Sistemas de infusión
Una introducción a las bombas, perfusores, y otros sistemas de infusión
Los sistemas de infusión son dispositivos médicos que administran fluidos, como nutrientes y medicamentos, al cuerpo de un paciente de manera controlada. Se utilizan en diversos entornos sanitarios, incluidos hospitales, residencias de ancianos e incluso en atención domiciliaria. El diseño de las bombas de infusión varía, pero generalmente consisten en una interfaz de usuario que controla un mecanismo de bombeo electroquímico que empuja el líquido desde un recipiente a través de un tubo flexible hasta el catéter del paciente. Algunas bombas están diseñadas principalmente para uso estacionario junto a la cama del paciente, mientras que otras, llamadas bombas de infusión ambulatorias, están diseñadas para ser portátiles o portátiles. También hay “bombas inteligentes” equipadas con funciones de seguridad, como alertas al usuario que se activan cuando existe riesgo de interacción adversa entre medicamentos o cuando el usuario configura los parámetros de la bomba fuera de los límites de seguridad especificados.
En la terapia con antibióticos y antivirales, las bombas de infusión permiten la infusión continua de antibióticos utilizando bombas elastoméricas en el hospital o en el hogar. También se utilizan como apoyo nutricional, proporcionando nutrientes enterales o parenterales formulados para restaurar el estado nutricional. En el tratamiento del dolor, las bombas de infusión, en particular las bombas intratecales, administran pequeñas cantidades de analgésicos directamente al líquido cefalorraquídeo. Las bombas de quimioterapia ayudan a administrar los medicamentos de quimioterapia al torrente sanguíneo de forma controlada. Para la terapia de hidratación, las bombas de infusión proporcionan una cantidad exacta de líquido por hora, lo que evita que los medicamentos se administren inadvertidamente de manera demasiado lenta o rápida. En la terapia de transfusión, las bombas de infusión pueden usarse para regular el flujo de líquido administrado bajo presión positiva al paciente.
La necesidad de regular de manera muy precisa la aplicación de medicamentos de manera intravenosa tiene que ver con que los tiempos de absorción y las concentraciones máximas de los fármacos varían significativamente según la vía de administración. La administración oral, que implica que el fármaco pase a través del sistema digestivo, generalmente tiene la tasa de absorción más lenta. La administración subcutánea, donde el fármaco se inyecta justo debajo de la piel, tiene una tasa de absorción más rápida debido al rico suministro de sangre en estas áreas. La administración intramuscular, en la que el fármaco se inyecta en el tejido muscular, tiene una tasa de absorción aún más rápida debido al mayor suministro de sangre en el tejido muscular. La tasa de absorción más rápida se logra con la administración intravenosa, donde el fármaco se inyecta directamente en el torrente sanguíneo, lo que garantiza una disponibilidad inmediata. Precisamente por esto, cualquier error en la administración puede tener graves consecuencias. Ya que la ventana terapéutica de un fármaco (el rango de dosificación entre la concentración mínima efectiva y la concentración mínima tóxica, que es donde el fármaco surge el efecto deseado sin causar efectos secundarios serios) puede ser fácilmente superada si la velocidad de infusión demasiado alta, o puede no llegar a alcanzarse, si la velocidad es demasiado baja. La terapia intravenosa (IV), de hecho, puede provocar varias complicaciones. Una de esas complicaciones es el choque de velocidad, una reacción fisiológica adversa repentina a medicamentos intravenosos o fármacos que se administran demasiado rápido. Los síntomas pueden incluir enrojecimiento de la cara, dolor de cabeza, sensación de opresión en el pecho, pulso irregular, pérdida del conocimiento e incluso paro cardíaco. Otra complicación es la extravasación, que se refiere a la fuga accidental de un medicamento hacia los tejidos circundantes en lugar de permanecer en la vena. Esto puede causar un daño tisular significativo y provocar complicaciones graves. La embolia gaseosa ocurre cuando se introduce aire en la circulación, a menudo durante la inserción o extracción de catéteres intravenosos. Esto puede bloquear el paso de la sangre y puede poner en peligro la vida. La terapia intravenosa también puede provocar la transmisión de infecciones. Los dispositivos intravenosos son susceptibles a complicaciones infecciosas porque las bacterias pueden migrar al torrente sanguíneo desde la piel a lo largo de la cánula, desde el centro o puerto lateral de la cánula y desde el líquido intravenoso contaminado. Por último, durante la terapia intravenosa puede aparecer fiebre, que suele manifestarse por una hipertermia de hasta 40ºC, a veces acompañada de escalofríos. Es un fenómeno muy raro que desaparece espontáneamente. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la fiebre podría ser un signo de infección, por lo que no se debe ignorar si persiste.
