Núcleo de Ing. Biomédica
Fac. de Medicina e Ingeniería
Universidad de la República
Ventilación Mecánica
Ing. Daniel Geido
Ventilación Mecánica



La Ventilación Mecánica o Artificial, es una técnica de apoyo a
la respiración, cuyo objetivo es realizar el movimiento de gas
hacia y desde los pulmones, para que en los alvéolos se lleve a
cabo el intercambio gaseoso con la sangre.
La Ventilación Mecánica puede sustituir tanto total como
parcialmente la función ventilatoria (dependiendo del modo
ventilatorio utilizado).
El Ventilador Mecánico o Respirador realiza esa tarea, en
pacientes que no pueden hacerlo normalmente debido
enfermedades, traumatismos, drogas (anestesia), etc.
Objetivos del diseño de un Ventilador
Mecánico
Suplir el control de la ventilación.
 Posibilitar el intercambio de gases.
 Reducir el trabajo respiratorio.
 Facilitar la recuperación muscular
(destete).
 Permitir sedación, anestesia.

Tipos y generaciones de
ventiladores

De presión negativa extratoráxica, el pulmón de acero:

De presión positiva (IPPV):

Primera generación (60’s)
 Eran muy simples.
 Enteramente neumáticos,
dependían de una fuente
de aire comprimido externa.
 Ciclados solo por presión.
 No poseían modos ventilatorios ni alarmas.
PR2 – Puritan Bennett

Segunda generación (70’s)
 Poseen
electrónica discreta.
 Tienen blenders o mezcladores externos (Aire, O2).
 Poseen algún tipo de monitoreo y pocas alarmas.
 Aparecen los modos ventilatorios (SIMV, CPAP, etc)
MA1 – Puritan Bennett
Servo 900 – Siemens

Tercera generación (80’s hasta hoy)






Son controlados por microprocesadores (permite agregado de
nuevos modos ventilatorios y updates de software).
Válvulas solenoidales y sensores de flujo y presión.
Pueden ser ciclados por tiempo, presión, volumen o flujo.
Mezcladores Aire, O2 internos.
Monitorización de múltiples parámetros y despliegue de curvas
de flujo, presión, volumen, bucles, etc.
Potentes sistemas de alarmas y controles de seguridad con
múltiples alarmas.
7200 – Puritan Bennett
Servo 300 - Siemens
Graph - Neumovent
Conceptos Básicos
Ventilador, circuito y paciente
Resistencia de las vías aéreas Rva





La presión disminuye en el sentido del flujo.
Se define R=(P1-P2)/flujo (suponiendo flujo laminar).
No es lineal, para flujos mayores, mayor es el cambio de
presión.
Tomando P1=Pva y P2 =Palv, se define Rva del paciente
Rva=(Pva-Palv)/flujo, Rva=Pres/flujo. Donde Rva tiene un
componente del paciente y otro de la cánula de intubación
No vale calcular Rva para un flujo dado y luego usarlo con
otros flujos.
Flujo
(l/m)
P2-P1
(cmH2O)
R
(cmH2O/l/s)
20
0.5
1.5
40
1.5
2.25
60
3
3
80
5
3.75
100
8
4.8
Complacencia del sistema
respiratorio Csr






El sistema pulmonar presenta propiedades elásticas.
Al aumentar la presión dentro de los pulmones el volumen también
aumenta, se define así la complacencia como el cambio de volumen
obtenido para dicho diferencial de presión.
Se define la PEEP como la presión remanente en los pulmones al final de
la expiración debida en este caso a la Rva.
La complacencia total es la complacencia pulmonar mas la de la caja
toráxica.
Palv-PEEP = P elástica y V = Vol corriente. Asi Csr = Vc/Pel
Se debe medir cuando el flujo es 0 ya que en este caso Pva=Palv
Ecuación de movimiento
Pva = Pres + Pel + PEEP
Pva = Rva.flujo + Vol/Csr + PEEP
Curvas respiratorias



Se utilizan curvas de flujo,
presión y volumen en el tiempo
para tener un análisis detallado
del funcionamiento del
ventilador.
Paw, flujo y volumen obtenido
como la integral del flujo.
Parámetros importantes:








Vcorriente
Ppico
PEEP
Frespiratoria
Tinspiratorio
Tespiratorio
Relación I:E
Volumen minuto
= 0,5l
= 35cmH2O
= 5cmH2O
= 15 resp/min
= 1s
= 3s
= 1:3
= Vc x Fresp = 7,5l/min
Ejemplo





