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Evaluación de la compatibilidad y precisión de la línea de muestreo de capnografía cuando se utiliza con un monitor de capnografía portátil

Published: September 29, 2020 doi: 10.3791/61670
Automatic Translation
1, 2, 3
1Division of Respiratory Care, UT Health Science Center at San Antonio, 2Research and Development, OEM Engineering, Patient Monitoring, Medtronic, Jerusalem, 3Minimally Invasive Therapies Group, Scientific Communications, Medtronic, Minneapolis

Summary

El objetivo de este estudio fue evaluar la precisión de las líneas de muestreo de capnografía utilizadas junto con un monitor portátil de capnografía junto a la cama. Las líneas de muestreo de 7 fabricantes fueron evaluadas para la resistencia a la tracción, el tiempo de subida y la precisión etcO2 en función de la frecuencia respiratoria o el caudal de oxígeno suplementario.

Abstract

La capnografía se utiliza comúnmente para monitorear el estado ventilatoario del paciente. Si bien se ha demostrado que la capnografía lateral proporciona una evaluación fiable del CO2 (ETCO2)de marea final, su precisión se valida comúnmente utilizando kits comerciales compuestos por un monitor de capnografía y sus líneas de muestreo de cánula nasal desechables a juego. El propósito de este estudio fue evaluar la compatibilidad y precisión de las líneas de muestreo de capnografía emparejadas cruzadas con un solo monitor portátil de capnografía de cabecera. Se realizaron una serie de 4 pruebas de banco para evaluar la resistencia a la tracción, el tiempo de subida, la precisión etcO2 en función de la frecuencia respiratoria, y la precisión ETCO2 en presencia de O2suplementario. Cada prueba de banco se realizó utilizando equipos especializados y validados para permitir una evaluación completa del rendimiento de la línea de muestreo. Las 4 pruebas de banco diferenciaron con éxito entre líneas de muestreo de diferentes fuentes comerciales y sugirieron que debido al aumento del tiempo de subida y la disminución de la precisión de ETCO2, no todas las líneas de muestreo de cánulas nasales proporcionan datos clínicos fiables cuando se emparejan con un monitor de capnografía comercial. Se debe tener cuidado de asegurarse de que cualquier emparejamiento cruzado de monitores de capnografía y líneas de muestreo desechables esté totalmente validado para su uso en las frecuencias respiratorias y en los caudales suplementarios de O2 que se encuentran comúnmente en entornos clínicos.

Introduction

La capnografía es una tecnología de uso común diseñada para evaluar la integridad del estado ventilatoria de un paciente midiendo el CO2 (ETCO2)y la frecuencia respiratoria del paciente1. Cuando se utiliza en combinación con oximetría de pulso, se puede lograr una evaluación más completa de la función respiratoria2,3. La capnografía se utiliza con frecuencia en la unidad de cuidados post-anestesia, en pacientes intubados o profundamente sedados4, en la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI), y en el departamento deemergencias 5. De hecho, la Sociedad Americana de Anestesiólogos (ASA)6,7 recomienda capnografía continua durante todos los procedimientos de anestesia general8 y durante la sedación moderada y profunda, que incluyó un estimado de 106 millones de procedimientos en los Estados Unidos de enero 2010-diciembre 20149,10.

Inherente en el uso de la capnografía es la dependencia de un dispositivo que proporciona al médico una evaluación precisa del estado ventilatoria de un paciente. El control de la capnografía puede ser cualquiera de las corrientes laterales, en la que la respiración exhalada se desvía a un monitor por una cánula nasal y un tubo, o corriente principal, en la que se mide la respiración exhalada en la fuente sin desviar la muestra11. La capnografía principal se utiliza con mayor frecuencia en pacientes intubados, mientras que la capnografía de corriente lateral se utiliza tanto para pacientes intubados como no intubados12. Un componente importante de la capnografía lateral es la línea de muestreo, que entrega CO2 desde la respiración exhalada de un paciente hasta el detector, donde el análisis de la respiración se produce1,,13. Los diseños comerciales de líneas de muestreo varían significativamente, con diferencias en los puntos de conexión de línea de muestreo, formas de cánula nasal y volúmenes de tubos, todo lo cual puede afectar al rendimiento de la línea de muestreo13,14. Por ejemplo, las líneas de muestreo de cánula nasal pueden tener hasta 10 conexiones entre la cánula nasal, el humidificador, la línea de muestreo ETCO2 y los tubos de suministro O2 (Figura 1). Cada una de estas conexiones representa un punto débil potencial en el sistema de monitoreo.

