Ventilatori per

anestesia

Dr.ssa Lavinia Fattorini

U.O.C. Anestesia Terapia Intensiva Analgesia

Dir. Dr. Tonino Bernacconi

AV2- Ospedale Carlo Urbani Jesi

Ventilatori per Anestesia

• 1915 i moderni respiratori

a pressione intermittente

positiva iniziarono il loro

sviluppo nei paesi

scandinavi nelle scuole di

Lund – Copenaghen –

Stoccolma

• ‘50 impiego di ventilatori a

modalità volumetrica in

anestesia

• Il ventilatore per anestesia è una macchina

fondamentale poichè, durante le procedure

di anestesia generale, sostituisce l'attività

dell'insieme sistema nervoso- muscoli

respiratori-gabbia toracica nell'assicurare

una sufficiente ventilazione alveolare.

Ventilazione Spontanea

• Durante la ventilazione meccanica si assista ad un

completa inversione della fisiologica meccanica

respiratoria.

• Spontaneamente la contrazione del diaframma produce

una caduta pressoria nello spazio pleurico ed alveolare.

Si crea un gradiente pressorio tra bocca e spazio

alveolare che genera un flusso inspiratorio (-5 cm H2O)

• Il gradiente si inverte durante L’espirazione che però è

processo passivo dovuto alla retrazione elastica del

tessuto polmonare

Ventilazione meccanica

• Nella ventilazione meccanica LA DIFFERENZA DI

PRESSIONE TRA VENTILATORE E APP.

RESPIRATORIO generato dalla macchina

permette il passaggio del volume corrente che

fluisce sotto pressione durante la fase inspiratoria

aumentando la pressione nelle vie aeree.

• L’espirazione rimane un atto passivo legato alla

retrazione elastica del sistema polmonare

durante la quale il respiratore non partecipa

Componenti del

ventilatore• La sorgente dei gas

• Sistema di produzione della pressione e flusso

ventilatorio.

• Il vaporizzatore degli anestetici alogenati

• Il circuito di ventilazione

• L'apparato di evacuazione dei gas in eccesso

• Il sistema di monitoraggio

Componenti

Gas

centralizzati

Valvola

Fail safe

Flussometr

i

Vaporizzatori

Evacuazione

Gas in eccesso

Insufflatore

Circuito

Ventilazione

Ingresso

Gas

Valvola di

Sovrapression

e

PZ

By pass ossigeno

Sorgente del gas

• L'impianto centralizzato è la sorgente di gas

primaria per le macchine di anestesia.

• Valvole unidirezionali che impediscono il

passaggio di flusso dal ventilatore alle condutture.

• Valvola fail-safe, a valle della sorgente del

protossido d'azoto. La valvola riduce l'afflusso di

protossido fino a bloccarlo se non c'è alcuna P.

nelle condutture dell'ossigeno

Flussometri

• Sono il punto di passaggio tra la parte del circuito

del ventilatore ad alta pressione e quella a bassa

pressione.

• Il gas mentre transita attraverso le valvole dei

flussometri viene ridotto ad una pressione simile a

quella atmosferica e quindi adatta alla

ventilazione polmonare.

Flussometro ad orificio

varabile (o tubi di Thorpe)

• Tubo di vetro trasparente e forma di tronco di cono affusolato

• Indicatore mobile (galleggiante)

• Valvola ad ago la cui apertura è regolata dall'operatore mediante un manopola

• La quantità di gas erogata è indicata da una scala posta sulla parete del tubo.

• I flussometri del O2 – N2O sono interconnessi tramite sistemi pneumatici o meccanici in modo che la concentrazione dell'ossigeno nella miscela gassosa sia almeno del 25%

Flussometri elettronici

• Sono composti da una valvola di regolazione del flusso,valvola a solenoide (trasduttore di pressione) e da una camera di misura del volume di gas.

• La misura del gas fresco erogato è calcolata dal processore.

