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Citar este artículo como: Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 de mayo de 2022) Relación de oxígeno inhalado en dispositivos de bajo y alto flujo: un estudio de simulación.Cura 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
Propósito: La fracción de oxígeno inhalado debe medirse cuando se administra oxígeno al paciente, ya que representa la concentración de oxígeno alveolar, que es importante desde el punto de vista de la fisiología respiratoria.Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue comparar la proporción de oxígeno inhalado obtenido con diferentes dispositivos de suministro de oxígeno.
Métodos: Se utilizó un modelo de simulación de respiración espontánea.Mida la proporción de oxígeno inhalado recibido a través de cánulas nasales de bajo y alto flujo y máscaras de oxígeno simples.Después de 120 s de oxígeno, se midió la fracción de aire inhalado cada segundo durante 30 s.Se tomaron tres medidas para cada condición.
RESULTADOS: El flujo de aire disminuyó la fracción de oxígeno inspirado intratraqueal y la concentración de oxígeno extraoral al usar una cánula nasal de bajo flujo, lo que sugiere que la respiración espiratoria ocurrió durante la reinhalación y puede estar asociada con un aumento en la fracción de oxígeno inspirado intratraqueal.
Conclusión.La inhalación de oxígeno durante la exhalación puede conducir a un aumento de la concentración de oxígeno en el espacio muerto anatómico, lo que puede estar asociado con un aumento en la proporción de oxígeno inhalado.Utilizando una cánula nasal de alto flujo, se puede obtener un alto porcentaje de oxígeno inhalado incluso a un caudal de 10 L/min.Al determinar la cantidad óptima de oxígeno, es necesario establecer el caudal adecuado para el paciente y las condiciones específicas, independientemente del valor de la fracción de oxígeno inhalado.Cuando se usan cánulas nasales de flujo bajo y máscaras de oxígeno simples en un entorno clínico, puede ser difícil estimar la proporción de oxígeno inhalado.
La administración de oxígeno durante las fases aguda y crónica de la insuficiencia respiratoria es un procedimiento común en la medicina clínica.Varios métodos de administración de oxígeno incluyen cánula, cánula nasal, máscara de oxígeno, máscara de reservorio, máscara venturi y cánula nasal de alto flujo (HFNC) [1-5].El porcentaje de oxígeno en el aire inhalado (FiO2) es el porcentaje de oxígeno en el aire inhalado que participa en el intercambio gaseoso alveolar.El grado de oxigenación (relación P/F) es la relación entre la presión parcial de oxígeno (PaO2) y la FiO2 en la sangre arterial.Aunque el valor diagnóstico de la relación P/F sigue siendo controvertido, es un indicador de oxigenación ampliamente utilizado en la práctica clínica [6-8].Por lo tanto, es clínicamente importante conocer el valor de FiO2 al administrar oxígeno a un paciente.
Durante la intubación, la FiO2 se puede medir con precisión con un monitor de oxígeno que incluye un circuito de ventilación, mientras que cuando se administra oxígeno con una cánula nasal y una máscara de oxígeno, solo se puede medir una "estimación" de la FiO2 basada en el tiempo inspiratorio.Esta “puntuación” es la relación entre el suministro de oxígeno y el volumen corriente.Sin embargo, esto no tiene en cuenta algunos factores desde el punto de vista de la fisiología de la respiración.Los estudios han demostrado que las mediciones de FiO2 pueden verse influenciadas por varios factores [2,3].Aunque la administración de oxígeno durante la exhalación puede conducir a un aumento de la concentración de oxígeno en los espacios muertos anatómicos como la cavidad oral, la faringe y la tráquea, no existen informes sobre este tema en la literatura actual.Sin embargo, algunos clínicos creen que en la práctica estos factores son menos importantes y que las “puntuaciones” son suficientes para superar los problemas clínicos.
En los últimos años, HFNC ha atraído una atención particular en medicina de emergencia y cuidados intensivos [9].La HFNC proporciona una FiO2 alta y un flujo de oxígeno con dos beneficios principales: limpieza del espacio muerto de la faringe y reducción de la resistencia nasofaríngea, que no debe pasarse por alto al prescribir oxígeno [10,11].Además, puede ser necesario suponer que el valor de FiO2 medido representa la concentración de oxígeno en las vías respiratorias o los alvéolos, ya que la concentración de oxígeno en los alvéolos durante la inspiración es importante en términos de la relación P/F.