El rendimiento de las líneas de muestreo de cánula nasal se puede evaluar mediante una variedad de pruebas, como el punto débil general y el tiempo de subida. Además, se pueden probar para determinar el impacto de la frecuencia respiratoria y la entrega de oxígeno suplementario en las lecturas etcO2. Aunque estudios anteriores han notificado la precisión de ETCO2 en un número limitado de líneas de muestreo15,16,17,18,19,20,21,22,23, no hay estudios conocidos que han evaluado el rendimiento de la línea de muestreo de cánula nasal utilizando una combinación de pruebas, como la identificación del punto débil general, la medición del aumento del tiempo, y la determinación de la precisión de la capa de cánula nasal2.

El punto débil general de una línea de muestreo se puede medir mediante una prueba de resistencia a la tracción, en la que se prueba cada punto de conexión para determinar cuánta fuerza se ejerce sobre la conexión antes de que alcance un punto de rotura. La prueba de resistencia a la tracción puede identificar el punto de conexión más débil para un dispositivo médico, lo que permite comparaciones directas entre diseños de dispositivos únicos. Este estilo de prueba de fuerza se realiza a menudo en dispositivos médicos, que van desde conduce de ritmo a catéteres24,25. Dado que las líneas de muestreo de capnografía tienen un gran número de puntos de conexión de tubería, el punto de conexión más débil puede diferir dependiendo del diseño del dispositivo. La resistencia a la tracción de los puntos de conexión es particularmente importante en entornos móviles como ambulancias, donde las líneas de muestreo se pueden separar involuntariamente debido a limitaciones de espacio. Las líneas de muestreo de capnografía también pueden desconectarse involuntariamente en las salas de hospital, donde varios sistemas de monitoreo a menudo se conectan simultáneamente a un paciente, y las líneas de equipos pueden enredarse y ser arrastradas por un paciente móvil o un proveedor de atención médica. En ambos escenarios, la tensión aplicada a la línea de muestreo puede dar lugar a una pérdida de datos de capnografía y, en algunos casos, a la interrupción de la entrega suplementaria de O2.

Otro elemento crítico de la monitorización de la capnografía lateral afectada por el diseño de la línea de muestreo es el tiempo de subida, definido como el tiempo necesario para que un valor deCO2 medido aumente del 10% al 90% del valor final14. El tiempo de subida es un indicador directo de la resolución del sistema, definiendo qué tan bien se separan las respiraciones individuales entre sí durante el muestreo (Figura 2A). En la práctica, un tiempo de subida más corto es preferible a un tiempo de subida largo. Esto se debe a la posible mezcla de múltiples muestras de aliento en sistemas de capnografía con tiempos de subida largos, lo que resulta en mediciones etcO2 inexactas14. Es importante destacar que el tiempo de subida se ve afectado tanto por el flujo de respiración como por el diseño de la línea de muestreo, debido a la fricción del aire que se mueve a lo largo de la tubería, la presencia de filtros y el volumen de espacio muerto dentro de la línea de muestreo. Las líneas de muestreo con más espacio muerto han reducido la resolución de la muestra de aliento, lo que resulta en formas de onda ETCO2 de aliento mixto, y como resultado, las lecturas etcO2 inexactas13,14. Estas muestras de aliento mal diferenciadas se producen con mayor frecuencia en pacientes con una frecuencia respiratoria rápida, incluidos bebés y niñosde 14,,15,16.

