VAPORIZADORES 4 Introduccin La vaporizacin de un agente anestsico voltil en un gas portador constituye el fundamento de la anestesia inhalatoria. Los dispositivos diseados para facilitar este proceso y regular la concentracin del anestsico en el gas inspirado reciben el nombre de vaporizadores (4). Los vaporizadores han evolucionado desde los modelos tipo Kettle o de caldera hasta los existentes en la actualidad. En este captulo se analizan exclusivamente las caractersticas de diseo y fundamento de los vaporizadores actuales. Principios bsicos de diseo La figura 8 muestra el esquema general de un vaporizador. Bsicamente est compuesto por cuatro elementos: el sistema de llenado, la cmara de vaporizacin, la cmara de derivacin o cortocircuito y el dial de control de la concentracin (5). Sistema de llenado Mediante el sistema de llenado se introduce el lquido anestsico en la cmara de vaporizacin. Los vaporizadores ms modernos estn diseados de forma que se evite el sobrellenado o la introduccin accidental de otro agente anestsico que no sea el especfico. Para ello el bote del lquido anestsico dispone de un sistema de conexin con el sistema de llenado exclusivo para cada compuesto (Fig 9). Cmara de vaporizacin La cmara de vaporizacin facilita el proceso de vaporizacin del lquido anestsico en el gas portador. Todos los anestsicos inhalatorios voltiles, al estar contenidos en un recipiente cerrado, generan vapor hasta que se produce un equilibrio entre el nmero de molculas vaporizadas y condesadas (presin de vapor saturada). La vaporizacin es un fenmeno de superficie independiente de la presin atmosfrica y dependiente en forma directa de la temperatura (a mayor temperatura mayor presin de vapor). Cuando la presin de vapor se iguala a la presin atmosfrica se produce la ebullicin del lquido. La temperatura de ebullicin es dependiente de la presin atmosfrica (a menor presin atmosfrica menor temperatura de ebullicin). La Tabla 1 muestra la influencia de la presin atmosfrica en la temperatura de ebullicin de diversos lquidos anestsicos. Los agentes anestsicos ms voltiles tienen una presin de vapor ms elevada y, consecuentemente, una temperatura de ebullicin ms baja (Tabla 2). El proceso de vaporizacin consume energa (al contrario que el proceso de condensacin que la genera) por lo que la temperatura del lquido anestsico disminuye progresivamente durante el proceso de evaporacin en ausencia de una fuente externa de energa. La disminucin de la temperatura origina una disminucin de la vaporizacin del lquido restante y secundariamente de la presin vapor del anestsico en el gas portador. Para evitar este efecto, los vaporizadores se fabrican con metales que poseen un calor especfico y una conductividad trmica elevadas, lo que permite mantener el lquido anestsico a una temperatura uniforme. Cmara de cortocircuito A temperatura ambiental (20 C), los agentes anestsicos voltiles generan una presin vapor mucho mayor que la requerida para la prctica de la anestesia (Tabla 2). Por esta razn, los vaporizadores disponen de un sistema de regulacin de la presin de vapor del agente anestsico en el gas de salida basado en el denominado sistema de cortocircuito. Este consiste en un sistema de derivacin del flujo de gas a la entrada del vaporizador que evita el paso del gas portador por la cmara de vaporizacin. Habitualmente ms del 80% 5 del flujo del gas portador pasa por la cmara de cortocircuito hacia la salida del vaporizador mientras que el 20% restante se dirige hacia la cmara de vaporizacin. Al objeto de facilitar la superficie de contacto entre el gas portador y el lquido anestsico (la vaporizacin es un proceso dependiente de la amplitud de contacto entre el gas portador y el lquido anestsico), los vaporizadores contienen mechas que se empapan de lquido anestsico y que aumentan la interface lquido-gas. Al pasar por la cmara de vaporizacin el gas portador arrastra vapor anestsico rompiendo la situacin de equilibrio existente entre vaporizacin y condensacin lo que favorece el paso continuo de molculas de lquido anestsico al estado de vapor siempre que la temperatura se mantenga constante