Enfermeria en Anestesia

Vaporizadores de Anestesia

Dr. Eduardo Adolfo Casini

Los anestésicos volátiles que se utilizan por vía inhalatoria, se absorben a nivel alveolar en forma gaseosa y la mayoría de ellos son líquidos a temperatura y presión atmosférica ambiente. Por lo tanto, para su uso clínico deben cambiar su estado físico pasando de líquido a vapor antes de ser administrados.

Los vaporizadores de anestesia son aparatos que facilitan el cambio de la fase líquida del anestésico a la fase de vapor y controlan la cantidad de ese vapor en el flujo de gases que pasan al circuito de ventilación del paciente. Por lo tanto, mediante un flujo del gas transportador, en determinadas condiciones de temperatura y presión ambientales, compensando las disminuciones de la temperatura inducidas por la vaporización y las fluctuaciones de la presión a la salida del vaporizador, estos aparatos deben proporcionar la vaporización de los anestésicos inhalatorios líquidos volátiles (A.I.L.V.) dentro de una concentración regulable.

El médico anestesiólogo debe conocer los principios de la vaporización de los A.I.L.V., así también como el funcionamiento de los vaporizadores, la ubicación en el circuito de la máquina de anestesia y los requisitos del mantenimiento. De esta manera, para comprender el funcionamiento de estos aparatos es fundamental el conocimiento de las leyes físicas que gobiernan el comportamiento de los líquidos volátiles.

Evaporación, presión de vapor, presión de vapor saturada y punto de ebullición

El cambio de estado líquido a gaseoso puede producirse por dos procesos: la evaporación (fenómeno de superficie) y la ebullición (fenómeno de masa).

Si colocamos un A.I.L.V. dentro de un recipiente cerrado a presión y temperatura ambiente (760 mmHg – 20ºC), este se encuentra en la fase líquida y sus moléculas escapan desde la superficie del líquido hacia el espacio que está por encima, pasaje de fase líquida a fase de vapor, siempre y cuando la temperatura se mantenga constante. Este proceso se denomina evaporación y constituye una de las formas de la vaporización. La magnitud de la evaporación guarda relación directa con la temperatura y la superficie libre del líquido.

Las moléculas en estado de vapor están en continuo movimiento y chocan contra las paredes del recipiente determinando la presión de vapor que es la presión ejercida por el vapor (fase gaseosa) procedente de la fase líquida, en un recipiente cerrado, ver figura 1 y Tabla I.

Cuando la fase gaseosa, que se encuentra por encima del líquido, tiene la máxima cantidad de vapor a una determinada temperatura, la presión que ejerce se denomina presión de vapor saturada o presión de saturación de vapor, a esa temperatura.

Si aumenta la temperatura, habrá más moléculas en estado gaseoso y por lo tanto la presión de vapor se incrementará.

El punto de ebullición de un líquido es la temperatura en la cual la presión de vapor es igual a la presión atmosférica, ver Tabla I. Las presiones atmosféricas bajas, determinan presiones de vapor bajas.

Fig. 1: Recipiente cerrado con anestésico.

Propiedades	Halotano	Enflurano	Isoflurano	Sevoflurano	Desflurano
*Estructura Química*	CHBrClCF₃	CHFClCF₂OCHF₂	CF₂HOCHClCF₃	CH₂FOCH(CF₃)₂	CF₂HOCFHCF₃
*Punto de Ebullición*	50,2	56,5	48,5	58,6	22,8
*Presión de Vapor* *(1 Torr – 20º)*	243	175	238	157	669
*CAM en O2-%*	0,75	1,68	1,15	2,0	6,4
*mL vapor por g liq. 20ºC*	132	13	130	120	143
*mL vapor por mL liq. 20ºC*	226	196	195	182	207

TABLA I: Propiedades de los A.I.L.V..

¿Qué es el calor latente de vaporización?

Es la energía que requiere la vaporización para transformar la fase líquida en fase de vapor. Es decir, es la cantidad de calor (calorías) necesaria para convertir una unidad de masa (gramos) de líquido en vapor y también puede expresarse como la cantidad de calor (calorías) necesaria para convertir una unidad de líquido (mL) en vapor. La tabla II muestra el calor latente de vaporización de algunos A.I.L.V.

La vaporización quita las moléculas con mayor energía y mantiene las que poseen energía cinética más baja, de esta manera la temperatura del A.I.L.V. disminuye a medida que la vaporización progresa.