Las mediciones ETCO2 también pueden verse afectadas por la frecuencia respiratoria y la entrega de oxígeno suplementario15,26,27,28. Aunque los cambios en la ventilación dique y la presencia de depresión respiratoria se pueden detectar fácilmente con un capnógrafo27,,28, hay datos escasos sobre el rendimiento específico de las líneas de muestreo de capnografía de cánula nasal a diferentes frecuencias respiratorias. Un estudio reciente encontró que durante la respiración constante, la frecuencia respiratoria medida por un monitor de volumen respiratorio y un capnógrafo estaban fuertemente correlacionados (R a 0,98 ± 0,02) y constante para todas las tasas de respiración, incluidas las tasas de respiración normal, lenta y rápida28. En cuanto al uso de oxígeno suplementario, un estudio separado comparó las lecturas de ETCO2 en voluntarios sanos en presencia de flujo de oxígeno pulsado o continuo, utilizando entre 2 y 10 L/min de oxígeno17. Mientras que el flujo de oxígeno pulsado tuvo un impacto limitado en ETCO2 medido (mediana 39,2 mmHg), el flujo continuo de oxígeno, que es estándar en entornos clínicos, dio lugar a una amplia gama de mediciones ETCO2 (mediana 31,45 mmHg, rango de 5,4 a 44,7 mmHg) que eran clínicamente diferentes de las lecturas etcO2 en ausencia de oxígeno suplementario17. Además, las diferencias en las mediciones etco2 en presencia de flujo de oxígeno suplementario se han comparado entre los diseños de cánula nasal15,,18. A diferencia de las cánulas nasales con cucharadas orales, un estudio encontró que algunas cánulas no pudieron administrar CO2 exhalado al capnómetro en presencia de 10 L/min O218. Otro estudio informó que mientras que las lecturas de ETCO2 con oxígeno suplementario durante la ventilación normal simulada eran normales, las lecturas de ETCO2 se redujeron en presencia de oxígeno suplementario durante la hipoventilación simulada y la hiperventilación15. Esto es consistente con la evidencia de que la precisión etcO2 es más difícil de lograr cuando el caudal de CO2 en la respiración exhalada es similar al caudal de oxígeno suplementario, debido a la dilución del CO2 exhalado (Figura 2B)20.

La exactitud de las lecturas etco2 se ha evaluado en múltiples estudios independientes, todos los cuales concluyeron que la capnografía ofrecía una medida fiable del estado de ventilación16,18,19,20,21,22. Sin embargo, pocos estudios han comparado la precisión de los diferentes sistemas de capnografía lateral, y aunque las líneas de muestreo de capnografía se utilizan con una variedad de monitores de capnografía comercial, la precisión de estos dispositivos emparejados no es bien descrita23. Por lo tanto, determinar si las líneas de muestreo comerciales alternativas son compatibles con los monitores de capnografía y proporcionar datos precisos es importante para los proveedores de atención médica que utilizan este equipo para monitorear la ventilación del paciente.

El propósito de este estudio fue determinar la compatibilidad y precisión de las líneas de muestreo de capnografía lateral disponibles comercialmente utilizadas junto con un monitor de capnografía portátil. Se realizaron una serie de cuatro pruebas de banco utilizando sistemas especialmente diseñados y validados para comparar el rendimiento de una serie de líneas de muestreo de capnografía con un solo monitor respiratorio. Los cuatro resultados principales del estudio incluyeron (1) resistencia a la tracción e identificación del punto de conexión débil para cada línea de muestreo de capnografía; (2) tiempo de subida; (3) Precisión ETCO2 en función de la frecuencia respiratoria; y (4) precisión ETCO2 en presencia de oxígeno suplementario.

Protocol

Las líneas de muestreo de capnografía utilizadas en estas pruebas de banco incluyeron 16 líneas de muestreo de capnografía para adultos, pediátricos y neonatales de 7 fuentes comerciales. Entre las 16 líneas de muestreo incluidas en las pruebas de banco, 5 líneas de muestreo eran del mismo fabricante que el monitor de capnografía utilizado para las pruebas de banco («coincidentes»), y 11 líneas de muestreo eran de fabricantes alternativos («cross-paired»)(Tabla de materiales). Todas las líneas de muestreo de cánula nasal comparten un diseño similar, con hasta 10 puntos de conexión entre la cánula, humidificador, conector O2, conector CO2, tubo de 4 vías, O2 y tubo CO2 (Figura 1).

