Una introducción a las máquinas de anestesia
Componentes, funciones y consideraciones de seguridad de los sistemas modernos de administración de anestesia
Introducción
La máquina de anestesia es un componente fundamental en los procedimientos quirúrgicos. Su objetivo principal es administrar una mezcla precisa de gases y vapores para controlar el nivel de conciencia del paciente y garantizar su seguridad y comodidad durante la operación. Este dispositivo regula con precisión las proporciones de la mezcla anestésica, y desempeña un papel vital en el mantenimiento de la estabilidad fisiológica del paciente, incluida la hemodinámica, la oxigenación, la ventilación y la temperatura. Los anestesiólogos son responsables de operar la máquina y administrar la anestesia adecuada en diversos entornos médicos.
La administración de anestesia puede hacerse a través de métodos como inyección, inhalación, aplicación tópica y más. Las máquinas de anestesia solo se usan cuando esta es inhalatoria. El método elegido afecta el inicio y la duración de la anestesia, así como el nivel de control que tiene el anestesiólogo sobre el estado de conciencia del paciente.
Hay cuatro tipos principales de anestesia: general, sedación monitorizada, regional y local. La anestesia general afecta a todo el cuerpo y deja al paciente inconsciente, mientras que la sedación monitorizada relaja el cuerpo, pero permite que el paciente permanezca consciente hasta cierto punto. La anestesia regional adormece sólo la parte específica del cuerpo que se está tratando y la anestesia local se limita a una pequeña sección.
Para cumplir con su objetivo, las máquinas de anestesia usan gases anestésicos para inducir diferentes estados, incluido el alivio del dolor, la inconsciencia, la relajación muscular, la estabilidad de las funciones corporales automáticas y la amnesia. Los agentes anestésicos son un grupo diverso de medicamentos, y su elección depende de factores como el tipo de procedimiento, el estado de salud del paciente y la preferencia del anestesiólogo. Una característica clave es la concentración alveolar mínima (MAC), que indica la potencia de un anestésico inhalado. Cuanto menor sea la MAC, más potente será el agente. Otro factor importante es el coeficiente de partición sangre/gas, que muestra cuán solubles son los gases en la sangre. Los valores más bajos significan una inducción y recuperación más rápidas, ya que los gases pueden moverse más rápidamente entre la sangre y el cerebro. La velocidad de inducción y recuperación es crucial, ya que permite un mejor control sobre la profundidad de la anestesia y reduce las complicaciones. La profundidad de la anestesia puede variar desde una sedación ligera hasta una pérdida profunda del conocimiento, controlada ajustando la dosis del agente. La analgesia, o alivio del dolor, es otra característica clave, y algunos agentes alivian mejor el dolor que otros. También se considera la producción de secreciones y el efecto sobre la ventilación, ya que pueden provocar complicaciones si no se controlan adecuadamente.
Los posibles efectos secundarios de estos agentes incluyen hipotensión, depresión miocárdica, arritmias y toxicidad. Estos riesgos deben sopesarse con los beneficios del agente anestésico.
Sistemas y componentes
Una máquina de anestesia consta de varios subsistemas interconectados, cada uno con una función específica.
Sistema de suministro de gas: proporciona los gases necesarios, como oxígeno, óxido nitroso y aire, a las presiones y flujos adecuados, provenientes de cilindros de alta presión o tuberías hospitalarias. Normalmente funciona a alrededor de 50 psi, con oxígeno y óxido nitroso almacenados en cilindros de alta presión como gas y líquido, respectivamente. Los reguladores reducen la presión de los cilindros a un nivel más seguro de uso. Las válvulas de control de flujo permiten la mezcla y el flujo adecuados de los gases. Las válvulas de retención garantizan que el flujo siempre vaya en una dirección, evitando el reflujo. Si la presión de oxígeno cae por debajo de 25 psi, el sistema de alarma corta el suministro de óxido nitroso y descarga oxígeno del cilindro de alarma, alertando al personal de atención médica de una falla en el suministro de oxígeno. La función de descarga (flush) de oxígeno proporciona un alto flujo de oxígeno para vaciar el circuito del paciente o suministrar oxígeno durante la hipoxia.
