Aerosolterapia en Pacientes con Ventilación Mecánica

Carmelo Dueñas Castell, MD*

Puede definirse un aerosol como un sistema de partículas líquidas o sólidas de diámetro suficientemente pequeño para mantenerse estables como una suspensión en el aire. Los aerosoles líquidos se conocen como vapor y los aerosoles de partículas sólidas se conocen como polvos1-4.

La mayoría de los aerosoles contienen un amplio rango de tamaño de partículas. Es importante caracterizar un aerosol en términos de la distribución por tamaños de las partículas así como la concentración de su masa para estimar dosis total y regional depositada.

Si se hace una distribución logarítmica de un aerosol con base en su masa y se registra sobre un papel de probabilidad, usualmente esta distribución se aproxima a una línea recta. Dos valores se deducen de esta distribución. El diámetro aerodinámico de masa media (MMAD) y la desviación estándar geométrica (GSD). El MMAD describe el diámetro de una partícula (usualmente en micras) alrededor del cual la suspensión está igualmente dividida por masa; es decir que la mitad de la masa total de partículas es mayor que el MMAD y la otra mitad es inferior, y es el parámetro único más importante que gobierna el depósito de una partícula. La GSD describe la variabilidad de la partícula con relación al MMAD y es la relación entre el diámetro por debajo del cual reside el 84.3% de la masa total del aerosol sobre el MMAD; teniendo en cuenta que es una relación este parámetro no tiene unidades1-4.

Un aerosol que se compone de partículas idénticas tendría una desviación estándar de 1. Un aerosol con una GSD de 1.22 o menos se considera monodisperso, es decir todas las partículas se comportan aerodinámicamente iguales. Un aerosol con GSD > 1.22 es polidisperso; hay diferencias significantes en el comportamiento aerodinámico de sus partículas. Los aerosoles monodispersos son técnicamente difíciles de manufacturar y su uso está restringido para propósitos de investigación1-6.

La mayoría de los aerosoles terapéuticos son polidispersos con MMADs entre 2 y 6 y desviación

estándar geométrica GSDs de 1.8 a 2; un aerosol con un MMAD de 2 y GSD de 2 tiene el 68% de su masa formada por partículas con diámetro entre 1 y 4 micras1-4.

Desde el siglo XIX se emplean sistemas de aerosol para dar diversas drogas a pacientes. En los últimos 50 años se ha logrado un gran avance en el conocimiento físico, farmacológico y técnico, permitiendo el empleo cada vez más frecuente de aerosoles al aprovechar sus claras ventajas sobre otras vías de administración:

1. Requiere menos cantidad de droga.
2. Menos efectos sistémicos.
3. Rapidez de acción.

Hay varios métodos y estrategias para aerosolterapia1-6:

1. Inhalador de Dosis Medida(IDM) con adaptador y cámara.
2. IDM en línea o directo sobre el circuíto y/o con catéter.
3. Nebulizador de Pequeño Volumen.
4. Nebulizador neumático.
5. Nebulizador de gran volumen.

La mayor experiencia se ha logrado con los tres primeros. En ventilación mecánica se emplean con mayor frecuencia los IDM con adaptador y/o espacio cámara y los nebulizadores de pequeño volumen. Estos dos métodos han sido validados ampliamente en la literatura1-10.

El empleo de aerosolterapia, a través de la vía aérea normal, ha reportado un depósito de aerosol a nivel pulmonar de 10-14% del total de droga ofrecido1-8. Esta cifra se reduce a menos de la mitad o incluso hasta la décima parte en pacientes en ventilación mecánica y/o con vía aérea artificial6-22.

La mayoría de estudios sobre efectos de aerosolterapia en ventilación mecánica son en pacientes intubados por vía orotraqueal. Existe mucha menos experiencia con traqueostomía1-4,6.

Estudios en vivo muestran que el depósito de aerosol con nebulizadores es, en general, menor del 5%, aunque un estudio reportó hasta 30%1-22. Por otro lado, con Inhaladores de Dosis Medida hay resultados mayores que varían de 6-11%23-29.