Los métodos de suministro de oxígeno distintos de la intubación se utilizan a menudo en la práctica clínica habitual.Por lo tanto, es importante recopilar más datos sobre la FiO2 medida con estos dispositivos de suministro de oxígeno para evitar la sobreoxigenación innecesaria y obtener información sobre la seguridad de la respiración durante la oxigenación.Sin embargo, la medición de FiO2 en la tráquea humana es difícil.Algunos investigadores han intentado imitar la FiO2 utilizando modelos de respiración espontánea [4,12,13].Por lo tanto, en este estudio, nuestro objetivo fue medir la FiO2 utilizando un modelo simulado de respiración espontánea.
Este es un estudio piloto que no requiere aprobación ética porque no involucra a humanos.Para simular la respiración espontánea, preparamos un modelo de respiración espontánea con referencia al modelo desarrollado por Hsu et al.(Figura 1) [12].Se prepararon ventiladores y pulmones de prueba (Dual Adult TTL; Grand Rapids, MI: Michigan Instruments, Inc.) del equipo de anestesia (Fabius Plus; Lübeck, Alemania: Draeger, Inc.) para imitar la respiración espontánea.Los dos dispositivos se conectan manualmente mediante correas metálicas rígidas.Un fuelle (lado de accionamiento) del pulmón de prueba está conectado al ventilador.El otro fuelle (lado pasivo) del pulmón de prueba está conectado al "Modelo de gestión de oxígeno".Tan pronto como el ventilador suministra gas fresco para probar los pulmones (lado de accionamiento), el fuelle se infla tirando a la fuerza del otro fuelle (lado pasivo).Este movimiento inhala gas a través de la tráquea del maniquí, simulando así la respiración espontánea.
(a) monitor de oxígeno, (b) maniquí, (c) pulmón de prueba, (d) dispositivo de anestesia, (e) monitor de oxígeno y (f) ventilador eléctrico.
Los ajustes del ventilador fueron los siguientes: volumen tidal 500 ml, frecuencia respiratoria 10 respiraciones/min, relación inspiración/espiración (relación inhalación/espiración) 1:2 (tiempo de respiración = 1 s).Para los experimentos, la distensibilidad del pulmón de prueba se fijó en 0,5.
Para el modelo de gestión de oxígeno se utilizó un monitor de oxígeno (MiniOx 3000; Pittsburgh, PA: American Medical Services Corporation) y un maniquí (MW13; Kyoto, Japón: Kyoto Kagaku Co., Ltd.).Se inyectó oxígeno puro a velocidades de 1, 2, 3, 4 y 5 L/min y se midió la FiO2 para cada uno.Para HFNC (MaxVenturi; Coleraine, Irlanda del Norte: Armstrong Medical), se administraron mezclas de oxígeno y aire en volúmenes de 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 y 60 L, y se evaluó la FiO2. evaluado en cada caso.Para HFNC, los experimentos se llevaron a cabo a concentraciones de oxígeno del 45 %, 60 % y 90 %.
La concentración de oxígeno extraoral (BSM-6301; Tokio, Japón: Nihon Kohden Co.) se midió 3 cm por encima de los incisivos superiores con oxígeno administrado a través de una cánula nasal (Finefit; Osaka, Japón: Japan Medicalnext Co.) (Figura 1).) Intubación usando un ventilador eléctrico (HEF-33YR; Tokio, Japón: Hitachi) para sacar aire de la cabeza del maniquí para eliminar la respiración hacia atrás espiratoria, y se midió la FiO2 2 minutos después.
Después de 120 segundos de exposición al oxígeno, se midió la FiO2 cada segundo durante 30 segundos.Ventile el maniquí y el laboratorio después de cada medición.La FiO2 se midió 3 veces en cada condición.El experimento comenzó después de la calibración de cada instrumento de medición.
Tradicionalmente, el oxígeno se evalúa a través de cánulas nasales para poder medir la FiO2.El método de cálculo utilizado en este experimento varió según el contenido de respiración espontánea (Tabla 1).Las puntuaciones se calculan en función de las condiciones de respiración establecidas en el dispositivo de anestesia (volumen corriente: 500 ml, frecuencia respiratoria: 10 respiraciones/min, relación de inspiración a espiración {relación de inhalación: exhalación} = 1:2).
Las “puntuaciones” se calculan para cada tasa de flujo de oxígeno.Se utilizó una cánula nasal para administrar oxígeno al LFNC.
Todos los análisis se realizaron utilizando el software Origin (Northampton, MA: OriginLab Corporation).Los resultados se expresan como la media ± desviación estándar (DE) del número de pruebas (N) [12].Hemos redondeado todos los resultados a dos decimales.
