En este artículo se aborda el concepto de poder mecánico en la ventilación mecánica, así como su relación con el riesgo de daño pulmonar. Se describen diferentes métodos para calcular el poder mecánico y se discuten las estrategias para reducir su impacto en la función pulmonar. Este contenido es relevante para profesionales de la salud que trabajan en unidades de cuidados intensivos o en situaciones de ventilación mecánica.
Introducción
La ventilación mecánica es una técnica utilizada en medicina para asistir o reemplazar la ventilación pulmonar en pacientes que no pueden respirar adecuadamente por sí mismos. Esta técnica se basa en la aplicación de una presión positiva para inflar los pulmones y mejorar el intercambio gaseoso en los alvéolos. Sin embargo, la aplicación incorrecta de la ventilación mecánica puede resultar en daño pulmonar, lo que resalta la importancia del monitoreo cuidadoso del poder mecánico.
Definición de poder mecánico
El poder mecánico se refiere a la cantidad de energía mecánica aplicada a los pulmones durante la ventilación mecánica. Este término es importante porque una sobrecarga de poder mecánico puede resultar en daño pulmonar y disfunción respiratoria. El poder mecánico se puede calcular utilizando diferentes fórmulas, que se basan en la presión, el volumen y la frecuencia respiratoria aplicada durante la ventilación mecánica.
El impacto del poder mecánico en el daño pulmonar
La sobrecarga de poder mecánico puede resultar en daño pulmonar a través de una variedad de mecanismos, incluyendo la lesión de la membrana alvéolo-capilar, la inflamación pulmonar, el colapso alveolar y la disfunción de la barrera epitelial.
Varios estudios han examinado la relación entre el poder mecánico y el daño pulmonar en pacientes con síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA), una condición en la que los pulmones están inflamados y llenos de líquido. Un estudio publicado en el Journal of Critical Care en 2019 encontró que el poder mecánico estaba significativamente asociado con la mortalidad y la duración de la ventilación mecánica en pacientes con SDRA.
Otro estudio, publicado en la revista Intensive Care Medicine en 2021, encontró que la sobrecarga de poder mecánico se asoció con un mayor riesgo de lesión pulmonar y disfunción respiratoria en pacientes con SDRA.
Cómo calcular el poder mecánico
La cantidad de energía que se transfiere desde el ventilador al paciente se cuantifica en julios (J), mientras que la potencia se define como la cantidad de energía que se transfiere por unidad de tiempo, expresada en julios por minuto (J/min).
Cálculo de potencia mecánica según Gattinoni
En el artículo “Ventilator-related causes of lung injury: the mechanical power”, Gattinoni y col. proponen que la potencia mecánica es la variable unificadora que contribuye a estas lesiones.
La fórmula presentada a continuación se utiliza para calcular la potencia mecánica del ventilador en un paciente durante la ventilación mecánica. La ecuación es la siguiente:
En esta ecuación, “Poder” representa la potencia mecánica y se expresa en julios por minuto (J/min). “RR” se refiere a la frecuencia respiratoria, que se mide en respiraciones por minuto (rpm). “ΔV” es el volumen corriente, que se mide en litros (L). “ELrs” es la elastancia del sistema respiratorio, que es una medida de la capacidad de los pulmones para expandirse y se expresa en centímetros de agua por litro (cmH2O/L). “I:E” es la relación entre el tiempo inspiratorio y espiratorio. “Raw” es la resistencia de las vías respiratorias, que se mide en centímetros de agua por litro por segundo (cmH2O/L/s). “PEEP” se refiere a la presión positiva al final de la espiración, que se mide en centímetros de agua (cmH2O).
Los autores calcularon la potencia mecánica en pacientes con pulmones normales y con síndrome de distrés respiratorio agudo (ARDS) utilizando la ecuación mencionada anteriormente. Además, midieron la potencia mecánica a diferentes niveles de PEEP (5 y 15 cmH2O) y diferentes volúmenes corrientes (6, 8, 10 y 12 ml/kg) en ambos grupos de pacientes.
Representación gráfica de la ecuación de poder mecánico
FIGURA A
La figura a es una representación gráfica de la ecuación de potencia. El triángulo grande verde y azul representa la energía elástica total presente en la presión de meseta. La pendiente de la hipotenusa del triángulo representa la compliancia del sistema, que es igual al volumen tidal dividido por la presión meseta. El área de este triángulo grande es igual a la energía elástica total presente en la presión de meseta.
Esta energía elástica total tiene dos componentes: el triángulo más pequeño verde, que representa la energía entregada solo una vez cuando se aplica PEEP, y el rectángulo trapezoidal más grande azul, cuyas áreas representan la energía elástica entregada en cada respiración corriente.
