x

¿Aún no esta registrado?

Crea tu cuenta. Registrate en Elsevier y obtendrás:

Registrarme ahora
España | Cambiar
Ayuda - - Regístrese - Teléfono 902 888 740
Buscar en

Factor de Impacto:
2012

0,867
© Thomson Reuters, Journal Citation Reports, 2012

Indexada en:

Index Medicus/Medline IBECS, IME, SCOPUS, Science Citation Index Expanded, Journal Citations Report, Embase/Excerpta, Medica

Índice SCImago

SCImago Journal & Country Rank
doi: 10.1016/j.anpedi.2010.05.016

Simulador de pulmón

Lung simulator

A. Medina Villanueva a, , C. Rey Galán a, A. Concha Torre a, S. Menéndez Cuervo a, M. Los Arcos Solas a, J. Mayordomo Colunga a

a Unidad de Cuidados Intensivos Pediátricos, Hospital Universitario Central de Asturias, Oviedo, Asturias, España

Palabras Clave

Ventilación mecánica. Simulador de pulmón. Docencia.

Keywords

Mechanical ventilation. Lung simulator. Teaching.

Resumen

Introducción

Uno de los principales problemas en el desarrollo de docencia sobre ventilación mecánica es la falta de modelos de pulmón sencillos, baratos y fácilmente reproducibles.

Objetivo

Presentar un nuevo modelo de simulador de pulmón.

Material

El simulador de pulmón presenta 2 partes diferenciadas:

  • A) Sistema de resistencia: simula la vía aérea del aparato respiratorio. Formado por 3 o 5 válvulas de bola que permiten el aumento de resistencias y la simulación de fugas.

  • B) Sistema de distensibilidad: reproduce las características de pulmón y caja torácica. Está formado por 3 partes: 1 o 2 cámaras de distensión (pulmón de prueba comercial), mecanismo de conexión al sistema de resistencia y pinza de limitación de distensibilidad.El simulador permite un montaje simple o doble dependiendo de que se incorpore uno o 2 pulmones al sistema de resistencia permitiendo variar el volumen corriente entre 10–500ml.

Conclusiones

Presentamos un modelo de simulador de pulmón barato, de fácil montaje y desmontaje, transportable, de uso simple y que permite reproducir patrones restrictivos, obstructivos y presencia de fugas.

Artículo

Introducción

En los últimos 10 años ha existido una creciente demanda y desarrollo de la ventilación mecánica (VM)1,2,3,4. Este hecho ha determinado a su vez un aumento en la demanda de la docencia en VM5,6,7,8,9,10.

Uno de los principales problemas que surgen a la hora de desarrollar la docencia de la VM es la falta de modelos de pulmón sencillos, baratos y fácilmente reproducibles que permitan la simulación de las situaciones habituales que se presentan en la clínica diaria en un paciente sometido a VM.

Existen muy pocos trabajos publicados que describan con detalle diferentes modelos de simulador de pulmón11,12,13 y la mayoría de ellos son complejos de realizar, frágiles y voluminosos para ser transportados. El único simulador comercial que existe en el mercado (BC Biomedical LS-2000 series) dispone de 2 versiones una pediátrica (LS-2000I) y otra para pacientes adultos (LS-2000A). Presenta una serie de ventajas como ser portátil, pequeño y manejable. Sin embargo, presenta varios inconvenientes importantes como son: la fragilidad, el precio y la limitación de simulación (solo permite 4 modificaciones de complianza (C) y 4 de resistencia (R), lo que dificulta en gran medida la reproducción de situaciones de VM con volúmenes corrientes (Vc) bajos.

El objetivo de este trabajo es presentar un modelo de simulador de pulmón accesible a cualquier persona que pretenda reproducir las diferentes patologías y complicaciones que aparecen en los pacientes sometidos a VM.