Para calcular la “puntuación”, la cantidad de oxígeno que se respira en los pulmones en una sola respiración es igual a la cantidad de oxígeno dentro de la cánula nasal, y el resto es aire exterior.Así, con un tiempo de respiración de 2 s, el oxígeno entregado por la cánula nasal en 2 s es de 1000/30 ml.La dosis de oxígeno obtenida del aire exterior fue del 21% del volumen corriente (1000/30 ml).La FiO2 final es la cantidad de oxígeno entregado al volumen corriente.Por lo tanto, la “estimación” de FiO2 se puede calcular dividiendo la cantidad total de oxígeno consumido por el volumen corriente.
Antes de cada medición se calibró el monitor de oxígeno intratraqueal al 20,8% y el monitor de oxígeno extraoral al 21%.La Tabla 1 muestra los valores medios de FiO2 LFNC en cada caudal.Estos valores son 1,5-1,9 veces superiores a los valores "calculados" (Tabla 1).La concentración de oxígeno fuera de la boca es mayor que en el aire interior (21%).El valor promedio disminuyó antes de la introducción del flujo de aire del ventilador eléctrico.Estos valores son similares a los “valores estimados”.Con el flujo de aire, cuando la concentración de oxígeno fuera de la boca está cerca del aire ambiente, el valor de FiO2 en la tráquea es mayor que el "valor calculado" de más de 2 L/min.Con o sin flujo de aire, la diferencia de FiO2 disminuyó a medida que aumentaba el caudal (Figura 2).
La Tabla 2 muestra los valores promedio de FiO2 en cada concentración de oxígeno para una máscara de oxígeno simple (máscara de oxígeno Ecolite; Osaka, Japón: Japan Medicalnext Co., Ltd.).Estos valores aumentaron con el aumento de la concentración de oxígeno (Tabla 2).Con el mismo consumo de oxígeno, la FiO2 de la LFNK es superior a la de una simple máscara de oxígeno.A 1-5 L/min, la diferencia en FiO2 es de aproximadamente 11-24%.
La Tabla 3 muestra los valores promedio de FiO2 para HFNC en cada caudal y concentración de oxígeno.Estos valores estaban cerca de la concentración de oxígeno objetivo independientemente de si el caudal era bajo o alto (Tabla 3).
Los valores de FiO2 intratraqueal fueron más altos que los valores 'estimados' y los valores de FiO2 extraoral fueron más altos que el aire ambiente cuando se utilizó el LFNC.Se ha descubierto que el flujo de aire reduce la FiO2 intratraqueal y extraoral.Estos resultados sugieren que la respiración espiratoria ocurrió durante la reinhalación de LFNC.Con o sin flujo de aire, la diferencia de FiO2 disminuye a medida que aumenta el caudal.Este resultado sugiere que otro factor puede estar asociado con una FiO2 elevada en la tráquea.Además, también indicaron que la oxigenación aumenta la concentración de oxígeno en el espacio muerto anatómico, lo que puede deberse a un aumento de la FiO2 [2].En general, se acepta que LFNC no provoca la reinhalación en la exhalación.Se espera que esto pueda afectar significativamente la diferencia entre los valores medidos y "estimados" para las cánulas nasales.
A caudales bajos de 1 a 5 l/min, la FiO2 de la mascarilla simple fue menor que la de la cánula nasal, probablemente porque la concentración de oxígeno no aumenta fácilmente cuando parte de la mascarilla se convierte en una zona anatómicamente muerta.El flujo de oxígeno minimiza la dilución del aire de la habitación y estabiliza la FiO2 por encima de 5 l/min [12].Por debajo de 5 L/min, se producen valores bajos de FiO2 debido a la dilución del aire ambiente y la reinhalación del espacio muerto [12].De hecho, la precisión de los medidores de flujo de oxígeno puede variar mucho.El MiniOx 3000 se usa para monitorear la concentración de oxígeno; sin embargo, el dispositivo no tiene suficiente resolución temporal para medir los cambios en la concentración de oxígeno exhalado (los fabricantes especifican 20 segundos para representar una respuesta del 90 %).Esto requiere un monitor de oxígeno con un tiempo de respuesta más rápido.
En la práctica clínica real, la morfología de la cavidad nasal, cavidad oral y faringe varía de persona a persona, y el valor de FiO2 puede diferir de los resultados obtenidos en este estudio.Además, el estado respiratorio de los pacientes difiere y un mayor consumo de oxígeno conduce a un menor contenido de oxígeno en las respiraciones espiratorias.Estas condiciones pueden conducir a valores más bajos de FiO2.Por lo tanto, es difícil evaluar una FiO2 confiable cuando se usa LFNK y máscaras de oxígeno simples en situaciones clínicas reales.Sin embargo, este experimento sugiere que los conceptos de espacio muerto anatómico y respiración espiratoria recurrente pueden influir en la FiO2.Dado este descubrimiento, la FiO2 puede aumentar significativamente incluso con caudales bajos, dependiendo de las condiciones en lugar de las "estimaciones".