y exista lquido anestsico en la cmara de vaporizacin. Tras pasar por la cmara de vaporizacin, el gas portador conteniendo el anestsico vaporizado se mezcla con el gas procedente de la cmara de cortocircuito para obtener finalmente la mezcla anestsica deseada. La mezcla final del gas resultante ser conducida por el circuito anestsico hasta el espacio alveolar. A este nivel, la presin total es de 760 mm Hg (1 atmsfera) que se corresponde con la suma de las presiones parciales de los distintos gases que componen la mezcla gaseosa. En condiciones habituales y respirando aire ambiente, la proporcin de los distintos gases es nitrgeno 75%, oxgeno 13,5%, CO2 5,2% y vapor de agua 6,3%. Para calcular la presin parcial de cada gas solo hay que trasladar el porcentaje respectivo a la presin total de 760 mm Hg obtenindose 570, 103, 40 y 47 mm Hg, respectivamente. Durante la anestesia, se utiliza habitualmente una mezcla de oxgeno y xido nitroso (aproximadamente 30%:70%) que acta como gas portador del anestsico inhalatorio vaporizado, el cual se mezcla con el gas portador alcanzando el porcentaje determinado por el dial del vaporizador (ejemplo 0,6% para sevoflurano). Siguiendo el razonamiento anterior, si trasladamos cada porcentaje a la presin total de 760 mm Hg obtenemos las distintas presiones parciales de cada agente. Por la Ley de Boyle sabemos que todo gas tiende a expandirse ocupando completamente el recipiente que lo contiene y este hecho origina un curioso fenmeno fsico denominado efecto del segundo gas. Se produce gracia a la extraordinaria difusin del N2O a travs de la membrana alveolar que es muy superior a la del oxgeno (la densidad relativa del N2O es prcticamente la mitad del oxgeno). El rpido del N2O al torrente sanguneo origina una cada de su presin parcial alveolar que se compensa con el incremento de la presin parcial de los otros gases alveolares (oxgeno y agente anestsico) al expandir su volumen. El aumento de la presin parcial origina un consecuente incremento del gradiente alveolo-sangre para estos gases que acelera el equilibrio entre la fraccin alveolar y sanguneo, lo que se traduce por un incremento en la rapidez de instauracin de la anestesia. Los vaporizadores construidos bajo este diseo reciben el nombre de vaporizadores de concentracin calibrada o de cortocircuito variable y constituyen la mayora de los vaporizadores utilizados en la actualidad. A este tipo pertenecen los modelos Ohmeda TEC4 y TEC5, Ohio, Drger Vapor 19, Blease Datum o Penlon PPV Sigma. Existen otros dos modelos de vaporizador (Siemens Servo 900D, Aladin 2222) que estn construidos bajo el mismo fundamento (sistema de cortocircuito variable) pero con notables modificaciones respecto a los anteriores por lo que sern tratados de forma especfica al final del captulo conjuntamente con el vaporizador Ohmeda TEC 6 especfico para desflurano. Dial de control de concentracin Consiste en un restrictor de flujo que puede estar localizado en la cmara de cortocircuito o en la salida de la cmara de vaporizacin. Este restrictor est calibrado para ofrecer diversas concentraciones (en vol %) de un agente anestsico especfico por lo que los vaporizadores estn diseados para ser utilizados con un lquido anestsico concreto. Factores que influyen en el rendimiento El rendimiento de un vaporizador puede modificarse por el efecto de diversos factores entre los que destacan (6): 6 Velocidad de flujo del gas portador En modelos de vaporizadores de cortocircuito ms antiguos la concentracin del agente anestsico a la salida del vaporizador era dependiente de la velocidad de flujo del gas portador. Con estos aparatos se obtena una concentracin de salida menor a la fijada tanto con velocidades de flujo bajas (< 250 L min-1 ) como muy elevadas (> 15 L min-1 ). Este hecho se debe a la presencia de una mezcla y saturacin incompletas en la cmara de vaporizacin. Por el contrario, los vaporizadores ms modernos (Ohmeda Tec 4, 5 6, Drger Vapor serie 19, Datum, etc.) muestran una curva de comportamiento de concentracin de salida del vapor anestsico estable a diferentes velocidades del flujo de gas portador. Este hecho