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LSección 11: Soporte respiratorio
 

 

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Página actualizada el Sábado, 28 Junio, 2008
 
 
   
    11.02. Oxigenoterapia
    [INTENSIVOS (2008): 11.02]
    Autor: Enrique Calvo Herránz
Servicio de Medicina Intensiva
Hospital del Henares, Coslada, Madrid
©INTENSIVOS, http://intensivos.uninet.edu. Junio 2008.
     
  1 Introducción
  2 Sistemas de bajo flujo o de rendimiento variable
  3 Sistemas de alto flujo
  4 Bibliografía
     
   

Palabras clave: Oxigenoterapia, Sistemas de alto flujo, Sistemas de bajo flujo.

   
1 Introducción
 


El oxígeno (O2) es un gas incoloro, inodoro, insípido y poco soluble en agua. No es un gas inflamable, pero sí es comburente (puede acelerar rápidamente la combustión). Constituye aproximadamente el 21% del aire y se obtiene por destilación fraccionada del mismo [1]. Con fines medicinales, el oxígeno puede suministrase tanto en estado gaseoso como en estado líquido a baja temperatura y mediante el empleo de concentradores de oxígeno, bombonas de oxígeno gaseoso o sistemas de oxígeno líquido.

Un concentrador es una fuente de oxígeno inagotable e ininterrumpida, que necesita alimentación eléctrica continua y cuya función es concentrar el oxígeno a partir del aire atmosférico, a través de un filtro que lo separa del nitrógeno. La pureza del oxígeno que se obtiene, superior al 90%, permite unos flujos del mismo que van desde 0,5 a 5 L/min [1, 2]. El oxígeno en forma gaseosa se almacena comprimido a una presión de 150-200 bar y se suministra en cilindros o bombonas especiales de diferente capacidad, que llevan adaptado un reductor manual que disminuye la presión de salida y un medidor de caudal para regular el flujo suministrado. A menudo, estos cilindros son utilizados con válvulas de demanda que optimizan el aprovechamiento del contenido. Su duración depende del tamaño y del flujo exigido, existiendo bombonas portátiles que permiten mejorar la autonomía del paciente [1, 2]. Sin embargo, aunque la mayor parte de los hospitales pequeños almacena este gas en forma gaseosa comprimida, en bancos de cilindros conectados con un tubo múltiple y un distribuidor, para los hospitales grandes es más económico un sistema de almacenamiento de oxígeno líquido [3], en un tanque nodriza que permita mantenerlo en su forma líquida a -183ºC. Su capacidad varía según los modelos, pero, por ejemplo, uno de 30 L almacenaría el equivalente de 26.000 litros en forma gaseosa. Existen también unidades portátiles que permitirán al paciente una mayor autonomía y desplazarse fuera de casa, recargándose periódicamente desde el tanque nodriza. Pero su principal utilización es la hospitalaria: a partir de los depósitos criogénicos, grandes tanques de almacenamiento de oxígeno líquido, y mediante un vaporizador, el oxígeno pasa a su estado natural a temperatura ambiente, distribuyéndose ya en forma gaseosa a través de las canalizaciones diseñadas para conducirlo a un determinado punto concreto en el interior del hospital.

La oxigenoterapia, por su parte, sería el enriquecimiento de oxígeno del aire inspirado, al aumentar la concentración o presión parcial del mismo, con la intención terapéutica de aumentar su contenido sanguíneo. No es el propósito de este capítulo, pero sí parece oportuno hacer notar que éste sólo sería, no obstante, el primer paso del objetivo último: incrementar el aporte de oxígeno a la mitocondria celular (aporte o suministro de oxígeno, "oxygen delivery": DO2), en el cual influye, desde luego, el contenido arterial de O2, pero también, el volumen minuto cardiaco (IC), de acuerdo con la fórmula general: DO2 = CaO2 x IC. O lo que es lo mismo, DO2 = SaO2 x Hb x IC, ya que el contenido arterial de O2 (CaO2) dependerá del O2 unido a la hemoglobina y del O2 disuelto en la sangre, sabiendo que este último es muy reducido [4, 5]. Es sencillo, pues, pensar que el DO2 disminuirá proporcionalmente al compromiso de cualquiera de sus componentes. El CaO2, por su parte, se verá afectado cuando exista anemia, por ejemplo; pero también cuando disminuya la afinidad de la hemoglobina por el O2 (en el caso de acidosis, hipercapnia, etc.) o cuando se desplace el O2 de la hemoglobina por sustancias más afines (por ejemplo, por el monóxido de carbono). O también, claro, cuando exista una PO2 anormalmente baja en la sangre arterial, bien por hipoventilación, bien por shunt o bien por alteraciones de la difusión o desigualdades de la ventilación/perfusión [5]. Esta disminución de la presión parcial arterial de O2 es lo que se denomina hipoxemia, y queda definida numéricamente como aquella inferior a 80 mmHg, respirando aire ambiente. Considerando que la capacidad de oferta de oxígeno de la sangre no es significativamente mejor, desde el punto de vista clínico, con una presión parcial de 60 mmHg que de 80  mmHg, existe unanimidad en definir la hipoxemia clínicamente significativa cuando la PaO2 desciende por debajo de 60 mmHg [6]. Y como regla general, el aumento de la fracción inspirada de oxígeno en un 10% supone una elevación de la PaO2 de alrededor de 50 mmHg; es decir, multiplicando la FiO2 (%) por 5 obtendremos el valor mínimo de PaO2 previsto para esa oxigenoterapia [6]. También de una forma general, los efectos fisiológicos significativos de respirar concentraciones enriquecidas de oxígeno son el aumento de la tensión alveolar del mismo -disminuyendo las resistencias vasculares pulmonares y la hipertensión arterial pulmonar- y la posible disminución del trabajo respiratorio y miocárdico para mantener una presión parcial arterial determinada, al permitir mantener la oxigenación con volúmenes minuto menores [5].

