La pandemia del COVID-19 ha hecho estragos, no solo en el número de víctimas fatales sino también en la infraestructura de los hospitales y unidades de cuidados intensivos. El número limitado de respiradores es una preocupación de toda la comunidad dada la demanda masiva y a muy corto plazo de estos equipos. Esta presentación tiene como fin dar soluciones sencillas para ventilar pacientes intubados de modo mandatorio utilizando equipos de ventilación no invasiva. Las soluciones propuestas permiten 2 estrategias claras frente al COVID-19: Reemplazar las máquinas de anestesia para disponer de ellas en pacientes. Usar la opción de equipos de ventilación no invasiva para pacientes con COVID-19 a modo de «puente» y a la espera de la liberación de un respirador específico en la unidad de cuidados críticos.
COVID-19 pandemic caused not only many deaths around the world but also made evident technical limitations of hospital and intensive care units (ICU). The growing demand of ICU ventilators in a short lapse of time constitutes one of the main community concerns. The main goal of this communication is to give simple solutions to transform a noninvasive ventilator in an invasive one for intubated patients. The proposal can be applied in two well defined strategies for the COVID-19 pandemic: To replace anesthesia workstations, leaving those machines to be used in patients. To apply this option in COVID-19 patients by way of a therapeutic “bridge”, waiting for the release of a ventilator in the ICU.
La pandemia del COVID-19 causada por el coronavirus SARS-CoV-2 y originada en la ciudad de Wuhan, China, ha dejado numerosas vÃctimas alrededor del mundo en un breve lapso de tiempo1–4. El COVID-19 es una afección predominantemente respiratoria, que oscila desde sÃntomas similares a la gripe hasta un sÃndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA). Aproximadamente un 10-15% de los pacientes presentan una insuficiencia respiratoria moderada, mientras que un 5% de los casos evoluciona a formas graves que necesitan soporte ventilatorio invasivo en las unidades de cuidados intensivos (UCI)2–4.
El alto contagio dado por el elevado número de reproducción del virus (Ro: 2,2-3,5)5 explica por qué los hospitales están abarrotados de pacientes graves que necesitan soporte ventilatorio. Hoy dÃa la oferta de respiradores es muy inferior a la demanda, por lo que hay escasez de estos aparatos de soporte vital avanzado. Esta situación sanitaria crÃtica es la base de la cuarentena y medidas de aislamiento social de la población para, de este modo, controlar la tasa de infectados y minimizar, entre otras cosas, la necesidad de respiradores en la población general. Esta problemática podrÃa ser mucho más exagerada y dramática en los paÃses emergentes y subdesarrollados con serias limitaciones de infraestructura y con escasos recursos económicos.
Proponemos una solución para aumentar el número de respiradores para el tratamiento del COVID-19. La idea se basa en transformar un equipo de ventilación no invasiva (VNI) en un ventilador de crÃticos para pacientes intubados. Describiremos las bases del funcionamiento de las alternativas que proponemos, seguida de una simulación de estas soluciones en un paciente con pulmones sanos y otro con SDRA.
Soluciones propuestasLos equipos clásicos de VNI no están diseñados para ventilar pacientes intubados, y uno de los motivos es la reinhalación del dióxido de carbono (CO2) que se acumula durante la espiración en la tubuladura única. Es decir, al no tener ramas inspiratoria y espiratoria ni válvulas unidireccionales, parte del CO2 del gas que se espira dentro del circuito único será reinhalado en la siguiente inspiración, originando hipercapnia. La solución para usar un equipo de VNI en un paciente ventilado, por lo tanto, está en evitarla sin que se despresurice el sistema ni afecte la ventilación alveolar del paciente.
Los equipos VNI deberán tener las opciones de back up de frecuencia y ciclado por tiempo para poder usarlo como una ventilación mandatoria controlada por presión (PC-CMV). Estas especificaciones permitirÃan usar el aparato de VNI tanto en un modo de ventilación mandatoria como espontáneo.
Las soluciones propuestas se detallan a continuación (fig. 1). En todas ellas, se coloca tras el tubo endotraqueal un filtro antibacteriano/viral (HMEF)6 para evitar la dispersión del SARS-CoV-2 y para conservar la temperatura y humedad.
Opciones analizadas para usar los equipos de VNI como ventilador de intensivos. En la opción 1 se usa el circuito único del ventilador no invasivo (VNI) con una fuga proximal al filtro HMEF y tubo endotraqueal (TET). La opción 2 consiste en agregar un circuito anestésico Bain con doble tubuladura coaxial. La rama externa se adapta al equipo de VNI y la tubuladura interna sirve como fuga de gases espirados. La opción 3 constituye un circuito VNI estándar con una válvula de no-reinhalación tipo Duc-Bill ubicada en el extremo distal conectado al paciente por detrás del filtro HMEF. Los gases espirados se escapan por dicha válvula donde se adiciona una válvula de PEEP externa.
