ES2208325T3 - Procedimiento y dispositivo para determinar la presion parcial de un componente gaseoso en la expiracion de aire de un paciente, descompuesto por la respiracion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la determinación, libre del movimiento respiratorio, del dióxido de carbono del aire respiratorio, en el cual se determina continuamente, por medio de un sensor de oxígeno, la presión parcial de oxígeno del aire de respiración y se indica el valor absoluto de la diferencia entre la presión parcial de oxígeno instantánea del aire de espiración y la presión parcial de oxígeno del aire de inspiración, caracterizado porque, en cada ciclo respiratorio, se determina el valor mínimo de la presión parcial del oxígeno del aire de espiración y se indica el valor absoluto de la diferencia del valor mínimo entre la presión parcial de oxígeno del aire de espiración y la presión parcial del oxígeno del aire de inspiración como valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración.

Description

Procedimiento y dispositivo para determinar la presión parcial de un componente gaseoso en la expiración de aire de un paciente, descompuesto por la respiración.

El invento se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la determinación diluida de movimiento respiratorio de la presión parcial de un componente de gas del aire de respiración de un paciente, más exactamente, a un procedimiento para la determinación del contenido de CO_{2} del aire de respiración así como a un dispositivo de respiración artificial, que está configurado de modo que se pueda llevar a cabo con él el procedimiento.

Se pueden obtener en medicina, a partir del contenido de dióxido carbónico del aire de respiración, importantes conclusiones sobre el estado de una paciente y las posibles perturbaciones de la salud. Junto con el contenido absoluto (o la presión parcial) del dióxido de carbono del aire de espiración es esencial, al mismo tiempo, la forma de las curvas de CO_{2} - curvas respectivas, en las que se traza el contenido de CO_{2} (o presión parcial) con respecto al tiempo, se designan como capnograma -, pero, en especial también, si el valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración a lo largo de los ciclos respiratorios asciende, desciende o permanece constante, y con qué velocidad asciende o bien desciende. Estas informaciones son especialmente importantes cuando se entuba o respira artificialmente un paciente, por ejemplo, bajo anestesia general, pero también en la medicina de urgencia y en la respiración espontánea.

En la figura 1 se representan algunos ejemplos de capnogramas típicos. La figura 1a) muestra en ella el capnograma de un paciente sano con respiración controlada. El contenido de CO_{2} máximo en el aire de espiración es de cerca del 5%. La figura 1b) muestra el capnograma de un paciente, en el que la curva de CO_{2} normal de un movimiento respiratorio a otro desciende a 0. Esto puede ser provocado, por ejemplo, por una desconexión del aparato de respiración del paciente, o porque puede haberse presentado una obstrucción completa de la vía respiratoria, que es causada, por ejemplo, por una sonda endotraqueal totalmente bloqueada. La figura 1c) muestra una caída continua y rápida del contenido de CO_{2} del aire de espiración y que puede ser una indicación de una embolia gaseosa pulmonar grave, una parada cardiaca o una hipotensión grave. En el caso de la figura 1d), desciende súbitamente el contenido de dióxido de carbono del aire respiratorio a un estado más bajo pero no a 0 y permanece constante en él. La causa de ello, por ejemplo, un desplazamiento de la sonda endotraqueal en un bronquio#, por ejemplo, durante la modificación de la posición del paciente, o una obstrucción parcial súbita de la vía respiratoria. Un capnograma da también indicaciones sobre una hiperventilación en aplicación, un volumen minuto circulatorio descendente o un retroceso de la perfusión pulmonar, un comienzo de una hipoventilación, una tasa creciente de transformación de energía a consecuencia de dolores o fiebre, una entubación por equivocación del estómago en vez de los pulmones, una hipertermia maligna, una relajación muscular insuficiente y una profundidad insuficiente de anestesia general y otras circunstancias serias o peligrosas para la vida del paciente.