Así pues, desde los sistemas de almacenamiento de oxígeno, y a través de un regulador o medidor del caudal de oxígeno, el aire inspirado enriquecido se hace llegar al paciente con flujos y concentraciones parciales del mismo diferentes. Además, mediante la interposición de dispositivos especiales entre la fuente de oxígeno y el propio paciente se puede aumentar notablemente el flujo de gas administrado, manteniendo concentraciones parciales de oxígeno elevadas. Dos consideraciones especiales habría que hacer en este momento. La primera, muy importante, es no confundir flujos y concentraciones parciales de oxígeno diferentes con concentraciones del mismo variables, porque es esta variabilidad de la concentración de oxígeno inspiración a inspiración la que precisamente diferencia los sistemas de administración de oxígeno de bajo flujo de aquellos de alto flujo, como veremos más adelante. Y la segunda es que, académicamente, la oxigenoterapia hace referencia a todos aquellos sistemas de administración de oxígeno en respiración espontánea, incluyendo obviamente la CPAP y quedando excluido cualquier aparato mecánico cuyo propósito fundamental sea la ayuda o sustitución de la función ventilatoria del paciente, aunque pueda mejorar la oxigenación.

   
2 Sistemas de bajo flujo o de rendimiento variable
 


Los sistemas de administración de oxígeno en respiración espontánea se pueden clasificar inicialmente en sistemas de bajo flujo o de rendimiento variable, cuyo representante característico son las gafas nasales, y sistemas de alto flujo o de rendimiento fijo, cuyo representante lo es la mascarilla facial con dispositivo Venturi. La diferencia estriba en la posibilidad de garantizar una fracción inspirada de oxígeno constante en cada una de las  respiraciones del paciente. Así, un sistema de bajo flujo proporciona un flujo de gas insuficiente para satisfacer la demanda ventilatoria del paciente y éste, por tanto, debe inspirar aire ambiente. La cantidad de aire ambiente que se mezcla con el oxígeno será variable, dependiendo del flujo de oxígeno administrado y el flujo inspiratorio del paciente, y hace impredecible la fracción inspirada de oxígeno que llega a la tráquea. De manera antagónica, con un sistema de alto flujo la fracción inspirada de oxígeno debe ser constante y predecible, sin variar con las fluctuaciones del patrón respiratorio del enfermo.