Esta es la opción más sencilla donde una fuga en el HMEF o en el puerto de fuga que utilizan este tipo de equipos, permite un flujo continuo que lava el CO2 espirado (fig. 1, panel superior). Es decir, el paciente espira a través del HMEF mientras que el equipo de VNI aporta flujo no solo al paciente sino también el flujo necesario para lavar el CO2 atrapado en el circuito. Para lograr este objetivo el equipo de VNI debe tener un generador de flujo muy eficiente para mantener el sistema presurizado. La reinhalación de CO2 dependerá del tamaño de la fuga y de las presiones seleccionadas (a mayor presión, mayor deberÃa ser el flujo por la fuga y más eficiente serÃa el lavado de CO2).
Opción 2La solución consiste en reemplazar el circuito de rama único del equipo de VNI por un sistema de anestesia Bain o sistema Mapleson D modificado con doble tubuladura coaxial7,8. La bolsa del circuito de Bain y el flujo de gases frescos son eliminados. La tubuladura externa del circuito Bain se conecta al equipo de VNI, mientras que la rama interna se deja abierta al exterior para la fuga de gases espirados (fig. 1, panel medio). Las potenciales ventajas de esta opción son: 1) Obligar al gas espirado rico en CO2 a eliminarse por el tubo interno, ya que el mismo encuentra oposición a ir por la rama externa dado por el flujo/presión aportada por el equipo de VNI, y 2) Conservar en cierta medida una parte del calor y humedad dentro del circuito.
Opción 3Otra solución es evitar totalmente la reinhalación del CO2 con una válvula unidireccional tipo Duck-Bill colocada en el extremo distal del circuito único del equipo de VNI, por detrás del filtro HMEF y del tubo endotraqueal (fig. 1, panel inferior). La válvula tipo Duck-Bill se usa en los sistemas de ventilación Mapleson C de no reinhalación (p. ej., bolsa de resucitación tipo Ambu®), donde por un extremo se ventila al paciente y por el otro el CO2 se espira al ambiente a través de una válvula de PEEP externa9. La PEEP externa se debe programar al mismo valor que la presión positiva espiratoria (EPAP) del equipo de VNI. Esta disposición es necesaria para disminuir la resistencia espiratoria dada por la válvula de Duck-Bill; ya que esta válvula no está diseñada para la ventilación espontánea y genera mucha resistencia al flujo espirado (fig. 2).
Funcionamiento de la válvula de Duc-Bill. Simulaciones con la opción 3 seleccionando una IPAP de 22 cmH2O y una EPAP de 8 cmH2O. La ventilación mandatoria (panel superior) y espontánea (panel medio) sin válvula de PEEP externa muestra un ruido en curva de flujo y presión durante la espiración (flechas). Este ruido o flutter de la válvula al espirar se asoció a un aumento en la resistencia al flujo espiratorio. Este fenómeno se revirtió al usar una válvula de PEEP externa seleccionada con el mismo valor de la EPAP aplicada (panel inferior).
Las opciones propuestas (fig. 1) se evaluaron en el Centro de Simulación de la Asociación de Anestesia, Analgesia y Reanimación de la ciudad de Buenos Aires. Se utilizó un simulador respiratorio ASL 5000® (IngMar Medical, Pittsburgh, EE. UU.) conectado al equipo de VNI a través de un tubo endotraqueal n.° 8. El equipo de VNI analizado fue el Stellar® 150 (ResMed Inc., Sydney, Australia) con las opciones de back up de frecuencia y ciclado por tiempo. Se monitorizaron presión, flujo y capnografÃa con el monitor FluxMed® (MBMED, Buenos Aires, Argentina) con sensores colocados detrás del filtro HMEF. La fracción inspirada de oxÃgeno (FiO2) se midió con un analizador de gases colocado entre la HMEF y el tubo endotraqueal.
Las simulaciones se basaron solo en determinar si las opciones propuestas permitÃan una correcta función del equipo de VNI, si mantenÃan presurizado el sistema durante su funcionamiento, si evitaban la reinhalación de CO2 y que FiO2 podÃan lograr. Dada la urgencia en hacer pública esta información por la pandemia COVID-19, no se estudiaron combinaciones en los parámetros ventilatorios ni tampoco se analizaron otras potenciales modificaciones en el circuito de equipo de VNI.
El primer paso fue simular una ventilación controlada en un paciente con pulmones sanos con una producción de CO2 de 170ml/min, compliance de 50ml/cmH2O, resistencia de la vÃa aérea de 8cmH2O/l/s. La presión positiva inspiratoria en la vÃa aérea (IPAP) se fijó en 20cmH2O y la presión positiva espiratoria (EPAP) en 8cmH2O con una frecuencia respiratoria de 18bpm (tiempo inspiratorio; 1s; tiempo espiratorio: 2,3s). La figura 3 muestra que las opciones propuestas conservan el sistema presurizado y eliminan CO2 de modo correcto, sin reinhalación, como lo evidencia el retorno a cero en la señal del CO2 durante la inspiración.
