¿Cómo funcionan las incubadoras neonatales?
Conozcamos los elementos detrás de estos equipos fundamentales para el desarrollo de bebés prematuros.
Las incubadoras neonatales son parte fundamental del equipo médico en las Unidades de Cuidados Intensivos Neonatales (UCIN) para proporcionar un ambiente controlado para los recién nacidos, especialmente los prematuros o aquellos con complicaciones de salud. Entre estas complicaciones tenemos la necesidad tiempo adicional de desarrollo de órganos, desafíos respiratorios debido al líquido o meconio en los pulmones, riesgos de infección durante la recuperación de enfermedades, manejo de niveles de azúcar en la sangre en casos de diabetes gestacional, alivio de la ictericia con luces especializadas y monitoreo y apoyo para bebés que experimentan trauma durante el parto. El diseño y funcionamiento de las incubadoras tiene en cuenta las diversas formas en que los humanos pierden calor: radiación, convección, conducción y evaporación. Los bebés, especialmente los prematuros y los de bajo peso al nacer, son más vulnerables a la pérdida de calor debido a su mayor superficie corporal en relación con su peso y a la falta de suficiente grasa corporal necesaria para la regulación térmica. Esto puede hacer que pierdan calor hasta cuatro veces más rápido que los adultos. Mantener la temperatura correcta en las incubadoras es fundamental para evitar tanto la hipotermia como el sobrecalentamiento, el cual puede provocar graves riesgos para la salud, como insolación, daño cerebral por deshidratación o incluso la muerte. Los bebés prematuros son particularmente vulnerables ya que tienen una capacidad limitada para sudar, lo que afecta su regulación natural del calor.
Entre los componentes principales de una incubadora neonatal está la cubierta transparente, que permite un monitoreo visual constante manteniendo un microclima en el interior. Este microclima está regulado para imitar las condiciones del útero materno, proporcionando la temperatura, humedad y niveles de oxígeno adecuados. Los demás componentes, igualmente importantes, son un ventilador que sopla aire ambiental filtrado sobre un elemento calefactor y un recipiente de agua, una válvula de control para suministrar oxígeno adicional al aire dentro del gabinete, un panel de control, sensores de temperatura, humedad y oxígeno, y filtros HEPA. La incubadora también incluye una pantalla numérica que proporciona datos en tiempo real sobre los parámetros críticos.
La incubadora cuenta con un ventilador y un calentador ubicados debajo del colchón para proporcionar circulación de aire caliente. El ventilador mueve el aire más allá del calentador hacia la cámara infantil, asegurando una temperatura constante. Adicionalmente, cuentan con alarmas para temperaturas excesivas, y un límite de máxima temperatura que evita que la incubadora se caliente por encima de los 40° centígrados. Existen dos modos de controlar la temperatura al interior de la incubadora: el control de temperatura de la piel y el control de temperatura del aire. El control de la temperatura de la piel, también conocido como servocontrol, monitorea la temperatura de la piel del recién nacido y ajusta la producción de calor en consecuencia. Este modo es particularmente beneficioso para los bebés con bajo peso al nacer, ya que mantener una temperatura de la piel constante puede reducir significativamente las tasas de mortalidad neonatal. Por otro lado, el modo de control de temperatura del aire mantiene la temperatura del aire de la incubadora en el nivel establecido. Estos equipos utilizan controles de calentamiento proporcionales, que es un método más avanzado y preciso de regulación de la temperatura en comparación con el control de encendido y apagado. Este sistema proporciona energía eléctrica al calefactor en respuesta a la diferencia entre la temperatura real y la temperatura deseada. Esto asegura un ambiente más estable y cómodo para los recién nacidos al minimizar las fluctuaciones de temperatura. Se pueden utilizar calentadores únicos o bancos de calentadores, como por ejemplo cuatro calentadores de 250 W, en lugar de un solo calentador de 1000 W. En estos casos, cada calentador se puede controlar de forma independiente, lo que permite una distribución más uniforme del calor en toda la incubadora. Esto es particularmente importante para prevenir puntos calientes y garantizar que la temperatura se mantenga constante en toda la incubadora. El uso de múltiples calentadores también proporciona un nivel de redundancia, asegurando que la incubadora pueda continuar funcionando incluso si uno de los calentadores falla.