En un sistema de bajo flujo, las variables que determinan la fracción inspirada de oxígeno son el patrón ventilatorio del paciente, el flujo de oxígeno administrado y la capacidad de reservorio de oxígeno disponible. Veamos cómo influyen éstos en un ejemplo concreto: el de un paciente con una frecuencia respiratoria de 20/min y un volumen corriente inspirado de 500 ml, al que se le administra un flujo de oxígeno de 6 L/min. Para empezar, una frecuencia respiratoria de 20/min significa que se emplean 3 sg en cada respiración; sabiendo que la espiración es más prolongada (relación 1:2) y que la mayor parte del flujo espiratorio ocurre en el primer 1,5 sg (75%). Y si, además, sabemos que la oro y nasofaringe tienen una cabida aproximada de 50 ml (reservorio anatómico), los 500 ml de volumen corriente de nuestro ejemplo, recibiendo un flujo de oxígeno de 6 L/min (o lo que es lo mismo, de 100 ml/sg), estarían formados por, primero, los 50 ml del reservorio anatómico, que serán de O2 puro al haber estado el último 0.5 sg de la espiración con un flujo espiratorio ya despreciable y, por tanto, haberse llenado del oxígeno administrado por las gafas  nasales. Segundo, por los 100 ml de O2 puro recibidos por las gafas nasales durante la inspiración. Y, tercero, por los 350 ml de aire ambiente (O2 al 21%) que faltan para completar los 500 ml requeridos. Con una sencilla de regla de tres, vemos que el contenido real de oxígeno es, entonces, solo de 223 ml, significando el ejemplo que está recibiendo una fracción de oxígeno de 0,45 [5, 6, 7]. Si seguimos calculando de igual modo las fracciones inspiradas de oxígeno para los distintos flujos de oxígeno administrados, observaremos que por cada L/min de flujo se obtiene una variación aproximada de un 4% (0,04 en la FiO2) [5, 6, 7]. Y si modificamos el volumen corriente inspirado por el paciente de nuestro ejemplo, observaremos igualmente variación de la FiO2, pudiendo concluir que las variaciones del volumen corriente y de la frecuencia respiratoria son inversamente proporcionales a la FiO2 administrada; y que, para un determinado flujo constante de oxígeno, suponen una variación importante de la FiO2  proporcionada.

Teóricamente, con unas gafas nasales las fracciones inspiradas de oxigeno pueden ser elevadas, aunque en los estudios realizados al respecto, parece reproducirse el hecho de ser mayor la variabilidad de la FiO2 cuando empleamos flujos de oxígeno elevado [7]. Por ello, y dado que con un flujo de oxígeno de 6 L/min el reservorio anatómico se encuentra ya saturado, flujos superiores a éste aumentarían poco la FiO2, a la vez que incrementarán la posibilidad de efectos adversos relacionados: desecación e irritación de la mucosa de las vías aéreas, epistaxis, etc. Finalmente, aunque generalmente no se recomienda el empleo de humidificadores con las cánulas nasales, cuando el flujo de oxígeno administrado sea superior a 4 L/min podría ser necesario el empleo de sistemas de humidificación [7].

Puesto que el reservorio anatómico tiene una cabida determinada, es fácil imaginar que la solución más sencilla para aumentar la FiO2 sería aumentar este reservorio de oxígeno. Es lo que se consigue con la mascarilla simple, ya que al adaptarse a la boca y nariz del paciente, aumenta el reservorio de oxígeno tanto como volumen tenga dicha mascarilla, según su tamaño (Figura 1). Sigue siendo un sistema de rendimiento variable y, por tanto, los cambios del patrón respiratorio del enfermo tendrán la misma repercusión que para la cánula nasal. Están diseñadas para ser utilizadas con flujos superiores a 5 L/min, para permitir el lavado del aire espirado y evitar la reinhalación de CO2 [6, 7], y se pueden conseguir fracciones inspiradas de oxígeno de hasta 0,6 [5, 6, 7], FiO2  máxima que se consigue con flujos de 10-12 L/min, a causa del tamaño del reservorio de la mascarilla; flujos más altos, como vimos, no incrementarían significativamente la FiO2. Es necesario también el empleo de humidificadores de burbujas y, además, algo común para todas las mascarillas faciales, se debe extremar el cuidado de la piel en las zonas de presión y minimizar las fugas de gas hacia los ojos.

