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Para que puedan comprender el funcionamiento y programacion de nuestro diseño, veamos un poco de teoría que creemos que son algunos puntos a tener en cuenta dada su relevancia...
Frecuencia Respiratoria Normal, Volumen y Tabla
La frecuencia respiratoria es el número de respiraciones que realiza un ser vivo en un periodo específico (suele expresarse en respiraciones por minuto). Movimiento rítmico entre inspiración y espiración, está regulado por el sistema nervioso. Cuando las respiraciones de minutos están por encima de lo normal, se habla de “taquipnea” y cuando se hallan por debajo, “bradipnea”.
Teniendo en cuenta las Frecuencias respiratorias más comunes:
ADULTO: 12 a 20 por minuto
RECIEN NACIDO: 40 a 60
LACTANTE: 30 a 40
HASTA 5 AÑOS: 20 a 30
HASTA 11 AÑOS: 18 a 25
La norma fisiológica y médica para la ventilación de un minuto en reposo es de 6 litros por minuto para un hombre de 70Kg, donde dentro de la respiración normal tenemos:
-VP normal (Volumen Pulmonar o volumen del aire respirado durante el aliento): 500mL
-Fr normal (Frecuencia respiratoria o tasa de respiración): 12 respiraciones por minuto
-Inspiración: alrededor de 1.5 a 2 segundos
-La exhalación normal es de 1.5 a 2 segundos, seguida de una pausa automática (sin respirar por 1-2 segundos).
Tabla de tasa de respiración (Gráfico)
Esta gráfica representa el patrón respiratorio normal en estado de reposo o el volumen dinámico de los pulmones como una función del tiempo. Puedes ver que corresponde a la frecuencia de respiración normal de 12 respiros/minuto.
Precaución!!! No podemos medir nuestra propia frecuencia respiratoria o tasa de respiración ya que nuestra respiración cambia cuando prestamos atención a ella. Respiramos más lento y profundo. Tus resultados pueden ser 2 o 3 veces más bajos que los números reales del patrón de respiración basal en reposo (ej., contarás 7 respiraciones/min, y en realidad respiras 18-20 por minuto). De tal manera, respiras más que la frecuencia de respiración normal, pero tu prueba puede decir que respiras más lento que la tasa de respiración común (12 respiros/min). Este es un error común.
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Otros parámetros de la respiración normal
“Si una persona aguanta la respiración luego de una exhalación normal, debe retenerla cerca de 40 segundos”. De tal manera, la duración normal de tiempo para aguantar la respiración (inmediatamente luego de una exhalación común) es de 40 segundos. Esto indica una oxigenación normal de las células y tejidos. La norma médica actual para la presión de CO2 en el alvéolo de los pulmones o sangre arterial es de 40mm Hg. Este número fue establecido hace casi un siglo por los famósos fisiólogos Ingleses Charles G. Douglas y John S. Haldane (Universidad de Oxford). Sus resultados fueron publicados en 1909 en su artículo “La regulación de la respiración normal”.
¿Cómo se puede medir la respiración de uno mismo?
Para poder definir tu propio patrón de respiración, mide tu oxigenación corporal o tiempo de aguantar la respiración luego de una exhalación normal, pero sólo hasta el primer estrés o molestia. Luego de hacer esta prueba de PC, uno puede definir su estado de salud utilizando la tabla de Buteyko de Zonas de Salud.
La persona con respiración normal tendrá 40 segundos en la prueba de oxigeno corporal. En caso de sobre-respiración crónica, este tiempo se ve acortado.
Las personas enfermas tienen respiración rápida y profunda todo el día y reducen su oxigenación corporal (usualmente al rededor de 10-20 segundos de oxígeno en sus tejidos). En la gente muy enferma y pacientes críticos, la oxigenación corporal está por debajo de 10 segundos.
El doctor Buteyko, basándose en sus estudios de miles de personas saludables y enfermas, sugirió diferentes normas para la respiración (ej., Buteyko, 1991).
¿Cuáles son sus normal? Por ejemplo, su tasa respiratoria normal es tan sólo 8 respiraciones por segundo.
Estos son sus números para la respiración normal:
– Minuto normal de ventilación: 4 L/min;
– Volumen pulmonar normal (volumen del aire respirado durante un solo aliento): 500 ml;
– Frecuencia o tasa de respiración normal: 8 respiraciones por minuto;
– Inspiración: cerca de 1.5 segundos;
– Exhalación: 2 segundos;
– Pausa automática (o período de no respirar luego de una exhalación): 4 segundos;
– Tiempo de aguantar la respiración (luego de una exhalación normal y sin sentir estrés al final de la prueba): 60 segundos;
– Concentraciones de CO2 en el alvéolo o sangre arterial – 6.5% o cerca de 46 mm Hg. (al nivel del mar).