Tanto en pacientes con vía aérea normal como en ventilación mecánica, existe una amplia variabilidad en las cifras entre un estudio y otro. Las razones para ello no están totalmente definidas pero se ha buscado explicación en el tipo de equipo usado, el tiempo, la dosis, droga, el tratarse de estudios pequeños, tipo de pacientes, tipo de estudio, etc1-4.

La aerosolterapia pretende llevar una droga a través de la vía aérea a los pulmones mediante tres mecanismos:

1. Repercusión Inercial.
2. Sedimentación gravitacional
3. Difusión en la superficie pulmonar.

Factores que Afectan el Aporte de Aerosol en Pacientes con Vía Aérea Artificial:

1. Propiedades físicas:

a. Forma: La tecnología actual se basa en gotas o esferas, sin embargo, es posible que partículas de forma más aerodinámica(partículas sólidas en forma de agujas) penetren más en el pulmón1-4,6. Esto se encuentra en fase experimental1-4,6.

b. Tamaño de la partícula: En pacientes ambulatorios los aerosoles con Diámetro de Masa Media Aerodinámica (MMAD) mayor de 5 micras, quedan atrapadas en la nasofaringe. Para sobrepasar la vía aérea próximal las drogas deben tener 2-5 micras. Por otro lado se ha descrito que para sobrepasar la vía aérea artificial, las partículas deben tener 1-2 micras1-4,6,30. Una vez en los pulmones, las partículas más pequeñas penetrarán a las regiones distales. Partículas menores de 0,3-0,6micras pueden salir de la vía aérea en la espiración sin producir efecto alguno.

c. Impactación inercial: Inercia es la tendencia de un objeto en movimiento a mantenerse moviendo en una trayectoria recta. En esencia, la inercia de la partícula causa que ella colisione con la superficie de la vía aérea, depositándose. Los factores que aumentan la inercia son: El tamaño de la partícula, flujos altos y flujos turbulentos1-3,6.

d. Sedimentación gravitacional: Las partículas que llegan a lo profundo del tracto respiratorio tienden a perder inercia y se depositan primariamente por sedimentación gravitacional. Este es un método importante de depósito de aerosoles cuando cesa el flujo de aire al contener la respiración1-3.

e. Difusión: Juega papel importante en el depósito de partículas pequeñas: de 1-3 micras en la periferia del pulmón. Puede ocurrir por depósito directo en la mucosa o como resultado de colisión de partículas causando coalescencia y depósito1-3,6.

2. Tipo de generador de aerosol7-10,23,24,29:

a. Nebulizadores de Pequeño Volumen(NPV): Constan de un reservorio, una entrada para el gas, un amplificador y un sistema de capilar o venturi que crea el aerosol al combinar el flujo de gas y la solución a un punto de alta velocidad. La eficiencia de estos nebulizadores depende de1,2,24,26,30-34:

• Construcción del nebulizador.
• Poder de flujo del gas: Incrementar el flujo del nebulizador crea partículas más pequeñas pero acorta la nebulización aumentando las pérdidas durante la fase espiratoria. Ya que flujos bajos y altos limitan la nebulización se recomiendan flujos de 8-10 L/min1-3,6.
• Droga nebulizada.
• Volumen muerto: Volumen de solución que queda atrapado en el reservorio y no puede ser nebulizado. Para minimizar sus efectos, la cantidad mínima recomendada de solución a nebulizar es de 5cc. El volumen total de aerosol influye en el depósito de droga que llega al alvéolo distal al afectar, tanto la cantidad del aerosol que entra al pulmón, como la profundidad de la penetración del aerosol en el pulmón1,3,6,30.
• Tipo de Gas usado: Gases con densidades bajas, como el Helio tienden a mejorar la función del nebulizador al aumentar la velocidad y crear partículas más pequeñas1-4,6,30.
• Nebulización Continua vs Intermitente: No existe diferencia demostrada hasta el momento entre estos dos métodos. Por ello la escogencia de uno de ellos debe basarse en consideraciones logísticas de cada institución1-4,6,29,30.

b. Inhaladores de Dosis Medida(IDM): constan de un reservorio lleno de droga, de aluminio, presurizado y un disparador. El tamaño inicial del aerosol es relativamente grande, mayor de 30 micras. El tamaño disminuye en la medida que el propelente se evapora. Cada disparo aporta un volumen fijo de 25 a 100 microlitros equiparable a un volumen de aerosol de 15-20cc. El IDM ofrece velocidades de 10-100m/s, mientras que los nebulizadores producen aerosoles con menores velocidades y dependen del flujo inspiratorio del aerosol.