Descripción del modelo

El simulador de pulmón presenta 2 partes diferenciadas que pretenden reproducir un cuerpo de Maxwell (figura 1):

  • A) Sistema de resistencia (figura 2): es un sistema que reproduce la vía aérea del aparato respiratorio y en el que se integran 3 o 5 válvulas de bola que permiten el aumento de resistencias y la simulacion de fugas. Está constituido por una llave de paso doble o cuádruple, un conector para mangueras, una llave de paso simple y un conector de tubo endotraqueal del número 7,5.

    Montaje del simulador. A) Sistema de resistencia que reproduce la vía aérea. A1a: doble llave de paso cuádruple Claber<sup>®</sup> (referencia 8581) para un montaje doble, A1b: llave de paso doble Claber<sup>®</sup> (referencia 8599) para un montaje simple; A2: conector Claber<sup>®</sup> (referencia 8637); A3: llave de paso simple Gardena<sup>®</sup> (referencia 2977-26); A4: conector de tubo endotraqueal del número 7,5. Sistema de distensibilidad que reproduce el pulmón y la caja torácica. B) Cámara de distensión y mecanismo de conexión al sistema de resistencia. B1: pulmón de prueba Maquet test lung 190 (Referencia 60 06 832 E037E, volumen máximo: 1 litro); B2: abrazadera sin fin 12–22mm de diámetro; B3: 6–8cm de manguera de 12–15mm de diámetro; B4: conector de manguera Claber<sup>®</sup> (referencia 8607). C) Pinza de limitación de distensibilidad. C1: tuercas; C2: depresores agujereados; C3: arandelas; C4: palomillas.

    Figura 2. Montaje del simulador. A) Sistema de resistencia que reproduce la vía aérea. A1a: doble llave de paso cuádruple Claber® (referencia 8581) para un montaje doble, A1b: llave de paso doble Claber® (referencia 8599) para un montaje simple; A2: conector Claber® (referencia 8637); A3: llave de paso simple Gardena® (referencia 2977-26); A4: conector de tubo endotraqueal del número 7,5. Sistema de distensibilidad que reproduce el pulmón y la caja torácica. B) Cámara de distensión y mecanismo de conexión al sistema de resistencia. B1: pulmón de prueba Maquet test lung 190 (Referencia 60 06 832 E037E, volumen máximo: 1 litro); B2: abrazadera sin fin 12–22mm de diámetro; B3: 6–8cm de manguera de 12–15mm de diámetro; B4: conector de manguera Claber® (referencia 8607). C) Pinza de limitación de distensibilidad. C1: tuercas; C2: depresores agujereados; C3: arandelas; C4: palomillas.

  • B) Sistema de distensibilidad: pretende reproducir las características del pulmón y la caja torácica. Consta de una cámara expansible y un sistema de compresión:

    • a. Una cámara de distensión constituida por un pulmón de prueba.

    • b. Un mecanismo de conexión al sistema de resistencia.

    • c. Una pinza de limitación de distensibilidad.

Cuerpo de Maxwell. Consta de una caja de resistencia o rozamiento que simula la vía aérea, y un muelle o sistema elástico que simula la distensibilidad pulmonar.

Figura 1. Cuerpo de Maxwell. Consta de una caja de resistencia o rozamiento que simula la vía aérea, y un muelle o sistema elástico que simula la distensibilidad pulmonar.

El simulador permite un montaje simple o doble dependiendo de que se incorpore uno o 2 pulmones al sistema de resistencia (figura 2, figura 3).

Simulador de pulmón completo. A) montaje doble, B) montaje simple.

Figura 3. Simulador de pulmón completo. A) montaje doble, B) montaje simple.

Generación de la simulación

  • A) Simulación del pulmón sin patología

    El sistema tiene la capacidad de simulación de pacientes de diferentes edades y pesos dependiendo del número de pulmones abiertos y de la compresión ejercida por los dispositivos que regulan la distensibilidad.

    En la tabla 1 se recogen los valores de pico de presión inspiratoria (PIP) y presión meseta (Pplat) para diferentes valores de volumen corriente (Vc) en la situación basal del simulador (mínima R y máxima C).