Los sistemas de goteo por gravedad son un tipo de sistema de infusión que depende de la fuerza de la gravedad para administrar líquidos o medicamentos. El recipiente de fluido se coloca encima del paciente y el fluido fluye hacia abajo a través del tubo hacia el cuerpo del paciente. El caudal se regula mediante una abrazadera en el tubo intravenoso, que puede acelerar o ralentizar el flujo de líquidos. Este método de administración de líquidos es simple y de bajo costo, lo que lo convierte en una opción común en diversos entornos sanitarios. Sin embargo, los sistemas de goteo por gravedad son muy inexactos. El caudal puede verse afectado por varios factores, incluida la altura del recipiente de líquido, la contrapresión, la viscosidad del líquido intravenoso y la posición del paciente. Esta inexactitud puede provocar complicaciones como una administración inadecuada de líquidos, que puede tener graves consecuencias para el paciente. A pesar de esto, los sistemas de goteo por gravedad se siguen utilizando debido a sus ventajas económicas. Las partes de este sistema son: un contenedor (una bolsa plástica o frasco de vidrio) que contiene la solución que se va a administrar, una línea de infusión, que es un tubo plástico y flexible que permite el paso de la solución desde el contenedor hasta el paciente, un regulador de flujo, que puede ser una pinza o una perilla, y una cámara de goteo, que es un pequeño reservorio transparente que permite visualizar el flujo de la solución, y ayuda a evitar la aparición de burbujas. Estos componentes también son utilizados cuando se usa un controlador o una bomba de infusión. En estos casos las bombas y los controladores cumplen la función de reguladores de flujo.
Los controladores de infusión generalmente se utilizan en aplicaciones de bajo riesgo para el paciente. En estos sistemas, el usuario define el caudal deseado en gotas por minuto. Un sensor de goteo en la cámara de goteo monitorea el flujo y lo mantiene definido. Los controladores volumétricos están diseñados para controlar el flujo de líquido en mililitros por hora. El sensor de gotas en estos sistemas convierte el caudal de gotas por minuto a mililitros por hora. En ambos casos, la velocidad máxima está limitada por la gravedad, ya que el dispositivo solo funciona como un restrictor. Las bombas de infusión, por otra parte, no tienen esta limitación, ya que pueden impulsar el líquido a velocidades mayores a las impuestas por la gravedad y la presión hidrostática. Además, pueden superar pequeños cambios en la resistencia al flujo o la contrapresión del cuerpo humano y los cambios de posición del líquido.
El caudal de las bombas de infusión se puede ajustar según las necesidades del paciente. Para adultos, el caudal varía de 1 a 999 ml/h con una precisión de ± 5 % o ± 10 %. Para pacientes neonatales, el caudal es más preciso y oscila entre 0,1 y 99 ml/h con una precisión de ± 2 %. La función “Mantener la vena abierta” (KVO) permite una infusión lenta (aproximadamente 1 a 5 ml/h) cuando se ordena detener la infusión, lo que ayuda a prevenir coágulos en el sitio de punción. El volumen a infundir (VTBI) se puede configurar entre 1 ml y 9999 ml. Una vez que se ha infundido el volumen establecido, la bomba se detiene y suena un tono audible. Para prevenir la embolia gaseosa, las bombas de infusión están equipadas con sensores que detectan burbujas de aire. Si se detecta aire, la bomba se detiene y se activa una alarma. La prevención del flujo libre es otra característica importante de las bombas de infusión. Si se retira la línea sin cerrar la abrazadera, un sistema mecánico cierra la línea para evitar cualquier tipo de flujo. Las bombas de infusión también tienen alarmas de oclusión. Una alarma de oclusión más baja indica presión alta, que suele ser un signo de oclusión. Algunas bombas permiten configurar la alarma entre 1 y 20 psi. Una alarma de oclusión superior o de agotamiento de líquido suena si la bolsa está vacía, evitando que aparezca aire en la vía intravenosa y posteriormente se infunda en el paciente.
Las bombas peristálticas tienen un sistema giratorio de rodillos. A medida que los rodillos se mueven a lo largo del tubo, lo comprimen en diferentes puntos. La parte del tubo que está bajo compresión se ocluye, lo que obliga al líquido a moverse. Este mecanismo permite el flujo intermitente de líquido en “bolos”, lo que resulta particularmente útil en determinadas aplicaciones médicas. Las bombas rotativas funcionan sin que el líquido entre en contacto con el mecanismo de la bomba. Esta operación sin contacto es beneficiosa ya que reduce el riesgo de contaminación y daño al fluido. Las bombas peristálticas pueden ser de tipo rotativa o lineal. Por otra parte, las bombas de casete utilizan un casete desechable para administrar líquido. El casete contiene un pistón. Cuando el pistón desciende, crea un vacío que hace que el medicamento sea aspirado desde un recipiente hacia el depósito. Cuando el pistón sube, empuja el medicamento fuera del depósito y a través de una válvula. Esta acción obliga al fármaco a pasar a la vía intravenosa del paciente.