• Sono almeno cinque volte più accurati di quelli manuali;permettono sempre la somministrazione di un flusso di ossigeno non inferiore a 150 ml/mined una concentrazione almeno del 25%

Flussometri elettronici

• Il principale inconveniente è

in caso di guasto al

processore che controlla i

flussometri il ventilatore

diviene inutilizzabile.

• Gli apparecchi sono dotati di

un flussometro di Thorpe

ausiliario, messo in funzione

anche manualmente

dall'operatore.

By-pass ossigeno

Gas

centralizzati

Valvola

Fail safe

Flussometr

i

Vaporizzatori

Evacuazione

Gas in eccesso

Insufflatore

Circuito

Ventilazione

Ingresso

Gas

Valvola di

Sovrapression

e

PZ

By pass ossigeno

By-pass ossigeno

• Si eroga ossigeno ad alta pressione ed alto flusso nel circuito di ventilazione. In questo caso una grande quantità di gas (500-800 ml/sec) arriva direttamente nel circuito di ventilazione saltando le valvole di flussometri ed il vaporizzatore.

• La valvola “pop-off” (sovrapressione) regola durante la somministrazione di O2 tramite by-pass la pressione nel ventilatore e nelle vie aeree; se P.vie aeree > 40 cm H2O si apre ed un quota del flusso non viene erogata.

Vaporizzatori

• Sono strumenti precisi che permettono di erogare nel circuito la quantità esatta di anestetici alogenati stabiliti dall'operatore.

• Permettono il passaggio dallo stato liquido a quello di vapore di una determinata quantità di un anestetico alogenato.

• Sono posti a valle dei flussometri da cui ricevono il flusso di gas freschi.

Vaporizzatore By Pass

Variabile

• A Bypass variabile: ruotando la manopola di regolazione entra il flusso di gas freschi (FGF) all’interno del vaporizzatore dividendosi al suo interno in:

1. “carrier gas” (20% del totale del FGF) che diviene saturo di anestetico

2. “Bypass gas” che invece attraversa il vaporizzatore senza venire a contatto con l’anestetico

• I due flussi di riuniscono all’uscita del vaporizzatore ed entra nel circuito paziente

Vaporizzatore By Pass

Variabile

Vaporizzatore By Pass

Variabile

Vaporizzatore a By Pass

Vaiabile

• A sfioramento: il gas carrier non attraversa l’alogenato in fase liquida, si satura dell’anestetico che è presente in fase di vapore solo sfiorando la superficie del liquido della camera di vaporizzazione.

• Compensati per la temperatura : vaporizzazione lineare per ampi range di temperatura e perFGFtra 15 l/min e 150 ml/min. Metalli ad alta conducibilità termica con trasferimento di calore dall’ambiente al liquido anestetico e aumento automatico della quota di carrier gas se la temperatura dell’alogenato liquido diminuisce.

Vaporizzatore a controllo

elettronico Aladin GE®

Iniettori di anestetici allo stato

liquido• Dräger Zeus i vaporizzatori

sono sostituiti da pompe di

iniezione a controllo

elettronico che immettono

quantità determinate di

anestetici in forma liquida nel

circuito di ventilazione.

• L’anestetico passa dallo stato

liquido a quello gassoso

all’interno del circuito

acquisendo l’energia

necessaria dai gas respiratori

(FGF)

Vaporizzatore Desflurane

• La Pressione di vapore (indice di volatilità dell’alogenato) a 20°C è di 669 mmHg cioè 87% della pressione atmosferica. Il desflurano a temperatura ambiente può evaporare (24°C T. ebollizione)

• Tradizionale vaporizzatore la stessa quantità di carriergas vaporizzerebbe una quantità di des.18 volte maggiore di quella del isoflurano.

• La minore potenza del des.comporta la vaporizzazione di quantità maggiori rispetto agli altri alogenati con un raffreddamento eccessivo del liquido e rallentamento del processo

Desflurano

• Des. Riscaldato da una resistenza elettrica a 39°C, tutto l’alogenato contenuto è sottoforma di gas che genera una P. di circa 2 atm (1550mmHg)

• La manopola di regolazione Fi e un trasduttore che legge FGF regolano un INIETTORE elettronico che immette il desflurano gassoso nel flusso di gas freschi.