    Tabla 1. Valores obtenidos de pico de presión inspiratoria (PIP) y presión meseta (Pplat) para diferentes valores de volumen corriente (Vc) en la situación basal del simulador (mínima resistencia y máxima complianza)

    Vc (ml) Número pulmones Ti total (seg) PIP (cm H2O) Pplat (cm H2O)
    100 1 0,7 12 11
    200 1 1 17 15
    200 2 1 12 11
    300 2 1,1 15 14
    400 2 1,2 17 16
    500 2 1,4 20 18
    600 2 1,5 22 19

    Se realizaron todas las mediciones con presión espiratoria final (PEEP) de 5cm de H2O relación inspiración:espiración (I:E) de 1:2 y tiempo de pausa del 10% del ciclo. ml: militros; PIP: pico de presión; Pplat: presión meseta; seg: segundos; Ti: tiempo inspiratorio; inspiratoria; Vc: volumen corriente.

    Tal como se aprecia en las figura 1, figura 2 se pueden realizar 2 versiones del simulador, incorporando uno o 2 pulmones en función del Vc máximo que se pretenda simular, hasta 250ml en el primer caso (tabla 1). La versión completa tiene un coste total de 415 euros, mientras que el coste de la versión simple es de 200 euros.

  • B) Simulación de fugas

    Para simular la existencia de fugas en el sistema (situación muy frecuente en el paciente pediátrico al ser habitual el uso de tubos endotraqueales sin balón de neumotaponamiento), debemos abrir alguna de las válvulas de la llave de paso cuádruple (simulador completo) o doble (simulador simple) que no se encuentran conectadas a un pulmón (piezas A1a y A1b, respectivamente, de la figura 2).

  • C) Simulación de paciente obstructivo

    La simulación de un aumento en la R de la vía aérea puede ser realizada de forma rápida y sencilla modificando la válvula de paso simple del sistema de R (pieza A3 de la figura 2). Las válvulas de las piezas cuádruple y doble (piezas A1a y A1b, respectivamente, de la figura 2) se considerarán accesorias ya que son más difícilmente manipulables al tener un menor tamaño. El cierre de esta válvula permite una graduación en el aumento de la R en función del grado de cierre de la misma y que se orienta en base a los datos de PIP y Pplat obtenidos en el respirador. En la tabla 2 se recogen los valores obtenidos de pico de presión inspiratoria (PIP) y presión meseta (Pplat) para diferentes R.

    Tabla 2. Valores obtenidos de pico de presión inspiratoria (PIP) y presión meseta (Pplat) para diferentes valores de volumen corriente (Vc) en diferentes situaciones de variación de complianza y resistencia

    Vc (ml) Cierre válvula resistencia (%) Compresión pulmón (%) Número pulmones Ti total (seg) PIP (cm H2O) Pplat (cm H2O)
    100 70 0 1 0,7 34 11
    100 50 0 1 0,7 14 11
    200 50 0 1 1 22 15
    200 50 0 2 1 16 11
    400 50 0 2 1,2 30 16
    100 0 50 1 0,7 55 53
    100 0 25 1 0,7 22 21
    200 0 50 1 1 105 103
    200 0 50 2 1 68 66
    200 0 25 1 1 34 32
    200 0 25 2 1 24 22
    400 0 50 2 1,2 94 92
    400 0 25 2 1,2 36 34

    Se realizaron todas las mediciones con presión espiratoria final (PEEP) de 5cm de H2O, relación inspiración:espiración (I:E) de 1:2 y tiempo de pausa del 10% del ciclo. ml: militros; PIP: pico de presión; Pplat: presión meseta; seg: segundos; Ti: tiempo inspiratorio; inspiratoria; Vc: volumen corriente.

