CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
12 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En este capitulo se describen los antecedentes documentales que se realizaron previa a esta investigación, las bases teóricas iniciales referente a los temas involucrados en el desarrollo del alcance del trabajo , la teorización con la definición nominal, conceptual y operacional del sistema de variables, y seguidamente se muestra la definición de términos básicos.
1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Durante el proceso de indagación, se consultaron diversos trabajos que estuviesen relacionados con el presente estudio, con el fin de reforzar y recolectar toda información de interés que pudiese servir para el buen desenvolvimiento de esta investigación. A continuación, se describirán de forma breve los trabajos anteriormente mencionados:
López, Millán y Villanueva (2010). Universidad Rafael Belloso Chacín.
Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Maracaibo, Venezuela.
“Sistema de control automatizado para las calderas de vapor 90-FB-204 y 90- FB-205 del área de servicios en el negocio de fertilizantes del Complejo Ana María Campos”.
El propósito de este trabajo fue el desarrollar un sistema de control
automatizado para las calderas 90-FB-204 y 90-FB-205, donde el proceso de generación de vapor se vea incrementado, afectando de manera positiva a la empresa y mejorando así los procesos de producción. Apoyándose en los autores Ogata (1990), Arbones (1992) y Creus (2006), la investigación se considera del tipo aplicada y factible; ya que proponen y concretan un diseño del control automático para automatizar las calderas. También se considera de tipo descriptible y de campo, debido a que detallan paso a paso desde el diseño hasta la implementación del sistema basándose en datos recolectados directamente desde las instalaciones del Complejo Ana María Campos.
La metodología empleada para el desarrollo y alcance de objetivos fue la de “Robótica Aplicada” del autor José Angulo (1986) la cual constaba de nueve fases: Definición de las Especificaciones, Esquema General del Hardware, Organigrama General, Adaptación entre el Hardware y el Software, Organigramas Modulares y Codificación de Programas, Implementación del Hardware, Depuración del Software, Integración del Hardware con el Software, Construcción del Prototipo Definitivo y Pruebas Finales.
La investigación tuvo como resultado una mejora desde el punto de vista del sistema de control, ya que se reemplazaron los sistemas de control que se encontraban en el complejo y que se realizaba mediante arreglos de relés y temporizadores mecánicos, por un sistema automatizado ejecutado por medio de un Controlador Lógico Programable (PLC) modelo MODICON
(COMPACT). Todo esto se resume a que este trabajo brinda una alternativa para mejorar los sistemas de control industriales; de esta manera se puede incrementar el desempeño de las plantas, optimiza el monitoreo y mejora el control.
Desde el punto de vista de los sistemas de control, esta investigación ofrecerá información útil acerca del control automatizado, las cuales se relacionan al momento de controlar de forma automática el prototipo del oxímetro de pulso; además, ambas investigaciones se sustentan en las teorías de sistemas de control de K. Ogata (1998). López, Millán y Villanueva se basaron en un PLC para el control del proceso, esto hace un contraste ya que el oxímetro de pulso, las válvulas y el servoventilador se controlaran mediante un microcontrolador PIC.
También, Daza, Molina, Nava y Serrudo (2010), Universidad Rafael Belloso Chacín, Facultad de Ingeniería, Escuela de Electrónica, Maracaibo, Venezuela, desarrollaron un “Sistema automatizado para el monitoreo y control de Motores Diesel”. Este trabajo tuvo el objetivo de realizar un sistema automatizado utilizando un microcontrolador Charon II con el fin de supervisar parámetros importantes sobre los motores diesel por medio de un panel local o a distancia a través de redes locales. Este trabajo posee un tipo de investigación del tipo aplicada, descriptiva y proyectiva.
Partiendo de la metodología de Angulo (1986), esta investigación posee seis fases y se basa en la observación y el cuestionario no estructurado como técnica e instrumento de recolección de información.
Mediante pruebas realizadas al prototipo, se observa el funcionamiento y comportamiento del sistema de control en todos los ambientes posibles, confirmando que se pudo alcanzar de forma satisfactoria la automatización del sistema, obteniendo como resultado un funcionamiento eficiente, buena operatividad, bajos costos y que el desarrollo del hardware y el software cumplieron con todas las necesidades que este sistema requería.
En cuanto al control automático manejado, esta investigación brindará información sobre sistemas de control desde el diseño hasta su previa implantación; además, este sistema de control se puedo realizar mediante la utilización de microprocesadores lo que ayudará a complementar la documentación para el control automático del servoventilador, válvula de mezcla aire-oxigeno y el oxímetro de pulso.
Así mismo Hernández (2007), Universidad Rafael Belloso Chacín, Decanato de Investigación y Postgrado, Maestría en Ingeniería de Control y Automatización de Procesos, Maracaibo, Venezuela, llevó a cabo un estudio titulado “Sistema para el control y monitoreo de incubadoras infantiles utilizando un controlador PID” donde se pretendía modificar el sistema de control manual por el automatizado de una incubadora del reten de niños sanos del Centro Médico Juan Pablo II.
Utilizando la metodología de Savant (1994), este estudio se destacó por presentarse como un tipo de investigación aplicada y de campo. En el transcurso de este trabajo se implantaron diferentes instrumentos, sistemas de monitoreo y control PID que permitían observar, medir y controlar un
parámetro de forma constante y segura; todo esto con el fin de brindar una mejor calidad de vida en los neonatos. Entre los parámetros monitoreados se encontraban la temperatura, la humedad relativa, el nivel de agua y la administración de oxígeno.
En cuanto a la temperatura, el controlador PID permitió mantenerla entre unos rangos deseados ya que el controlador brindaba una buena estabilidad.
Es en este punto donde la investigación toma su propósito principal, en el control automático mediante un controlador PID. Todos estos logros demostraron que es posible sustituir el control manual por el control automático, obteniendo un sistema confiable y sensible que la regulación manual, debida a que carece de exactitud, solo puede hacerse de forma aproximada. También, se pudo reducir los costos operativos de mantenimiento logrando reducir el personal que manipulaba dichos instrumentos, disminuyendo el riesgo de contaminación que pueda generar un elevado número de personas en dicha área.
Es por esta razón, que este trabajo facilitara información sobre el control y monitoreo de parámetros indispensables para el ser humano, pudiendo de esta manera integrarse al oxímetro de pulso ya que ambas tienen como objetivo medir la concentración de oxigeno.
Por otra parte, Dos Santos y Dos Santos (2009), Universidade Positivo, Núcleo de Ciencias Exactas y Tecnología, Curso de Ingeniería en Computación, Curitiba, Brasil, desarrollaron un “Oxímetro de Pulso”. Esta investigación tuvo como propósito el diseño y construcción de un oxímetro de
pulso reduciendo sus costos, pero sin dejar de perder la eficiencia de los oxímetros convencionales.
Es una investigación de tipo aplicada, debido a que se construye un prototipo de un oxímetro de pulso, para luego ser utilizado y validar su funcionamiento. Así mismo, se destaca por ser una investigación proyectiva ya que se propone la construcción del oxímetro de pulso con componentes de bajo costo para ser implantado en áreas vitales de la salud.
Dentro de los resultados se pudo satisfacer los objetivos de la investigación, ya que después de realizar dos pruebas a dos pacientes, donde se medió la concentración de oxígeno antes y después de actividad física, se llego a la conclusión de que en el paciente con menor masa corporal, la concentración de oxígeno oscilaba entre 98% y 95%, y que en el de mayor masa corporal oscilaba entre el 94% y el 92%; estos resultados, a pesar de tener un pequeño margen de error, se acercaban lo suficiente a las medidas reales.
Este estudio es de gran aporte ya que se relacionan al tener una variable en común (SpO2); uno de los objetivos es medir dicha variable para luego tomar una acción. A diferencia de Dos Santos y Dos Santos, esta acción será una acción de control, la cual tendrá como finalidad el controlar el servoventilador y la válvula encargada de suministrar la mezcla aire-oxígeno.
También, Ventosinos (2010), Universitat Politécnica de Catalunya, Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones, Especialidad en Sistemas de Telecomunicación, Barcelona, España, propuso un “Sistema óptico
autónomo para la medida de parámetros biomédicos” en donde el propósito fue reducir el tamaño y el coste de estos aparatos médicos, haciendo uso de las técnicas digitales basadas en la medida de tiempos y la supresión de ruido e interferencias causadas por los componentes analógicos.