• Richiede energia elettrica (iniettore –riscaldamento des.)

Canestro calce sodata

• La rimozione della CO2 Dal gas

circolante all'interno dei circuiti di

ventilazione rende possibile:

1. Rirespirazione dei gas espirati

2. Umidificazionee riscaldamento

dei flussi inspiratori

3. Minor consumo dei gas medicali

4. Riduce il rischio di inquinamento

ambientale

Rimozione CO2

• Tutte le sostanze assorbenti si presentano come granuli. Sono contenute in un appositi contenitori e tenuta stagna detti canestri.

• In Europa è in commercio solo soda Lime no la Baralyme

• Contiene idrossido di Ca (80%), H2O (14%)come catalizzatore basi forti : idrossido di Na (2%),idrossido di K (2%) ; è presente anche silicio per ridurre la formazione di polvere.

• I granuli non sono troppo grandi con riduzione del potere assorbente ne troppo piccoli aumentano troppo le resistenze al passaggio del flusso. (4-8 mesh)

Rimozione CO2

• L'assorbimento è una reazione chimica acido-base che

trasforma la CO2 da gassosa in una forma solida

carbonato di calcio. È una reazione esotermica che

produce calore e acqua permettendo il riscaldamento e

l'umidificazione dei flussi ventilatori.

• Violetto di etile (un indicatore di pH) viene aggiunto ai

granuli, cambia progressivamente colore quando il

pH<10,3. NON SEMPRE INDICATORE FEDELE –

VALUTA SEMPRE ASSENZA DI CO2 INSPIRATORIA

ALL’ANALISI CAPNOGRAFICA.

Attenzione alla Calce sodata

essiccata!!!!!

• ESSICCAMENTO LEGATO ASSOCIATO AD UNA

ESPOSIZIONE (circa due giorni)AL CONTINUO

PASSAGGIO DI GAS FRESCHI.

• Desflurano ed Enflurano esposti a Calce sodata o

BaraLyme essiccata producono monossido di carbonio.

• Sevoflurane e Alotano pur possedendo il gruppo

funzionale CF2H possono degradare a CO ma in ridotte

quantità (reazione di Cannizzaro)

Calce sodata anidra

Calce sodata anidra

Composto A

Composto A

• Sevoflurane viene degradato a contatto con le basi forti della SodaLime in un vinil etil etere detto COMPOSTO A

• Composto A di per se non è tossico per il rene ma deve essere degradato da un enzima B-liasi.

• B-Liasi nell’uomo è circa 30 volte meno attiva che nel ratto.

• Studi clinici randomizzati hanno dimostrato l’assenza di danni renali testati con marker biochimici e funzionali dopo anetsesie condotte con sevoflurane a bassiflussiFGF 1 l/min anche in soggetti con IRC

PRIMA DI INZIARE UNA

SEDUTA OPERATORIA

SOSTITUITE LA CALCE

SODATA SE IL VENTILATORE

VIENE TROVATO ACCESSO E

CON I FLUSSI APERTI

Ventilatori di anestesia

1. Valvole unidirezionali

posizionate tra paziente e

pallone di riserva in entrambe

le branche Insp-Esp.

2. Ingresso di gas freschi non

deve essere posizionata tra

valvola espiratoria e paziente.

3. La valvola sovra-pressione =

APL non deve essere

posizionata tra valvola Insp. e

paziente

Ventilatori di anestesia

• Circuito rotatorio dotato di valvole unidirezionali Insp. ed Esp che regolano la direzione del flusso.

• L’eliminazione del gas in eccesso durante la ventilazione manuale si realizza mediante la valvola APL (adjusted Pressure Limited) (vicino al pallone di riserva)

• Il canestro calce sodata al centro del circuito dopo valvola Insp. e ingresso FGF ( 2 volte flusso insp. 1 volta flusso esp.)