El segundo paso fue simular una ventilación controlada en un paciente con SDRA con una producción de CO2 de 170ml/min, compliance de 30ml/cmH2O, resistencia de la vÃa aérea de 18cmH2O/l/s. La IPAP se fijó en 25 cmH2O y la EPAP en 12cmH2O con una frecuencia respiratoria de 18bpm (tiempo inspiratorio: 1s; tiempo espiratorio: 2,3s). La figura 4 muestra que en la simulación de pulmones enfermos las opciones analizadas también conservan las presiones seleccionadas y evitan la reinhalación del carbónico.
El último paso fue probar los sistemas simulando un paciente sano ventilando espontáneamente. La figura 5 muestra las curvas de flujo, presión y capnografÃa usando la opción 3 a modo de ejemplo; donde claramente se confirma la ausencia de reinhalación de CO2 y la conservación de las presiones seleccionadas. Las opciones 1 y 2 lograron resultados similares.
El O2 suplementario para manipular la FiO2 —a un volumen minuto respiratorio fijo de 7l/min—, se administró en 2 posiciones:
- 1.
Flujo suplementario de O2 aplicado a la toma especÃfica ubicada en el panel posterior del Stellar® 150. Un flujo de 5l/min resulta en una FiO2 de casi el 90%.
- 2.
Flujo suplementario de O2 aplicado en la salida del equipo de VNI donde se conecta el circuito único. Analizamos uno de los sistemas propuestos con fuga sin válvula de no reinhalación (opción 2) y la opción 3 con la válvula unidireccional a distintos flujos de O2. La tabla 1 muestra los resultados del análisis en ventilación mandatoria.
Tabla 1.Relación FiO2 según el flujo accesorio de oxÃgeno para cada opción propuesta
Flujo de O2(l/min) Opción 2(tipo Bain) (%) Opción 3 (tipo Duck-Bill) (%) 1 23 28 2 25 33 3 27 38 4 29 39 5 33 40 10 45 50 Fracción inspirada de oxÃgeno (FiO2) alcanzada en el extremo distal del circuito VNI cuando se administró un flujo adicional de O2 en el extremo proximal del circuito VNI.
- 1.
Las opciones propuestas permitirÃan ventilar pacientes de cualquier edad, peso y talla de manera mandatoria o espontánea.
- 2.
Las presiones en la vÃa aérea que alcanzan estos aparatos de VNI están dentro del rango contemplado en la ventilación de protección.
- 3.
Fácil esterilización del circuito, adaptadores y válvulas.
- 4.
Mayor disponibilidad de equipos comparado con el número de ventiladores de intensivos.
- 1.
El control exacto de la FiO2 no es posible porque depende del flujo adicional de O2 agregado al sistema, dónde se administra el O2, la fuga y volumen minuto respiratorio seleccionado. Sin embargo, la información generada en las simulaciones nos indican que este punto no serÃa un problema de relevancia.
- 2.
Monitorización escasa comparada con respiradores de crÃticos.
- 3.
Muchos de los equipos de VNI no tienen baterÃa para funcionar de manera autónoma.
- 4.
Las alarmas pueden no ser tan completas y/o sensibles como un ventilador de intensivos. Este problema dependerá de las caracterÃsticas técnicas del equipo de VNI utilizado con este propósito y nos obligará a una vigilancia más estrecha de los pacientes.
Nota: La gran oferta de aparatos de VNI del mercado nos obliga a revisar las caracterÃsticas de funcionamiento del equipo de VNI que tengamos a disposición: conocer modos ventilatorios, lÃmites/rango de presiones alcanzadas, alarmas, administración de O2 suplementario, etc. Se recomienda preparar algunas de las opciones propuestas y hacer un testeo previo con un pulmón artificial para asegurarnos de su correcto funcionamiento antes de su uso clÃnico.
Estrategia detrás de la solución propuestaEl uso de este equipamiento permite dos estrategias bien definidas. Una de ellas es reemplazar las máquinas de anestesia para que las mismas sean usadas en pacientes con COVID-19. Este reemplazo nos obligarÃa a hacer anestesia endovenosa total en quirófano porque todas las opciones propuestas son circuitos de ventilación «abiertos». La segunda opción es ventilar con este dispositivo a los pacientes con COVID-19 cuando los ventiladores de UCI estén ocupados. De este modo, el sistema se puede usar como «puente ventilatorio» donde el paciente estará a la espera de la liberación de un equipo en la UCI.
Más allá del COVID-19, la simplicidad de los sistemas permite sus usos para traslado (equipos con baterÃa) en pacientes ventilados, no solo dentro del hospital sino también desde lugares remotos.
ConclusionesLa presente comunicación propone soluciones para transformar un equipo de VNI en un respirador de intensivos para pacientes intubados. Estas propuestas tienen particular importancia para zonas descentralizadas, paÃses emergentes y subdesarrollados donde los recursos suelen ser escasos y la infraestructura limitada.
FinanciaciónNingún autor ha recibido ingresos o becas relacionado con esta presentación.
Conflicto de interesesLos autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
Los autores agradecen al bioingeniero Ariel Alberto Bonardi y a la kinesióloga Hiromi Kakisu por la asistencia técnica, a Medtronic por facilitar el simulador ASL 5000® y a JAEJ S.A. por el aporte del VNI para hacer la simulación.
