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Ventilador líquido

Ejemplo de ventilador líquido (grupo de investigación Inolivent-5 Inolivent, Université de Sherbrooke ) Un ventilador líquido es similar a un ventilador médico, excepto que debe...

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Ejemplo de ventilador líquido (grupo de investigación Inolivent-5 Inolivent, Université de Sherbrooke )

Un ventilador líquido es similar a un ventilador médico, excepto que debe garantizar una ventilación líquida total confiable con un líquido respirable (un perfluorocarbono ). [ 1 ] [ 2 ] Los ventiladores líquidos son prototipos que pueden haberse utilizado en experimentación con animales, pero los expertos recomiendan continuar su desarrollo para aplicaciones clínicas. [ 3 ]

Función y tecnología

líquido de conducción

En la ventilación líquida total (VLT), los pulmones se llenan completamente con un líquido perfluorocarbonado (PFC) mientras el ventilador líquido renueva el volumen corriente de PFC. El ventilador líquido funciona en modo obligatorio: debe introducir y extraer el PFC de los pulmones mediante un sistema de bombeo.

  • Durante la fase inspiratoria, la bomba genera una presión positiva en la tráquea para asegurar la entrada del volumen corriente en la cámara posterior del flujo.
  • Durante la fase espiratoria, la bomba genera una presión motriz negativa en la tráquea para asegurar la extracción del volumen corriente mediante el flujo espiratorio máximo (PFC).

El sistema de bombeo es una bomba peristáltica (en los respiradores líquidos más sencillos) o dos bombas de pistón (en los respiradores líquidos más avanzados).

Debido a la viscosidad del PFC , la pérdida de carga en las vías respiratorias requiere una presión de conducción negativa baja durante la fase de espiración que puede colapsar las vías respiratorias. Este es el fenómeno de flujo estrangulado en TLV [ 4 ] [ 5 ] que compromete la ventilación minuto y, por consiguiente, los intercambios de gases. [ 6 ] Para abordar esta limitación, el ventilador líquido integra un control del sistema de bombeo.

Control del ventilador líquido

La introducción de computadoras en los ventiladores de líquidos para controlar el sistema de bombeo proporciona diferentes modos de control, monitoreo y datos valiosos para la toma de decisiones. [ 7 ] [ 8 ]

El ventilador líquido siempre está controlado por volumen porque el volumen corriente especificado de PFC debe administrarse y recuperarse con precisión. También está limitado por presión porque debe detener la fase espiratoria o inspiratoria cuando se detecta una presión de conducción demasiado baja o demasiado alta. [ 9 ]

Sin embargo, durante la fase espiratoria, el flujo espiratorio puede ser controlado por un controlador de lazo abierto o un controlador de lazo cerrado :

  • Cuando el flujo espiratorio se controla mediante un sistema de bucle abierto, es rápido inicialmente y se ralentiza progresivamente después para minimizar el riesgo de generación de colapso. [ 10 ] [ 11 ]
  • Cuando el flujo espiratorio se controla mediante un sistema de circuito cerrado, se le ordena en tiempo real que mantenga una presión de conducción específica. Este es un modo regulado por presión . Este enfoque evita automáticamente la generación de colapso. [ 12 ]

Además, durante la fase inspiratoria, el modo controlado por volumen se logra mediante el control de bucle abierto o cerrado del flujo del PFC.

Líquido oxigenante y calentador

El ventilador líquido elimina el dióxido de carbono (CO₂ ) del PFC saturándolo con oxígeno (O₂ ) y aire medicinal . Este procedimiento puede realizarse con un oxigenador de membrana (una tecnología utilizada en oxigenadores extracorpóreos ) o un oxigenador de burbujas. [ 13 ]

El ventilador líquido calienta el PFC a la temperatura corporal. Esto se realiza mediante un intercambiador de calor conectado al oxigenador o mediante calentadores específicos integrados en el oxigenador. [ 13 ]

El oxigenador y el calentador producen vapor de PFC que se recupera con un condensador para limitar la pérdida por evaporación (el PFC es un gas de efecto invernadero ).

Ejemplo

Ejemplo del ciclo de bombeo en un ventilador líquido (Inolivent-4, grupo de investigación Inolivent, Universidad de Sherbrooke )

Un ejemplo de ventilador líquido es el Inolivent-4. Está compuesto por dos bombas de pistón independientes y una unidad integrada que permite la oxigenación de PFC, el control de la temperatura y la recuperación de PFC evaporado. [ 13 ] Este ventilador líquido también incluye estrategias de control de volumen y presión para optimizar el ciclo ventilatorio: realiza un modo de ventilación con control de volumen y presión regulada . [ 12 ] Está diseñado para la investigación experimental en modelos animales que pesan entre 0,5  kg y 9  kg.

Un ciclo típico se compone de cuatro pasos  :

  1. La bomba inspiratoria introduce un volumen de PFC en los pulmones (válvula 1 abierta, válvula 2 cerrada), y la bomba espiratoria empuja el PFC hacia el oxigenador a través del filtro (válvula 3 cerrada, válvula 4 abierta).
  2. Durante la pausa inspiratoria (con todas las válvulas cerradas), el volumen pulmonar alcanza su valor máximo. La presión medida es la presión positiva al final de la inspiración (PEIP).
  3. Expiratory pump retrieves a volume of PFC in the lungs (valve 3 open, valve 4 closed), and the inspiratory pump draws PFC from the reservoir (valve 1 closed, valve 2 open).
  4. During the expiratory pause (all valves are closed), the lung volume is at its minimal value. The measured pressure is the Positive End-expiratory Pressure (PEEP).