se debe a la presencia en su diseo de sistemas de amplificacin de la superficie de contacto gas portador-lquido anestsico consistente en mechas y pantallas. La figura 10 muestra las curvas de comportamiento de salida de dos vaporizadores a distinta velocidad de flujo. Temperatura La presin de vapor de un anestsico inhalatorio depende de la temperatura ambiental. As, por ejemplo la presin vapor de isoflurano a 20 C es de 238 mm Hg mientras que a 35 C es prcticamente el doble (450 mm Hg). Este hecho originara un incremento en la concentracin de salida del agente anestsico de forma proporcional. Para evitar este efecto los vaporizadores disponen de sistemas compensadores de temperatura acoplados a una vlvula reguladora del flujo de gas portador a travs de la cmara de cortocircuito. Cuando se produce un incremento de la temperatura ambiente se incrementa proporcionalmente el flujo de gas portador por la cmara de cortocircuito compensando el incremento de la presin vapor del anestsico. Estos sistemas compensadores de temperatura varan en su diseo segn los modelos. Las figuras 11 y 12 muestran los sistemas utilizados por los vaporizadores Ohmeda Tec 4 y Drger Vapor 19.1. Estos vaporizadores muestran unas curvas de comportamiento de la concentracin de salida del vapor anestsico bastante estable en un rango de temperatura de 20 a 35 C (Figura 13). Presin retrgrada intermitente La ventilacin a presin positiva o la compresin de la bolsa reservorio origina pulsos de presin retrgrada intermitente que producen una concentracin de salida del vaporizador mayor de la prefijada. Este fenmeno se conoce como efecto de bombeo. El mecanismo propuesto consiste en que durante la fase inspiratoria de la ventilacin a presin positiva se transmite una onda de presin retrgrada hacia el vaporizador que comprime las molculas de gas tanto en la cmara de vaporizacin como en la de cortocircuito. Cuando se inicia la fase espiratoria, la presin retrgrada cesa bruscamente y el vapor anestsico sale de la cmara de vaporizacin a travs de su salida habitual y tambin a travs de la cmara de cortocircuito debido a su baja resistencia respecto a la salida de la cmara de vaporizacin (Figura 14). El efecto de bombeo es ms acusado a bajos flujos, a concentraciones prefijadas bajas o con nivel bajo de lquido anestsico en la cmara de vaporizacin. Tambin se incrementa obviamente con todas aquellas circunstancias que incrementan la intensidad o frecuencia de la onda de presin retrgrada (frecuencia respiratoria y presin pico inspiratorio elevados) o bien favorecen la entrada de vapor anestsico en la cmara de cortocircuito (cada rpida de la presin en la va area al comienzo de la espiracin). Los vaporizadores ms modernos (Ohmeda Tec 4 y posteriores y Drger Vapor 19.1) estn exentos en gran medida de este inconveniente debido a mejoras tcnicas en su 7 diseo. El Ohmeda Tec 4 incorpora un sistema deflector en la cmara de vaporizacin y una vlvula de seguridad unidireccional en la salida comn mientras que el Drger Vapor 19.1 posee un largo tubo espiral que sirve de entrada del gas portador a la cmara de vaporizacin. Cuando se produce la descompresin de la cmara de vaporizacin al inicio de la espiracin, parte del vapor entra en el tubo espiral pero no en la cmara de derivacin debido a su gran longitud (Figuras 11 y 12). Composicin del gas transportador La composicin del gas portador influye en el rendimiento del vaporizador. Estos aparatos son calibrados con oxgeno al 100% (Ohmeda Tec 4 y 5 y Blease Datum) o aire (Drger Vapor 19). Al utilizar la mezcla habitual de xido nitroso:oxgeno (70:30 % vol), la concentracin de salida puede oscilar un 5-10% sobre el valor prefijado, lo que no tiene una repercusin clnica manifiesta. El efecto ms notable se observa al sustituir el oxgeno al 100% como gas portador por xido nitroso al 100%. En este caso se produce una disminucin rpida y transitoria de la concentracin de salida del agente anestsico seguida por un posterior aumento progresivo hacia un nuevo valor de estado de equilibrio estacionario. La disminucin transitoria se debe a que el xido nitroso es ms soluble que el oxgeno