También cuando no se disponga de un capnograma completo, se pueden obtener informaciones valiosas sobre circunstancias, posiblemente serias o peligrosas para la vida de un paciente, a partir del desarrollo del contenido máximo de dióxido de carbono del aire de espiración a lo largo de varios ciclos respiratorios. En la figura 2, se muestran las correspondientes curvas llamadas de tendencia. En la figura 2a), el paciente está primero estable, y el contenido máximo de dióxido de carbono en el aire de espiración es de alrededor del 5%. Sin embargo, el contenido máximo del dióxido de carbono en el aire de espiración desciende súbitamente de forma rápida. Posibles causas de ello son una anastomosis cardiopulmonar, una parada cardiaca, una embolia pulmonar, una elevada pérdida de sangre o un descenso brusco de la tensión sanguínea. La figura 2b) muestra un contenido de dióxido de carbono máximo, constante, rebajado del aire de espiración, que queda en apenas el 4%. Posibles causas de ello son una hiperventilación por un volumen minuto demasiado elevado o baja temperatura corporal tras el choque. La figura 2c) muestra la caída súbita del valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración a aproximadamente 0. Posibles causas de ello son, una desintubación accidental, un cierre completo de las vías respiratorias, una desconexión o una entubación de esófago. En una entubación de esófago, ya tiene lugar la caída a 0 tras uno a dos ciclos de respiración. La figura 2d) muestra un ascenso gradual del valor máximo de la concentración de CO_{2} en el aire de espiración, causado posiblemente por una elevación del metabolismo o de la temperatura corporal, una hipoventilación incipiente o por la disminución de la ventilación alveolar efectiva. La figura 2e) muestra la curva de tendencia en una caída súbita del valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración, por ejemplo, por una fuga en el sistema de tubos flexibles, un cierre parcial de las vías respiratorias o por una sonda en la laringofaringe. La figura 2f) muestra un valor máximo constante elevado del dióxido de carbono del aire de espiración, para ello las posibles causas son una depresión respiratoria por medicamentos, alcalosis metabólica (compensación respiratoria) o una ventilación minuto insuficiente.

Para determinar en medicina el CO_{2} del aire respiratorio, se puede remitir a "Annals of Emergency Medicine" (Anales de Medicina de Urgencia) 1989, 1287/53 a 1290/56, "Annals of Emergency Medicine" 1989, 166/1375, "Prehospital and Disaster Medicine" (Medicina de Previa al Hospital y de Desastres), volumen 4, #1, 1989, página 74 y "JAMA" 1987, volumen 257, número 4, "512 a 515".

Se conocen aparatos para la determinación del contenido de dióxido de carbono en el aire respiratorio y se aplican de diversas maneras en la medicina. Esos aparatos deben responder rápidamente a las variaciones del contenido de CO_{2} en el aire respiratorio y, normalmente, se utilizan para ello aparatos basados en la espectroscopia de absorción de infrarrojos. Dispositivos, que aplican tales sensores de dióxido de carbono, se describen, por ejemplo, en los documentos EP-A 392 503, DE-A 35 33 557 y DE-A 31 37 258.

Se conocen también aparatos, en los que el contenido de CO_{2} se visualiza como viraje en sistema indicador. Tales dispositivos se describen y se pueden adquirir comercialmente en el documento
US-A 4.728.499.

Los detectores de CO_{2} basados en la espectroscopia de absorción de infrarrojos tienen la ventaja de que poseen un tiempo de respuesta muy rápido y proporcionan el contenido de CO_{2} del aire de respiratorio con una resolución muy elevada. Tales aparatos son, sin embargo, extremadamente caros, y su empleo, en especial en la medicina de urgencias, por ejemplo en ambulancias, no es posible, generalmente, por motivos de coste. Los detectores de CO_{2} basados en una reacción de un indicador de color, si bien son más económicos, no muestran, sin embargo, información de tendencia alguna y, puesto que se necesitan comparaciones de colores, son relativamente inexactos y difíciles de leer. Con tales detectores de CO_{2}, basados en una reacción de un indicador de color, tampoco es posible realizar capnogramas.