Sistema de medición y mezcla de gases: permite al anestesiólogo ajustar la mezcla de gases y la concentración de agentes anestésicos inhalados mediante el uso de caudalímetros (flujómetros) y vaporizadores. Los flujómetros permiten la medición precisa y el ajuste manual del flujo de gas para controlar la mezcla de gases administrada al paciente. El monitor de gases detecta y cuantifica los gases en la mezcla de inhalación y exhalación, proporcionando datos en tiempo real para permitir al anestesiólogo ajustar la mezcla de gases según sea necesario.
Los vaporizadores transforman un agente anestésico líquido en volúmenes precisos, controlables y predecibles de vapor anestésico. Sólo puede haber un vaporizador activo a la vez para evitar la administración accidental de múltiples agentes anestésicos. Están compuestos por varias partes: Los conectores de entrada y salida (para una conexión segura y sin fugas), el control de concentración (ajusta la cantidad de vapor anestésico administrado), el anestésico líquido (se almacena dentro del vaporizador y se convierte en vapor), la mecha (permite la evaporación), la válvula de derivación (permite que los gases portadores pasen por alto el vaporizador cuando no se requiere anestésico), el compensador de temperatura (ajusta la salida en función de la temperatura), el bloque de llenado (evita derrames y fugas durante la adición de anestésico líquido), entre otros.
Sistema ventilatorio: transporta la mezcla de gas anestésico hacia y desde el paciente y puede incluir ventilador mecánico para ayudar o reemplazar la ventilación espontánea del paciente. Una de sus partes es la válvula de ventilación, que permite seleccionar entre el modo manual, donde el anestesiólogo controla la ventilación mediante una bolsa (comúnmente llamada Ambu, debido a que es una de las marcas más reconocidas), o el modo automático, donde un ventilador suministra el volumen o presión de gas controlado. Por otro lado, las válvulas de retención evitan el reflujo de gas, asegurando un flujo unidireccional. La válvula limitadora de presión ajustable (APL) limita la presión máxima en el circuito respiratorio, sirviendo como válvula de escape unidireccional y proporcionando un mecanismo para la ventilación manual. Otra parte muy importante es el absorbedor, el cual está lleno de cal sodada, con el fin de eliminar el dióxido de carbono del gas reinhalado.
El circuito respiratorio es el conjunto de mangueras, conectores y máscara, encargado de llevar la mezcla de gases al paciente. Estos circuitos tienen varias características importantes a tener en cuenta: la resistencia es directamente proporcional a la longitud del circuito e inversamente proporcional a su radio, lo que significa que los circuitos más largos o más estrechos tienen una mayor resistencia, lo que puede aumentar el trabajo respiratorio. La capacidad es el volumen total de gas en el circuito, que influye en el cumplimiento y la capacidad de retener más gas. La absorción de gases anestésicos depende de los materiales del circuito y puede afectar la concentración administrada al paciente.
El ventilador de anestesia suministrar una amplia gama de volúmenes tidales y frecuencias respiratorias, para facilitar la administración de los gases. Este permite agregar presión positiva al final de la espiración (PEEP), con el fin de mantener las vías respiratorias abiertas y mejorar la oxigenación. El ventilador monitorea parámetros como la presión de las vías respiratorias, el volumen minuto, la frecuencia respiratoria y la concentración de oxígeno inspirado.
