Vaporizadores anestésicos (I)

Situarnos frente a un respirador anestésico (o a una estación de trabajo para los más finos) es acercarnos a una maquinaria relativamente reciente. Y a pesar de que los actuales modelos se presentan con diseños futuristas, mostrando variedad de pantallas y lucecitas, encuadrándose más en una consola de un vehículo Tesla que en un dispositivo para ventilar pacientes, la verdad es que la tecnología de un respirador descansa más sobre aspectos mecánicos que sobre aspectos puramente electrónicos. Y junto al respirador está, casi siempre, el vaporizador.
 Gironés Muriel , A
Hospital Universitario Sanitas La Moraleja. Madrid, España

Los vaporizadores

Situarnos frente a un respirador anestésico (o bien, a una estación de trabajo para los más finos) es acercarnos a una maquinaria relativamente reciente. Y a pesar de que los actuales modelos se presentan con diseños futuristas, mostrando variedad de pantallas y lucecitas, encuadrándose ésta más en una consola de un vehículo Tesla que en un dispositivo para ventilar pacientes, la verdad es que la tecnología de un respirador descansa principalmente sobre aspectos mecánicos más que sobre aspectos puramente electrónicos. Y junto al respirador está, casi siempre, el vaporizador.  El vaporizador anestésico se ha convertido en un elemento fundamental dentro de la obra de ingeniería que es un respirador y representa, en sí mismo, la labor de un anestesiólogo en quirófano. Hay que admirar también cómo su funcionamiento tiene mucho de física y poco de electrónica siendo el propósito de este escrito mostrar algo más sobre la evolución y el funcionamiento de estos aparatos que nos acompañan en nuestra vida profesional.

El vaporizador

Tomado de equipomedicotm

El vaporizador …. ¡Vaporiza!; esa es su función. Y tras esta perogrullada se esconde una serie de procesos que todo anestesiólogo debería, o al menos, intentar conocer. Tenemos el desflurano, el sevoflurano, el isoflurano y el halotano como los principales anestésicos inhalatorios, (éste último resistente a ser relegado en algunos países). Podemos considerarlos como líquidos volátiles a temperatura ambiente. Es decir, son líquidos que deben convertirse en gas para pasar al territorio sanguíneo a través del alveolo. El desflurano tiene una especial característica; una temperatura de ebullición justo por encima de los 23,5º C a nivel del mar (algo menor según ascendemos en altura) por lo que podríamos considerarlo , siendo más quisquillosos, como un semi-gas o un líquido muy volátil.

Si miramos el mundo en su globalidad podemos constatar como en muchos de los quirófanos donde trabajan los anestesiólogos no existe un potente y carísimo aire acondicionado que estabilice completamente la temperatura ambiental de la sala. Es posible que tampoco veamos un moderno vaporizador autocompensado y una moderna monitorización que nos informe del flujo de gas administrado. En otros ambientes hospitalarios, en cambio, los abnegados anestesiólogos trabajan en un agradable ambiente, glacial y futurista. Un entorno ideal para el paciente, para el funcionamiento de los gases anestésicos y para el propio anestesista, generalmente semicongelado sentado a la cabecera del paciente. Esa es la estupenda diversidad que ofrece el mundo y nuestra profesión, que solo reseño, para advertir que aplicar gas anestésico no ha sido tan fácil como lo es hoy en día, en el mal llamado primer mundo.

Porque controlar la temperatura ambiente de un quirófano, la velocidad de flujo de gas fresco, la cantidad residual de anestésico que nos queda… Todo eso, y más, importa para calcular la cantidad de anestésico en estado gaseoso que queramos administrar a un paciente. Y hoy, los vaporizadores actuales lo hacen por nosotros.

Recordemos que la presión de vapor de un gas anestésico nos informa de su volatilidad. Esa “presión de vapor” solo indica la presión que ejerce el líquido dentro de un sistema cerrado cuando éste alcanza una temperatura determinada.  El hecho físico relevante es que la evaporación es la fuga de moléculas en la superficie de un líquido hacia una fase gaseosa. (hasta aquí todo son temas de una educación general básica). Lo interesante sucede cuando esa presión que ejerce nuestro líquido evaporado (presión de vapor) supera la presión que existe en el ambiente o sistema que lo contiene, cuando eso sucede, todo el líquido anestésico ebulliciona y se transforma en vapor.