  • D) Simulación de paciente restrictivo

    La simulación de una disminución en la distensibilidad pulmonar puede ser realizada desplazando la pinza de compresión de uno o de los 2 pulmones de prueba (figura 2, figura 3). El desplazamiento sin restricciones de dicha pinza a lo largo del pulmón de prueba, permite una graduación de la C que debe ser valorada en función de la Pplat y la PEEP. Esta pinza puede ser sustituida por cualquier sistema que limite la expansión del pulmón, como puede ser una goma. En la tabla 2 se recogen los valores obtenidos de pico de presión inspiratoria (PIP) y presión meseta (Pplat) para diferentes C.

  • E) Simulación de bloqueo completo de un pulmón

    La válvula cuádruple, de la versión completa, puede ser manipulada para simular una situación aguda de pérdida de ventilación de un pulmón (intubación selectiva, neumotórax masivo, atelectasia completa de un pulmón, etc.). En esta situación existe fundamentalmente una modificación de la C del sistema (el Vc que se repartía previamente entre 2 pulmones de prueba pasa a dirigirse a uno solo lo que provoca que la ventilación se produzca en la parte alta de la curva de C), de igual forma existe un ligero aumento de las R de las vías de conducción. Desde el punto de vista práctico se cerrará completamente una de las válvulas conectadas a uno de los pulmones de tal forma que se apreciará: una ausencia de ventilación en uno de los pulmones, un aumento del volumen entregado al pulmón contralateral, un aumento de la PIP debido fundamentalmente al aumento de la Pplat (disminución de C) y un pequeño aumento de la diferencia entre PIP y Pplat (ligero aumento de R).

  • F) Simulación de respiración espontánea

    La respiración espontánea del paciente debe ser simulada de forma manual generando una presión negativa. Esto se realiza traccionando de la carcasa plástica del pulmón de prueba cada vez que se quiera simular una respiración espontánea.

Discusión

El desarrollo y uso creciente de la VM ha sido evidente en los últimos años tanto en el ámbito del paciente adulto1,2 como en el niño3,4. Este hecho ha determinado la necesidad de un desarrollo de la docencia en VM5,6,7,8,9,10.

Uno de los principales problemas detectados en los cursos es la dificultad de disponer de modelos de simuladores de pulmón sencillos que permitan reproducir las distintas patologías susceptibles de VM dentro de todo el rango de edades pediátricas.

Existen muy pocos trabajos publicados hasta la fecha que describa con detalle un modelo de simulador de pulmón1,2,3. Estos modelos son complejos de realizar, frágiles y voluminosos para ser transportados, no permiten la realización de respiraciones espontáneas y en muchos casos no se especifica el rango de Vc que permiten simular adecuadamente11,12,13.

Existe un único simulador comercial (BC Biomedical LS-2000 series) que tiene una serie de ventajas como ser portátil, pequeño y manejable. Este simulador dispone de 2 versiones: una pediátrica (LS-2000I) y otra para pacientes adultos (LS-2000A). Sin embargo presenta varios inconvenientes importantes como son: fragilidad, precio elevado (1003 euros) y limitación de simulación (solo permiten 4 modificaciones de C y 4 de R), lo que dificulta en gran medida la reproducción gradual de diferentes situaciones. Por otra parte, es necesario disponer de las 2 versiones del simulador para abarcar todo el ámbito de Vc. Por último, resulta imposible simular situaciones de bloqueo de un solo pulmón al incorporar una única cámara de expansión.

Presentamos en este trabajo, un modelo de simulador realizado con piezas accesibles y baratas que además ofrece otra serie de ventajas como la posibilidad de reproducir fiablemente Vc que corresponden a pacientes desde recién nacido hasta la edad adulta; permitir la simulación de respiración espontánea y de situaciones agudas de obstrucción de un solo pulmón. Además es ligero, fácilmente desmontable y transportable (la mayor parte de las piezas son plásticas y no ofrece problemas para ser transportado por avión). El precio total del simulador completo (con 2 pulmones de prueba) es de 415 euros, lo que supone un ahorro de unos 600 euros respecto a un simulador simple del tipo BC Biomedical.