1. Mida la resistencia a la tracción de la línea de muestreo

  1. Calibre la plantilla de prueba de tracción.
    1. En el software de plantilla de prueba de tracción, establezca la selección de la célula de carga en 100,00 kg y el parámetro de carga en 10,00 kg.
  2. Conecte los componentes de la línea de muestreo (por ejemplo: conector O2 con tubo O2) a la plantilla de prueba de tracción calibrada.
  3. A partir de una masa de 0 kg, inicie la tensión en el componente de la línea de muestreo y observe si la conexión de la línea de muestreo permanece intacta.
  4. Si la conexión de la línea de muestreo permanece intacta, aumente automáticamente la masa de forma continua y observe cuándo las subpartes se rompen o se desconectan.
    NOTA: La resolución de la plantilla está limitada a incrementos de 10 g.
  5. Registre la tensión máxima (kg) ejercida antes de que se produjera el salto de la línea de muestreo.
  6. Repita la prueba de resistencia a la tracción para las 10 subpartes de línea de muestreo potenciales: Conector O2 con tubo O2; O2 tubos con 4 vías; 4 vías con tubo O2; O2 tubos con cánula; cánula con tubo de CO2; Tubo DE CO2 con 4 vías; 4 vías con tubo deCO2; Tubo CO2 con conector CO2; humidificador con tubo; tubo con cánula.
  7. Repita la prueba de resistencia a la tracción en 16 líneas de muestreo de 7 fuentes comerciales.