El rectángulo trapezoidal resulta de la suma de dos componentes azules: un rectángulo, cuya área es el volumen tidal multiplicado por la PEEP, y un triángulo, cuya área es igual a la mitad del volumen tidal multiplicado por la diferencia entre la presión de la vía aérea y la PEEP.
El tercer componente de la ecuación de potencia es el área descrita por el paralelogramo resistivo amarillo, cuya área es igual a la diferencia entre la presión pico y la presión de meseta multiplicada por el volumen tidal.
FIGURA B
La figura b muestra un bucle dinámico de presión-volumen obtenido a 15 cmH2O PEEP con los siguientes parámetros medidos: presión pico 32,8 cmH2O, presión de meseta 29,2 cmH2O, volumen tidal 303 ml. El área del trapezoide descrito por la línea azul inspiratoria, la línea de presión máxima (base mayor), la línea PEEP (base menor) y la línea del volumen tidal (altura) representa la energía medida. Se midió una energía de 0,77 J, mientras que la energía calculada fue de 0,80 J. Con una frecuencia respiratoria de 18 respiraciones por minuto, la potencia medida fue de 13,9 J/min y la potencia calculada fue de 14,4 J/min.
La figura a es una representación gráfica de la ecuación de potencia, mientras que la figura b es una representación gráfica del bucle de presión-volumen y se utiliza para calcular la energía y la potencia entregada por el ventilador mecánico en la unidad de cuidados intensivos.
Fórmula simplificada de poder mecánico
Poder mecánico = (0,000098) . (FR. ΔV) . (Ppico – 1/2 ΔP)
La fórmula presentada se refiere a una simplificación de la ecuación de poder mecánico presentada anteriormente. Esta nueva fórmula utiliza los siguientes componentes:
- FR: Frecuencia respiratoria
- ΔV: Cambio en el volumen de aire inspirado y espirado en un ciclo respiratorio (volumen corriente)
- Ppico: Presión de pico de la vía aérea
- ΔP: Diferencia de presión entre la meseta y la PEEP (presión positiva al final de la espiración)
La fórmula sugiere que la potencia mecánica puede ser calculada utilizando estos componentes, multiplicando la frecuencia respiratoria, el cambio de volumen y la diferencia de presión. El factor de 0.00098 es una constante utilizada para convertir unidades de presión y volumen a Joules, que es la unidad de medida de la potencia mecánica.
En resumen, esta fórmula simplificada proporciona una forma más fácil de entender la ecuación de poder mecánico, utilizando componentes que son comunes en los ventiladores mecánicos.
Estrategias para reducir el poder mecánico
Para reducir el riesgo de daño pulmonar asociado con el poder mecánico, se han desarrollado varias estrategias durante la ventilación mecánica. Una estrategia común es la ventilación protectora pulmonar, que implica el uso de volúmenes tidal bajos y presiones de meseta limitadas para evitar la sobredistensión pulmonar y reducir el riesgo de lesión pulmonar.
Un estudio publicado en la revista New England Journal of Medicine en 2000 encontró que la ventilación protectora pulmonar redujo la mortalidad en pacientes con SDRA. Otra estrategia es la ventilación con presión positiva al final de la espiración (PEEP), que ayuda a mantener la apertura alveolar y reducir el colapso alveolar durante la ventilación mecánica.
Se han realizado varios estudios experimentales que sugieren que la cantidad de energía suministrada al sistema respiratorio en un período de tiempo determinado (Joule/min) es crucial para prevenir el daño pulmonar inducido por la ventilación. Se ha establecido un límite de 12 J/min para el poder mecánico en pacientes sometidos a ventilación mecánica invasiva en modalidades controladas, para evitar el desarrollo de lesiones pulmonares asociadas a la ventilación.
Conclusión
El poder mecánico es un concepto importante en la ventilación mecánica, ya que su sobrecarga puede resultar en daño pulmonar y disfunción respiratoria. Se pueden utilizar diferentes fórmulas para calcular el poder mecánico y ajustar la estrategia ventilatoria para reducir el riesgo de daño pulmonar.
La ventilación protectora pulmonar y la PEEP son estrategias efectivas para reducir el poder mecánico y mejorar la función pulmonar durante la ventilación mecánica. La comprensión y el monitoreo cuidadoso del poder mecánico son esenciales para una ventilación mecánica segura y efectiva.
REFERENCIAS
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Graduado en Lic. Kinesiología y Fisiatría (UBA). Especialista en Kinesiología Cardio-Respiratoria por la Universidad Favaloro.