Otro tipo de bombas de infusión, llamadas perfusores, se caracterizan por tener alta precisión y un flujo constante para volúmenes pequeños (60 ml) con ajustes de flujo de 0,5 a 10 ml/h. Estos dispositivos se pueden utilizar para administrar hiperalimentación espesa o soluciones nutricionales. La hiperalimentación, también conocida como Nutrición Parenteral Total (NPT), proporciona una mezcla equilibrada de macronutrientes, micronutrientes y líquidos directamente al torrente sanguíneo de un individuo. Algunos modelos de perfusores pueden acoplar dos jeringas, lo que permite una administración continua cuando una de las jeringas se ha vaciado o para proporcionar infusiones simultáneas. Es menos probable que las bombas de jeringa infundan aire al paciente. Por esta razón, generalmente no cuentan con detectores de aire en la línea.
Las bombas de infusión dependen de una variedad de sensores para garantizar un funcionamiento preciso y seguro. Para la detección de burbujas se utilizan sensores de ultrasonido. Si hay una burbuja, provocará una interrupción en las ondas sonoras, que el sensor puede detectar. Los sensores de fuerza se utilizan para la detección de oclusión. Controlan la presión en el tubo de la bomba. Si se produce un bloqueo, el tubo se expandirá, lo que puede ser detectado por el sensor de fuerza. Los escáneres de las bombas de infusión se utilizan para revisar el código de medicamentos. Escanean el código de barras en el paquete del medicamento para confirmar que se está administrando el medicamento correcto. Los sensores ópticos y de efecto Hall se utilizan para controlar la velocidad y la posición del motor. Estos sensores monitorean la velocidad y la posición del motor en la bomba, lo que permite un control preciso del funcionamiento de la bomba. Además de los sensores, las bombas de infusión constan de varios componentes clave. El sistema de alimentación puede ser una batería recargable o una fuente externa. El circuito de control permite interpretar la información introducida en el dispositivo, controla el mecanismo de infusión, interpreta las señales de los sensores y activa las alarmas cuando es necesario. El motor es generalmente un motor paso a paso, responsable de accionar el mecanismo de la bomba. Este se encuentra en un modo controlado por circuito cerrado, donde el variador funciona en modo de micropasos y un codificador rastrea la posición del eje. El controlador utiliza esta señal de error para ajustar los comandos en tiempo real, durante todo el perfil de movimiento. Esto garantiza un control preciso sobre la cantidad de fluido transferido y la adaptabilidad a diferentes condiciones de funcionamiento.
Las bombas implantables son un tipo de bomba de infusión bastante relevante para enfermedades crónicas. En la quimioterapia intraarterial hepática, estas bombas administran altas dosis de quimioterapia directamente al hígado, reduciendo los tumores con menos efectos secundarios que la quimioterapia tradicional administrada a través de una vena. Para el tratamiento del dolor, se pueden utilizar bombas implantables para la infusión epidural de analgésicos. Estos dispositivos proporcionan una búsqueda de dosis más rápida, un control individual del dolor y son bien aceptados por los pacientes. Actúan administrando dosis bajas de analgésicos directamente a la médula espinal, reduciendo los efectos secundarios sistémicos y mejorando el control del dolor. En el tratamiento de la osteomielitis crónica, una infección ósea, se pueden utilizar bombas implantables para infusiones locales de antibióticos. Este método permite niveles altos de antibióticos locales y bajos sistémicos, que pueden esterilizar una herida musculoesquelética infectada. Es fundamental asegurarse de que el depósito de estas bombas no se vacíe por completo. Cuando el flujo se detiene, se puede formar un coágulo en la punta. La vida útil de estas bombas implantables suele ser de entre 10 y 15 años, lo que las convierte en una solución a largo plazo para pacientes que requieren una administración continua de medicamentos.
Las bombas elastoméricas son dispositivos livianos con un recipiente de plástico transparente, en cuyo interior se encuentra un reservorio elastomérico, comúnmente de látex, poliisopreno o silicona, que contiene el medicamento. El funcionamiento de estas bombas se basa en la propiedad elastomérica del balón de liberar la solución del fármaco a un flujo constante a lo largo de una línea de infusión. El sistema ejerce una presión constante sobre el depósito que contiene el líquido a infundir. Esta presión es creada por una capa elastomérica que está moldeada en el interior de la bomba. Cuando se llena la bomba, la capa elastomérica se estira. Luego, la constricción elástica impulsa el líquido presente a través del tubo. El caudal está controlado por un capilar calibrado que existe en la línea de infusión. El limitador de flujo, también llamado capilar, limita el caudal del fármaco por la diferencia de presión entre su entrada y salida. Esto garantiza un control preciso sobre la cantidad de fluido transferido y la adaptabilidad a diferentes condiciones de funcionamiento.