2. Medir el tiempo de subida y la precisión de la línea de muestreo

  1. Calibre el dispositivo de medición del tiempo de subida.
    1. Corte el tubo de PVC CO2 de 0,95 mm de diámetro interno estándar en diez piezas de 15 cm.
    2. Utilice la plantilla siguiendo estos pasos:
      1. Encienda el compresor de aire, el controlador de plantilla y la fuente de alimentación.
      2. Abra el flujo de gasCO2.
      3. Conecte el canal de muestreo directamente a la cámara de medición sin la muestra.
      4. Calibre el flujo de aire yCO2 a 10 L/min y la frecuencia de muestreo de gas a 50 ml/min utilizando un medidor de flujo de masa y un limitador dedicado.
        NOTA: La frecuencia máxima de muestreo del monitor de capnografía es de 50 ml/min.
      5. Abra el software de plantilla y defina los parámetros de prueba de la siguiente manera: Relación Air:CO2 1:1; Tiempo de aire: 3 segundos, tiempo de CO2 a 3 segundos, 10 ciclos, duración de la medición del tiempo de subida: ninguno.
      6. Abra la válvula CO2.
      7. Seleccione el botón Finalizar calibración en la pestaña Medición y asegúrese de que se vuelva verde.
      8. Seleccione el botón Medir y espere a que finalicen los ciclos de flujo de gas.
      9. Cierre la válvula CO2.
    3. Registre el tiempo de subida de fondo y asegúrese de que el resultado sea inferior a 60 ms. Si es más grande, limpie la cámara óptica con flujo de aire y vuelva a conectar el adaptador de la pieza Y/vía aérea correctamente.
    4. Tome 10 mediciones y calcule el valor medio del tiempo de subida.
    5. Compare el valor de tiempo de subida con los márgenes y confirme que está dentro de los límites de especificación, predefinidos como fondo de tiempo de subida < 60 ms y tiempo de subida de una muestra de control, un tubo de PVC de 15 cm, 0,95 mm de diámetro interno, igual a 39 ± 5 ms.
    6. Compare el tiempo de entrega con los márgenes y confirme que está dentro de los límites de especificación, predefinidos como tiempo de entrega en segundo plano <100 ms y tiempo de entrega de una muestra de control, un tubo de PVC de 15 cm, 0,95 mm de diámetro interno, igual a 152 ± 5 ms.
  2. Abra una nueva línea de muestreo comercial.
  3. Conecte la línea de muestreo al dispositivo de medición del tiempo de subida.
  4. Haga clic en el botón Inicio en el software del dispositivo de medición de tiempo de subida y espere a que el dispositivo mida el tiempo de subida.
    NOTA: El dispositivo repite la medición 10 veces y promedia automáticamente las repeticiones para informar de la media de tiempo de subida y la desviación estándar.
    1. Copie el resultado del tiempo de subida en el informe.
  5. Desconecte la línea de muestreo del dispositivo de medición del tiempo de subida.
  6. Calcular la frecuencia respiratoria máxima para inhalación:relaciones de tiempo de exhalación de 1:1 y 1:2, en respiraciones por minuto (BPM).
    1. Calcule la frecuencia respiratoria máxima utilizando el tiempo de elevación medido para la línea de muestreo y una relación de respiración 1:1, utilizando la siguiente ecuación:
      Equation 1
      donde 30 s representa el tiempo acumulado utilizado para exhalar durante 1 min (1:1 inhalación:tiempo de exhalación).
      NOTA: Para una relación de respiración 1:1, la frecuencia respiratoria máxima representa la frecuencia respiratoria más rápida permitida sin afectar a la precisión de ETCO2 cuando el tiempo necesario para la inhalación y la exhalación es el mismo.
    2. Calcule la frecuencia respiratoria máxima utilizando el tiempo de elevación medido para la línea de muestreo y una relación de respiración de 1:2, utilizando la siguiente ecuación:
      Equation 2
      donde 40 s representa el tiempo acumulado utilizado para exhalar durante 1 min (1:2 inhalación:tiempo de exhalación).
      NOTA: Para una relación de respiración de 1:2, la frecuencia respiratoria máxima representa la frecuencia respiratoria más rápida permitida sin afectar a la precisión de ETCO2 cuando el tiempo utilizado para exhalar es el doble de largo que el tiempo utilizado para inhalar.
  7. Calcular el tiempo de exhalación para inhalación:relaciones de tiempo de exhalación de 1:1 y 1:2.
    1. Para una relación de respiración 1:1, utilice la siguiente ecuación:
      Equation 3
      donde 30 s representa el tiempo acumulado utilizado para exhalar durante 1 min (1:1 inhalación:tiempo de exhalación).
    2. Para una relación de respiración 1:2, utilice la siguiente ecuación:
      Equation 4
      donde 40 s representa el tiempo acumulado utilizado para exhalar durante 1 min (1:2 inhalación:tiempo de exhalación).
  8. Determine la precisión de cada línea de muestreo a 150 BPM para las relaciones de respiración 1:1 y 1:2 evaluando la frecuencia respiratoria máxima.
    NOTA: Si la frecuencia respiratoria máxima es ≥150 BPM, entonces la línea de muestreo se considera precisa para la relación de respiración, pero si la frecuencia respiratoria máxima es <150 BPM, entonces la línea de muestreo no se considera precisa a 150 BPM.
  9. Repita los pasos 2.2-2.8 para las 16 líneas de muestreo probadas.
  10. Realizar análisis estadísticos utilizando software estadístico.
    1. Compare la media y la desviación estándar usando la prueba t de Student, con un nivel de significancia de dos caras de 0.05, para todas las líneas de muestreo coincidentes del monitor de capnografía frente a todas las líneas de muestreo emparejadas del monitor de capnografía.
    2. Repita el análisis estadístico para comparar todas las líneas de muestreo pediátricas coincidentes con todas las líneas de muestreo pediátricas emparejadas del monitor de capnografía.
    3. Repita el análisis estadístico para comparar todas las líneas de muestreo de adultos coincidentes con todas las líneas de muestreo de adultos emparejadas por capnografía.