Sistema de eliminación de gases: este sistema desempeña un papel vital en la administración segura de la anestesia al capturar y eliminar los gases anestésicos residuales, evitando su liberación al quirófano, ya que la exposición prolongada a agentes anestésicos, como el óxido nitroso, es un riesgo laboral para el personal del quirófano. El sistema puede ser activo, donde los gases residuales se aspiran activamente mediante vacío, o pasivo, donde los gases fluyen por tubos corrugados a través del escape de ventilación de la habitación. El sistema de vacío consta de un tanque receptor con drenaje automático, bombas dobles y una línea de escape. El tanque receptor almacena temporalmente los gases aspirados y los drena automáticamente para evitar el sobrellenado. Las bombas duales trabajan juntas para generar un vacío confiable. La línea de escape elimina de forma segura los gases aspirados, evitando su liberación al quirófano. Las inspecciones periódicas son cruciales para garantizar el funcionamiento adecuado durante las cirugías. Sin embargo, un uso inadecuado, como aspirar humos de unidades electroquirúrgicas o láseres quirúrgicos, puede dañar el sistema o poner en peligro a los trabajadores sanitarios.
Monitoreo y alarmas: brinda información en tiempo real sobre el estado del paciente, incluida la concentración de gases anestésicos, oxigenación, ventilación y circulación. Incluye dispositivos como electrocardiogramas, monitores de presión arterial, oxímetros de pulso, monitor de gases, ventilador, capnógrafos, etc., para rastrear los signos vitales del paciente. Las alarmas y sensores alertan al personal sanitario sobre condiciones anormales, como niveles bajos de oxígeno o fallas en el suministro de gas. Además, la interfaz de usuario proporciona al anestesiólogo control sobre las funciones de la máquina y acceso a los datos del paciente.
Seguridad y mantenimiento
Garantizar la seguridad del paciente es un aspecto crítico de la anestesia. Para esto se utiliza una serie de medidas. El suministro insuficiente de oxígeno se puede mitigar mediante el uso de un oxímetro de pulso, un monitor de proporción de oxígeno y un suministro de oxígeno de respaldo. El etiquetado adecuado y la codificación por colores de los cilindros y mangueras de gas ayudan a evitar confusiones. La monitorización de los signos vitales ayuda a detectar cambios en el estado del paciente. La eliminación insuficiente de dióxido de carbono se puede detectar con un capnógrafo y con los cambios de color en la cal sodada del absorbedor. La administración excesiva o incorrecta del agente anestésico se previene mediante sistemas de llenado de vaporizadores bloqueables, codificados por colores y específicos del agente, así como monitores de concentración del agente. El barotrauma pulmonar se puede detectar y controlar mediante monitores de presión y la válvula limitadora de presión ajustable. La presencia de objetos extraños en las vías respiratorias se previene utilizando filtros, trampas y un absorbente de dióxido de carbono sin polvo.
Es necesario hacer un procedimiento de verificación de la máquina de anestesia regularmente. La rutina de revisión empieza por una inspección general de la máquina. Luego se revisan el balón de respiración auxiliar, los dispositivos de succión y el cilindro de O2 para garantizar que estén en buen estado de funcionamiento. Se verifica la conexión al suministro de gas del hospital y se revisan las válvulas de control de flujo para garantizar que estén funcionando correctamente. Se verifica además el nivel de llenado de los vaporizadores para confirmar un suministro adecuado de agente anestésico. Cuando se enciende la máquina, se verifican el flujo de oxígeno, el rango del medidor de flujo y la relación de la mezcla de gases. Luego se revisa el sistema de purificación, incluido el absorbedor de CO2, y se comprueba el correcto funcionamiento del monitor de oxígeno. Se revisa además el sistema de ventilación para detectar fugas o válvulas dañadas, y se verifica la cal sodada en el absorbedor para confirmar que aún sea eficaz (esta cal se tiñe, usualmente de violeta, al absorber CO2).
Dentro de los procedimientos de mantenimiento se recomienda además: realizar una inspección de seguridad eléctrica y reemplazar las baterías de los vaporizadores, asegurarse de que la conexión del sistema de eliminación sea adecuada, inspeccionar físicamente si hay tornillos sueltos, bordes afilados, y daños mecánicos o eléctricos, y probar la precisión de la entrega de concentración en varias configuraciones. La norma ISO que actualmente regula la seguridad de las máquinas de anestesia es la ISO 80601–2–13:2022.