Para ello, Ventosinos se basa en autores como Díaz Soto (2003), Webster (1997) y Stojanovic R. y Karadaglic D. (2007) de quienes recolecta información sobre los oxímetros de pulso, desde los principios de funcionamiento hasta la construcción y diseño.
En cuanto a la metodología, la investigación es del tipo aplicada ya que el principal objetivo de Ventosinos fue la construcción de un prototipo; además es del tipo descriptiva al momento de desarrollar paso a paso los principios de funcionamientos, el diseño del prototipo, la posterior construcción del mismo y las ventajas y desventajas que este ofrece.
En el desarrollo del proyecto, Ventosinos diseña un oxímetro de pulso digital basado en interfaz directa utilizando las herramientas que los microprocesadores PIC brindan; también, propuso mejorar la exactitud con el que este dispositivo mide el ritmo cardíaco y la saturación de oxígeno en la sangre de un paciente, comparándolo con los sistemas comerciales que se encuentran hoy en día.
La validación de este prototipo se hizo mediante pruebas del mismo, en donde se puso a prueba a grupo de personas tomando en cuenta edad, sexo, si es fumador o no y de que tan frecuente realizaba deportes; de esta manera obtuvo que en aquellas personas que llevaban una mejor calidad de
vida, definiendo esta como una vida sana y saludable, la saturación de oxigeno era un promedio de 99% y los latidos por minutos eran un promedio de 55 HR. Ventosinos llego a la conclusión de que el ritmo cardiaco se ve muy influenciado por diversos factores como el estado físico de la persona o la cantidad y calidad del deporte que este practica; también concluyo que en aquellos individuos que gozaban de buena salud, la saturación de oxigeno se mantenía constante y se encontraban entre en rango normal que es de 95%
a 100% de SaO2.
Esta investigación propuesta podrá ayudar al momento de trabajar con la variable SaO2, ya que recolecta información clave con respecto a la medición de la misma, a demás, brindara información acerca de las pruebas que se pueden aplicar para la validación del prototipo. Ventosinos también implanto un modulo de visualización de los parámetros biomédicos que midió lo cual servirá de ayuda para la visualización de los valores que se puedan medir con el oxímetro de pulso.
Por último, Martinazzo (2007), Pontificia Universidade Católica do Paraná.
Centro de Ciencias Exatas y de Tecnología, Curitiba, Brasil, diseñó y construyó un “Oxímetro Wireless”, en donde su objetivo fue el de integrar una tecnología de transmisión inalámbrica de datos a dispositivos de monitoreo de los pacientes, en su caso los oxímetros; Así, todo el proceso de transmisión de datos, desde los sensores hasta la terminal de la adquisición de datos se hará de una manera diferente, para que no sea necesario disponer de cables en el espacio de trabajo.
Los principales autores de donde Martinazzo recolecta información son Ward (2007) y Webster (1997), también este trabajo se clasifica en el tipo de investigación aplicada y proyectiva. Mp.
Para el desarrollo de la investigación, Martinazzo estudio el efecto de la pletismografía y las leyes de Beer-Lambert para comprender el funcionamiento básico del oxímetro de pulso como dispositivo para medir la saturación de oxígeno en la sangre. Con respecto a la tecnología inalámbrica, se basó en un módulo de transmisión XBee el cual provee dos formas de transmisión de datos y posee un gran rango de alcance; también, utilizó la tecnología de los microprocesadores PIC para el manejo de las señales que se medían del paciente y el manejo de las señales que se enviaban hasta las terminales de adquisición de datos.
Con el fin de validar este proyecto, primero se realizaron varias pruebas a los módulos inalámbricos de forma individual y conjunta probando la comunicación entre el microprocesador y las terminales de adquisición de datos. Luego se probaron los sensores del oxímetro de pulso de acuerdo a los principios básicos de la oximetría, las cuales fueron la de adquisición de la señal por transmisión y reflexión. Esta consiste en posicionar un fotoreceptor y dos leds en un clip con forma de gancho, de forma que cuando se atraviese el dedo entre ellos, se pueda recibir una señal con la cual se podrá calcular las saturación de oxigeno en la sangre. Estos valores que se calculaban se acercaban lo suficiente a los valores reales haciendo que el proyecto fuese valido.
Dicha investigación ofrece valiosos aportes ya que también se plantea el diseño y construcción de un oxímetro de pulso; además, contiene información sobre los principios y leyes que rigen a este dispositivo y posteriores pruebas para la validación del prototipo.
2. BASES TEÓRICAS
Con el fin de poder entender con mayor detalle la finalidad de este proyecto, en este apartado se ofrece información sobre todos los conceptos que se han creído releva ntes para el buen entendimiento de éste.
2.1. ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DEL SISTEMA RESPIRATORIO
De acuerdo a Bermejo y otros (2006), la respiración es un proceso fisiológico que se realiza mediante procesos vinculados con el intercambio de gases entre el individuo y el medio ambiente. Se efectúa a dos niveles: a nivel celular y a nivel del sistema respiratorio.
En los seres humanos y en otros vertebrados la respiración externa se realiza a través de los pulmones, que se localizan en el interior del tórax. Las costillas forman la caja torácica, que está delimitada en su base por el diafragma. Los pulmones de los humanos son rojizos y de forma piramidal, en consonancia con la forma de la cavidad del tórax. No son simétricos por completo, en el pulmón derecho se distinguen tres lóbulos y en el izquierdo dos, el cual presenta una cavidad donde se alberga el corazón. En el medio de cada uno de ellos está la raíz del pulmón, que une el mismo al mediastino
o porción central del pecho. La raíz está constituida por las dos membranas de la pleura, los bronquios, las venas y las arterias pulmonares.
Las dos ramificaciones de la tráquea, los bronquios, se subdividen dentro de los lóbulos en ramificaciones más pequeñas, y éstas a su vez en conductos aéreos aún más pequeños, hasta terminar en los lobulillos, que son las unidades anatómicas y funcionales de los pulmones, tal como a continuación se observa en la figura 1.
Figura 1. Fisiología del sistema respiratorio Fuente: Bermejo y otros (2006)
Las arterias y las venas pulmonares acompaña n a los bronquios en su ramificación progresiva hasta convertirse en finas arteriolas y vénulas de los lobulillos, y éstas a su vez en una red de capilares que forman las paredes de los alvéolos pulmonares. Los nervios del plexo pulmonar y los vasos linfáticos se distribuyen también de la misma manera. En el lobulillo, los bronquiolos se dividen hasta formar los bronquiolos terminales, que se abren al atrio o conducto alveolar. Cada atrio se divide a su vez en sacos alveolares, y éstos en alvéolos. Cuando los alvéolos se llenan con el aire
inhalado, el oxígeno se difunde hacia la sangre de los capilares, que es bombeada por el corazón hasta los tejidos del cuerpo. El Dióxido de Carbono se difunde desde la sangre a los pulmones, desde donde es exhalado.
2.2. LA HEMOGLOBINA
De acuerdo a Ventosinos (2010); El cuerpo humano está compuesto de diferentes sistemas que se encargan de regular el correcto funcionamiento del organismo. Uno de ellos es el sistema circulatorio el cual se encarga de hacer llegar, a través de las venas y las arterias, la sangre a todas las partes del cuerpo.
La sangre saturada se encarga de llevar el oxígeno (O2), a través de las arterias, hasta los tejidos y células del organismo donde lo descarga y recoge productos de desecho, como el dióxido de carbono (CO2), generados por el metabolismo, regresando a los pulmones a través de las venas y los capilares donde cede el CO2 para su eliminación y se satura nuevamente de oxígeno (O2).
Cuando la hemoglobina está saturada de O2 se denomina oxihemoglobina o hemoglobina oxigenada (HbO2) dando el color rojo vivo a la sangre arterial. Cuando la hemoglobina ha perdido el O2 se la conoce como hemoglobina reducida (Hb) lo que ocasiona el color rojo azulado oscuro típico de la sangre que circula a través de las venas. Esta diferencia de color entre la HbO2 y la Hb es la que nos permitirá más adelante calcular la SaO2.