La Sociedad Torácica Británica recomienda que los médicos prescriban oxígeno de acuerdo con el rango de saturación objetivo y controlen al paciente para mantener el rango de saturación objetivo [14].Aunque el “valor calculado” de FiO2 en este estudio fue muy bajo, es posible lograr una FiO2 real superior al “valor calculado” dependiendo de la condición del paciente.
Cuando se usa HFNC, el valor de FiO2 está cerca de la concentración de oxígeno establecida, independientemente del caudal.Los resultados de este estudio sugieren que se pueden lograr altos niveles de FiO2 incluso con un caudal de 10 L/min.Estudios similares no mostraron cambios en la FiO2 entre 10 y 30 L [12,15].Se informa que la alta tasa de flujo de HFNC elimina la necesidad de considerar el espacio muerto anatómico [2,16].El espacio muerto anatómico puede eliminarse potencialmente con una tasa de flujo de oxígeno superior a 10 l/min.Dysart et al.Se plantea la hipótesis de que el principal mecanismo de acción de la TVP puede ser el lavado del espacio muerto de la cavidad nasofaríngea, lo que reduce el espacio muerto total y aumenta la proporción de ventilación por minuto (es decir, ventilación alveolar) [17].
Un estudio anterior de HFNC usó un catéter para medir la FiO2 en la nasofaringe, pero la FiO2 fue más baja que en este experimento [15,18-20].Richie et al.Se ha informado que el valor calculado de FiO2 se aproxima a 0,60 a medida que la tasa de flujo de gas aumenta por encima de 30 l/min durante la respiración nasal [15].En la práctica, los HFNC requieren caudales de 10 a 30 l/min o superiores.Debido a las propiedades de HFNC, las condiciones en la cavidad nasal tienen un efecto significativo, y HFNC a menudo se activa a altas velocidades de flujo.Si la respiración mejora, también puede ser necesaria una disminución del caudal, ya que la FiO2 puede ser suficiente.
Estos resultados se basan en simulaciones y no sugieren que los resultados de FiO2 puedan aplicarse directamente a pacientes reales.Sin embargo, según estos resultados, en el caso de intubación o dispositivos que no sean HFNC, se puede esperar que los valores de FiO2 varíen significativamente según las condiciones.Cuando se administra oxígeno con un LFNC o una máscara de oxígeno simple en el entorno clínico, el tratamiento generalmente se evalúa solo por el valor de "saturación de oxígeno arterial periférico" (SpO2) usando un oxímetro de pulso.Con el desarrollo de anemia, se recomienda un manejo estricto del paciente, independientemente de SpO2, PaO2 y contenido de oxígeno en sangre arterial.Además, Downes et al.y Beasley et al.Se ha sugerido que los pacientes inestables pueden estar en riesgo debido al uso profiláctico de la oxigenoterapia de alta concentración [21-24].Durante los períodos de deterioro físico, los pacientes que reciben oxigenoterapia altamente concentrada tendrán lecturas altas del oxímetro de pulso, lo que puede enmascarar una disminución gradual en la relación P/F y, por lo tanto, es posible que no alerte al personal en el momento adecuado, lo que lleva a un deterioro inminente que requiere intervención mecánica.apoyo.Anteriormente se pensaba que una FiO2 alta brindaba protección y seguridad a los pacientes, pero esta teoría no es aplicable al entorno clínico [14].
Por lo tanto, se debe tener cuidado incluso al prescribir oxígeno en el período perioperatorio o en las primeras etapas de la insuficiencia respiratoria.Los resultados del estudio muestran que solo se pueden obtener mediciones precisas de FiO2 con intubación o HFNC.Cuando se utiliza un LFNC o una máscara de oxígeno simple, se debe proporcionar oxígeno profiláctico para prevenir la dificultad respiratoria leve.Estos dispositivos pueden no ser adecuados cuando se requiere una evaluación crítica del estado respiratorio, especialmente cuando los resultados de FiO2 son críticos.Incluso con caudales bajos, la FiO2 aumenta con el flujo de oxígeno y puede enmascarar una insuficiencia respiratoria.Además, incluso cuando se usa SpO2 para el tratamiento posoperatorio, es deseable tener un caudal lo más bajo posible.Esto es necesario para la detección temprana de insuficiencia respiratoria.El alto flujo de oxígeno aumenta el riesgo de falla en la detección temprana.La dosis de oxígeno debe determinarse después de determinar qué signos vitales mejoran con la administración de oxígeno.Basándose únicamente en los resultados de este estudio, no se recomienda cambiar el concepto de gestión del oxígeno.Sin embargo, creemos que las nuevas ideas presentadas en este estudio deben ser consideradas en términos de métodos utilizados en la práctica clínica.Además, al determinar la cantidad de oxígeno recomendada por las guías, es necesario establecer el flujo apropiado para el paciente, independientemente del valor de FiO2 para las mediciones de flujo inspiratorio de rutina.