Como sabemos que el COVID-19 afecta la capacidad respiratoria en el paciente y la frecuencia respiratoria en sus tiempos se verá afectada, pensamos en un generador temporizado de intervalos programable que permite que los pulmones del paciente se desinflen e inflen con un juego de válvulas que a continuación detallaremos el funcionamiento:
Modificacion para el firmware con programacion PICmicrochip en Picbasic Pro ((01/04/2020)
En esta version de firmware, sumamos los aportes de la Doc. Rocio S., que son para el control de tiempo de Inhalacion y Exhalacion. Es importante controlar los perdiodos para mantener una frecuencia respiratoria estable, es por ello que sumamos en el set config,los pasos para poder programar los
tiempos de la electrovalvula 2 (Inhalacion) y electrovalvula 3 (Exhalacion). *
PASO1: Cierra E.valvula 2 y Abre la E.válvula 1 de llenado ambu. Esta se cierra dependiendo de los sensorores magneticos superior e inferior que detecta el nivel del fuelle. Solo si el fuelle esta lleno, pasa al paso2
PASO2: cierra la E.válvula 1, E.valvula 3 permanece cerrada e inicia el temporizador "t1" que controla apertura de la E.válvula 2 de inhalacion. Transcurrido este tiempo, se cierra la E.valvula 2 y salta al paso3
PASO3: con la E.válvula 2 cerrada, se inicia el temporizador "t2" que se encarga de controlar apertura de la E.válvula 3 de exhalacion. Transcurrido este tiempo, se cierra la E.valvula 3 y salta al paso1
PASO EN SEGUNDO PLANO: En todo momento se monitorea el nivel del fuelle y se acciona la E.valvula 1 para llenar de oxigeno el fuelle (ambu) segun el PASO en el que se encuentre el proceso. Como condicional, tenemos que nunca se podra abrir E.valvula1, si se encuentra la E.valvula2 abierta.
Para que el proceso pueda funcionar, se necesita una fuente de aire comprimido regulado para ejecutarlo. La presión ideal sería aproximadamente 10 psi. Cuanto mayor sea la presión de entrada, mayor es la posibilidad de que el fuelle se infle demasiado rápido para que lo detecte el interruptor de nivel superior. Si esto sucede, puede explotar la bolsa del fuelle.El peso en el fuelle proporciona la presión para inflar los pulmones del paciente. El peso del fuelle debe ser mayor que el peso o fuerza de la exhalación.
En esta ultima modificacion, ademas del set de configuracion de tiempos, sumamos un manometro.
Modificacion para el firmware con programacion ARDUINO (06/04/2020)
En esta version de firmware, se opta replicar con el sistema ARDUINO todo lo trabajado anteriormente con los microcontroladores PIC Microchip, pero adicionando algunas funcionalidades mas.
Como mencionamos anteriormente, para el control de tiempo de Inhalacion y Exhalacion; Es importante controlar los perdiodos para mantener una frecuencia respiratoria estable, es por ello que en esta version ARDUINO sumamos un set pre-configurado con tres MODOS: NEO - INFANTES - ADULTOS. En paralelo estamos trabajando en sumar la funcion de tiempos programables manualmente, al igual que la version con microcontroladores PIC Microchip, y un control en 2do plano de las electrovalvulas de la version con las otras plataformas para tener multiple opcion de control.
En el modo de operación NEO,se podra observar que a mayor frecuencia se consigue mayor presión al igual que mayor flujo de aire que se suministra al paciente.
El comportamiento de frecuencia puede presenta mayor estabilidad y un desempeño esperado; al contrario del volumen corriente el cual posiblemente muestre una disminución estable de sus valores. Los valores de volumen corriente que pueden obtener en el caso de implementar una batería DC como fuente de energía, presentara mayor estabilidad en la tendencia de disminución de flujo al incrementar la frecuencia de ventilación, esto se debe a que la potencia suministrada por la batería es mayor a la que puede proveer la fuente y por lo tanto se conseguira un torque más fuerte y estable que producira la deformación de la bolsa emitiendo mayor volumen de aire.
En el modo de operación INFANTES se presentara mayor estabilidad, con comportamiento de volumen corriente y frecuencia esperados. Al igual que en el modo de operación neonatos, el equipo presentara un rendimiento más estable al ser energizado con una bateria, debido a que la fuente de corriente continua (batería) puede proveer mayor y no existirian fluctuaciones en la entrada de energía al sistema. Adicionalmente, se espera que se muestre mayores valores de presión al tener menor volumen corriente, comportamiento que concuerda con la relación de la Ley de Gases ideal. Esta ley muestra que al incrementar la presión de un gas este presenta menor volumen.
El modo de operación de ADULTOS puede presentar menor estabilidad al ser comparado con las demás formas de operación. El volumen obtenido sera bastante bajo llegando a tener un máximo de 64,8 [ml/ciclo] en tanto que para adultos se requiere un volumen corriente entre 500 a 800 [ml/ciclo]. A pesar de que el recorrido hipotetico de la leva para este modo de operación esté establecido con mayor ángulo comparado con las demás formas de operación, la potencia proporcionada al motor no seria suficiente para vencer la resistencia de la bolsa y completar el recorrido establecido.
-ver Version PICmicrochip (PBP) (Click acá)
-ver Version ARDUINO (Click acá)
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