en el lquido anestsico y necesita saturar completamente el lquido anestsico para que vuelva a incrementar la cantidad de gas que sale de la cmara de vaporizacin. Presin atmosfrica En los vaporizadores de cortocircuito variable, la presin parcial del agente anestsico obtenida es independiente de los cambios de la presin atmosfrica. Este hecho garantiza un funcionamiento correcto incluso con cambios de presin de 700 a 1100 hPa debidos a la altitud. No obstante, los cambios de presin atmosfrica modifican la densidad del gas portador causando ms (presin elevada) o menos (presin atmosfrica baja) resistencia al paso del gas por la cmara de vaporizacin originando cambios en la velocidad de salida del gas. Esto produce discretos cambios en el volumen % prefijado y en menor medidad en la presin parcial. Adems, se recomienda evitar su uso en condiciones de presin atmosfrica y temperatura donde comience la ebullicin del anestsico (Tabla 1). Peligros Los vaporizadores ms modernos han sido diseados para evitar la mayora de los riesgos asociados a la utilizacin de aparatos con cortocircuito variable, aunque es preciso seguir tomando algunas precauciones (6,7). Uso de un agente anestsico incorrecto Este hecho es infrecuente si se utilizan sistemas especficos de llenado para cada agente anestsico (Figura 9). Sin embargo, puede producirse fcilmente si se utiliza un sistema de llenado de cubeta presente en modelos ms antiguos (Figura 15). Este sistema favorece el llenado de un vaporizador con otro agente anestsico diferente al indicado. Si ocurre esto, la concentracin de salida del agente anestsico introducido puede ser notablemente diferente a la cantidad prefijada lo que puede ser potencialmente peligroso cuando un vaporizador diseado para un agente poco potente es rellenado con un agente potente. 8 Inclinacin Al igual que en el caso anterior, la inclinacin de un vaporizador es un hecho poco frecuente con los actuales sistemas de fijacin del vaporizador a la mquina de anestesia. En caso de producirse, especialmente en situaciones de transporte o manipulacin incorrecta, el lquido anestsico puede entrar en la cmara de cortocircuito pudiendo producir una concentracin de salida anormalmente elevada. En estos casos el vaporizador no debe utilizarse hasta que se haya purgado durante 20-30 minutos con un flujo de gas portador a elevada velocidad y con el dial ajustado a una concentracin baja para asegurar una evaporacin de todo el lquido anestsico extravasado. Sobrellenado Si el vaporizador es sobrellenado de lquido anestsico, ste puede entrar en la cmara de cortocircuito y suministrar hasta 10 veces la concentracin de anestsico prefijada. Los vaporizadores modernos disponen de sistemas de proteccin contra el exceso de carga como el mostrado en la figura 16. Administracin simultnea de varios anestsicos inhalatorios Esta posibilidad se ha evitado en gran parte mediante la adopcin de sistemas de utilizacin selectiva de un vaporizador en aparatos de anestesia provistos de varios. El ms conocido consiste en el sistema interlock en equipos de anestesia que contienen dos vaporizadores de forma que solo puede utilizarse uno de ellos mientras que el otro se mantiene bloqueado (Figuras 17 y 18). Fugas La causa ms frecuente de fugas consiste en un tapn de llenado flojo o a nivel de la unin entre el vaporizador y su colector. El mtodo de comprobacin de fugas debe realizarse con el vaporizador en posicin abierta y vara segn el modelo de vaporizador: en el modelo Drger Vapor 19 puede detectarse una fuga mediante la aplicacin de una presin positiva. Sin embargo, los modelos Ohmeda estn provistos de una vlvula de seguridad en la salida del aparato por lo que se recomienda la utilizacin de un dispositivo de comprobacin de fugas a presin negativa. Otros vaporizadores especficos Ohmeda Tec 6 Este vaporizador ha sido diseado para uso exclusivo con desflurano. Este gas posee unas propiedades muy peculiares respecto al resto de lquidos anestsicos voltiles utilizados habitualmente (punto de ebullicin ms bajo, presin de vapor 3-4 veces superior y valor CAM entre 5-7 veces superior). Estas caractersticas