Las incubadoras neonatales tienen una curva de calentamiento que incluye un estado transitorio y un estado estable. El estado transitorio es la fase inicial cuando la incubadora está encendida y está trabajando para alcanzar la temperatura deseada. Durante esta fase, los elementos calefactores suelen funcionar a plena capacidad para calentar rápidamente el interior de la incubadora. Una vez que se alcanza la temperatura deseada, la incubadora entra en estado estable. En esta fase, las resistencias funcionan a menor capacidad, la suficiente para mantener la temperatura establecida. La curva de calentamiento está diseñada para evitar sobrepicos de temperatura demasiado altos. Igualmente, se busca evitar grandes variaciones en la temperatura estable. El sistema de control de temperatura está diseñado para tener un sobrepico de menos de 2 °C y el tiempo de calentamiento debe estar dentro del 20 % del tiempo informado por el fabricante. Una vez alcanzada la temperatura deseada, la temperatura final no debe variar más de 1°C durante una hora.
Adicionalmente al control de la temperatura, las incubadoras controlan los niveles de humedad, regulando la cantidad de flujo de aire a través de un tanque de agua o un humidificador externo. Esto ayuda a mantener un ambiente óptimo para el recién nacido, al prevenir la pérdida transepidérmica innecesaria de agua, que puede provocar deshidratación y un aumento deficiente de peso. El aire en la incubadora se mueve sobre un depósito de agua, aumentando la humedad en la cámara infantil. Este proceso se puede complementar con otras fuentes de humedad. La literatura sugiere que la humedad relativa en la incubadora debe estar entre 60 y 90% para reducir la pérdida de agua de un bebé. Sin embargo, los altos niveles de humedad de la incubadora pueden aumentar el crecimiento microbiano, por lo que es importante equilibrar la necesidad de humedad con el riesgo de infección. Algunas pautas sugieren mantener la humedad de la incubadora entre 60% y 70% en la primera semana de vida para bebés nacidos de 26 semanas o más. El humidificador incluye un sensor de humedad y un tanque de agua, y el algoritmo de control a menudo se basa en el algoritmo ON/OFF con múltiples niveles de potencia de humidificación. Se debe garantizar que la humedad se mantenga dentro de ±10% del punto de ajuste, u el flujo de aire se controla para que sea menor o igual a aproximadamente 0,35 m/s.
El sistema de regulación de oxígeno en las incubadoras generalmente cuenta con un sensor de oxígeno, un regulador y una conexión al suministro de oxígeno. El sensor de oxígeno monitorea continuamente la concentración de oxígeno dentro de la incubadora. Si el nivel de oxígeno se desvía del rango establecido, el regulador ajusta el flujo de oxígeno para mantener la concentración óptima. Un mezclador de oxígeno permite aspirar una cantidad controlada de aire ambiente a través del filtro de entrada de aire u oxígeno, y garantizar niveles adecuados de concentración de oxígeno dentro de la incubadora. Cuando los recursos son limitados, el oxígeno suele administrarse directamente en la incubadora sin mezclar, mientras que en las unidades más modernas son más habituales los mezcladores de oxígeno y los sistemas de servocontrol. Algunas incubadoras avanzadas pueden incluso brindar asistencia respiratoria a los bebés al incluir un ventilador totalmente integrado. Incluso con caudales bajos de oxígeno en las incubadoras, la concentración de oxígeno medida puede ser mayor de lo esperado. Por lo tanto, es importante contar con un monitor de concentración de oxígeno. El sistema de control de oxígeno garantiza que la concentración de oxígeno esté dentro del ±5 % del punto de ajuste. Otro punto importante es minimizar el ruido perceptible dentro de la unidad. La construcción de la incubadora reduce el espectro de frecuencia transmitida del sonido que ingresa a la incubadora a frecuencias más bajas, pero no atenúa sustancialmente los ruidos transitorios como alarmas o apertura y cierre de puertas de gabinetes. El nivel de ruido dentro de la incubadora se debe mantener por debajo de 60 dB para proporcionar un ambiente tranquilo y relajante para el recién nacido.
El sistema de alarma de la incubadora monitorea parámetros críticos como temperatura, nivel de oxígeno, humedad y flujo de aire. Además, cuentan un registro de datos y tendencias, que permiten a los proveedores de atención médica realizar un seguimiento de los cambios en estos parámetros a lo largo del tiempo. En la pantalla de la incubadora se visualizan datos en tiempo real sobre los parámetros de temperatura, nivel de oxígeno, humedad y potencia del calentador. El visualizador de potencia del calentador ayuda a gestionar la producción de calor de la incubadora. Algunas incubadoras están equipadas con un mecanismo automático para inclinar y elevar el colchón, lo que facilita realizar determinados procedimientos médicos o ayuda a la comodidad del recién nacido, permitiendo ajustar la posición del recién nacido sin tener que levantarlo o moverlo manualmente, lo que reduce el riesgo de lesiones o molestias. Además, algunas incubadoras cuentan con un monitor de peso debajo del colchón. Este monitor permite llevar un registro continuo del peso del recién nacido, lo que es clave a la hora de analizar la hidratación, la retención de líquidos y el estado nutricional.
