenso de Northbrokk en 1993 se marcan unos objetivos y unas recomendaciones para la ventilación en las distintas patologías; asimismo se hace un análisis de los distintos parámetros y modos ventilatorios a utilizar [107-109].
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Pero pese a la mejora en la tecnología y en nuestra forma de ventilar, el enfermo sujeto a respiración artificial es un enfermo grave y la ventilación mecánica una ciencia dinámica. Con la intención de disminuir el riesgo de infección y ser lo menos agresivos posibles, en determinadas indicaciones se retoma la ventilación con mascarilla facial o ventilación no invasiva [110-117]. En cuanto a la ventilación invasiva o ventilación mecánica propiamente dicha, tras el estudio en el año 2000 del grupo ARDS-network [118] se va consolidando la ventilación con bajos volúmenes (6 ml/kg) en la lesión pulmonar aguda y SDRA, procurando no sobrepasar 30 cm H2O de presión meseta. Lo que sigue ya no lo podemos considerar historia de la ventilación mecánica, sino presente.

   
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