El vaporizador es, por tanto, un dispositivo diseñado para facilitar este cambio de estado y administrar una cantidad controlada de vapor de gas al paciente, ya sea evaporándolo o ebullicionándolo. Para comprender totalmente el funcionamiento de un vaporizador es preciso haber comprendido el concepto de la presión de vapor de un elemento y las leyes que gobiernan el comportamiento de los gases, pero esa es otra historia.

La física importa

La forma más sencilla de vaporización es hacer pasar un flujo de aire a través de un recipiente cerrado que contiene un líquido. Un símil poético sería la imagen del viento transformado en una agradable brisa marina al acariciar las olas del mar. (quédense solo con la imagen gráfica, por favor).

Este flujo (llamado flujo vector) arrastrará consigo moléculas del agente líquido en forma de vapor y las llevará fuera del recipiente. Este es el principio básico en el que descansa la tecnología de un vaporizador.

Si observamos un recipiente por el que pasa un flujo vector observaremos que, tras dejar salir ese flujo cargado de moléculas de anestésico, se precisa recuperar el equilibrio en la presión de vapor del recipiente. Nuevas moléculas del líquido deberán pasar a la forma gaseosa hasta nivelar de nuevo las presiones. Así pues, con el paso del tiempo veremos como se origina una paulatina evaporación de una parte del líquido y también una disminución del propio liquido. Observamos también que hay una pérdida de temperatura del propio líquido. Esto no me lo invento yo, ya lo dijeron unos señores muy sabios y algo antiguos llamados Joule y Barón de kelvin con su famosísimo efecto llamado originalmente: efecto Joule-Kelvin.

Nos encontramos así con el primer problema. Como la volatilidad está relacionada con la temperatura,  si hay pérdida de temperatura, condiciona una menor evaporación y, por consiguiente, un cambio en la cantidad de moléculas que podrían ser arrastradas por el flujo de aire en nuestro vaporizador. Pero esta es solo una de las variables físicas que incide en la precisión de gas anestésico aportado al paciente. Existen otras, como son las alteraciones de presión en el interior del vaporizador que dificultan el flujo constante del aire en la cámara de vaporización… Con todo, el vaporizador anestésico debe diseñarse para mantener una evaporación más o menos constante minimizando en lo posible los factores que inciden en la vaporización de un líquido. Por ello considero importante subrayar alguno esos factores físicos que determinan la concentración de gas anestésico aportado. Todo para comprender el diseño y la evolución de estos mecanismos:

  1. La disminución de la temperatura del líquido voláti originado por su propia evaporación (como hemos comentado).
  2. La temperatura ambiente existente en quirófano
  3. La altura o la presión atmosférica a la que nos encontremos
  4. La cantidad de litros minuto, o el flujo de aire que atraviesa el vaporizador
  5. Las fluctuaciones de presión registradas dentro del vaporizador.
  6. La presión retrógrada a la salida del vaporizador originada por la propia mecánica respiratoria.

Una clasificación para entenderlos mejor

Vaporizadores anestésicos hay muchos, y los que tenemos ya canas y décadas hemos conocido unos cuantos. La mejor manera de estudiar esta preciosa obra de ingeniería es catalogándola de alguna manera. Para ello usaremos la clasificación propuesta por Dorsch en 1994 según cinco características funcionales de los vaporizadores: 1º; Por tipo de flujos, 2º; Por tipo de vaporización, 3º; Por el método de compensación de temperatura, 4º; Por el tipo de presión interna y 5º; Por el tipo de calibración). Desde luego hay otras clasificaciones, pero a mi modo de entender, ésta se acerca a los objetivos del presente documento, si bien, es preciso modificarla para entender mejor el funcionamiento de estos aparatos.

Teniendo como base la clasificación de Dorsch modificada, Para clasificar un vaporizador deberíamos enumerar las distintas características de diseño que pueden tener dicho vaporizador. Algunos comparten varias, otros tienen una característica específica.

Alguno de los vaporizadores Datex-Ohmeda

Alguno de los vaporizadores North American Drager

Otros vaporizadores

Adaptación de la Clasificación de Dorsch

Hasta aquí la introducción a los vaporizadores. En una próxima entrega se definirán las caracteristicas de diseño que pueden diferenciar a estas máquinas y se explicará su evolución en base a sus diseños.

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