2.3. FRECUENCIA CARDIACA
De acuerdo a Ventosinos (2010); La frecuencia cardiaca (FC), o pulso, es el número de latidos cardíacos por minuto. Estos latidos son generados por el corazón y se deben a que es una bomba de tejido muscular y como cualquier bomba, el corazón, necesita una fuente de energía para poder funcionar.
La acción de bombeo del corazón proviene de un sistema integrado de conducción eléctrica como el que se muestra en la figura 2. En condiciones normales, genera un impulso eléctrico cada vez que el corazón late: entre 60 y 190 veces por minuto; en función de la edad del individuo y de su grado de actividad, ver Tabla 1.
Debido a este estímulo la sangre se comporta como un fluido pulsátil, lo que permite que se realice la medición usando el pulsioxímetro. La Frecuencia Cardiaca Máxima (FCME) se observa en la tabla 1 .
Figura 2. Sistema eléctrico del corazón Fuente: Ventosinos (2010)
Tabla 1
Latidos del corazón, en reposo, en mujeres y hombres
Edad FCME Pulsación Habitual
(50%-75% de la FCME) 60 años
50 años 40 años 30 años 20 años 10 años
160 latidos por minuto 170 latidos por minuto 180 latidos por minuto 190 latidos por minuto 200 latidos por minuto 210 latidos por minuto
80 – 120 lpm 85 – 127 lpm 90 – 135 lpm 95 – 142 lpm 100 – 150 lpm 110 – 155 lpm Fuente: Ventosinos (2010)
2.4. PULSO ARTERIAL
De acuerdo a Luyo y otros (2009); El pulso arterial, es uno de los signos vitales más examinados en la practica médica, pero hay una deficiencia pues la mayoría de los examinadores lo toman a nivel de la arteria radial, sólo para informarse de su frecuencia y ritmo, pasando por alto la forma de onda del pulso y de su amplitud, siendo ellos los datos más importantes y específicos de este examen, pues con ellos nos puede ilustrar mejor sobre el vaciamiento del ventrículo izquierdo.
El cuerpo genera señales las cuales por medio de equipos pueden ser adquiridos y de allí enterarse del estado de las personas. Los cuatro signos vitales principales son los siguientes:
(a) La temperatura del cuerpo.
(b) El pulso.
(c) Las respiraciones (la frecuencia respiratoria).
(d) La presión de la sangre (La presión de la sangre no se considera un
signo vital, pero se suele medir junto a los mencionados).
El estudio del pulso arterial comienza con los albores de la medicina clínica, y se basaba como hasta ahora no solo en la determinación de la frecuencia cardiaca, entre 60 y 90 pulsaciones por minuto (ppm) para un adulto.
La onda arterial del pulso tiene una amplitud muy baja y se superpone en los cambios de volumen de la sangre venosa, esta medida de la onda del pulso es medible en muchas localizaciones incluyendo la cabeza y extremidades como los dedos. Ver Figura. 3.
El análisis de la onda del pulso se puede utilizar para:
(a) Diagnosis y reconocimiento temprano de arteriosclerosis, de enfermedades vasculares arteriales crónicas y/o agudas, y de disturbios circulatorios funcionales.
(b) Supervisando a pacientes de alto riesgo tales como diabéticos, fumadores, y pacientes con edad superior a 50 años.
(c) Chequeos postoperatorios después de operaciones quirúrgicas vasculares.
(d) Determinación del impacto de productos farmacéuticos en el sistema vascular.
Figura 3. Algunas alteraciones del aparato cardiovascular y sus formas de onda de pulso arterial
Fuente: Luyo y otros (2009)
Entre las técnicas que nos ayudan a monitorizar los órganos y tejidos se encuentran la Fotopletismografía.
2.5. ESPECTROFOTOMETRÍA
De acuerdo a Ventosinos (2010); La espectrofotometría es el método de análisis cuantitativo, más usado en las investigaciones químicas y biológicas, que utiliza los efectos de la interacción de las radiaciones electromagnéticas con la materia para medir la absorción o la transmisión de luz por las sustancias y de esta forma medir la concentración de estas.
2.6. PLETISMOGRAFÍA
Según Ventosinos (2010); La pletismografía es una técnica de diagnóstico consistente en determinar las variaciones del flujo sanguíneo (volumen o presión) en una arteria o vena mediante el uso de un pletismógrafo. Hay diversos métodos pletismográficos que valoran los cambios de volumen de
forma indirecta mediante la utilización de diversos principios físicos:
(a) Pletismografía de agua.
(b) Pletismografía de aire.
(c) Pletismografía de impedancia.
(d) Pletismografía de anillos de mercurio.
2.7. FOTOPLETISMOGRAFÍA
De acuerdo a Gaspar y Pérez (2009); La Fotopletismografía es una técnica utilizada en diversas aplicaciones de uso medico para la detección de la variación del volumen de la sangre en una arteria, en forma indirecta, mediante la medición de la absorción de luz, tal como se observa en la Figura 4.
Figura 4. Esquema de absorción de luz Fuente: Gaspar y Pérez (2009)
Al tratar un área seleccionada de la piel; con este método, se puede determinar las características ópticas de esa región, mediante la emisión de luz infrarroja a la misma; la cual será absorbida una cantidad de ésta dependiendo del volumen de la sangre en la piel; obteniendo que el retorno de la cantidad restante corresponderá con la variación del volumen de la
sangre De allí, que los cambios de volumen de la sangre pueden ser determinados midiendo la luz reflejada. Ver Figura 5.
Figura 5. Característica de Absorción Fuente: Luyo y otros (2009)
La señal fotopletismográfica se puede obtener mediante diversas configuraciones:
(a) Por transmisión: se coloca el tejido a ser evaluado entre el emisor y el receptor.
(b) Por reflexión: se coloca el emisor y el receptor en el mismo plano paralelo al tejido a evaluar.
(c) Por reflexión a 90°: el emisor y receptor se colocan en planos a 90 grados.
La fuente de luz empleada es cercana al infrarrojo (entre 800 y 940 nm aproximadamente), para minimizar la interferencia producida por otras fuentes de luz.
La fotopletismografía ha sido aplicada por la práctica médica y quirúrgica desde 1937, para contar la frecuencia cardiaca, evaluar la presión arterial periférica, la saturación de oxigeno y la micro circulación periférica después
de un injerto de piel, ingestión de fármacos, quemaduras, o revascularización.
2.8. CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS DE LA PIEL Y EL TEJIDO
Según Gaspar y Pérez (2009); La piel esta compuesta por el estrato corneo, epidermis (células con melanina), dermis (vasos capilares), tejidos, músculos y huesos. La figura 6 muestra la absorción de cada componente.
Figura 6. Absorción de la luz en el dedo Fuente: Gaspar y Pérez (2009)
Los cromóforos (la melanina es el principal cromóforo) presentes en la piel y la dispersión de la radiación que ocurre en cada una de sus capas determina la profundidad hasta la cual podrá penetrar la radiación óptica, observar Figura 6. Una ventana óptica existente entre 600 y 1300 nm, ofrece la posibilidad de llegar hasta tejidos y órganos situados a profundidades
mayores esto permite percibir la atenuación debido a la sangre.
2.9. LEY DE BEER-LAMBERT
Ventosinos (2010); El principio en el que se basa la determinación de la saturación de O2, con el oxímetro de pulso, es la ley de Beer-Lambert. La ley de Beer declara que la cantidad de luz absorbida por un cuerpo, depende de la concentración, de éste, en la solución y la ley de Lambert declara que la cantidad de luz absorbida por un objeto, depende de la distancia recorrida por la luz.
La ley de Beer-Lambert, ver tabla 2, es la combinación de las dos leyes y declara que la absorbancia de una radiación monocromática a través de una sustancia en solución, depende de la concentración del compuesto absorbente, de la distancia recorrida por la radiación y del tipo de radiación monocromática; y su ecuación matemática es:
A = -log10 T = -log10 (I / I0) = -log10 10-abc = a.b.c
Gracias a esta ley (Beer-Lamber), se puede relacionar la cantidad de luz incidente en el dedo, la de O2 presente en la sangre y la de luz captada por el fotodetector.