Calor Latente de Vaporización	Halotano	Enflurano	Isoflurano
Cal/g	35 (20ºC)	42 (25º)	41 (25º)
Cal/mL	65 (20ºC)	63 (25º)	62 (25ºC)

TABLA II: Calor latente de vaporización de algunos A.I.L.V.

¿Cómo se clasifican los vaporizadores de anestesia?

Como en la actualidad existe una gran variedad de vaporizadores con estructura y función diferentes, se torna imposible clasificarlos en base a una sola característica. Dorsch y Dorsch agrupan los diferentes vaporizadores de acuerdo a cinco características funcionales, ver Tabla III:

CARACTERISTICAS	FUNCION
*A- Métodos de regulación de la concentración de salida*	§ Concentración calibrada o derivación variable. § Flujo medido o de alto rendimiento térmico.
*B- Métodos de vaporización*	§ Flujo de arrastre § A través de burbujas (burbujeo) § Inyección
*C- Compensación de la temperatura*	§ Modificación del flujo § Calor suplementario
*D- Compensación de la presión*	§ Con válvulas unidireccionales § Volúmenes iguales de la cámara directa y la de vaporización.
*E- Especificidad*	§ Agente específico § Agentes múltiples
*F- Localización en el circuito respiratorio*	§ Fuera § Dentro

TABLA III: Clasificación de los vaporizadores (modificada de Dorsch y Dorsch).

A- Métodos de regulación de la concentración de salida

La mayoría de los A.I.L.V. tienen una presión de vapor, a temperatura ambiente, mayor que la presión parcial requerida para producir la anestesia y para obtener concentraciones clínicamente útiles, el vaporizador debe diluir el vapor saturado de la cámara de vaporización.

Esto se realiza por uno de los siguientes métodos:

1. Concentración calibrada o de derivación variable: son los más comúnmente utilizados en la actualidad. El flujo total de gases frescos que vienen de los caudalímetros de la máquina de anestesia entran al vaporizador y se divide en dos partes. Una pasa a la cámara de vaporización que contiene el líquido anestésico, arrastrando el vapor de la superficie (flujo de vaporización) cuyo caudal está regulado por la posición de apertura del dial y la otra, pasa por la cámara directa o de derivación (cerca del 80 % del flujo que entra al vaporizador) sin modificarse su composición (flujo directo). Ambos flujos abandonan el aparato en la boca de salida conformando la mezcla anestésica o flujo de salida, ver figura 2 a, b y c. Ejemplo: vaporizador TEC 3.

2. Flujo medido o de alto rendimiento térmico: en este tipo de vaporizadores, las concentraciones anestésicas en lugar de controlarse con un dial, se obtienen mediante un flujo bajo de gas que entra en la cámara de vaporización desde un flujómetro de precisión exclusivo para el vaporizador. La cámara de vaporización tiene una presión de vapor que corresponde, de manera permanente, a la presión de saturación para la temperatura del líquido, la cual es medida por un termómetro cuyo bulbo está sumergido en el mismo, ver figura 3. En estos vaporizadores, para lograr las concentraciones anestésicas deseadas, se deben utilizar tablas o reglas de cálculos diseñadas para tal fin. Ejemplo: vaporizador Cooper-Keatle.

Fig. 2a: Esquema de un vaporizador. Fig. 2b: Dial cerrado.

F.E.(flujo de entrada).

F.D. (flujo directo).

Fig. 2c: Dial abierto, F.E (flujo de entrada)

F.D. (flujo directo)

F.V. (flujo de vaporización)

F.S. (flujo de salida)

Fig. 3: Vaporizador flujo-medido.

B- Métodos de vaporización

Flujo de arrastre: el flujo de vaporización pasa por la superficie del líquido. La eficiencia de la vaporización puede aumentarse incrementando la superficie de arrastre mediante la utilización de espirales metálicas con fieltro, tubos de fieltro, planchas acanaladas de material de absorción; todos estos elementos actúan por capilaridad.

Burbujas: otro método para aumentar el contacto entre el flujo de vaporización y el líquido anestésico es burbujear el flujo dentro del anestésico. De esta manera, al romperse las burbujas por encima de la superficie, se ve incrementada la interface líquido-gas.

Inyección: control de la concentración de vapor por la inyección de una cantidad conocida de anestésico líquido en un volumen conocido de gas.

C- Compensación de la temperatura

Cuando un líquido anestésico es vaporizado, libera energía en forma de calor o pérdida del calor latente de vaporización y a medida que la temperatura del líquido disminuye, decrece la presión de vapor y en consecuencia la concentración del gas.