Existe, en medicina, una elevada demanda de un dispositivo económico, con el que se pueda determinar el contenido de dióxido de carbono del aire de respiratorio. El procedimiento debe trabajar de forma libre de movimiento respiratorio, es decir, se ha de determinar en cada ciclo respiratorio el contenido de dióxido de carbono (o sea, la presión parcial de dióxido de carbono) del aire de inspiración y del aire de espiración. El procedimiento ha de estar en condiciones de indicar una curva de tendencia, pero, al menos, debe dar una información de tendencia, es decir, si disminuye, aumenta o permanece constante el contenido máximo de dióxido de carbono del aire de inspiración en ciclos respiratorios consecutivos y con qué velocidad sucede. Existe también la demanda de un dispositivo para llevar a cabo un procedimiento de ese tipo.

El documento US 3.523.529 revela un sensor de oxígeno polarográfico, que se utiliza para generar una señal eléctrica, que es proporcional a la variación del contenido porcentual de oxígeno del aire aspirado con respecto al aire espirado.

Se conoce, por el documento DE-A 40 01 803, un procedimiento para determinar la producción de dióxido de carbono del gas respiratorio. En este caso, debe renunciarse a un aparato de medida de la concentración de dióxido de carbono. En el procedimiento, se mide primero con dos sensores de oxígeno, por medio de un ciclo de mediciones conducido consecutivamente, el consumo de oxígeno y los valores de concentración de oxígeno con absorbedor de CO_{2} y sin absorbedor de CO_{2}, y, a partir de esos valores y de la concentración de oxígeno en la rama de inspiración, se calcula entonces en la unidad de control la producción de dióxido de carbono. No es posible una medición, liberada del movimiento respiratorio, del contenido de dióxido de carbono o bien de la presión parcial del dióxido de carbono del aire de espiración con el dispositivo descrito en el documento DE-A 40 01 803, y un procedimiento adecuado no es objeto de este impreso. La determinación de la producción de dióxido de carbono del gas respiratorio, descrita en el documento DE-A 40 01 803, no debe confundirse con el objeto del presente invento, en el que no se trata de la producción de dióxido de carbono, sino del contenido de dióxido de carbono en el aire de espiración, que debe determinarse liberado del movimiento respiratorio.

Es problema del invento proporcionar un procedimiento y un dispositivo para determinar el contenido de dióxido de carbono del aire respiratorio, que no presenten los problemas del estado actual de la técnica y que, en especial, sea tan económico que se pueda aplicar también, sin más, en ambulancias y vehículos de médico de urgencias y que, a pesar de ello, suministre informaciones fiables del valor absoluto y, sobre todo, de la tendencia del contenido de dióxido de carbono en el aire de respiración en varios ciclos respiratorios.

Este problema se resuelve por medio del objeto de las reivindicaciones.

El procedimiento según el invento se basa en que con un sensor de oxígeno rápido se determina la presión parcial del oxígeno al respirar. A partir de la presión parcial del oxígeno, se puede deducir entonces el contenido de dióxido de carbono del aire respiratorio. Si, por ejemplo, la presión parcial de oxígeno en el aire de inspiración es de 21 kPa y la presión parcial de oxígeno cae en el aire de espiración hasta 16 kPa, la diferencia de la presión parcial del oxígeno corresponde, en primera aproximación, a 5 kPa al valor máximo de la presión parcial del oxígeno del aire de espiración. En el procedimiento según el invento, se indica el valor absoluto de la diferencia entre la presión parcial de oxígeno instantánea del aire de espiración y la presión parcial del oxígeno del aire el aire de inspiración, determinándose, en cada ciclo respiratorio, el valor mínimo de la presión parcial del oxígeno del aire de espiración y de la presión parcial de oxígeno e indicándose el valor absoluto de la diferencia del valor mínimo de la presión parcial de oxígeno del aire de espiración y de la presión parcial del oxígeno del aire de inspiración como valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración. Por medición continua de la presión parcial del oxígeno del aire respiratorio, se pueden obtener curvas, que son inversas a las que, por ejemplo, se muestran en la figura 1, y, tras sencilla conversión, se pueden obtener e mostrar capnogramas.