Proponemos reconsiderar el concepto de FiO2, teniendo en cuenta el alcance de la oxigenoterapia y las condiciones clínicas, ya que la FiO2 es un parámetro indispensable para el manejo de la administración de oxígeno.Sin embargo, este estudio tiene varias limitaciones.Si se puede medir la FiO2 en la tráquea humana, se puede obtener un valor más preciso.Sin embargo, actualmente es difícil realizar tales mediciones sin ser invasivas.En el futuro, se deben realizar más investigaciones que utilicen dispositivos de medición no invasivos.
En este estudio, medimos la FiO2 intratraqueal utilizando el modelo de simulación de respiración espontánea LFNC, una máscara de oxígeno simple y HFNC.El manejo del oxígeno durante la exhalación puede conducir a un aumento en la concentración de oxígeno en el espacio muerto anatómico, lo que puede estar asociado con un aumento en la proporción de oxígeno inhalado.Con HFNC, se puede obtener una alta proporción de oxígeno inhalado incluso a un caudal de 10 l/min.A la hora de determinar la cantidad óptima de oxígeno, es necesario establecer el caudal adecuado para el paciente y las condiciones específicas, no dependiendo únicamente de los valores de la fracción de oxígeno inhalado.Estimar el porcentaje de oxígeno inhalado cuando se usa un LFNC y una máscara de oxígeno simple en un entorno clínico puede ser un desafío.
Los datos obtenidos indican que la respiración espiratoria está asociada a un aumento de la FiO2 en la tráquea del LFNC.Al determinar la cantidad de oxígeno recomendada por las guías, es necesario establecer el flujo adecuado para el paciente, independientemente del valor de FiO2 medido con el flujo inspiratorio tradicional.
Sujetos humanos: todos los autores confirmaron que no hubo seres humanos ni tejidos involucrados en este estudio.Sujetos animales: todos los autores confirmaron que no participaron animales ni tejidos en este estudio.Conflictos de interés: De acuerdo con el Formulario de divulgación uniforme del ICMJE, todos los autores declaran lo siguiente: Información de pago/servicio: Todos los autores declaran que no recibieron apoyo financiero de ninguna organización para el trabajo presentado.Relaciones financieras: Todos los autores declaran que actualmente o en los últimos tres años no tienen relaciones financieras con ninguna organización que pueda estar interesada en el trabajo presentado.Otras Relaciones: Todos los autores declaran que no existen otras relaciones o actividades que puedan afectar el trabajo enviado.
Nos gustaría agradecer al Sr. Toru Shida (IMI Co., Ltd, Centro de Servicio al Cliente de Kumamoto, Japón) por su ayuda con este estudio.
Kojima Y., Sendo R., Okayama N. et al.(18 de mayo de 2022) Relación de oxígeno inhalado en dispositivos de bajo y alto flujo: un estudio de simulación.Cura 14(5): e25122.doi:10.7759/cureus.25122
© Derechos de autor 2022 Kojima et al.Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de Creative Commons Attribution License CC-BY 4.0.Se permite el uso, la distribución y la reproducción ilimitados en cualquier medio, siempre que se acredite el autor original y la fuente.
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(a) monitor de oxígeno, (b) maniquí, (c) pulmón de prueba, (d) dispositivo de anestesia, (e) monitor de oxígeno y (f) ventilador eléctrico.
Los ajustes del ventilador fueron los siguientes: volumen tidal 500 ml, frecuencia respiratoria 10 respiraciones/min, relación inspiración/espiración (relación inhalación/espiración) 1:2 (tiempo de respiración = 1 s).Para los experimentos, la distensibilidad del pulmón de prueba se fijó en 0,5.
Las “puntuaciones” se calculan para cada tasa de flujo de oxígeno.Se utilizó una cánula nasal para administrar oxígeno al LFNC.
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