Para mantener constante el rendimiento de vapor, se emplean dos métodos para compensar las fluctuaciones de la temperatura de los líquidos:

La compensación de los cambios térmicos, se puede lograr por diferentes métodos. El más importante y sencillo es la colocación de grandes masas de metal (el cobre de gran capacidad calorífica) en las paredes de la cámara de vaporización que actúan como una fuente de calor, proporcionando parte del mismo al líquido y ocasiona una temperatura constante. Pero esto no compensa los cambios de temperatura de origen ambiental ya que la masa metálica del vaporizador estará a la temperatura del ambiente y, por lo tanto, las concentraciones serán diferentes. Para corregir este efecto, se interpone una resistencia variable en el trayecto del flujo de evaporación, compuesta por metales dilatables por la temperatura denominada termocupla, la cual modifica el flujo de vaporización. La termocupla puede ser bimetálica (cobre y bronce) o trimetálica (cobre, bronce y acero inoxidable), ver figura 4.

Calor suplementario: de fuente eléctrica, puede ser utilizado en el vaporizador para mantener constante la temperatura. Ejemplo: vaporizador TEC 6 para desflurano.

D- Compensación de la presión

Las presiones que se originan en el circuito de anestesia, se retrotrasmiten al vaporizador originando una alteración de las concentraciones.

La baro-compensación se puede lograr por dos métodos:

Colocación de válvulas unidireccionales en el trayecto entrada-salida (cámara directa o derivación) del vaporizador. Este no es un método muy eficaz porque generan resistencias elevadas al flujo.

Igualando los volúmenes de la cámara directa y la de vaporización, los gases directos se comprimen y descomprimen en relaciones iguales a los de la cámara de vaporización y, por lo tanto, ambas cámaras brindan flujos iguales en el flujo final de salida. Este es un buen método.

Fig. 4: ubicación de la termocupla.

F.E (flujo de entrada)

F.D. (flujo directo)

F.V. (flujo de vaporización)

F.S. (flujo de salida)

La presión barométrica ¿genera efectos sobre los vaporizadores?

Debido a que muchos vaporizadores son calibrados bajo presiones barométricas estándar, es muy importante conocer los efectos de la presión barométrica sobre la concentración de los A.I.L.V. ya que, en ocasiones, los vaporizadores son utilizados en cámaras hiperbáricas o en regiones geográficas elevadas en donde a mayor altura menor presión.

Como concepto, es importante destacar que los A.I.L.V. cuyo punto de ebullición sea bajo, serán más susceptibles que aquellos que tengan un punto de ebullición elevado.

¿Cómo afecta la presión barométrica baja a los vaporizadores concentración-calibrada?

Los afecta de dos maneras que, en definitiva, son complementarias:

a) Altera el coeficiente de partición aire/líquido, lo que permite más moléculas en la fase gaseosa.

b) Normalmente, la cámara de vaporización tiene resistencias elevadas. Ahora bien, cuando la presión barométrica es baja, estas resistencias disminuyen, aumenta la presión parcial de los gases y por lo tanto se incrementan las concentraciones del líquido anestésico. Es decir, aumenta el rendimiento del vaporizador, que si lo medimos en volúmenes %, el efecto es mayor.

¿Cómo afecta la presión barométrica baja a los vaporizadores flujo-medido?

En este tipo de vaporizador, tanto la presión parcial de los gases como los volúmenes % de los mismos, aumentan en ambientes con presión barométrica baja.

Este incremento depende de:

a) Presión barométrica.

b) Presión de vapor del líquido.

c) Temperatura.

¿Cómo afecta la presión barométrica alta a los vaporizadores concentración-calibrada?

Bajo esta condición, aumenta la densidad de los gases y por lo tanto, se elevan las resistencias al flujo en la cámara de vaporización. En consecuencia, disminuyen la presión parcial del gas y los volúmenes % lo que produce menores concentraciones y menor rendimiento del vaporizador. Ejemplo: a dos atmósferas de presión, la concentración en volúmenes % es 50% menor.

¿Qué le sucede al vaporizador cuando asistimos o controlamos la ventilación del paciente?

La presión positiva que se genera durante la inspiración, se trasmite desde el sistema de ventilación hacia la máquina de anestesia y al vaporizador, denominada presión retrógrada intermitente.

Cuando utilizamos la válvula de oxígeno directa para enriquecer el circuito, se produce también una presión retrógrada muy alta hacia los vaporizadores, la cual puede tanto incrementar a la presión retrógrada intermitente como disminuir la presurización del vaporizador, afectando el rendimiento del mismo.