Otro tipo de bombas portátiles son el tipo de bombas “inteligentes” que se utilizan en casos como el del páncreas artificial. Este sistema está diseñado para monitorear y regular automáticamente los niveles de glucosa en sangre en personas con diabetes tipo 1. Consiste en una bomba de insulina, un monitor continuo de glucosa (CGM) y un algoritmo de control que determina la dosis de insulina adecuada en función de las lecturas del CGM. El primer sistema de circuito cerrado se desarrolló a principios de la década de 2000 y se operaba mediante un algoritmo de control basado en una computadora personal (PC). Desde principios hasta mediados de la década de 2010, se desarrolló en un formato portátil mediante un algoritmo de control instalado en un teléfono inteligente o en la propia bomba. La llegada de los teléfonos inteligentes modernos ha creado la capacidad de utilizar la tecnología de los teléfonos inteligentes como pieza central de ingeniería de un páncreas artificial. Estas bombas portátiles han demostrado un mayor tiempo en el rango normal sin aumento de hiperglucemia en entornos hospitalarios en comparación con múltiples inyecciones diarias (MDI) y la terapia con bomba aumentada por sensor (SAP).
El mantenimiento y verificación de las bombas de infusión implica varios pasos para garantizar su correcto funcionamiento y precisión. La curva de trompeta es una representación gráfica que se utiliza para mostrar la precisión de las bombas de infusión. A menudo se utiliza para mostrar qué tan estrechamente se correlaciona el caudal promedio de la bomba con el caudal programado. La curva lleva el nombre de su forma y está definida en la norma IEC 60601–2–24 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), que se aplica a la seguridad básica y al rendimiento esencial de las bombas de infusión y los controladores de infusión volumétricos. El eje horizontal de una curva de trompeta muestra ventanas de observación cada vez más largas. En el caso de los perfusores, esta curva es representativa únicamente con el tipo de jeringas utilizadas durante las pruebas. Algunas de las pruebas realizadas durante el mantenimiento y verificación se detallan a continuación.
Vaciar el recipiente: en el modo de infusión, se corta el suministro de líquido y se vacía el sistema. Esto se hace para evitar que cualquier líquido residual interfiera con la siguiente infusión.
Aire en la Línea: Se introduce una burbuja de aire en el sistema. Este es un paso crítico ya que las burbujas de aire pueden causar embolias, que son obstrucciones en los vasos sanguíneos. Estos pueden ser dañinos e incluso fatales si llegan a áreas críticas como el cerebro, el corazón o los pulmones.
Oclusión: Se pinza el tubo distal del sistema y el dispositivo inicia la infusión. Esto se hace para probar la respuesta del sistema a los bloqueos.
Infusión completa: se establece un pequeño volumen a una velocidad de infusión rápida. Esto se hace para probar la capacidad del sistema para entregar con precisión pequeños volúmenes de fluido a altas velocidades.
Puerta Abierta: La puerta se mantiene abierta y se verifica la alarma durante la autoprueba. Esto es para garantizar que el sistema de alarma funcione correctamente y alertará a los usuarios sobre cualquier problema. Llamada a enfermera: se simulan condiciones de alarma para ver qué activa la función. Esto se hace para probar la respuesta del sistema a diferentes condiciones de alarma.
Detención del suministro de fluido: La bomba está apagada, con todas las pinzas abiertas y con líquido en el recipiente. Luego se verifica que no fluya ningún líquido por el sistema. Esto se hace para garantizar que la bomba deje de suministrar fluido cuando se supone que debe hacerlo.
Programa Caudales mayores y menores de 1 ml/h: Según sea necesario se utiliza un analizador de bomba de infusión, una probeta graduada en mililitros o una balanza electrónica. Esto se hace para garantizar que la bomba pueda suministrar con precisión volúmenes de fluido grandes y pequeños. En el caso de las bombas de nutrición enteral, los errores de administración superiores a los esperados suelen ser de hasta el 15 %. Los controladores de infusión generalmente están especificados para administrar dentro del 10% del caudal programado. La mayoría de las bombas de infusión intravenosa pueden suministrar un caudal dentro del 5% del error programado, y un error del 10% es aceptable en la mayoría de las aplicaciones. Para aplicaciones críticas, el error no debe exceder el 5%.
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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.
