Atlas de la Máquina de Anestesia Todos los atlas

Página de física · Parte 1 · Leyes físicas

La física que hace funcionar la máquina

Las leyes de los gases explican cuánto dura un cilindro, la mecánica de fluidos explica qué mide realmente un caudalímetro y la presión de vapor explica cómo funciona un vaporizador. Las calculadoras de cada tarjeta trabajan con valores clínicos reales.

Arrastrar: girar · elija una ley para cambiar la escena
Leyes de los gases · Cilindro

Boyle y Gay-Lussac: ¿cuánto durará el cilindro?

P₁·V₁ = P₂·V₂   ·   P₁/T₁ = P₂/T₂A temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales. A volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

El O₂ se almacena en el cilindro en estado gaseoso, por lo que el contenido disminuye en proporción directa a la presión. Un cilindro de 10 litros a 150 bar suministra aproximadamente 10 × 150 = 1500 L de gas a presión atmosférica. El N₂O, en cambio, se licúa por debajo de su temperatura crítica (36,5 °C): el manómetro se mantiene en ≈ 51 bar hasta que se agota el líquido. El contenido de un cilindro de N₂O solo puede conocerse pesándolo.

10L
150bar
6L/min
20°C
Gas utilizable
1500L
Tiempo restante
4 h 10 min
Presión a esa temperatura
150bar

El cálculo utiliza la presión manométrica y no tiene en cuenta la atmósfera de gas que queda en el cilindro. El control de temperatura muestra la presión, a esa temperatura, de un cilindro llenado a 20 °C (Gay-Lussac).

Presiones parciales · Altitud

Dalton: la presión real del oxígeno

Ptotal = P₁ + P₂ + …  ·  PiO₂ = FiO₂ × (PB − 47)Cada gas de una mezcla ejerce la presión que ejercería si ocupara él solo todo el volumen. 47 mmHg es la presión de vapor de agua saturado a 37 °C.

Los sensores de O₂ y los vaporizadores responden en realidad a la presión parcial. Al aumentar la altitud disminuye la presión barométrica, de modo que la misma FiO₂ supone una presión de oxígeno menor. En una ciudad como Kayseri (≈ 1054 m), la PB es aproximadamente el 88 % de su valor a nivel del mar.

1054m
0,50
PB
—
PiO₂
—
PAO₂ (PaCO₂ 40)
—
Fluidos · Caudalímetro

Flujo laminar y turbulento: ¿qué mide un tubo de Thorpe?

Laminar: Q ∝ ΔP / μ  ·  Turbulento: Q ∝ √(ΔP / ρ)μ: viscosidad, ρ: densidad. Por encima de un número de Reynolds Re = ρ·v·d / μ ≈ 2000, el flujo se vuelve turbulento.

El tubo de Thorpe es un cono de vidrio que se ensancha hacia arriba. El flotador asciende hasta que la diferencia de presión bajo él sostiene su peso; esa diferencia de presión es constante y lo que cambia es la anchura del espacio anular (el orificio). Con flujos bajos, el espacio estrecho y largo entre el flotador y la pared se comporta como un tubo, y predomina la viscosidad. Con flujos altos, el espacio se ensancha y se convierte en un orificio corto, y predomina la densidad. Por eso cada tubo está calibrado para su propio gas.

2,0L/min
Propiedad dominante
—
Flujo real
—

Resistencia · Vía aérea

Hagen-Poiseuille: la cuarta potencia del radio

R = 8·μ·L / (π·r⁴)En flujo laminar, la resistencia es directamente proporcional a la longitud y a la viscosidad, e inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio. En flujo turbulento, la resistencia es aproximadamente proporcional a 1/r⁵ (dependencia inversa).

Una pequeña reducción del diámetro del tubo endotraqueal aumenta mucho la resistencia. El mismo principio se aplica al tamaño de los gránulos de cal sodada (malla 4–8), al tubo de Thorpe y a las cánulas intravenosas.

7,0mm
R laminar (frente a 8,0)
—
R turbulenta (≈ r⁻⁵)
—
Área de sección
—
Presión de vapor · Vaporizador

Presión de vapor saturado y relación de división

Ccámara = PVS / PB  ·  Fcámara = Fvapor · (PB − PVS) / PVSEl gas que atraviesa la cámara de vaporización se carga de vapor en proporción a la presión de vapor saturado (PVS) del agente. El dial fija la relación entre el flujo por la cámara y el flujo de derivación (bypass).

El vaporizador de derivación variable divide el gas fresco en dos. Una pequeña parte se carga de vapor saturado en la cámara; el resto pasa por la derivación, y ambas corrientes se reúnen a la salida. Como la vaporización consume calor latente, el líquido se enfría y su PVS disminuye; una lámina bimetálica lo compensa estrechando la derivación. La PVS del desflurano está muy próxima a la atmosférica (669 mmHg, punto de ebullición 22,8 °C): un dispositivo de tipo Tec 6 calienta el agente a 39 °C y lo inyecta de forma dosificada a ≈ 2 atm.

2,0%
2,0L/min
Relación de división
—
Salida (en altitud)
—
Consumo de líquido
—

Solubilidad · Farmacocinética

Ley de Henry y coeficiente de partición sangre/gas

Cdisuelto = k · Pgas  ·  λ = Csangre / CgasLa cantidad de gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas sobre el líquido. Coeficiente de solubilidad del O₂ ≈ 0,003 mL·dL⁻¹·mmHg⁻¹; O₂ disuelto ≈ 0,003 × PaO₂ (mL/dL).

