Ventilação Mecanica

PRINCÍPIOS BÁSICOS DOS VENTILADORES ARTIFICIAIS

Prof.Dr. Jorge Bonassa

Introdução

Um dos principais objetivos da ventilação mecânica é aliviar total ou parcialmente o trabalho respiratório do paciente85,86. O trabalho respiratório representa a energia necessária para movimentar determinado volume de gás através das vias aéreas e expandir o pulmão, permitindo que ocorram as trocas gasosas à nível alveolar74. O movimento de gases através das via aéreas, tanto durante a inspiração como durante a expiração, irá gerar forças de atrito opostas à direção do movimento. A expansão do pulmão irá distender estruturas visco-elásticas, envolvendo parede torácica, diafragma, gerando forças de natureza visco-elásticas. Durante a ventilação espontânea, o paciente deve desenvolver através dos músculos respiratórios, uma força inspiratória suficiente para vencer as forças de atrito e as visco-elásticas. A ocorrência da patologia pulmonar invariavelmente representa um aumento das forças que se opõe ao movimento dos gases, exigindo níveis elevados de esforço por parte do paciente, e predispondo a ocorrência da fadiga muscular 73.

Nessa situação, é indicado o uso de equipamentos - ventiladores artificiais - capazes de "bombear" os gases para dentro dos pulmões, de forma cíclica, permitindo intervalos para que o volume inspirado seja exalado passivamente72. Essa forma de ventilação, utilizando pressão positiva para bombear o gás para o interior dos pulmões, é a forma mais usual, embora existam equipamentos capazes de gerar uma pressão negativa. Na ventilação com pressão negativa, a pressão é aplicada ao redor da caixa torácica do paciente, através de coletes rígidos, promovendo a expansão do tórax e a inspiração, entretanto essa forma não será abordada nesse capítulo.

O objetivo desse capítulo é apresentar uma análise do ponto de vista funcional dos ventiladores artificiais. Para tanto serão apresentados os conceitos básicos envolvidos na ventilação mecânica e a descrição funcional dos ventil adores a partir dos modos de ventilação. Através da utilização de exemplos numéricos pretende-se fornecer ao leitor um guia para o entendimento dos modos de operação dos ventiladores modernos e sua inter-relação com a mecânica respiratória do paciente.

Conceitos Básicos

Sistema de Ventilação

A partir de uma representação simplificada do sistema respiratório e de um ventilador artificial (Fig. 1), é possível a descrição dos mecanismos básicos envolvidos na ventilação mecânica.

Figura 1: Representação esquemática de um ventilador conectado ao paciente. A partir dos controles efetuados através do painel de controles e da monitorização realizada pelos transdutores de pressão e fluxo, é realizado o controle das válvulas de fluxo e exalação através do circuito de controle do ventilador. O ventilador inicia a fase inspiratória abrindo a válvula de fluxo e fechando a válvula de exalação. O paciente é representado através das vias aéreas, dos pulmões e da caixa torácica.

O modelo simplificado de ventilador é constituído por uma válvula de fluxo, uma válvula de exalação, transdutores de pressão e fluxo, painel de controles e monitorização e circuito de controle11.

A válvula de fluxo do modelo têm a via de entrada ligada à uma fonte de ar e/ou oxigênio. A pressão de alimentação das válvulas de fluxo se situa geralmente em torno de 1 a 1,5 atmosferas. Internamente, uma esfera atuando sobre uma sede, controla a abertura da passagem do gás. A posição da esfera em relação à sede define o fluxo inspiratório. O movimento da esfera é realizado por um motor de passo controlado através de microprocessador. Existem diversos modelos construtivos de válvulas de fluxo disponíveis nos ventiladores modernos27(Fig.2).

Figura 2: Representação esquemática de diversos modelos construtivos de válvula de fluxo: A. Um motor de passo atuando sobre uma esfera controla a abertura da passagem do fluxo. B. O acionamento da esfera, nesse caso, é realizado por um solenóide proporcional. C. Um mecanismo tipo pinça, acionado por motor de passo, atua sobre um tubo flexível, controlando a área de passagem do fluxo. D. Uma série de solenóides, calibrados com fluxos discretos, obedecendo a relação 2n, ao serem acionados (abertos) na combinação apropriada, permitem ajustar o fluxo requerido. Por exemplo: fluxo 6L/min = solenóides 2 e 4 L/min acionados; 50L/min = solenóides 2, 16 e 32 L/min acionados.

A saída da válvula de fluxo é ligada ao ramo inspiratório do circuito do paciente.

A extremidade do ramo expiratório é conectada à válvula de exalação. A atuação de um diafragma sobre um bocal controla a abertura e fechamento do ramo expiratório. O movimento do diafragma também é realizado por um motor de passo controlado pelo microprocessador. Também no caso da válvula de exalação, existem diversas possibilidades construtivas, dependendo do ventilador (Fig. 3).

Figura 3: Representação esquemática de diversos modelos contrutivos de válvula de exalação: A. Um motor de passo atuando sobre um diafragma flexível controla a abertura do ramo expiratório. B. O acionamento do diafragma é realizado por uma bobina eletromagnética. C. Um solenóide comuta as pressões inspiratória e expiratória, provenientes de válvulas pneumáticas, que atuam sobre o diafragma. D. Uma bobina eletromagnética aciona um mecanismo tipo pinça, que controla a área de passagem de um tubo flexível.

Os sinais de pressão e fluxo são medidos na saída do "Y" do circuito respiratório, onde é conectado o tubo endotraqueal, que se constitui na interface paciente - ventilador.

A medição de pressão é realizada por um transdutor de pressão, que transforma o sinal pneumático em sinal elétrico. Os transdutores de pressão atuais incorporam sensores de silício cujas propriedades elétricas são sensíveis à pressão.

A medição do fluxo pode ser realizada em diversos pontos do sistema. Existem ventiladores que realizam a medida de fluxo na saída da válvula de fluxo (fluxo inspiratório), e/ou na saída da válvula de exalação (fluxo expiratório). Outros utilizam um sensor junto ao paciente, medindo tanto o fluxo inspiratório como expiratório. Os tipos de sensores mais