Sensori di flusso e valvole

unidirezionali

Ventilatori Anestesia

• Tipo di generatore di pressione (crea gradiente

positivo per realizzare il flusso inspiratorio)

• Clindro con pistone

• Turbina

• Concertina (energia pneumatica)

Concertina Ascendente

• Circuito motore costituito da un

contenitore stagno

rappresentato dalla campana

della concertina alimentato da

un gas medicale (aria o

ossigeno).

• In base ai parametri impostati (

freq. Resp. E vol. Corrente) il

gas è convogliato nella

campana della concertina e la

comprime generando il flusso e

la pressione di insufflazione.

Concertina Ascendente

• Terminata l'inspirazione il gas

motore viene espulso dalla

campana attraverso una

valvola.

• Nella fase espiratoria la P.

nella campana è uguale a

quella atmosferica rendendo

possibile la distensione della

concertina attraverso

l'ingresso dei gas freschi +

gas espirati.

Ventilatori a concertina-

doppio circuito

• Circuito primario: campana

della concertina dove fluisce il

gas medicale che spinge la

concertina durante

l’inspirazione. Il volume del

gas motore equivale al

volume corrente erogato al

pz.

• Circuito secondario –

paziente: costituito dalla

concertina a fisarmonica e dai

tubi corrugati.

Ventilatori a concertina-

doppio circuito• I due circuiti non entrano in

comunicazione; durante

espirazione gas motore espulso

dalla campana, la P.nella

campana diviene uguale a quella

atmosferica così fluisce

all’interno della concertina V.Esp.

+ FGF

• Accoppiamento flusso gas

freschi: durante inspirazione il

FGF si somma a quello erogato

dalla concertina.

• Correzione automatica

dell’accoppiamento- macchine +

recenti

Ventilatore a concertina

Sistema cilindro - pistone

• I gas che circolano nel ventilatore sono quelli destinati alla ventilazione alveolare.

• Il cilindro con pistone è attivato da un motore elettrico sia in inspirazione che espirazione.

• Nel cilindro entra solo il volume di gas equivalente al volume corrente.

• Nel circuito è presente una camera di riserva (pallone) che raccoglie i gas freschi e quelli espirati da cui il cilindro attinge.

Sistema Cilindro - Pistone

• Pallone di riserva raccoglie

gas freschi e quelli espirati,

dando luogo alla miscela

che sarà insufflata nella

fase inspiratoria del ciclo.

• Camera di pressurizzazione

della miscela gassosa

movimento del pistone in

fase espiratoria richiama il

volume espirato e quello

contenuto nel pallone di

riserva

Testata Ventilatore Cicero

Vantaggio del ventilatore a

pistone

• Ventilatori a circuito unico a

pistone hanno tutte le

componenti rigide.

• Il pistone si muove nel

cilindro per la distanza

necessaria ad erogare il Vt

impostato.

• Volume erogato non

influenzato dalla compliance

del pz.

Svantaggio ventilatori a

concertina

• Ventilatori a doppio circuito a

concertina un volume di gas

motore uguale al Vt impostato

è introdotto nella campana.

• Gas motore muove la

concertina e spinge il suo

contenuto nella branca

inspiratoria.

• La concertina non è rigida e a

seconda della compliance del

pz può variare il volume

erogato

Compliance interna del

ventilatore

• Relazione volume/pressione all’interno del circuito del ventilatore.

• Erogazione flusso inspiratorio aumenta la pressione del circuito con espansione delle componenti del circuito (tubi corrugati)

• Compliance interna del ventilatore implica che una quantità di gas si accumula nel circuito in fase insp. E non viene erogata.

• Moderni Ventilatori calcolano la C.int. Al momento dell’ autotest ed durante il funzionamento processore esegue la compensazione del volume compresso.

Generatore di pressione e

flusso a turbina

• La turbina è collocata

direttamente all’interno

della branca inspiratoria

del circuito

• La rotazione mette in

movimento i gas

all’interno del circuito e

genera il flusso

inspiratorio.