Flujos rápidos aumentan el depósito en la vía aérea superior por impactación inercial. Flujos lentos reducen el depósito proximal y favorecen la llegada a vía aérea distal. Flujos más rápidos(0,5-2L/s) pueden ser necesarios para que algunos sistemas de polvo seco puedan disgregar y dispersar el polvo.

Pueden usarse durante la espiración, de manera que el aerosol sea transportado al paciente en la siguiente respiración. Sin embargo, algunos autores han sugerido que sincronizando el disparo con la inspiración, mejora el aporte de aerosol en una tercera parte1-4,6,30. Los factores que afectan la eficiencia del IDM son1-4,6,30:

• Separación de la droga y propelente: Esto se limita revolviendo y calentando el IDM.
• Temperatura: Revolver y calentar el IDM en las manos facilita la eficiencia.
• Volumen: Menor dosis aportada cuando se está acabando el volumen del reservorio. Por ello solo deben usarse el número de dosis especificado por el fabricante.
• Posición: Siempre debería usarse con el reservorio arriba y el disparador abajo.
• Espaciador o Aerocámara: Se ha reportado una satisfactoria respuesta clínica con IDM más espaciador, con dosis tan bajas como 4 puff de salbutamol10, mientras que con un adaptador en codo, sin espaciador, no se logro respuesta luego de 100 puff de salbutamol7. El espaciador sirve para reducir la velocidad de la dosis y la MMAD. Los factores que afectan su eficiencia son: Tamaño, forma y duración de uso.
• Posición del NPV o IDM en el circuíto1,2,24,26,30-34: Lo ideal es a 25-30 cm del paciente.
• Tiempo de disparo del IDM1,2,30-36: Generalmente se recomienda ofrecer el aerosol durante la inspiración. Ofrecer el aerosol al comienzo pone más aerosol al frente para una más profunda penetración(aunque regiones con cierre de la vía aérea al comienzo de la inspiración pueden no recibir tal carga de aerosol). En contraste, ofrecer el aerosol tardíamente pone al aerosol detrás de la respiración ofrecida a las unidades de llenado tardío.

3. Vía aérea artificial: Es considerado el mayor impedimento para la llegada del aerosol al tracto respiratorio inferior. Actúa como el sitio primario de impactación del aerosol removiendo una gran parte del mismo en función de la longitud y los ángulos del circuíto. Incluye: Pieza en Y, Codo del conector, Tubos corrugados.

a. Tubo Endotraqueal1-4,6,29,37-39:

• – Resistencia de la vía aérea: Bajo condiciones de flujo laminar la resistencia de la vía aérea es proporcional a l/r4, mientras que cuando el flujo es turbulento es proporcional a l/r5. Así, la resistencia de un tubo de 6mm de diámetro es 4.2 veces mayor que la de un tubo de 8mm30. El diámetro reducido de los tubos así como los altos flujos inspiratorios empleados en ventilación mecánica, predisponen a flujos turbulentos y a altas resistencias de la vía aérea en estos casos. Estos dos factores se potencian y llevan a que una importante cantidad de aerosol se quede en el tubo. Wright encontró que la resistencia al flujo dentro de un tubo endotraqueal de 8mm de diámetro era 2-2.5cmH2O mayor que la normal30.