Un agente poco soluble en sangre (λ bajo) eleva rápidamente su presión parcial alveolar, por lo que la inducción y el despertar son rápidos. El efecto depende de la presión parcial en el cerebro, no de la cantidad presente en la sangre. Las barras de abajo están a escala.

AgenteSangre/gasAceite de oliva/gasCAM %PVS 20 °C
Desflurano0,42196,0669
N₂O0,471,4104gas
Sevoflurano0,65472,0157
Isoflurano1,4911,15238
Halotano2,42240,75243

CAM: valores de referencia en adultos de unos 40 años, en O₂ a 1 atm; varían con la edad. La CAM del N₂O supera el 100 %. Aceite de oliva/gas no equivale a tejido adiposo/gas. PVS: mmHg.

Tensión de pared · Bolsa, alvéolo

Ley de Laplace

P = 2T / r  (esfera)  ·  P = T / r  (cilindro)T: tensión de pared, r: radio.

Cuando la bolsa reservorio se sobredistiende, su radio aumenta; aunque la tensión de la pared crece, la presión se estabiliza en una meseta. Según la norma ISO 5362, una bolsa inflada a cuatro veces su volumen nominal debe mantener una presión de entre 30 y 60 cmH₂O. Esta meseta depende del material de la bolsa; no sustituye a la válvula APL ni garantiza protección frente al barotrauma. El límite ISO es una condición de ensayo, no un umbral clínico de seguridad. En el alvéolo, el surfactante reduce la tensión superficial de los alvéolos pequeños e impide así que un alvéolo pequeño se vacíe en uno más grande.

≈ 30–60 0 Volumen de la bolsa (múltiplos del volumen nominal) → Presión cmH₂O Meseta: presión limitada con la sobredistensión
Mecánica respiratoria · Ventilador

La ecuación del movimiento del sistema respiratorio

Paw = V / C + R · V̇ + PEEPtotComponente elástico (volumen / distensibilidad) + componente resistivo (resistencia × flujo) + presión al final de la espiración.

En un paciente pasivo, una pausa inspiratoria tras una respiración de volumen controlado y flujo constante lleva el flujo a cero. Ppico − Pmeseta es la presión resistiva; R = (Ppico − Pmeseta) / flujo. La presión de distensión es ΔP = Pmeseta − PEEP total, y la distensibilidad estática es C = Vt / ΔP. En un modelo de un compartimento, τ = R × C; aproximadamente el 95 % del cambio pasivo de volumen ocurre en 3τ.

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Óptica · Monitor

La ley de Beer-Lambert

A = log₁₀(I₀/I) = ε · c · d  ·  I = I₀ · 10−ε·c·dLa absorbancia (A) es proporcional al coeficiente de absorción molar decimal, a la concentración y a la longitud del trayecto de la luz.

El pulsioxímetro calcula el cociente de la absorción pulsátil de la luz de 660 nm (roja) y de 940 nm (infrarroja): R = (CA₆₆₀/CC₆₆₀) / (CA₉₄₀/CC₉₄₀). R ≈ 0,4 corresponde a una SpO₂ ≈ 100 %, y R = 1 a ≈ 85 %. El capnómetro mide el CO₂ por absorción infrarroja a 4,26 µm, y los agentes anestésicos en la banda de 3,3 µm o de 8–9 µm (la de 8–9 µm no sufre interferencias del metano ni del CO₂).

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Conservación de la energía · Arrastre

Bernoulli y el efecto Venturi

P + ½ρv² + ρgh = constanteEn un estrechamiento la velocidad aumenta y la presión lateral disminuye; esa baja presión aspira aire ambiente a través de una entrada lateral (arrastre).

La mascarilla Venturi arrastra aire ambiente mediante un chorro de O₂ para obtener una FiO₂ objetivo. Utilice el flujo indicado por el fabricante, mantenga libres las entradas de aire y asegure un flujo total que cubra la demanda inspiratoria. La contrapresión y una demanda elevada pueden modificar la FiO₂ administrada. El arrastre de gas también se utiliza en nebulizadores y algunos sistemas de evacuación.

Página de física · Parte 2 · Farmacocinética

Farmacocinética y bajo flujo

La presión parcial alveolar de un agente inhalatorio aumenta a una velocidad que depende de su solubilidad en sangre, del gasto cardiaco y de la ventilación. Con bajo flujo, el gas del circuito se aleja de la composición del gas fresco: a medida que el paciente capta O₂ y agente, el circuito transporta una mezcla distinta de la que indica el dial.

Lavado de entrada y de salida (FA/FI)

Alvéolo + grupo ricamente vascularizado + músculo + grasa: un modelo fisiológico de cuatro compartimentos que se resuelve numéricamente cada 0,3 segundos. En el momento de la suspensión se interrumpe la administración del agente y la curva pasa a mostrar su eliminación (wash-out).

5,0L/min
4,0L/min
70%
20min

Anestesia de bajo flujo

Sistema circular + CRF ≈ 6 L. El paciente consume 250 mL/min de O₂; la captación de sevoflurano sigue la aproximación de la raíz cuadrada del tiempo de Lowe (captación ∝ 1/√t). Al inicio el circuito está lleno de gas fresco y no contiene agente.

1,0L/min
50%
2,5%
70kg
TRY

Absorbente: cuando el flujo de gas fresco es inferior a la ventilación minuto, una mayor proporción del gas espirado atraviesa el absorbedor; con bajo flujo el absorbente se agota antes, por lo que hay que vigilar de cerca su color y la FiCO₂.