Potential applications

Studies have shown both the efficacy and safety of liquid ventilation in normal, mature and immature newborn lungs. Overall, liquid ventilation improves gas exchange and lung compliance and prevents the lungs against ventilation-induced lung injury.[1]

Respiratory support

Studies suggest clear benefits of liquid ventilation in acute respiratory distress syndrome (ARDS).[14] For example, total liquid ventilation could be used for newborns with severe neonatal respiratory distress syndrome[15] in which conventional treatment has failed. Typical cases are late preterm newborns who have an increased risk of intracranial hemorrhage and for whom their small vessel size poses technical limitations for Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO).

Therapeutic lung lavage

Liquid ventilator can perform therapeutic lung lavage, the washout of endogenous and exogenous debris from the lungs, without suspension of ventilation support (without apnea). For example, literature data suggest a radical change in the treatment of meconium aspiration syndrome (MAS) by considering the use of a liquid ventilator. The demonstration of its efficacy was performed in the neonatal lamb..[16][17]

Therapeutic hypothermia with rapid cooling

The liquid ventilator with advanced control temperature of PFC allows the rapid cooling of the body. Consequently, therapeutic hypothermia is an expected clinical application. For example, studies present that rapid cooling instituted by TLV can improve cardiac and mitochondrial function [18] or can induce favorable neurological and cardiac outcomes after cardiac arrest in rabbits.[19]

See also

References

  1. 12M. R. Wolfson; T. H. Shaffer (2005). "Pulmonary applications of perfluorochemical liquids: ventilation and beyond". Paediatr Respir Rev. 6 (2): 117–27. doi:10.1016/j.prrv.2005.03.010. PMID 15911457.
  2. ↑ Kaisers, K., Kelly, KP, Busch, T. (2003). "Ventilación líquida" . British Journal of Anaesthesia . 91 (1): 143– 151. doi : 10.1093/bja/aeg147 . PMID 12821573 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  3. ↑ Maria Laura Costantino; Philippe Micheau; Thomas H. Shaffer; Stefano Tredici; Maria R. Wolfson (2009). "Funciones de diseño clínico: debates de mesa redonda sobre bioingeniería de ventiladores líquidos" . ASAIO J. 55 ( 3): 206–8 . doi : 10.1097/MAT.0b013e318199c167 . PMID 19282746 . 
  4. ↑ Baba; Brant, D; Brah, SS; Grotberg, J; Bartlett, RH; Hirschl, RB; et al. (2004). "Evaluación del desarrollo de flujo estrangulado durante la ventilación líquida". Crit. Care Med . 32 (1 ) : 201– 208. doi : 10.1097/01.CCM.0000104918.48411.91 . PMID 14707580. S2CID 36430068 .   
  5. ↑ Bull; Foley, DS; Bagnoli, P; Tredici, S; Brant, DO; Hirschl, RB; et al. (2005). "Localización de la limitación del flujo en pulmones de conejo llenos de líquido" . ASAIO J. 51 ( 6): 781– 788. doi : 10.1097/01.mat.0000179252.02471.9e . PMID 16340368 .  
  6. ↑ D. Corno; GB Fiore; ML Costantino (2004). "Un modelo matemático de ventilación líquida tidal neonatal que integra la mecánica de las vías respiratorias y los fenómenos de transferencia de gases". IEEE Trans. Biomed. Eng . 51 (4): 604– 611. doi : 10.1109/TBME.2004.824144 . PMID 15072214 . S2CID 2509380 .  
  7. ↑ Sekins; Nugent, L; Mazzoni, M; Flanagan, C; Neer, L; Rozenberg, A; Hoffman, J; et al. (1999). "Innovación reciente en el diseño de sistemas y componentes de ventilación líquida total". Biomed. Eng. & Tech . 33 (3): 277– 284. PMID 10360218 .  
  8. ↑ JL. Heckman; J Hoffman; TH Shaffer; MR Wolfson (1999). "Software para el control en tiempo real de un ventilador líquido tidal" . Biomedical Instrumentation & Technology . 33 (3): 268– 276. Archivado del original el 4 de febrero de 2024.
  9. ↑ Larrabe; et al. (octubre de 2001). "Desarrollo de un respirador de volumen controlado y limitado por presión con ciclo de tiempo y un sistema de mecánica pulmonar para ventilación líquida total". IEEE Trans Biomed Eng . 48 (10): 1134– 44. doi : 10.1109/10.951516 . PMID 11585037 .  
  10. ↑ R. Robert; P. Micheau; O. Avoine; B. Beaudry; H. Walti (2009). "Un regulador para ventilación líquida controlada por presión". IEEE Trans. Biomed. Eng . 57 (9): 2267– 76. doi : 10.1109/TBME.2009.2031096 . PMID 19744909 . S2CID 10157073 .  
  11. ↑ Tredici; Komori, E; Funakubo, A; Brant, DO; Bull, JL; Bartlett, RH; Hirschl, RB (2004). "Un prototipo de ventilador líquido que utiliza un nuevo oxigenador de fibra hueca en un modelo de conejo". Crit . Care Med . 32 (10): 2104– 2109. doi : 10.1097/01.CCM.0000142701.41679.1B . PMID 15483421. S2CID 20271333 .  
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  • (en inglés y francés) Grupo de investigación Inolivent
  • (en inglés) perfluorocarbonos