Tabla 2
Ley de Beer-Lambert
A = abc A = ?bc’
A = Absorbancia
a = Longitud de onda del coef. de absorción
b = Longitud de la trayectoria (cm)
A = Absorbancia
? = Longitud de onda dependiente del coef. de absorción molar (Lmol-
1cm-1)
b = Longitud de la trayectoria (cm)
c = Concentración del compuesto (g/L)
c’ = Concentración del compuesto (mol L-1)
Fuente: Ventosinos (2010) 2.10. LA OXIMETRÍA
Para Ventosinos (2010); La oximetría de pulso, o pulsioximetría, es actualmente un importante método para la monitorización, no invasiva, de la saturación de oxígeno en sangre (SaO2) porque ofrece una lectura fiable y constante de la saturación de la hemoglobina arterial (oxihemoglobina).
Además de ofrecer información del ritmo cardíaco.
La medida de la saturación de la hemoglobina (Hb) con el oxímetro de pulso, o pulsioxímetro, se ha convertido en una práctica común en muchas áreas de la medicina clínica, incluyendo la anestesia, la terapia respiratoria, el cuidado intensivo y la investigación en pacientes con problemas cardiopulmonares.
El control continuo de los signos vitales, las condiciones hemodinámicas, respiratorias y hemogasométricas constituyen pilares básicos de la vigilancia intensiva a la que se someten los pacientes ingresados, por ejemplo, en las unidades de cuidados intensivos (UCI). En la mayoría de los casos, por su propia gravedad, es imposible que los enfermos puedan describir, por si mismos, los síntomas y alteraciones que presentan. Es por eso, que adquieren extraordinario valor todos aquellos métodos, de diagnóstico auxiliares, que utiliza el personal médico para apoyarse en sus decisiones terapéuticas.
2.10.1. MEDIDA DE LA SATURACIÓN DE OXIGENO POR MEDIO ÓPTICO
De acuerdo a Laborde (2004); Es importante tanto en el tratamiento por oxigenoterapia como en la evaluación de los signos vitales de un paciente, determinar la calidad de la función respiratoria y el transporte del oxígeno en sangre hacia los tejidos. La saturación de oxígeno, quien expresa la cantidad oxígeno que se combina, en el sentido químico, con la hemoglobina para formar la oxihemoglobina, que es quien transporta el oxígeno en sangre hacia los tejidos. Al medir la saturación de oxíg eno estamos midiendo la cantidad de oxígeno que se encuentra combinado con la hemoglobina, es por eso que esta medida es una medida relativa y no absoluta ya que no indica la cantidad de oxígeno en sangre que llega a los tejidos, sino, que relación hay entre la cantidad de hemoglobina presente y la cantidad de hemoglobina combinada con oxigeno (oxihemoglobina).
Este parámetro se puede, y usualmente se hace, sensar óptimamente, dado que la cantidad de oxihemoglobina esta relacionada con la coloración roja de la sangre, siendo esta más fuerte cuanto más oxihemoglobina contiene la sangre y más tenue cuanto menos oxihemoglobina hay presente.
Existen varios parámetros a tener en cuenta para este diagnóstico. Estos son, el gradiente de presión alveolar-arterial de oxígeno (PAO2), la presión arterial de oxígeno (PaO2), y la saturación de oxígeno (SaO2).
La presión parcial arterial de oxígeno es la presión de las moléculas libres
disueltas en sangre que no se encuentran combinadas con la hemoglobina (Hb), bajo ciertas condiciones de intercambio gaseoso, la SaO2 y la PaO2 están relacionadas por la curva de disociación del oxígeno que se encuentra en la figura 7.
Figura 7. Curva de disociación del oxígeno Fuente: Laborde (2004)
Cada molécula de hemoglobina tiene cuatro enlaces disponibles a realizar con el oxígeno, el porcentaje de estos enlaces disponibles y los que verdaderamente se encuentran combinados con moléculas de oxígeno es lo que se denomina saturación de oxihemoglobina (SaO2 cuando es medida en sangre arterial, lo que los equipos comerciales realmente miden se denomina SpO2 porque se mide en la periferia del cuerpo humano, por ej. el dedo o el lóbulo de la oreja). Para conocer la cantidad de oxígeno total en sangre no basta con conocer la PaO2 ni la SaO2, es necesario conocer el contenido de hemoglobina en sangre.
La medición de la SaO2 es muy útil para evaluar la oxigenación arterial de pacientes en los servicios ambulatorios, de tratamiento intensivo y de
emergencia.
No obstante, se debe tener presente que esta forma de medición no evalúa la PaCO2 (presión parcial de CO2 en sangre) y que variaciones clínicamente importantes de PaO2 pasan inadvertidas.
Los valores típicos de SaO2 andan entre 95% y 97% con un rango de variación del 2%. Valores por debajo del 90% se asocian con situaciones patológicas e insuficiencia respiratoria.
2.10.2. FUNDAMENTOS DE LA OXIMETRÍA DE PULSO
Según Ventosinos (2010); El oxímetro de pulso es, probablemente, una de la mejores herramientas de monitoreo que hayan sido desarrolladas en los últimos años y brinda información no solo de la saturación de la hemoglobina, sino también de la frecuencia y ritmo del pulso periférico.
El pulso oximétrico a menudo se considera la quinta muestra vital, después del ritmo cardíaco, la presión arterial, temperatura y frecuencia respiratoria. Sirve como herramienta importante para el asistente medico proporcionando un control continuo de la saturación arterial del oxígeno del paciente (SaO2).
La oximetría de pulso se fundamenta en la espectrofotometría y la pletismografía. La espectrofotometría, permite calcular la concentración de una sustancia en solución, a partir de su absorción óptica, a una longitud de onda determinada; y la pletismografía, permite medir los cambios en el flujo sanguíneo o el volumen de aire en diferentes partes del cuerpo.
La sustancia que se está analizando se ilumina y se mide la absorción de luz de longitudes de onda específicas, al pasar por un lecho vascular arterial pulsátil y a partir de esa medida se calcula la concentración de oxígeno.
Dicha técnica analítica también establece que para analizar dos sustancias en solución se necesitan, como mínimo, dos longitudes de onda.
En el caso de la sangre, hay dos sustancias relevantes a la oxigenación que son: la hemoglobina reducida (Hb) y la oxihemoglobina (HbO2). Como son dos, los oxímetros requieren de cómo mínimo dos longitudes de onda:
típicamente una roja y otra infrarroja.
En la espectrofotometría clásica, el análisis se realiza en cubetas de vidrio en las cuales se deposita la muestra de sangre arterial. En cambio el oxímetro de pulso utiliza, por ejemplo, el dedo mismo del paciente como cubeta. Esto conlleva a que la luz tiene que atravesar a parte de la sangre oxigenada (arterial) y la reducida (venosa), otros tejidos, como huesos, uñas y la piel, ver figura 8.
Para distinguir la sangre arterial entre todos estos tejidos, el oxímetro de pulso utiliza la técnica descubierta en 1974 por el japonés Takuo Aoyagi que observó que la variación del volumen de la sangre arterial con cada pulso se podría utilizar para obtener una señal dependiente sólo de las características de dicho tipo sangre. Por ello analiza únicamente la parte pulsátil de la señal óptica que se debe exclusivamente a la sangre arterial. Es por esta razón que se le agrega la palabra “PULSO” cuando se refiere al oxímetro. Si no hay ritmo cardíaco, el oxímetro no puede distinguir la sangre arterial, que es el
objeto de su análisis.
Figura 8. Transmisión de la luz a través de un dedo cuando la atenuación es debida a la sangre arterial (A), sangre venosa (V) y tejidos
(T)
Fuente: Ventosinos (2010)
Con anterioridad se ha comentado que los oxímetros de pulso utilizan dos longitudes de onda una roja (660nm) e una infrarroja (940nm). Esto se debe a que a esas dos longitudes de onda, los coeficientes de extinción de la HbO2 y de la Hb, tienen valores más dispares entre ellos como se puede apreciar en la figura 9.
Por lo tanto, la desoxigenación de la sangre presenta una extinción óptica superior en la región del rojo del espectro de luz que la oxihemoglobina y una menor absorción óptica en la región cercana del infrarrojo. Estas direcciones opuestas en la absorción de los dos colores al variar la oxigenación contribuyen a que haya cambios ópticos apreciables más fáciles de medir.