En una forma de realización preferida más sencilla y más económica, que está pensada especialmente para el uso en ambulancias y coches de médicos de urgencias, no tiene lugar ningún registro ni representación alguna del capnograma conjunto, sino que solamente se determina y se indica el valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración liberado del movimiento respiratorio. Además, se compara el valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración en cada ciclo respiratorio con los ciclos respiratorios precedentes, y se indica una información de tendencia, o sea, si el valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración asciende, desciende o permanece constante de ciclo respiratorio a ciclo respiratorio. En función de esta información, puede entonces el personal de servicio, dado el caso, adoptar medidas apropiadas o dar motivos a reconocimientos minuciosos.

En principio, se puede adaptar todo dispositivo de respiración conocido de modo que se pueda realizar con él el procedimiento del invento. Para ello, se aplica un adaptador a un dispositivo de respiración conocido, por medio de cuyo adaptador se conecta un sensor de oxígeno. Puesto que según el invento se determina exclusivamente el contenido de oxígeno (presión parcial de oxígeno) o bien el contenido de dióxido de carbono (presión parcial de dióxido de carbono) del aire respiratorio y no la producción de dióxido de carbono o el consumo de oxígeno, sólo es necesario exclusivamente un sensor de oxígeno para la realización del procedimiento según el invento, sensor que está conectado al dispositivo de respiración. No se necesita una estructura complicada de medición ni dispositivos de compensación así como tampoco la utilización de varios censores de oxígeno, cámaras de mezcla o absorbentes de CO_{2}, tal como es necesario para la determinación de la producción de dióxido de carbono y no se ha previsto en los dispositivos según el invento.

Para el procedimiento según el invento o bien para el dispositivo según el invento, debería utilizarse un sensor de oxígeno lo más rápido posible. Se prefieren sensores de oxígeno con un tiempo de respuesta de menos de 500 milisegundos, más preferidos, los que tienen un tiempo de repuesta de alrededor de 100 milisegundos o menos. Cuanto más rápido sea el tiempo de respuesta del sensor de oxígeno, más exactamente se puede determinar también el valor mínimo de la presión parcial del dióxido de carbono del aire de espiración.

Sensores de oxígeno rápidos, que son apropiados para el procedimiento según el invento, son conocidos y se pueden adquirir comercialmente. Tales sensores de oxígeno ya se aplican también en la medicina, pero hasta ahora no para la determinación libre de movimiento respiratorio del contenido de dióxido de carbono del aire respiratorio. Se pueden mencionar, en este caso, por ejemplo, sensores de oxígeno galvánicos, paramagnéticos u ópticos. También se conocen sensores de oxígeno, que trabajan con diodos de láser. Por motivos de costes, se prefiere, sin duda, según el invento un sensor de oxígeno electroquímico rápido, como el que se comercializa, por ejemplo, por la firma Teledyne Analytical Instruments y por la solicitante.

Según el invento, el sensor de oxígeno, si bien se puede instalar, en principio, en un lugar discrecional del dispositivo de respiración, la medición debería realizarse, sin embargo, preferiblemente tan cercana al cuerpo cono sea posible. En el dispositivo de respiración, ya ha previsto además bien sea una pieza adaptadora, a la cual se pueda conectar el sensor de oxígeno, o bien se instala en una conexión existente primero aún una pieza adaptadora más para el sensor de oxígeno. Un dispositivo de respiración puede contener tanto una sonda de paciente, como también frecuentemente una mascarilla de respiración instalada en coches de médicos de urgencias o ambulancias.

El procedimiento según el invento o bien el dispositivo según el invento se pueden aplicar tanto en el caso de una respiración artificial del paciente como en el de una respiración espontánea.

