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.
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Leyes de los gases · Bombona
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. Una 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 pesándola.
L
bar
L/min
°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 llenada 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.
m
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.
L/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.
mm
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.
%
L/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.
Agente
Sangre/gas
Aceite/gas
CAM %
PVS 20 °C
Desflurano
0,42
19
6,0
669
N₂O
0,47
1,4
104
gas
Sevoflurano
0,65
47
2,0
157
Isoflurano
1,4
91
1,15
238
Halotano
2,4
224
0,75
243
CAM: adulto de unos 40 años, en O₂, a 1 atm. 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.
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 la ventilación controlada por volumen, si se añade una breve pausa al final de una respiración de flujo constante, el flujo cae a cero y desaparece el componente resistivo. Entonces Ppico − Pmeseta refleja la resistencia y Pmeseta − PEEP (la presión de distensión, driving pressure) refleja la distensibilidad. La constante de tiempo es τ = R × C; se necesitan unas 3τ para completar el 95 % de la espiración pasiva.
A = ε · c · d · I = I₀ · e−ε·c·dLa absorbancia (A) es proporcional al coeficiente de absorción molar, 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).
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).
Las mascarillas Venturi administran una FiO₂ fija: al pasar el chorro de O₂ por un orificio estrecho, arrastra aire ambiente en una proporción fija. El mismo principio se utiliza en los nebulizadores, la ventilación jet y algunos sistemas de evacuación de gases. La dependencia de la densidad del flujo turbulento a través de un orificio es también la base de los caudalímetros Venturi.
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 corte se cierra el agente y la curva pasa a ser de lavado de salida.
L/min
L/min
%
min
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.
L/min
%
%
kg
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.