Generatore di pressione a Turbina-

Zeuss

Generatore di pressione a

Turbina- Zeuss

Generatore di pressione e flusso

a turbina - Zeus

• Il processore riceve

informazioni dai sensori di

flusso e di pressione posti nel

circuito .

• Permette la realizzazione di una

anestesia a flussi minimi di gas

freschi e circuito chiuso

• La vaporizzazione avviene per

immissione diretta di alogenato

liquido nel segmento espiratorio

Ventilatori di Anestesia

• Circuito aperto

FGF ≥ Volume minuto

• Circuito semichiuso

Volume minuto > FGF > consumo di O2- alogenati pz

Bassi flussi 1L/min

Flussi minimi 0,5L/min

• Circuito chiuso

FGF = consumo di O2 (180 -280 ml/min O2)

Circuito chiuso

Zeus – circuito chiuso

• Controllo automatico FGF:

• Impostato la FiO2

• Fet dell’alogenato

• Circuito chiuso

• Ogni 45 -50 minuti eseguire

un risciaquo con FGF a

6L/min per ridurre accumulo di

condensa nei tubi currogati

del circuito

Circuito chiuso – flusso di

risciacquo

Zeus

Perseus – Flussi minimi

Perseus – Flussi minimi

• Generatore pressione e flusso

= Turbina posta sulla branca

inspiratoria del circuito rotario

• Vaporizzatori tradizionali

• Processore che analizza e

prevede Fet dell’alogenato in

funzione del Fi e del FGF

Parameter box

• Triangle indicates current vaporizer settings.

• 10 minute trend and 20 minute prediction.

Clinical benefits

• Better projection of future states based on a trend vector for agent concentrations.

• Better perception of the current state of drug delivery, drug concentrations, and even predicted drug concentrations.

• Better adjustment of vapor settings to the individual patient’s needs.

Perseus

Solid light-blue line shows prediction of

concentration changes when setting is confirmed.

Change …

either fresh-gas flow

or Vapor 3000 setting.

Simulation w/ “What-if” functionality

FG flow impacts shape of curve.

Dotted orange lines show “What-if” prediction while change in therapy conditions is still not confirmed.

Direct change w/o “What-if” functionality

Vapor 3000 setting impacts shape of curve immediately.

Flussi minimi

… wait …

time

• Standard

Anesthesia Case

1. Turn on Vapor 3000!

2. Wait 10 minutes!

Flussi minimi

• Standard Anesthesia Case

1. Turn on Vapor 3000!

2. Wait 10 minutes!

3. Reduce fresh-gas flow setting!

4. Confirm fresh-gas flow setting!

… wait …

time

Flussi minimi

• Standard Anesthesia Case

1. Turn on Vapor 3000!

2. Wait 10 minutes!

3. Reduce fresh-gas flow setting!

4. Confirm fresh-gas flow setting!

5. Increase Vapor 3000 setting!

… wait …

time

Vaporizzatore By Pass

Variabile

Vaporizzatore Desflurane

Controllo-previsione FiO2

• Standard parameter box

• Triangle indicates current fresh-gas O2 setting.

• 10 minute trend and 20 minute prediction.

• Clinical benefits

• Better projection of future states based on a trend vector for FiO2.

• Better avoidance of unintended too low or too high FiO2 and potential reduction of unintended variation of FiO2 during minimal-flow operation.

CONTROLLO FiO2 FLUSSI MINIMI

Dotted orange line shows “What-if” prediction

while change in therapy conditions is still not

confirmed.

Simulation

FG O2 ratio impacts „height“ of ramp.

FG flow impacts shape of ramp.

Solid light-blue line shows prediction of

changes when setting is confirmed.

• Change …

• either fresh-gas O2 ratio

• or fresh-gas flow!

FLUSSI MINIMI

PRIMA DELLO

SPEGNIMENTO DEL

VENTILATORE NECESSARIA

FASE DI LAVAGGIO E

RIMOZIONE DELL’UMIDITÀ

ALL’INTERNO DEL

CIRCUITO VENTILATORIO