Figura 9. Coeficientes de extinción de la hemoglobina Fuente: Ventosinos (2010)
El modelo matemático para el pulsioxímetro se basa en medir el tiempo en que la intensidad de luz pasa a través del tejido fino como por ejemplo la extremidad del dedo o del lóbulo de la oreja. El procesado de la señal se basa en este modelo y en la ley de Beer-Lambert.
2.10.3. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN DEL OXÍMETRO DE PULSO
De acuerdo a CENETEC, SALUD (2006); El oxímetro de pulso es un equipo que consiste básicamente en un dedal, como se observa en la figura 10, y un aparato que grafica la saturación de oxígeno en sangre. Los oxímetros de pulso monitorean de forma no invasiva la saturación de oxígeno de la sangre que se puede expresar como porcentaje o en decimales. Su uso permite el monitoreo continuo e instantáneo de la oxigenación; la detección temprana de hipoxia antes de que ocurran otros signos como cianosis, taquicardia o bradicardia y reducir la frecuencia de punciones arteriales y el análisis de gases sanguíneos en el laboratorio.
Figura 10. Sensor de dedo de un Oxímetro Fuente: CENETEC, Salud (2006)
La oximetría de pulso puede detectar el descenso de los niveles de saturación de oxígeno antes de que ocurra daño y en general, antes de que aparezcan los signos físicos. Los oxímetros de pulso proporcionan una evaluación espectrofotométrica de la oxigenación de la hemoglobina (SpO2), como se observa en la figura 11, al medir la luz transmitida a través de un lecho capilar, sincronizada con el pulso, es decir, el oxímetro mide los cambios de absorción de luz que resultan de las pulsaciones de la sangre arterial.
Figura 11. Señal de la saturación de oxígeno Fuente: CENETEC, Salud (2006)
Los oxímetros de pulso se basan en el principio de la absorción diferencial de la luz para determinar el porcentaje de saturación de oxígeno de la hemoglobina en la sangre arterial (SpO2); este valor se denomina
SaO2 cuando se determina a partir de una muestra de sangre arterial.
El sensor del oxímetro de pulso se coloca en una región del cuerpo, como puede ser un dedo de la mano, del pie o la oreja. Posteriormente el sensor transmite dos longitudes de onda de luz a través de la piel (por ejemplo, 660 nm [roja] y 930 nm [infrarroja]). Estas longitudes son absorbidas diferencialmente por la oxihemoglobina, que es de color rojo y es capaz de absorber la luz infrarroja, y la desoxihemoglobina, que es de color azul y es capaz de absorber la luz roja. La razón entre la luz roja y la infrarroja se usa para derivar la saturación de oxígeno. El fotodetector al otro lado del tejido transforma la luz transmitida en señales eléctricas proporcionales a la absorción.
Al obtener la señal eléctrica, ésta es procesada por un microprocesador que presenta una lectura y activa una alarma si las condiciones satisfacen los criterios de alarma.
Cada pulso de la sangre arterial hace que el lecho capilar se expanda y se relaje. Las variaciones cíclicas resultantes en la longitud de la trayectoria de la luz transmitida permiten al dispositivo distinguir entre la saturación de hemoglobina de la sangre arterial (pulsante) y la de la sangre venosa, y los componentes tisulares porque no hay ningún pulso del tejido alrededor y el pulso de la sangre venosa es insignificante.
El microprocesador compara la relación entre los valores de absorción de la sangre arterial pulsátil con los datos almacenados derivados de los estudios invasivos en seres humanos para calcular y presentar la SpO2.
La mayoría de los oxímetros de pulso también ofrecen otras características de representación visual de los datos, incluida frecuencia de pulso, límites de alarma relativos a la saturación de oxígeno, estudios de pletismografía, gráficos de cálculo análogos o de barras que indican la amplitud del pulso, y diversos mensajes del estado del sistema y de los errores.
2.10.4. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR DE OXIMETRÍA DE PULSO
Según Laborde (2004); El principio de funcionamiento del sensor óptico está determinado porque la absorción de la sangre a una cierta longitud de onda es dependiente de la saturación de oxihemoglobina. Entonces refiriéndose al sensor dactilar; emitiendo una luz a esta longitud de onda a través del dedo y recibiendo la cantidad de luz que no fue absorbida en un receptor diametralmente opuesto al emisor, se puede conocer la cantidad de luz absorbida por el dedo, que es mayoritariamente absorbida por la sangre.
Una vez llegado a este punto se presenta un problema, la sangre y por tanto la SaO2 es pulsátil, por ende, al ser variable esta, no se puede determinar a priori si la variación de la medida es debido a una variación de la variable misma o debido a la pulsatilidad del flujo sanguíneo. Es por esta razón que estos sensores contienen en realidad dos emisores a dos longitudes de onda diferentes y un receptor como se puede ver en la figura 12, de manera que a una de las longitudes de onda la absorción es muy
dependiente de la SaO2, y a la otra longitud de onda la absorción teóricamente no varía con la SaO2 pero si con la cantidad de sangre, es decir, varía con el pulso.
Figura 12. Principio de funcionamiento Fuente: Laborde (2004)
De esta manera se tiene una señal que varía con el pulso y con la SaO2, y una señal que varía solamente con el pulso, o sea, se puede modular la primera con la segunda de manera de obtener una lectura permanente de la SaO2.
Como ya se comentó, se emiten dos longitudes de onda diferentes, una en el entorno del rojo en el espectro visible que es generalmente de 660nm que es la que varía con la SaO2, y la otra en el rango del infrarrojo del espectro que es generalmente de 940nm. Estas longitudes de onda pueden tener alguna pequeña variación dependiendo del fabricante como se muestra en la tabla 3, pero son generalmente de este orden, el rojo está en el rango 630 – 660 nm y el infrarrojo en el rango 800 – 940 nm.
Tabla 3
Características del sensor según fabricante
Sensor Longitud de onda Potencia
Rojo 662 nm 1.8 mW
Infrarojo 905 nm 2.0 mW (Nellcor, Datex, CSI, BCI)
940 nm 1,5 mW (Ohmeda, Novametrix) Fuente: Fuente: Laborde (2004)
En algunas ocasiones se utilizan LEDs laser como emisores debido a su precisión en el espectro de emisión, dado que a longitudes de onda cercanas a las utilizadas hay otras sustancias en la sangre que cambian su emisión.
El sensor tiene el aspecto que se muestra en la figura 13.
Figura 13. Un sensor comercial Fuente: Laborde (2004)
El sensor dactilar no es el único tipo de sensor existente para esta medida, pero si es el más popular. Se pueden encontrar en el mercado otro tipo de sensores que no serán comentados en detalle, como el sensor con el mismo principio de funcionamiento que el sensor en cuestión que se coloca en el lóbulo de la oreja como se puede ver en la figura 14.
Otro sensor que se puede encontrar es un tipo de sensor que no funciona por emisión y absorción, sino que su principio de funcionamiento es por reflexión. Un sensor de este tipo se puede colocar por ejemplo en la frente como se ve en la figura 15.
Figura 14. Sensor por emisión y absorción Fuente: Laborde (2004)
Figura 15. Sensor por reflexión Fuente: Laborde (2004)
2.10.5. OXÍMETRO DE PULSO HACIENDO USO DE TÉCNICAS DIGITALES BASADAS EN LA MEDIDA DE TIEMPO
De acuerdo a Ventosinos (2010); La muestras obtenidas por el sensor, varían en función de la intensidad de luz recibida y de cada longitud de onda usada. Estas muestras son procesadas y posteriormente almacenadas como una señal fotopletismográfica (PPG) tal y como se muestra en la figura 16.
Las variaciones en la intensidad de luz detectada, son causadas por los cambios de volumen y de O2 de la sangre debajo de la sonda.
La señal PPG que se obtiene contiene la misma información que la señal que se obtendría si en vez de usar interfaz directa usáramos un oxímetro comercial pero en ese caso, en vez de medir tiempo, mediríamos el voltaje captado por un fotodetector. Por lo tanto el análisis en ambos casos es
análogo y su posterior procesado también.
Figura 16. Típica señal PPG Fuente: Ventosinos (2010)
Las señales PPG tienen dos componentes: una componente DC (continua), que es un voltaje relativamente constante y una componente AC (alterna), o componente pulsátil con información sobre la frecuencia cardiaca y relacionada con el volumen de la sangre arterial. La amplitud de la componente AC es generalmente del 1 al 2% del valor de la componente DC.