De esta manera, durante la ventilación controlada o asistida, las concentraciones emitidas por algunos vaporizadores elevadas a diferencia de lo que ocurre cuando se utiliza un flujo libre a la atmósfera.

Todas estas alteraciones son más pronunciadas cuando:

§ La cámara de vaporización contiene poco líquido anestésico.

§ El flujo de gas transportador es bajo.

§ Las presiones de fluctuación son altas y frecuentes.

§ La concentración elegida en el dial es baja.

¿Cómo afecta la presión retrógrada intermitente a los vaporizadores concentración-calibrada y qué modificaciones minimizan este efecto?

1. Durante la espiración, ver figura 5a, las resistencias generadas en las salidas de la cámara directa o derivación y de la cámara de vaporización (punto 1 y 2 respectivamente), determinan los flujos de cada uno y producen presiones bajas en los puntos B y C. En el punto A la presión es algo más elevada debido al flujo de entrada al vaporizador.

2. Durante la inspiración, ver figura 5b, la presión retrógrada intermitente genera una presión positiva en el punto C (salida de los gases) la cual se trasmite a la cámara de vaporización (punto B). En consecuencia, los gases tanto de la cámara directa o de derivación como los de la cámara de vaporización, se comprimen. Como la cámara directa o de derivación tiene menor volumen que la cámara de vaporización, entra más gas a esta última y en consecuencia se altera la relación normal entre el flujo de la cámara directa y el de la cámara de vaporización, el cual se incrementa y va a captar una cantidad mayor de vapor anestésico.

3. Inmediatamente comenzada la siguiente espiración, ver figura 5c, decrece el flujo de la cámara de vaporización disminuyendo rápidamente la presión en el punto C. En la cámara directa o de derivación las resistencias son menores que en la salida de la cámara de vaporización, por lo tanto la presión en el punto A caen más rápido que en el punto B, el resultado es el pasaje de gas con mayor cantidad de vapor anestésico desde la cámara de vaporización a la de derivación. En consecuencia aumenta la concentración en el flujo de salida del vaporizador, aumentando el rendimiento del mismo.

Para minimizar este efecto se proponen cuatro métodos:

A. Disminuir el tamaño de la cámara de vaporización o incrementar la dimensión de la cámara directa o derivación.

B. Colocar un tubo espiral largo o un tubo de diámetro grande desde la cámara directa hasta la cámara de vaporización. De esta manera, el gas con el vapor en exceso es forzado a entrar, por este sistema, a la cámara directa o derivación y no retorna a la cámara de vaporización.

C. Exclusión de los fieltros, utilizados en los métodos de vaporización por flujo de arrastre, del área de entrada a la cámara de vaporización.

D. Incremento masivo de la resistencia a la entrada de gas a través del vaporizador.

Fig. 5a: Espiración. Fig. 5b: Inspiración

Fig. 5c: Comienzo de la siguiente espiración

¿Cómo afecta la presión retrógrada intermitente a los vaporizadores de flujo-medido y qué modificaciones minimizan este efecto?

En estos vaporizadores, la presión retrógrada intermitente genera un flujo de gas dirigido hacia la cámara de vaporización. Este flujo está desaturado de anestésico y por lo tanto es capaz de tomar más anestésico de la cámara de vaporización que sumado al propio flujo del vaporizador, aumenta la concentración del gas de salida, es decir se incrementa el rendimiento.

Para minimizar este efecto:

a) Válvula liberadora-limitadora de presión a la salida de los gases del vaporizador.

b) Válvula recontrol de flujo retrógrado.

c) Tubo de salida de gases del vaporizador más largo, de manera que el flujo retrógrado desaturado, alcance lo menos posible la cámara de vaporización.

d) Cámara de vaporización más pequeña en la cual entra menos gas retrógrado.

E- Especificidad

La mayoría de los vaporizadores utilizados hoy en día, están calibrados y diseñados para un solo anestésico inhalatorio líquido volátil. Pero existen otros aparatos que pueden vaporizar diferentes anestésicos, pero uno a la vez, como le vaporizador universal de Takaoka (borboteador) o el Cooper-Keatle (flujo-medido o de alto rendimiento térmico).