El sensor de oxígeno puede estar conectado a un dispositivo de evaluación y de visualización, que calcula e indica el capnograma completo. Alternativa y preferiblemente según el invento, el dispositivo de evaluación y visualización puede determinar también sólo el valor mínimo de la presión parcial del oxígeno o bien el contenido de oxígeno y, por consiguiente, el valor máximo del contenido de CO_{2} o bien la presión parcial del CO_{2} del aire de espiración del aire de espiración, calcular una información de la tendencia e indicar ambas. La información de la tendencia se puede proporcionar como diagrama, por ejemplo, como se representa en la figura 2, o también mediante otro medio apropiado óptico y/o acústico, como, por ejemplo, una flecha, cuya pendiente indique a partir de la horizontal un ascenso o un descenso del valor máximo del contenido de dióxido de carbono, dado el caso, acoplado a un aviso acústico, en el caso de que un ascenso o descenso de los valores máximos del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración sobrepase un determinado valor límite.

Para mejorar el ruido de fondo, obviamente también es posible que el dispositivo de evaluación promedie durante varias aspiraciones e indique el valor promediado y/o lo utilice para el cálculo de la información de la tendencia.

Los dispositivos de evaluación y visualización, que pueden tratar y representar adecuadamente las señales eléctricas suministradas por los sensores de oxígeno, son conocidas en principio y pueden ser adaptados por un especialista de la forma habitual y ser integrados en el dispositivo de respiración según el invento.

Obviamente, se puede normalizar a presión la señal de medición midiendo la presión absoluta y, por consiguiente, prever el aparato para su uso en aviones o helicópteros de urgencias.

En el marco de esta solicitud, se parte de que el aire espirado presenta una temperatura de 37ºC y una humedad relativa del 100%. Para aumentar la exactitud de la medición, el dispositivo según el invento puede estar equipado con sensores de temperatura y/o de humedad, que determinan la temperatura y/o la humedad del aire de inspiración y del aire de espiración. La presión parcial del oxígeno medida según el invento o bien de la presión parcial del dióxido de carbono, calculada a partir de ella, se puede corregir entonces de forma conocida por sí misma para disminuir el error de medida de acuerdo con los valores de temperatura y humedad realmente medidos.

En las configuraciones presentes se parte de que la mezcla de aire suministrada al paciente se compone básicamente de oxígeno y, por lo demás, de gases inertes como nitrógeno.

Si el paciente hubiese de respirar con una mezcla de gases, que no contuviese componentes inertes, deberían corregirse los valores de la presión parcial de dióxido de carbono, calculados con el procedimiento según el invento, en lo que se refiere a los componentes de los gases no inertes. En la práctica, ocurre esto especialmente cuando un paciente ha de respirar una mezcla de gases, que contenga un gas de anestesia. En este caso, debe determinarse la presión parcial del gas de anestesia del aire de inspiración y del aire de espiración y ser tenidas en cuenta en la determinación de la presión parcial del dióxido de carbono a partir de la presión parcial de oxígeno medida. En la forma de realización preferida del procedimiento según el invento, en medicina de casos de urgencia, no se presenta esta dificultad.

El invento se describe, a continuación, más detalladamente en relación con la figura 3.

La figura 3 muestra esquemáticamente una forma de realización preferida de una dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según el invento. En la figura 3, la referencia 1 indica una mascarilla de respiración, que se aplica a la nariz y a la boca del paciente. La referencia 2 representa una pieza adaptadora, cercana al paciente en la mascarilla de respiración, para la instalación de un sensor de oxígeno para llevar a cabo el procedimiento según el invento. La referencia 3 representa otros componentes conocidos de un dispositivo de respiración, que no son de importancia para el presente invento y cuya configuración especial depende del dispositivo de respiración especial. La referencia 4 muestra el sensor de oxígeno, la referencia 5, los dispositivos de evaluación y visualización unidos al sensor de oxígeno. En una forma de realización alternativa, la referencia 1 no muestra una mascarilla de respiración, sino una sonda de paciente para la respiración de un paciente. Asimismo, la pieza 2 adaptadora y la mascarilla 1 de respiración o bien la sonda de respiración pueden hacerse de una pieza.