Estas dos componentes pueden ser determinadas y usadas para calcular el ratio normalizado, el cual se correlaciona con la SaO2.
El ritmo cardíaco se puede extraer de la componente AC de cualquiera de las señales PPG a través de dos métodos diferentes. El primer método identifica los picos individuales que se corresponden con los latidos del corazón y determina el intervalo de tiempo entre ellos, es decir, el tiempo que tarda en completar un ciclo cardíaco. El segundo método se basa en la identificación de la frecuencia de las pulsaciones cardíacas mediante la Transformada de Fourier de la señal PPG.
Después de todo el proceso descrito, se visualiza la información en una pantalla donde se muestra la saturación de O2, la frecuencia cardiaca y la curva de pulso arterial.
2.10.6. LIMITACIONES DE LOS OXÍMETROS DE PULSO
De acuerdo a Ventosinos (2010); Debido a que la oximetría de pulso mide la saturación de O2 por métodos espectrofotométricos, existen factores que limitan su uso. Ciertas condiciones pueden resultar en lecturas no reales, incorrectas o poco informativas.
(a) Dishemoglobinemias: Otras moléculas presentes en la sangre afectan la exactitud de los valores obtenidos. Tales como:
(1) Anemias.
(2) Hemoglobina fetal.
(3) Carboxihemoglobina y metahemoglobina.
(b) Colorantes. El radio de absorción puede ser afectado por cualquier sustancia presente en la sangre que absorba luz entre 660 y 940 nm.
Existe también un número importa nte de interferencias a considerar cuando se usa el pulso oxímetro. Las causas más comunes incluyen:
(a) Movimiento.
(b) Luz quirúrgica.
(c) Esmalte de uñas.
(d) Micosis ungulares e hiperpigmentación de la piel.
(e) Vasoconstricciones e hipotermia.
(f) Arritmias cardíacas.
2.10.7. RECOMENDACIONES PARA EL CONTROL DE LA SATURACIÓN DE OXÍGENO ÓPTIMA EN PREMATUROS
De acuerdo a la Asociación de Profesionales del Hospital Materno Infantil Ramón Sardá (2004); En la tabla 4 se observa los valores de saturación de oxigeno en la sangre del recién nacido prematuro. Al igual se muestra los valores recomendables para alarma mínima y máxima para el saturómetro.
Tabla 4
Esquema de saturación óptima en prematuros RN
PREMATURO
SATURACIÓN DESEADA
ALARMA MÍNIMA DEL
SATURÓMETRO
ALARMA MÁXIMA DEL SATURÓMETRO
< 1.200 g o < 32 semanas
> 1.200 g o > 32 semanas
88 a 92%
88 a 94%
85 % 85 %
93 % 95 % Fuente: Revista del Hospital Materno Infantil Ramón Sardá (2004)
2.10.8. GUÍA PARA REALIZAR OXIMETRÍA DE PULSO EN LA PRÁCTICA CLÍNICA
De acuerdo a la Sociedad Chilena de Enfermedades Respiratorias (2010);
Se describen resumidamente los aspectos básicos para aplicar esta medición no invasiva a adultos y a niños y también se consideran las precauciones que se deben tener presente al interpretar los resultados de esta medición.
(a) Antes de evaluar al paciente se debe probar el funcionamiento del sensor y del equipo realizando una medición en uno mismo. Hay que tener la precaución de utilizar siempre el sensor correspondiente al equipo que se
está utilizando y elegir el sensor adecuado al paciente (pediátrico o adulto, para el dedo o para el lóbulo de la oreja).
(b) Seleccionar de acuerdo a las condiciones del paciente el sitio donde se colocará el sensor para la medición: lecho ungueal de un dedo de la mano (habitualmente el índice), en recién nacidos y lactantes se puede utilizar el primer ortejo o el dorso de la mano o del pie; ocasionalmente en adultos se puede utilizar el lóbulo de la oreja.
(c) Se debe asegurar que no exista esmalte de uñas, ni otro elemento que pueda interferir como cremas, pinturas, tinturas u otros similares.
(d) Siempre se debe colocar el fotodiodo emisor de luz (luz roja) hacia el lecho ungueal y el fotodiodo receptor (que no emite luz) en el extremo totalmente opuesto (en línea paralela) hacia el pulpejo del dedo.
(e) Si existe exceso de luz ambiental, se debe cubrir el sensor.
(f) Hay que verificar que el sitio de medición se encuentre bien perfundido, no vasocontraído, ni frío, con la piel seca, no sudorosa y evitando cualquier presión sobre el lugar de la medición, por ejemplo manguito de presión.
(g) Se deben evitar artefactos de movimiento tratando que el paciente esté lo más tranquilo posible durante la medición, ya sea en posición sentada o en decúbito.
(h) Una vez colocado el sensor, se debe evaluar en la pantalla del equipo la estabilidad de la curva pletismográfica o de la señal luminosa, verificando que ésta sea constante en intensidad y en el ritmo, tal como se observa en la figura 17. Cuando existe disparidad entre los valores de la SpO2 y el estado
clínico del paciente, o no se logra una buena señal de la curva pletismográfica, hay que cambiar de sitio el sensor y/o probar con otro sensor que se acomode mejor al paciente. Si no se logra corregir el problema no se debe informar la medición de SpO2.
(i) Realizar lectura de la saturación y de la frecuencia cardíaca.
(j) El informe escrito de los resultados de la medición de SpO2 debe incluir los siguientes datos: a) nombre del paciente; b) fecha y hora en que se realizó el examen; c) fracción inspirada de oxígeno (ambiental o cantidad de suplementación de oxigenoterapia, según el caso); d) modelo y marca del equipo de oximetría de pulso.
(k) Se recomienda usar las precauciones universales para la manipulación de los sensores y del equipo.
Figura 17. Patrones de curva pletismográfica de la señal de oximetría Fuente: Sociedad chilena de enfermedades respiratorias (2010) De igual modo, se debe considerar que existen situaciones y/o condiciones donde la oximetría de pulso puede dar información errónea y no se recomienda su uso; éstas son las siguientes precauciones al momento de
interpretar la SpO2:
(a) Valores de SpO2 < 80% no tienen buena correlación con mediciones por co-oximetria, por lo que se recomienda corroborar estos valores con mediciones de SaO2 a través de gasometría arterial. También hay que considerar que de acuerdo a la curva de disociación de la hemoglobina valores de SaO2 de 100% no cuantifican el grado de hiperoxemia en pacientes con oxigenoterapia suplementaria.
(b) Alteraciones de la hemoglobina.
(c) Inhalación de monóxido de carbono (CO) conduce a altos niveles de carboxihemoglobina la cual tiene un coeficiente de absorción de luz similar a la oxihemoglobina, en esta condición el oxímetro de pulso sobreestima el valor de SpO2.
(d) En pacientes con sospecha de altos niveles de metahemoglobinemia, que también tiene un coeficiente de absorción de luz similar a la oxihemoglobina, el oxímetro de pulso sobreestima el valor de SpO2 (enfermedades congénitas del metabolismo, intoxicación por nitritos, metoclopramida, sulfas, lidocaína, entre otros). En estos casos no se recomienda utilizar oxímetro de pulso.
(e) Tinturas o pigmentos: El azul de metileno absorbe luz disminuyendo el valor de las mediciones de SpO2. No se ha demostrado que la ictericia afecte la precisión de la SpO2.
(f) Baja perfusión: Cualquier causa de baja perfusión (por ejemplo:
hipotermia, hipovolemia, enfermedad vascular periférica o shock).
(g) Anemia: habitualmente no interfiere si la concentración de hemoglobina es mayor a 5 g/dl.
(h) Pulsación venosa: Un aumento de las pulsaciones venosas secundario a insuficiencia cardíaca derecha, insuficiencia tricuspídea, aumento de presión por torniquete o manguito de presión por sobre el sitio del sensor de oximetría, entre otros, interfiere con las mediciones y conduce a la medición de valores de SpO2 falsamente bajos.
2.10.9. FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN DEL OXÍMETRO DE PULSO
De acuerdo a CENETEC, SALUD (2006); Los factores que afectan la medición del oxímetro de pulso son los siguientes:
(a) Alteración del resultado debido a ondas electromagnéticas.