F- Localización en el circuito respiratorio

a) Vaporizador dentro del circuito respiratorio: ver figura 6, se ubica en la rama inspiratoria del circuito circular (sistema con reinhalación). Esta modalidad no permite conocer la concentración emitida, a pesar que el dial esté posicionado, porque los gases espirados recirculan por el vaporizador y se retroalimentan las concentraciones provocando un aumento insospechado de las mismas. Actualmente, mediante el monitoreo de los gases anestésicos inspirados y espirados podría resurgir la utilización de este método. Sin embargo, en el terreno práctico se imponen los vaporizadores colocados fuera del circuito respiratorio.

b) Vaporizador fuera del circuito respiratorio: ver figura 7, debido a algunos A.I.L.V. como el halotano, el enflurano y el isoflurano tienen márgenes relativamente estrechos entre las concentraciones útiles y aquellas que producen efectos adversos, es importante elegir esta alternativa. Además, los A.I.L.V. utilizados actualmente no se enfrían tan rápidamente, por lo que no es necesario calentarlos con lo gases espirados. Por último, los vaporizadores modernos tienen resistencias internas que no permiten el paso de los flujos gaseosos con facilidad suficiente como para aplicarlos directamente a la vía respiratoria de los circuitos.

Fig. 6: Vaporizador dentro del Fig. 7: Vaporizador fuera del

circuito respiratorio. circuito respiratorio.

¿Porqué es diferente el vaporizador de desflurano?

El desflurano tiene una presión de vapor de 669 mmHg a 20º C, por lo tanto a temperatura ambiente hiere y los pequeños cambios de temperatura que puedan ocurrir en el vaporizador, producirían cambios muy grandes en la presión de saturación de vapor en la cámara de vaporización. Para evitar estas variaciones, se diseño un vaporizador específico para este agente anestésico (Tec 6), con un sistema de calentamiento eléctrico activo constante a 39º C.

¿Cuáles son los vaporizadores más utilizados actualmente y cuáles son sus características?

Ver Tabla IV.

VAPORIZADOR	CARACTERISTICA
SIEMENS	Concentración-calibrada. Inyección. No termocompensado
TEC 3 (MARK 3)	Concentración-calibrada. Flujo de arrastre con fieltros. Termocupla.
TEC 4	Concentración-calibrada. Flujo de arrastre con fieltros. Termocupla.
TEC 5	Concentración-calibrada. Flujo de arrastre con fieltros. Termocupla.
TEC 6 (desflurano)	Concentración-calibrada. Inyección. Calor suplementario.
OHIO	Concentración-calibrada. Flujo de arrastre con fieltros. Termocupla.
ALADIN 2222	Concentración-calibrada. Flujo de arrastre. Termocupla. Mecanismo electrónico y reservorio del anestésico intercambiable.
VAPOR 19.1 (Dräger)	Concentración-calibrada. Flujo de arrastre con fieltros. Termocupla.
PENLON PPV SIGMA	Concentración-calibrada. Flujo de arrastre. Termocupla.

TABLA IV: Vaporizadores y sus características.

¿Qué sucede si se vuelca de lado un vaporizador concentración-calibrada o de derivación variable?

Puede pasar el A.I.L.V. desde la cámara de vaporización hasta la cámara directa o de derivación formándose, de esta manera, dos cámaras de vaporización que aumentan el rendimiento del vaporizador y sus consecuencias.

Tener en cuenta que:

§ Los vaporizadores deben estar ubicados entre el conector de salida de los caudalímetros o mezclador de gases y el orificio de emergencia de salida de oxígeno. Deben estar fijos en la máquina de anestesia y si hay más de un vaporizador, debe preverse un sistema para dejar fuera de circuito al o los vaporizadores que no estén en uso para evitar el paso de los gases a través de ellos, con las consecuentes complicaciones.

§ Deben proporcionar una concentración de vapor predecible con un caudal de hasta 15 L /min.

§ Las leyendas del vaporizador deben leerse a una distancia de 1 m. con una visión corregida de 10/10 en condiciones de utilización normal de un quirófano. Las escalas deben indicar el porcentaje en volumen y la posición cerrado. Debe tener un indicador de llenado máximo y mínimo, para evitar el sobrellenado y sus consecuencias.

§ Todos los mandos de control del vaporizador, deben abrirse en sentido inverso al del recorrido de las agujas del reloj (es decir en el mismo sentido que las válvulas de control de los caudalímetros).

§ El mantenimiento/calibración de los vaporizadores deben realizarse por lo menos una vez al año o cuando lo indique el manual de instrucciones del fabricante.

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jueves, 30 de abril de 2009

Vaporizadores de Anestesia

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CURSO DE ACTUALIZACIÓN PARA ENFERMEROS Y TÉCNICOS EN ANESTESIA

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