En la realización del procedimiento según el invento, se aplica la mascarilla 1 de respiración sobre la boca y la nariz del paciente. Al respirar el paciente, se mide por el sensor 4 de oxígeno rápido, primero en un ciclo respiratorio, la presión parcial de oxígeno (o contenido de oxígeno) de la mezcla de gases que se suministra a los pulmones del paciente, seguidamente se mide el contenido de oxígeno (o bien la presión parcial de oxígeno) del aire de espiración. La diferencia de los dos valores de oxígeno corresponde básicamente al dióxido de carbono existente en el aire de espiración, si se realiza una sencilla conversión en los registros precedentes. Los correspondientes cálculos se realizan en el dispositivo 5 de evaluación y visualización y el valor del dióxido de carbono se representa directamente en el dispositivo 5 de evaluación y visualización. El procedimiento se realiza continuamente, de modo que en el ciclo respiratorio siguiente se determine nuevamente el contenido de oxígeno de la mezcla de gases, que contiene oxígeno y que penetra en los pulmones del paciente y, en consecuencia, se determine nuevamente el contenido de oxígeno del aire de espiración. El dispositivo de evaluación y visualización determina el máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración y muestra dicho valor. Es posible dar un valor del máximo contenido de dióxido de carbono promediado a lo largo de varios ciclos respiratorios. Por medio de una indicación de la tendencia en el dispositivo de evaluación, se muestra si el contenido de dióxido de carbono aumenta, disminuye o permanece constante a lo largo del tiempo.

En el caso de una buena definición del sensor de oxígeno, las señales eléctricas suministradas a la unidad de evaluación del sensor de oxígeno son inversas a las curvas de la figura 1. La unidad de evaluación invierte los datos y emite entonces ya sea el capnograma completo o el valor máximo del contenido de dióxido de carbono y la información de la tendencia.

Claims (7)

1. Procedimiento para la determinación, libre del movimiento respiratorio, del dióxido de carbono del aire respiratorio, en el cual se determina continuamente, por medio de un sensor de oxígeno, la presión parcial de oxígeno del aire de respiración y se indica el valor absoluto de la diferencia entre la presión parcial de oxígeno instantánea del aire de espiración y la presión parcial de oxígeno del aire de inspiración, caracterizado porque, en cada ciclo respiratorio, se determina el valor mínimo de la presión parcial del oxígeno del aire de espiración y se indica el valor absoluto de la diferencia del valor mínimo entre la presión parcial de oxígeno del aire de espiración y la presión parcial del oxígeno del aire de inspiración como valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se compara el valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración, a lo largo de varios ciclos respiratorios, y se indica la variación del valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración a lo largo de varios ciclos de respiración como información de la tendencia.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el sensor de oxígeno presenta un tiempo de respuesta de no más de 500 milisegundos.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el sensor de oxígeno es un sensor de oxígeno electroquímico.

5. Dispositivo de respiración con un adaptador (2) una mascarilla de respiración o una sonda (1) de paciente, un sensor (4) de oxígeno y un dispositivo (5) de evaluación y visualización, caracterizado porque el dispositivo de evaluación y visualización está configurado de modo que, en cada ciclo respiratorio, se determina el valor mínimo de la presión parcial del oxígeno del aire de la espiración y se indica el valor absoluto de la diferencia entre el valor mínimo de la presión parcial de oxígeno en el aire de la espiración y de la presión racial del oxígeno en el aire de la inspiración como valor máximo del contenido de dióxido de carbono del aire de espiración.

6. Dispositivo de respiración según la reivindicación 5, caracterizado porque presenta una mascarilla (1) de respiración.

7. Dispositivo de respiración según la reivindicación 5, caracterizado porque presenta una sonda (1) de paciente.