(b) Lecturas erróneas en la SpO2 hasta de +1% debido a la variación del color de piel. Personas de piel oscura o de origen africano reportan un valor más alto en comparación con personas de piel blanca. También en casos de anemia muy severa.
(c) Interferencia por luz muy brillante.
(d) En casos en que el paciente presente hipoxia, debido al exceso de CO2.
(e) Soluciones intravenosas tales como azul de metileno, índigo carmín o verde de indocianina. El índigo carmín tiene efectos simpaticomiméticos y el azul de metileno produce hipotensión, este tipo de indicadores se utilizan en cirugías urológicas. En cuanto al verde de indocianina es usado en los
angiogramas para obtener la circulación coroidea.
2.10.10. EFECTOS SECUNDARIOS Y RIESGOS DEL OXÍMETRO DE PULSO
De acuerdo a CENETEC, SALUD (2006); El uso de este dispositivo de diagnóstico puede generar algún daño o efectos secundarios como los siguientes:
(a) Quemaduras en el dedo de la mano, el pie o lóbulo de la oreja debido a que el sensor puede emitir calor a través de los leds (diodos emisores de luz).
(b) Defectos de fabricación en los oxímetros que repercuten en el diagnóstico o tratamiento de los pacientes como puede ser cálculo erróneo del valor de SpO2, falla de las alarmas, batería o despliegue incorrecto de la curva de pletismografía.
2.10.11. DIAGRAMA DE BLOQUE, DIAGRAMA FUNCIONAL Y DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DE UN SISTEMA OXÍMETRO DE PULSO CON PIC16F877
Según Gaspar y Pérez (2009) en la figura 18, se observa el diagrama de bloque de un sistema oxímetro de pulso diseñado en su trabajo de investigación. En la figura 19 y 20 se observa los diagramas funcional y esquemático de un oxímetro de pulso diseñado utilizando, como interface controladora, al microcontrolador PIC16F877, tal como lo expresan Luyo y
otros (2009).
Figura 18. Diagrama de Bloques del Sistema Fuente: Gaspar y Pérez (2009)
En la figura 18 se observa que sus módulos son originales de fábrica y el propósito del mismo fue el diseño de una interfaz controladora de comunicación entre el oxímetro de pulso de fabricación original y una PC;
mediante el uso del microcontrolador PIC16F877.
Figura 19. Diagrama Funcional del Sistema Fuente: Luyo y otros (2009)
En la figura 19 se observa los bloques generales y sus funciones del oxímetro de pulso, utilizando como acondicionamiento de señal una tarjeta electrónica de fabricación original marca No nin. Seguidamente se muestra los bloques contentivos de la etapa controladora con sus dispositivos de interacción con el exterior; la cual para ése caso, era el objetivo del proyecto.
Figura 20. Diagrama Esquemático del sistema Fuente: Luyo y otros (2009)
En la figura 20 se observa el esquema del diseño de un prototipo oxímetro de pulso con una etapa con la tarjeta procesadora de datos realizada con el microcontrolador PIC16F877; la cual fue el objetivo del prototipo, ya que para las etapas del sensor y acondicionamiento de la señal se utilizó tarjetas electrónica de marcas comerciales.
2.11. FALLA O INSUFICIENCIA RESPIRATORIA
De acuerdo al Centro Nacional de Excelencia Tecnológica en Salud CENETEC, SALUD (2005); La falla o insuficiencia respiratoria es una alteración del intercambio de gases entre el aire ambiental y la sangre circulante. Ésta puede deberse a dos causas:
(a) Hipoxemia: Alteraciones en el intercambio de gases intrapulmonares, que se caracteriza por la disminución de la presión parcial de oxígeno en la sangre arterial.
(b) Hipercapnia: Disfunción en el proceso de entrada o salida de aire del pulmón, que se caracteriza por el incremento en la presión parcial de CO2 en
la sangre arterial.
Muchos procesos patológicos producen simultáneamente hipoxemia e hipercapnia, pero resulta más frecuente que una de las dos predomine de forma desproporcionada. Para el tratamiento de la primera es posible recurrir al incremento de la presión parcial del oxígeno en el aire inspirado. En cambio, como la presión parcial del CO2 en el aire ambiente es cercana a cero, la única manera de remediar la segunda, es mejorando la ventilación alveolar. Además, un incremento en la ventilación alveolar, redundará también en mejoría de la oxigenación. Sin embargo, la ventilación del enfermo solamente mejorará si desaparece la causa que produjo su disminución o si se apoya por medios artificiales.
Los ventiladores mecánicos (VM) tienen como objetivo sustituir (controlar) o apoyar (asistir) de forma continua o intermitente el esfuerzo muscular desarrollado por el paciente para llevar un cierto volumen de gas a los pulmones, que permita que en los alvéolos se produzca el intercambio gaseoso.
Hoy en día sería imposible el sostenimiento de muchos pacientes graves sin contar con los VM, ya que la agudización de una patología se concreta en una disfunción de órganos vitales, por lo que el apoyo o sustitución de la respiración mediante la ventilación mecánica se hace indispensable para incentivar que el propio sistema respiratorio del paciente sea capaz de recuperar su función normal.
2.12. SERVOVENTILADOR
De acuerdo al CENETEC, SALUD (2005 y 2006); Un servoventilador es comúnmente conocido como respirador artificial, es una máquina que proporciona ventilación mecánica al paciente que por diversas causas (coma, traumatismos, sedación, entre otros.) no puede respirar por sí solo.
Un servo respirador (servoventilador) es básicamente una máquina que intenta suplir la función respiratoria de un paciente. Para ello dispone de un fuelle, que será el encargado de insuflar el aire en los pulmones. Este aire debe contener una concentración de oxígeno determinada. Un mezclador de oxígeno (concentrador de oxígeno) permite concentraciones desde 21% (aire ambiente) hasta 100% (oxígeno puro). Cada paciente va a necesitar en función de su estado un modelo distinto de ventilación.
Existen muchos servicios en el hospital que precisan la utilización de respiradores. Generalmente en la unidad de cuidados intensivos tanto de adultos como pediátricos, Servicio de Reanimación, Quirófano y Urgencias.
Pero además en servicios como Radiodiagnóstico donde el paciente puede precisar sedación para determinadas pruebas o donde su estado puede empeorar hasta el punto de precisar ventilación mecánica.
Existen diferentes tipos y modelos de servoventiladores que de acuerdo a sus funciones y características de funcionamiento se ajustan a las necesidades del paciente dependiendo de sus patologías.
2.12.1. TIPOS DE SERVOVENTILADORES
De acuerdo al CENETEC, SALUD (2005 y 2006); Dado la amplia variedad de equipo desarrollado en materia de ventilación, los cuales van desde los diseñados para ventilación convencional hasta los ventiladores (servoventiladores) diseñados específicamente para suministrar ventilación no invasiva e invasiva. Resulta conveniente clasificar los tipos existentes, en los siguientes:
(a) Ventiladores mecánicos invasivos.
(b) Ventiladores mecánicos no invasivos.
(c) Ventiladores mecánicos invasivos - no invasivos.
Se reconoce a los Ventiladores Mecánicos Invasivos (VMI) como sistemas de soporte ventilatorio por medio de los cuales se suministra ventilación a los pulmones mecánicamente, mediante métodos que requieren de intubación endotraqueal.
Los ventiladores invasivos son dispositivos electro-mecánico-neumáticos controlados por presión o volumen. Estos generan una presión positiva intermitente, mediante la cual suministran al paciente una mezcla gaseosa, que puede además estar enriquecida con O2.
Los ventiladores no invasivos (VMNI) son dispositivos electro-mecánico- neumáticos que proporcionan soporte ventilatorio, suministrando mecánicamente un flujo de aire en las vías aéreas del paciente utilizando métodos que no requieren de intubación endotraqueal.
El ventilador es un dispositivo médico que genera un flujo de gas en las vías aéreas del paciente. El ventilador controla tanto la dirección y magnitud del flujo, así como la presión o el volumen. Así mismo puede controlar la duración de las diferentes fases de la respiración, especialmente la inspiración y la frecuencia respiratoria mecánica. Normalmente controla la mezcla de gases a través de un “blender” o mezclador o concentrador de oxígeno.