Flujo constante: 30l/min=0.5l/s.
Volumen: 0.5l
PEEP: 5cmH2O
Aplico ec. de mov. para cada instante
de tiempo y obtengo curva de Pva:
1s)



1.5s)





Pva1=20.0,5+0,25/0,025+5=25cmH2O
Pva2=30cmH2O
2s antes)


Pva1=20.0,5+0/0,025+5=15cmH2O
Pva2=25cmH2O
Pva1=20.0,5+0,5/0,025+5=35
Pva2=35
La presión dentro de los pulmones del
paciente 1 es 25 mientras que para el
paciente2 es 15. Para iguales P pico.
2s después)


PEEP=20.flujo1+0,5/0,025+PEEP
entonces flujo1=-1l/s=-60l/min
flujo2=-0,25l/s=-15l/min
Constante de tiempo T






En la exalación el tiempo
necesario para el vaciado de
los pulmones dependerá de
Rva y Csr.
Se define así la constante de
tiempo T=Rva.Csr
Observar similitud con
descarga de un condensador.
El vaciado sigue ley
exponencial y se considera
completo luego de 5T (0,7%).
Para el paciente1 T=0,5s y
para paciente2 T=2s.
Si comienza otra insp. Antes
de alcanzar los 5T se produce
auto PEEP ya que Pins inicial
es mayor a PEEP base.
Cálculos de Raw y Csr a partir de
las curvas:
 El
secreto esta en
realizar la medida en
la pausa inspiratoria.
 Durante la pausa:
Pva = Pel + PEEP =
Palv = Pplat. Ya que
flujo=0 (Pres=0).
 Csr=Vol/Pel
 Rva=Pres/flujo
Modos ventilatorios

Existen dos grandes clasificaciones:
 Modos
básicos: tipos de ciclos disponibles
(controlado, asistido (sensado por flujo o por
presión), espontáneos (SIMV, CPAP))
 Modos de control: tipo de control ejercido
sobre los ciclos (por volumen, por presión,
presión soporte)
Modos básicos
Resumen modos básicos
TIPO DE CICLO
MODO
Controlado
Asistido
Controlado
X
Asist./Cont.
X
X
SIMV
X
X
CPAP
Espontáneo
X
X
Modos de control
Diseño de ventiladores
Funciones a cumplir por el equipo






Proveer una mezcla del gases determinada según
condiciones de tiempo, volumen, flujo, presión, etc.
Acondicionar dicho gas, filtrándolo, adecuando su
temperatura y humedad, etc.
Permitir entregar medicación por vía respiratoria
(nebulización, etc).
Monitorizar la ventilación del paciente y su mecánica
ventilatoria.
Debe poseer sistemas de seguridad para situaciones
anormales que puedan surgir (apnea, etc).
Detectar y alertar al operador mediante alarmas tanto
auditivas como visuales toda situación anormal.
Componentes de un ventilador
Sistema de control (servocontrol)
Ingreso de gases
Sistema de
suministro de gases
Sistema de 4
monitorización
Suministro
de energía
Interfaz con
el paciente
3
6
Al paciente
Señal de error
2
Sistema
de control
1
Interfaz con
el operador
5
Al operador
1. Sistema de control


Es el cerebro del equipo.
Interactúa con todos los demás sistemas:






Recibe ordenes del operador y las transforma en acciones del
ventilador.
Toma y procesa información proveniente de los sensores.
Maneja las alarmas.
Decide el uso de ventilación de respaldo o emergencia.
Etc.
Fue cambiando a lo largo de las diversas generaciones:



Primera: puramente neumático, muchas limitaciones.
Segunda: electrónica discreta.
Tercera: microprocesadores y sistemas digitales avanzados.
Memorias con firmware que puede ser actualizado para mejorar
performance y agregar nuevas funcionalidades y modos
ventilatorios.
2. Suministro de energía

Eléctrica
Red eléctrica  fuentes conmutadas.
 Baterías

Internas: para traslados o cortes de energía, todos
deberían tenerla, conmutación automática.
 Externas: ambulancias, etc.


Neumática: ventiladores de emergencia o de
traslado
3. Sistema de suministro de gases

Entradas de alta presión (2 – 5 bar):
 Aire
y O2
 N2O (en carros de anestesia).