 
1102f1
 

1102f2

Fig 1,. Mascarilla facial simple
Fig 2. Mascarilla con reservorio

Para proporcionar mayor FiO2 debemos seguir aumentando el reservorio de oxígeno. Podemos hacerlo artesanalmente introduciendo a través de los orificios laterales de la mascarilla, por ejemplo, un tubo corrugado de longitud variable con este propósito. Eso sí, advirtiendo que obturar esos orificios laterales de la mascarilla no permitirá lavar el aire espirado y, por tanto, facilitará la reinspiración de CO2. Pero existen dispositivos comerciales diseñados con el fin de aumentar el reservorio de oxígeno: las mascarillas con reservorio, con reinhalación parcial y sin reinhalación (Figura 2). Son mascarillas simples que interponen entre la fuente de oxígeno y la propia mascarilla una bolsa-reservorio (habitualmente de casi 1L) y se diferencian en la ausencia o presencia de válvulas unidireccionales entre la mascarilla y la bolsa-reservorio y en uno o ambos orificios de salida del gas exhalado de la propia mascarilla [5, 6, 7]. La reinhalación parcial hace referencia, precisamente, al hecho de entrar el primer tercio del aire espirado en la bolsa-reservorio, dada la ausencia de válvula; sin embargo, este gas proviene del reservorio anatómico, rico en O2 y con poco CO2. Luego, en lo que resta de espiración, con la bolsa llena por el oxígeno recibido a través del caudalímetro y por ese gas espirado, se facilita la salida del resto del gas exhalado a través de los orificios laterales de la mascarilla [6, 7]. Hay que tener, no obstante, la precaución de evitar el colapso de la bolsa, administrando un flujo de oxígeno suficiente para mantener al menos la mitad del volumen de la bolsa-reservorio inflada durante la inspiración (generalmente entre 8 y 15 L/min). Y teóricamente con estas mascarillas podríamos alcanzar fracciones de oxígeno inspirado de 0,86. Para terminar, son siempre aconsejables, al menos, humidificadores de bajo flujo, por ejemplo, de difusión de burbujas [4].

   
3 Sistemas de alto flujo
 


De forma antagónica a los dispositivos de oxigenoterapia anteriores, un sistema de alto flujo es aquel capaz de satisfacer enteramente la demanda ventilatoria del enfermo con una fracción inspirada de oxígeno constante. La gran mayoría de estos dispositivos utilizan el mismo método de suministro de gas para conseguir la FiO2 y los flujos deseados [4]: el, equívocamente, denominado Venturi (Figura 3), cuyo comportamiento físico de entrada de aire se basa en el principio de la mezcla con chorro a presión constante ("air-entrainment masks by constant-pressure jet mixing principle"), según el cual, un gas -el oxígeno- aumenta extraordinariamente su velocidad al ser lanzado a presión a través de un estrechamiento tubular que, vencido éste y en contacto con el aire ambiente, genera fuerzas de deslizamiento laminar en ese aire ambiente estático que le circunda, arrastrándolo con la corriente principal al interior de la mascarilla [6, 7, 8].

     
1102f3

La FiO2, siendo el diámetro del estrechamiento fijo, estará determinada por el flujo de oxígeno administrado y el tamaño correspondiente de la abertura que permite la entrada del aire ambiente; siendo las proporciones de aire ambiente y oxígeno fijas para cada FiO2 y cada uno de los dispositivos comerciales, tal y como se refleja en la tabla 1. Y como puede apreciarse también, si para FiO2 bajas la cantidad total de gas administrado (entendido como la suma del flujo de oxígeno y del aire ambiente arrastrado) es elevada, a medida que se enriquece el aire inspirado, a medida que aumenta la FiO2, disminuye significativamente la cantidad total de gas administrado. Es por ello que para FiO2 inferiores a 0,35-0,40, que significan flujos de gas inferiores a 40 L/min, estas mascarillas se comportan como sistemas de bajo flujo porque pueden no satisfacer enteramente las demandas ventilatorias del paciente [6, 7]. No habría que olvidar, entonces, que los enfermos críticos pueden tener una demanda ventilatoria elevada, con flujos pico inspiratorios que pueden exceder los 100 L/min.

Figura 3: mascarillas con dispositivo Venturi

   

 

Tabla 1: Relación O2/aire ambiente para una FiO2 dada en una mascarilla con dispositivo Venturi: a) Oxinova®; b) Ejemplo práctico

FiO2

Flujo mínimo O2 (L/min)

Relación O2: aire

Flujo total lpm

0,24

4

1:25

104

0,28

4

1:10

44

0,31

6

1:7

48

0,35

8

1.5

48

0,40

8

1.3

32

0,50

12

1:1,7
32

0,60

12

1:1
24

0,07

12

1:0-6
19

Académicamente y de forma teórica, se acepta que cuando estas mascarillas denominadas de tipo Venturi administran FiO2 mayores de 0,40 son un sistema de rendimiento variable y dejan de funcionar como sistemas de alto flujo de rendimiento constante [6, 7]; que para ser consideradas como tales debería el sistema ser capaz de suministrar, al menos, el cuádruple del volumen minuto medido del paciente [6, 9], o un 30% más que su flujo máximo inspiratorio [7]. Por otra parte, el uso de mascarillas de mayor tamaño (>300 ml) o la adición de tubos de extensión a las mascarillas pueden proporcionar una FiO2 más fiable y constante, aunque ello sólo parece ser relevante si el flujo de gas suministrado es inferior al demandado por el paciente, traduciendo la mayor importancia que tiene el flujo administrado [7]. Finalmente, respecto a la humidificación de estos sistemas habría que reseñar que no siempre es necesaria. No hay más que pensar que la mayor parte del flujo inspirado proviene del aire ambiente arrastrado –con una humedad, por tanto, adecuada-, siendo el flujo de oxígeno proporcionalmente inferior; y ello hace que la adición de vapor de agua sea verdaderamente despreciable dentro del flujo total [6, 7]. No obstante, cuando esta humidificación se requiera (por circunstancias clínicas del paciente o, por ejemplo, cuando administremos el gas directamente en la tráquea del paciente), debería hacerse interponiéndola después del puerto de entrada del aire arrastrado y mediante humidificadores apropiados (nebulizadores mecánicos, o de jet, de gran volumen), vehiculizando el gas a las vías respiratorias por un tubo de suficiente diámetro (Figuras 4a y 4b).