Gases Medicinales
Una parte muy importante del funcionamiento de las máquinas de anestesia, así como de otros equipos, es el uso de gases medicinales. Estos gases, incluidos el oxígeno, el óxido nitroso, el aire medicinal, el dióxido de carbono, el helio y el argón, son parte integral de diversos procedimientos y terapias médicas. El oxígeno es el gas medicinal más utilizado y se emplea en oxigenoterapia, reanimación cardiorrespiratoria, cuidados intensivos y anestesia. Se obtiene por destilación fraccionada del aire y se suministra en cilindros de alta presión o en forma líquida. El óxido nitroso se utiliza en anestesia debido a sus características deseables, como baja solubilidad, depresión cardiorrespiratoria limitada y toxicidad mínima. Se distribuye en forma gaseosa a través de tuberías o se manipula en forma líquida en cilindros de alta presión. El aire comprimido medicinal es necesario para los procedimientos de inhalación y asistencia respiratoria. Se puede obtener filtrando y comprimiendo aire atmosférico o mezclando oxígeno y nitrógeno. Otros gases medicinales incluyen el argón, utilizado en equipos electroquirúrgicos, el dióxido de carbono, utilizado para la insuflación quirúrgica y la calibración de dispositivos de análisis de gases en sangre, y el helio, utilizado principalmente para enfriar los electroimanes de los equipos de RMN.
La red de gases medicinales en el hospital suministra de forma segura y eficiente gases médicos esenciales para diversos procedimientos clínicos y funciones de soporte vital. Estos gases incluyen oxígeno, aire medicinal, óxido nitroso, dióxido de carbono y, a veces, gases anestésicos y vacío. La infraestructura del sistema, incluidas tuberías, válvulas, sistemas de control y alarmas está altamente regulada y sujeta a inspecciones periódicas por parte de inspectores externos para garantizar el cumplimiento de los estándares de la industria.
Los cilindros de gases medicinales, o “balas”, son contenedores especializados diseñados para almacenar y transportar gases comprimidos utilizados con fines médicos en entornos sanitarios. Estos cilindros están generalmente hechos de acero o aluminio. Los cilindros de gas licuado pueden almacenar de dos a tres veces más gas que los cilindros de gas a alta presión de un volumen similar, ya que el gas se almacena en estado líquido. Además de su uso directamente en el quirófano, también se pueden utilizar “manifolds” compuestos por muchos de estos cilindros, que se conectan desde un cuarto especial a la red de gases hospitalaria.
Otro sistema de almacenamiento son los tanques criogénicos se utilizan para almacenar grandes volúmenes de gases licuados, como oxígeno y nitrógeno, a temperaturas extremadamente bajas. Estos líquidos criogénicos pueden producir un volumen de gas de 700 a 900 veces mayor cuando se evaporan, debido a una expansión significativa. La ubicación adecuada de los tanques de oxígeno lejos de materiales inflamables es esencial debido a la naturaleza combustible del oxígeno. Una ventilación adecuada evita la formación de hielo en los vaporizadores, fundamental para su funcionamiento. Los vaporizadores convierten el líquido criogénico nuevamente en gas, pero la formación de hielo puede alterar su función y presentar riesgos para la seguridad. Algunos sistemas emplean precalentadores para mitigar la formación de hielo, garantizando un suministro seguro de gas.
Finalmente, otra forma de proveer oxígeno es mediante concentradores, los cuales producen una mezcla de gases con alto contenido de oxígeno al eliminar el nitrógeno del aire ambiente mediante adsorción por cambio de presión (PSA). Este proceso implica hacer pasar aire a través de filtros para eliminar las impurezas antes de dirigirlo a cilindros llenos de zeolita. La zeolita adsorbe selectivamente nitrógeno, permitiendo el paso del oxígeno. El proceso de alternancia entre cilindros garantiza una producción continua de oxígeno.
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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.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S174318161730519X?via%3Dihub