Central, balón o compresor interno.
Sistema de mezcla (Blender)
 Externo.
 Interno.
 Válvulas
proporcionales (solenoides o motor de
pasos), no hay blender.
Control de flujo

Sistema de pistón:

Sistema de fuelle:

Sistemas modernos con válvulas
inspiratorias de control de flujo.
Mediante microprocesadores se regula la
apertura de las válvulas solenoidales.
 Ejemplo para PB7200:

 Apertura
máx.: 0.7mm.
 Pasos: 4000 posiciones diferentes.

Uso de dos válvulas (O2 y Aire) o una con
un mixer.
Válvulas de exhalación
4. Sistema de monitorización
Qué monitorizar, dónde
y cómo hacerlo?.
 Qué:

 Flujo
y volumen.
 Presión vías aéreas.
 Otros: temperatura, O2,
alimentación, presión de
suministro de gases,
fugas, etc.




Dónde:
Rama inspiratoria - A
Rama espiratoria - B
En la Y del paciente - C

Cómo:

Transductores de flujo:

De hilo caliente.




El hilo de platino se calienta a una temp. Cte. mediante un circuito
electrónico, al pasar el flujo, el hilo se enfría entonces el circuito
provee mas corriente, dicha corriente será proporcional al flujo de gas
que esta pasando.
Debo tener un termistor que sense la temperatura del gas para
compensar.
Ventajas: baja resistencia, escaso desgaste y mantenimiento nulo.
Desventajas: problemas para detectar flujo direccional, muy sensible
a la humedad, sensible a fatiga, difícil limpieza.
 Neumotacógrafo

(o de pantalla)
El gas atraviesa una malla que le ofrece una
determinada resistencia R, midiendo la diferencia
de presión a ambos lados de la malla, se obtiene
el flujo
Ventajas: buena respuesta en frecuencia, larga
duración.
 Desventajas: requieren mantenimiento periódico,
uso de diferentes tipos según el tipo de paciente a
tratar.

 Por



 De




ultrasonido
El gas pasa por un orificio creando turbulencias (vortices)
que son sensadas por ultrasonido, el grado de turbulencia es
proporcional al flujo.
Ventajas: Precisos.
Desventajas: Alta resistencia
turbina
El gas pasa a través de una turbina cuyo a velocidad de giro
es medida mediante un emisor y detector ópticos.
La velocidad de giro es proporcional al flujo.
Ventajas: robustos.
Desventajas: sistema mecánico con mucha inercia y muy
mala sensibilidad (20 a 30%), solo utilizado en espirómetros.

Transductores de presión:
Piezoresistivos.
Se utiliza una membrana con una resistencia adosada que varia su
valor al estirarse ésta.


Temperatura:



Termistores.
RTDs: Pt o nt.
O2:

Celdas de oxígeno.
5. Interfaz con el operador

Comunicación bidireccional entre equipo y
paciente:
 Programación
del equipo.
 Despliegue de parámetros y curvas.
 Mensajes y alarmas.

Programación del equipo:
 Selección
del modo ventilatorio: VCV, PCV, SIMV,
CPAP, PSV, VMM, VTAseg, APRV, BiPAP, etc.
 Selección de los parámetros:




Principales: f, Ti, I:E, VC o VT, VM, Pmax, PEEP, FiO2, triger,
etc.
Límites de alarmas, por defecto según tipo de paciente,
automático (%encima y %debajo), manual.
Opcionales: suspiros, pausas, etc.
Tipos de flujos:

Despliegue de parámetros y curvas.
 Parámetros
ventilatorios medidos: f, Ti, I:E, VC,
Pmax, PEEP, O2, etc.
 Curvas: flujo, presión, volumen, bucles.

Mensajes y alarmas:
 Su
función es avisar tanto auditiva como visualmente
alteraciones en los parámetros de ventilación,
problemas de programación, malfuncionamiento,
alteraciones del paciente, etc.
 Fijas de fábrica:




Suministro eléctrico.
Baja presión de aire y O2.
Falla válvula exhalatoria.
Etc.
 Programables por el usuario:
 Alarmas de presión.
 Alarmas de volumen.
 Alarmas de apnea.
 Alarma de oxígeno.
 Etc.
6. Interfaz con el paciente

Funciones:






Conducir el gas hacia y desde el
paciente, tubuladuras reusables
o descartables, esterilización
(autoclave, oxido de etileno, etc).
Acondicionar el gas inspirado,
temp, humedad (humidificadores,
narises).
Eliminar excesos de humedad
(trampas de agua).
Suministro de medicaciones
(nebulizador).
Uso de filtros bacterianos.
Etc.
Descargar

Ventilacion mecánica - Núcleo de Ingeniería Biomédica