 

1102f4a

 

f4b

Figura 4a: Sistema de tipo Venturi con adaptación de dos dispositivos similares mediante pieza en “Y”.

  Figura 4b. Humidificación interpuesta antes y después del sistema de tipo Venturi

Hemos visto, pues, que un sistema de alto flujo para que no sea de rendimiento variable debe ser capaz de suministrar un flujo de gas suficiente y una FiO2 final constante, que satisfaga las demandas ventilatorias del paciente en un momento dado y ello, académicamente y en condiciones normales, supone proporcionar no menos de 40 L/min [6]. Cuando se requieran FiO2 elevadas, podríamos conseguir estos flujos aportando conjuntamente el flujo de oxígeno proporcionado por dos caudalímetros ordinarios diferentes (15 L/min)  adaptados cada uno a su dispositivo de tipo Venturi y a su correspondiente nebulizador, y conectados entre sí a través de una pieza en “Y” y al paciente a través de un tubo de suficiente diámetro (Figura 4a). Pero otra posibilidad es la utilización de mezcladores de aire y oxígeno, con caudalímetros de mayor débito. El cálculo de la FiO2 en ellos sería fácil, mediante la fórmula: FiO2 =  flujo de O2 + (Flujo de aire x 0,21) / flujo total de gas. Así, por ejemplo, si suministramos un flujo de O2 de 20 L/min y un flujo de aire de 40 L/min, tendremos un flujo total de gas de 60 L/min y un flujo real de O2 de 20 + 8,4 L/min, que supone, haciendo una simple división, una FiO2 de 0,47. Finalmente, respecto a la humidificación, y aunque pueden ser adecuados los mecánicos (Figura 5), en estos dispositivos últimos sería recomendable la utilización de humidificadores térmicos [7].

     

1102f5

Figura 5: oxigenoterapia a través de un  mezclador de aire y oxígeno: Dräger CF 800

   
4 Bibliografía
 

 

 
    1. Morgan GE, Mikhail MS. Sala de Operaciones: sistema de gases médicos, factores ambientales y seguridad en la electricidad. En Morgan G, Edgard Jr. (ed): Anestesiología Clínica. Editorial El Manual Moderno S.A., 2003; pp:19-30.
    2. Rossi A, Ranieri M. Positive End-Expiratory Pressure. En M.J. Tobin (ed): Principles and Practice of Mechanical Ventilation. Editorial McGraw-Hill, 1994; pp: 259-303.
    3. Alía Robledo I, Esteban de la Torre A. Oxigenoterapia. En F.J. de Latorre (ed): ABC de la Insuficiencia Respiratoria. Editorial Edika Med, 1995; pp: 39-51.
    4. Aguilar Aguilar G, García Raimundo M, Belda Nácher FJ. Oxigenoterapia. En Mª. S. Carrasco  Jiménez, J. A. de Paz Cruz (ed): Tratado de Emergencias Médicas. Editorial ARAN, S.A., 2000; pp: 597-609.
    5. Branson RD. Gas delivery systems: Regulators, flowmeters and therapy devices. En R. Branson, D. Hess and R. Chatburn (ed): Respiratory Care Equipment. Editorial Lippincott Williams & Wilkins, 2nd edition, 1998; pp: 55-85.
    6. Hess DR, Branson RD. Physical properties of gases and Principles of gas movement. En R. Branson, D. Hess and R. Chatburn (ed): Respiratory Care Equipment. Editorial Lippincott Williams& Wilkins, 2nd edition, 1998; pp: 1-19.
    7. Mancebo J: Respiración espontánea con presión positiva continua en la vía aérea. En A. Net, S. Benito (ed): Ventilación Mecánica. Editorial Springer-Verlag Ibérica, S.A., 2ª edición, 1993; pp: 47-56.
 

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