La humedad y la temperatura de los gases que se entregan al paciente se controlan a través de un dispositivo denominado humidificador, el cual puede ser activo (sistemas convencionales a base de agua) o pasivo (nariz artificial). Finalmente, un ventilador cuenta con sistemas de alarma y monitorización especializados para la retroalimentación y seguridad del paciente, para la detección de fallas propias del sistema o cambios en la condición clínica del paciente.
Actualmente, los ventiladores son sistemas alimentados eléctricamente, operados mediante controles electrónicos, controlados completamente por microprocesador. Es conveniente mencionar que aunque aún se siguen produciendo sistemas totalmente neumáticos, estos cada día están más en desuso. Dependiendo del modo y configuración de operación, estos equipos pueden operar ciclados por vo lumen, presión, flujo o tiempo.
El sistema neumático del ventilador trabaja empleando un suministro de oxígeno y aire a partir de tomas de pared. Algunos equipos pueden incorporar un compresor interno o trabajar con fuentes auxiliares, tales como
tanques de oxígeno y aire comprimido. Así mismo existen tecnologías que incorporan su propia fuente de autosuministro lo cual les permite movilidad (transporte) y continuidad en el tratamiento del enfermo. Estos sistemas pueden funcionar a través de pistón, turbina o “blower” (soplador).
Los ventiladores emplean una interfase mediante teclados, perillas, pantallas sensibles al tacto y/o despliegues numéricos, para que el operador pueda enviar a su memoria de programación los parámetros de configuración.
2.12.2. COMPONENTES DE UN VENTILADOR MECÁNICO
De acuerdo al CENETEC, SALUD (2005 y 2006); Los componentes básicos de un VM, comunes a cualquier tipo de ventilador son:
2.12.2.1. FUENTE ELECTRO-NEUMÁTICA
Esta fuente está compuesta de un sistema de entrada de gases, generalmente aire y oxígeno y un sistema electromecánico de control de la insuflación. Éste es el encargado de comprimir la mezcla para crear la presión positiva en la vía aérea del paciente. Esta mezcla se suministra al paciente a través de un circuito de paciente.
2.12.2.2. SISTEMA DE CONTROL
Es el elemento esencial del VM, ya que establece el comportamiento de las variables básicas de la ventilación; flujo, volumen y presión. En un VMNI se pueden describir tres tipos de variables que controlan el comportamiento
del ventilador (respiraciones mecánicas que entrega el ventilador al paciente):
(a) La que inicia la respiración (variable de disparo o “trigger”).
(b) La que controla o conduce el flujo del gas (variable de límite).
(c) La que termina la respiración, es decir, que produce el ciclo entre la fase de inspiración-espiración (variable de ciclado).
En un VMI una variable de control es aquélla que el ventilador manipula para producir el efecto deseado durante el proceso de inspiración.
Adicionalmente, controla las variables de fase, que son aquéllas que establecen los eventos que ocurren dentro del ciclo respiratorio; éstas son de tres tipos fundamentales:
(a) Disparo (trigger), establece el inicio de la inspiración en un ciclo respiratorio, puede ser iniciado por el paciente, por el ventilador o por el operador.
(b) Ciclado, define el término final de la fase de inspiración y que puede ser a través de alguna variable fundamental: tiempo, presión, volumen o flujo; se dice entonces que un ventilador cicla por: tiempo, por presión, por volumen o por flujo.
(c) Límite, que define el valor máximo preestablecido durante una ventilación asistida. Este límite también viene determinado por alguna variable fundamental (tiempo, presión, flujo o volumen).
2.12.2.3. SISTEMA DE MONITORIZACIÓN
Establece un seguimiento de las variables relevantes tanto del paciente como del equipo. Permite al medico asistencial determinar la necesidad de intervención y ajuste en el proceso de la ventilación mecánica, evaluar las complicaciones, efectos adversos y confort del paciente; valorar el rendimiento del sistema de ventilación y los propios dispositivos de monitoreo.
2.12.2.4. SISTEMA DE ALARMA
Permite garantizar la seguridad del paciente, generando algún mecanismo de aviso audible o visual para que el usuario del equipo se percate de algún evento adverso y pueda actuar a tiempo. Los VM tienen la posibilidad de permitir al medico asistencial fijar valores de diversas variables para establecer los límites de seguridad en el funcionamiento del equipo.
Tales eventos pueden estar relacionados con el estado clínico del paciente o con e l propio funcionamiento del equipo.
2.12.2.5. EQUIPO COMPLEMENTARIO DE LOS VM
Los ventiladores mecánicos se encuentran constituidos por bloques modulares que complementan sus funciones en el intercambio gaseoso hacia el paciente. Éstos son dispositivos que pueden funcionar individualmente o integrado al servoventilador y son de gran importancia en las unidades de cuidados intensivos, los cuales a continuación mencionan.
(A) HUMIDIFICADOR
Con el fin de evitar la resequedad de las vías aéreas superiores, generadas durante la VM, el aire puede ser humidificado y proporcionar así comodidad al paciente al inspirar un gas húmedo.
(B) MEZCLADOR AIRE OXÍGENO
En ocasiones, cuando se emplean ventiladores para cuidados críticos durante la VM puede requerirse oxígeno suplementario que puede ser suministrado a través de un mezclador de aire oxígeno (concentrador de oxígeno).
2.12.2.6. CONTROLES DEL RESPIRADOR
De acuerdo a Bermejo, Britos, Rossi, y García (2006); Los controles del respirador son:
(A) POWER
También denominada Energía, determina el voltaje aplicado a la bobina que controla el pistón. Si se incrementa la delta P, aumenta el voltaje aplicado y en consecuencia aumenta la velocidad del pistón.
(B) TIEMPO INSPIRATORIO
El tiempo inspiratorio determina el % de tiempo que será aplicado el potencial que moviliza el pistón hacia delante respecto a un ciclo respiratorio.
Obviamente el resto del tiempo se realizará espiración. El rango de valores
permitidos es de 30% a 50%.
(C) FRECUENCIA
Se refiere a las respiraciones por segundo que realiza el respirador. El rango de valores permitidos es de 3 a 15 Hz (respiraciones por segundo).
(D) ADJUST
Este ajuste permite programar indirectamente la presión media en la vía aérea. Este ajuste varia la resistencia impuesta por la válvula de control situada al final del circuito paciente. La presión monitorizada se muestra en el display.
(E) LIMIT
Este control permite programar el límite de la presión media. Este es el valor máximo que no se quiere exceder, protegiendo al pulmón del paciente.
El rango de valores es exactamente igual al de Adjust, pero el control de limit debe ser programado por arriba que el control de Adjust.
(F) FLUJO BASE
Programado por el medico asistencial, es el flujo que pasa por delante del tubo endotraqueal del paciente. Este flujo permite no solo lavar el CO2 que se encuentre concentrado delante de la boca del paciente, sino también programar indirectamente la presión media en la vía aérea.
(G) MEZCLADOR AIRE OXÍGENO
Este control determina la concentración de oxigeno administrada a paciente. También es denominado blender, mezclador, en inglés. El rango de valores es de 21% a 100% de oxigeno administrado.
2.13. DESCRIPCIÓN DE LA VENTILACIÓN MECÁNICA NO INVASIVA
De acuerdo al CENETEC, SALUD (2005); Algunas denominaciones más comúnmente empleadas para la ventilación no invasiva y que se pueden encontrar en la literatura en inglés son las siguientes: NIPPV (Nasal Intermittent Positive Pressure Ventilation), que quiere decir ventilación por presión positiva intermitente nasal; NIV (Non Invasive Ventilation), que se describe simplemente como la ventilación no invasiva; NIPV (Non Invasive Pressure Ventilation) que significa Ventilación por presión no invasiva ó NPPV (Noninvasive Positive Pressure Ventilation) que es Ventilación de presión positiva no invasiva.
El sistema está basado en flujo y volumen, aunque en la mayoría de los sistemas disponibles comercialmente, se controla la presión inspiratoria mecánica, lo que hace que los pacientes incrementen el volumen corriente y progresivamente bajen la frecuencia respiratoria, lo cual disminuye la producción excesiva de ácido láctico por lo que mejora el intercambio gaseoso. Así mismo, el ventilador controla tanto la dirección y magnitud del flujo, como su presión. Puede controlar la duración de las diferentes fases de la inspiración y la espiración y monitorizar diversos parámetros durante las