Una de las principales limitaciones de nuestro modelo es la falta de automatización de las distintas funciones que permiten las diferentes situaciones de simulación. Esto obliga a realizar los diferentes cambios necesarios para la simulación a la vista del alumno. Sin embargo, esta clara posibilidad de evolución del simulador determinaría un aumento en la complejidad, fragilidad y volumen, que conllevaría una restricción en la accesibilidad al mismo y por tanto en la promoción de la docencia de la VM.

En conclusión, presentamos un modelo de simulador de pulmón barato, de fácil montaje y desmontaje, transportable, de uso simple y que permite la simulación de un amplio grupo de pacientes, incluyendo las situaciones más frecuentes de patrones restrictivos, obstructivos, atelectasia completa o neumotórax a tensión de un pulmón y presencia de fugas.

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Recibido 24 Marzo 2010
Aceptado 27 Mayo 2010

Autor para correspondencia. amedinavillanueva@gmail.com

Bibliografía

1.Carson SS, Cox CE, Holmes GM, Howard A, Carey T.S. The changing epidemiology of mechanical ventilation: a population-based study. J Intensive Care Med. 2006;21:173-82.
Medline
2.Esteban A, Anzueto A, Alia I, Gordo F, Apezteguia C, Palizas F, et-al. How is mechanical ventilation employed in the intensive care unit? An international utilization review. Am J Respir Crit Care Med. 2000;161:1450-8.
Medline
3.Farias JA, Frutos F, Esteban A, Flores JC, Retta A, Baltodano A, et-al. What is the daily practice of mechanical ventilation in pediatric intensive care units? A multicenter study. Intensive Care Med. 2004;30:918-25.
Medline
4.Balcells Ramírez J, López-Herce Cid J, Modesto Alapont V, Grupo de Respiratorio de la Sociedad Española de Cuidados Intensivos Pediátricos. Prevalencia de ventilación mecánica en unidades de cuidados intensivos pediátricos en España. An Pediatr (Barc). 2004;61:533-41.
5.López YM, Pilar FJ, Medina JA, López-Herce J, Pons M, Balcells J, et-al. Courses on mechanical ventilation in pediatrics: first experience in Spain. Pediatr Pulmonol. 2007;42:1072-7.
Medline
6.Peets AD, McLaughlin K, Lockyer J, Donnon T. So much to teach, so little time: a prospective cohort study evaluating a tool to select content for a critical care curriculum. Crit Care. 2008;12:R127.
Medline
7.DiCarlo SE, Collins HL, Rodenbaugh D.W. Experiment to help students understand pulmonary compliance. Adv Physiol Educ. 2002;26:135-6.
Medline
8.Weissenberg S, Lavy R. Pressure-volume curve and compliance of a balloon: a simulation. Adv Physiol Educ. 2003;27:244-5.
Medline
9.Cox CE, Carson SS, Ely W, Govert JA, Garret JM, Brower RG, et-al. Effectiveness of medical resident education in mechanical ventilation. Am J Respir Crit Care Med. 2003;167:32-8.
Medline
10.Wax RS, Kenny L, Burns P. Educating providers of mechanical ventilation: an update. Curr Opin Crit Care. 2006;12:61-6.
Medline
11.Heili Frades SB, Peces-Barba Romero G. Diseño de un simulador de pulmón para el aprendizaje de la mecánica pulmonar en ventilación mecánica. Arch Bronconeumol. 2007;43:674-9.
Medline
12.Chase JG, Yuta T, Mulligan KJ, Shaw GM, Horn B. A novel mechanical lung model of pulmonary diseases to assist with teaching and training. BMC Pulm Med. 2006;6:21.
Medline
13.Kuebler WM, Mertens M, Pries A.R. A two-component simulation model to teach respiratory mechanics. Advan Physiol Educ. 2007;31:218-22.