Las incubadoras están diseñadas con puntos de fácil acceso frontal, lateral y trasero, que a menudo están acolchados para la seguridad y comodidad del recién nacido. Estos puertos de acceso permiten a los proveedores de atención médica realizar los procedimientos médicos necesarios, ajustar la posición del recién nacido o brindar atención sin alterar el ambiente controlado dentro de la incubadora. El acolchado de estos puertos de acceso ayuda a minimizar la pérdida de calor y mantener la temperatura óptima dentro de la incubadora. Además, el diseño de fácil acceso facilita el contacto piel con piel entre el recién nacido y sus padres, lo que resulta beneficioso para el desarrollo y el vínculo del recién nacido.
Estos equipos están diseñados para ser fáciles de limpiar y desinfectar, lo cual es crucial para mantener un ambiente estéril para el recién nacido. El proceso de limpieza generalmente implica limpiar el interior con una mezcla de detergente suave y agua tibia, luego enjuagar y secar bien antes de aplicar un desinfectante no corrosivo. Sin embargo, las medidas estándar de desinfección química suelen ser insuficientes para erradicar todas las bacterias contaminantes. Por lo tanto, algunas unidades también utilizan la pulverización con vapor como método de desinfección.
Si bien son cruciales para la supervivencia y el desarrollo de los bebés prematuros, las incubadoras presentan peligros potenciales que deben gestionarse con cuidado. Las fallas en la regulación de la temperatura pueden causar hipertermia, lo que puede provocar muertes y lesiones. Si el sensor cutáneo se desprende, comienza a detectar la temperatura del aire en lugar de la piel, lo que puede provocar una regulación de temperatura inexacta. Las fallas en el control de la concentración de oxígeno pueden provocar fibroplasia retrolental en bebés prematuros. Los niveles de ruido dentro de la incubadora deben mantenerse por debajo de 60 dB, ya que niveles más altos pueden ser perjudiciales para el desarrollo del recién nacido. El ventilador, el uso de un nebulizador y la apertura y cierre de puertas pueden producir un nivel de ruido temporal de hasta 100 dB. El ambiente cálido y húmedo dentro de la incubadora y el tanque de agua para humidificación pueden convertirse en una incubadora de bacterias, lo que representa un riesgo de infección. Por lo tanto, la limpieza y desinfección periódicas son fundamentales. La FDA ha introducido nuevas recomendaciones para garantizar la seguridad y calidad de las incubadoras neonatales. Estas directrices se centran en aspectos críticos como el monitoreo de la temperatura, los sistemas de alarma y los procedimientos de mantenimiento regular, enfatizando la necesidad de un control preciso de la temperatura y sistemas de alarma confiables para prevenir riesgos como la hipertermia o el choque térmico. El mantenimiento regular es vital para detectar posibles problemas a tiempo y salvaguardar la salud de los recién nacidos. El diseño y uso de las incubadoras neonatales están regulados por estándares internacionales para garantizar la seguridad y el bienestar de los recién nacidos. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha establecido estándares específicos para incubadoras neonatales, incluidos IEC 60601–2–19, 60601–2–20 y 60601–2–21. Estos estándares proporcionan pautas para el rendimiento, el diseño y las características de seguridad de las incubadoras neonatales. Cubren aspectos como control de temperatura, control de humedad, concentración de oxígeno, niveles de ruido y más. Además, la Organización Mundial de la Salud (OMS) también ha establecido normas para mejorar la calidad de la atención de los recién nacidos pequeños y enfermos en los centros de salud. Estos estándares tienen como objetivo garantizar que las incubadoras neonatales proporcionen un entorno seguro y controlado que respalde el crecimiento y desarrollo de los recién nacidos.
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Para saber más…
Biomedical device technology : principles and design (Second). (2016). . Charles C. Thomas Publisher. February 16 2024
Khandpur R. S. (2005). Biomedical instrumentation : technology and applications. McGraw-Hill.
ebme.co.uk/articles/clinical-engineering/baby-incubation
https://bmet.ewh.org/server/api/core/bitstreams/5310fd9c-3638-4f03-842b-7e937da9150b/content