determinan que los vaporizadores de cortocircuito tradicionales no puedan ser utilizados para desflurano. As, por ejemplo, debido a su elevada presin de vapor sera preciso un flujo de casi 90 L min-1 de gas portador por la cmara de cortocircuito para poder reducir la concentracin de vapor anestsico a la salida al 1%. Adems, debido a su baja potencia se precisa evaporar una cantidad absoluta de agente anestsico por unidad de tiempo notablemente superior a la de otros agentes anestsicos, lo que producira un enfriamiento excesivo del lquido anestsico que sera imposible de compensar con los dispositivos termoreguladores mecnicos tradicionales. El vaporizador Ohmeda Tec 6 (Figura 19) compensa estos inconvenientes calentando de forma elctrica la cmara de vaporizacin hasta 39 C (precisa por tanto una fuente de energa elctrica externa), lo que eleva la presin de vapor de desflurano hasta 1500 mm 9 Hg absolutos. Este vapor es conducido por un circuito especfico controlado por una vlvula de presin dirigida por un sistema neumtico-electrnico. Posteriormente el circuito posee un restrictor variable acoplado al dial de control de concentracin del gas anestsico en la mezcla de salida del vaporizador (R2). El gas fresco entra en el vaporizador a travs de un circuito independiente al de vapor. El circuito de gas fresco posee un restrictor fijo (R1) y posteriormente se une al circuito de gas en la salida comn del vaporizador. La presencia del restrictor fijo produce una presin retrgrada en el circuito de gas fresco determinada por un sistema de transduccin que detectan cambios de la presin en el circuito de gas fresco en respuesta a modificaciones del flujo. As, si se incrementa el flujo de gas fresco, el transductor cuantifica el incremento de presin correspondiente y mediante un sistema electrnico acoplado se produce una apertura de la vlvula de regulacin de la presin que incrementa la presin de vapor del agente anestsico de forma proporcional al incremento de flujo con el objetivo de mantener constante la proporcin de anestsico en la mezcla. El rendimiento de este vaporizador se modifica con los cambios de presin atmosfrica y de la composicin del gas portador. A diferencia de los vaporizadores de cortocircuito tradicionales, el rendimiento de este vaporizador se afecta por la accin de los cambios de presin atmosfrica observandose una disminucin progresiva de la presin parcial del gas anestsico proporcional al descenso de la presin atmosfrica, lo que lgicamente conduce a una disminucin de la presin parcial alveolar. Para obviar este inconveniente se recomienda realizar incrementos en la concentracin del dial (que pueden ser hasta del 30% a 2.000 m de altitud). As mismo, cuando se sustituye el gas portador desde oxgeno al 100% a una mezcla de oxgeno:xido nitroso (30:70), se observa una reduccin de hasta el 20% en la concentracin del vapor anestsico a la salida del vaporizador respecto al valor prefijado. Vaporizador Siemens para SERVO 900D Bsicamente consiste en un vaporizador de cortocircuito variable que, a diferencia de los modelos anteriores, no est provisto de compensador de temperatura y utiliza un sistema de inyeccin del lquido anstesico en el gas portador (Figura 20). El esquema muestra el mecanismo por el que el gas portador, al entrar en la cmara de vaporizacin, La presin ejercida por este gas propulsa el lquido anestsico por la punta del inyector vaporizandolo. Vaporizador Aladin 2222 Al igual que los vaporizadores tradicionales, es de cortocircuito variable, arrastre por gas y con termocompensacin (Figura 21). Se diferencia de los anteriores en que fsicamente est dividido en dos partes: una unidad de vaporizacin especfica para cada agente anestsico que es fcilmente intercambiable introducindola en una rendija de la mquina de anestesia. Esta unidad puede movilizarse sin las precauciones de los vaporizadores tradicionales. En segundo lugar, un sistema electrnico contenido en la mquina de anestesia que regula la concentracin del anestsico en el gas portador analizando la informacin suministrada por los sensores de presin, temperatura y flujo de que dispone el circuito.