• Tamaño del tubo: El depósito de aerosol es mucho más alto en el tubo orotraqueal mientras menor sea su diámetro. Sin embargo, es obvio que el flujo inspiratorio y la distribución de partículas dentro del aerosol tienen una mayor influencia en el aporte de aerosol que el tamaño del tubo por sí mismo. Por otro lado, el tipo de nebulizador usado tiene mayor influencia que el tamaño del tubo17. Si bien el tamaño incide su efecto es variable y hay otros factores que parecen tener mayor impacto sobre el depósito de aerosol.
• Material del tubo orotraqueal: El material usado(Cloruro de Polivinilo o silicona) en la manufactura del tubo de traqueostomía puede alterar el depósito de aerosol en las paredes internas del tubo. Hasta el momento no se ha investigado la influencia del tipo de material del tubo o de su diseño sobre el depósito del aerosol dentro de las vías aéreas artificiales.
• – Carga electrostática del tubo orotraqueal: Generalmente son de PVC. Rígidos inicialmente para facilitar la inserción, pero luego se tornan blandos con la temperatura corporal. La carga electrostática de estos tubos atrae las partículas de aerosol. Al compararlos con tubos secos, los tubos orotraqueales lavados permitían ofrecer mayor cantidad de aerosol. Se requieren investigaciones para determinar la cantidad de aerosol pérdida por la carga electrostática dentro del tubo1-4,30.
• – Espacio muerto extra-torácico: Normalmente es de 75cc y se reduce a 60cc cuando se usa un tubo orotraqueal de 25cm de largo y 8mm de diámetro. Esto reduce la cantidad de droga que llega a la vía aérea distal1-3,30.

b. Colocación del IDM: Cuando el IDM se coloca directamente al tubo orotraqueal, el 90% de la droga se deposita en el tubo y en el adaptador. Esta cantidad se reduce al mínimo cuando se coloca un espaciador a una importante distancia de la Y. Por otro lado, una alta proporción del aerosol se pierde en el tubo cuando se aplica en un circuíto de ventilador con humidificador. Esto se reduce al mínimo con un circuíto seco25,26. Una importante proporción del aerosol se pierde en el circuíto humidificado.

c. Presencia de ángulos en el circuíto(codos de 90 grados, tubos flexibles):

d. Humedad relativa de los gases: En el curso de un día, el tracto respiratorio pierde aproximadamente 1470 Joules de calor y 250 cc de agua. Se trata de una pérdida neta del escape de vapor de agua en los gases espirados1-2.

La eficiencia de la vía aérea superior es tal que, aún en circunstancias extremas, el aire que pasa a través de la nasofaringe tiene una humedad relativa cercana a 100% y una temperatura de 29-32 grados centígrados. Cerca de la carina la temperatura ya se hace de 32 a 34 grados2. El punto en el cual los gases adquieren las condiciones alveolares ideales(temperatura de 37 grados y humedad relativa del 100%) se denomina como Punto de Saturación Isotérmica2.

En condiciones normales este punto se encuentra en los bronquios de 4-5 generación2. Por encima de este punto el tracto respiratorio actúa eficientemente añadiendo calor y humedad a la inspiración y conservando el calor y la humedad durante la espiración. Por debajo de este punto la temperatura y el contenido de agua permanecen constantes2. Todos estos mecanismos de humidificación y calentamiento se pierden en el paciente con vía aérea artificial y es por ello que se emplean sistemas de humidificación y calentamiento. Sin embargo, la humedad en el circuíto tiende a producir incremento en el tamaño de partículas y reducción del aporte de aerosol2,33-36.

e. Densidad de los gases inspirados: Usar una mezcla de 80% de Helio y 20% de oxígeno incrementa en 50% la cantidad de aerosol que se deposita en el árbol respiratorio inferior.

f. Presencia de humidificación pasiva: El circuíto del ventilador no tiene humedad cuando se emplea un humidificador pasivo. Sin embargo, actúa como un filtro removiendo las partículas de aerosol. En el caso de un NPV, la nebulización puede resultar en oclusión del humidificador. Por ello debe removerse durante la nebulización1-4,6,10,30.

g. Espaciador: La presencia de aerocámara o espaciadores mejora el aporte de aerosoles al pulmón en el caso de los IDM pero solo produce una marginal mejoría cuando se emplean NPV1-4,6,10.