3. Mida la precisión de ETCO2 en función de la frecuencia respiratoria

  1. Preparar el maniquí colocando en una posición supina y conectar la línea de muestreo al maniquí según las instrucciones del fabricante.
  2. Fije la línea de muestreo al monitor de capnografía y cambie la configuración del monitor de capnografía para aceptar las líneas de muestreo de todos los fabricantes seleccionando Configuración y Cancelar identificación de anillo de oro.
  3. Preparar y calibrar la plantilla del simulador de aliento, para controlar la frecuencia respiratoria simulada.
    NOTA: La plantilla del simulador de respiración se compone de una válvula de funcionamiento eléctrico de 2 vías, que permite un control preciso del flujo de CO2 y N2 al maniquí, para simular la respiración humana.
    1. Utilice un medidor de flujo para medir el flujo de gas y calibrarlo a 10 L/min.
    2. Abra el software de plantilla del simulador de respiración y ajuste el ciclo de trabajo al 50%.
    3. Pruebe si hay fugas en el sistema mediante una plantilla de prueba de fugas.
      1. Conecte la línea de muestreo al puertoCO2 de la plantilla de prueba de fugas.
      2. Cree una torcedura en la línea de muestreo para evitar que CO2 salga del final de la línea de muestreo.
      3. Utilizando un caudal de 50 ml/min DE2,permita que la presión en la línea de muestreo aumente a 300 mmHg, y luego deje de agregar CO2.
      4. Observe si la presión en la línea de muestreo sigue siendo la misma o disminuye. Si la presión disminuye, esto confirma una fuga en el sistema, y se debe aplicar una nueva línea de muestreo en el paso 4.2.
    4. Conecte la plantilla del simulador de respiración al maniquí.
  4. Aumente el caudal del 5% deCO2 a 10 L/min y el caudal N2 a 10 L/min usando la plantilla del simulador de aliento. Mantenga los caudales constantes durante toda la prueba.
  5. Espere 30 segundos para permitir que se establezca una forma de onda de capnografía estable y, a continuación, registre el valor ETCO2 (mmHg).
  6. Mida un total de 10 valores ETCO2 durante 180 segundos.
  7. Cambie la velocidad de respiración usando la plantilla del simulador de respiración, permita que la forma de onda de la capnografía se normalice durante 30 segundos y registre 10 lecturas ETCO2 durante 180 segundos.
    1. Repetir lecturas para cada frecuencia respiratoria examinada: 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120 y 150 BPM.
  8. Determinar la desviación media y estándar de las 10 lecturas medidas en cada frecuencia respiratoria.
  9. Repita los pasos 4.1-4.8 para las 16 líneas de muestreo probadas.
  10. Realice análisis estadísticos utilizando gráficas Bland-Altman para evaluar el sesgo de la línea de muestreo.

4. Mida la precisión de ETCO2 en presencia de O2 suplementario

  1. Prepare la plantilla del simulador de maniquí y respiración como se describe en los pasos 4.1-4.3. Ajuste la plantilla del simulador de respiración a 10 BPM.
  2. Conecte la línea O2 al 100% O2.
  3. Aumente el caudal deCO2 a 6 L/min y el caudal O2 a 0 L/min, para utilizarlo como medida de referencia.
  4. Para permitir que la forma de onda de capnografía se estabilice, espere 30 segundos antes de registrar el valor ETCO2.
  5. Lea el valor ETCO2 10 veces durante 180 segundos.
  6. Cambie el caudal del CO2 y O2,permita que la forma de onda de la capnografía se normalice durante 30 segundos y repita las 10 mediciones ETCO2 durante 180 segundos. Para capturar escenarios clínicos comunes, utilice las siguientes combinaciones de caudales deCO2 y O2:
    1. Utilice una combinación de 2 L/min CO2 y 2 L/min O2.
    2. Utilice una combinación de 4 L/min CO2 y 2 L/min O2.
    3. Utilice una combinación de 4 L/min CO2 con 4 L/min O2.
    4. Utilice una combinación de 6 L/min CO2 con 4 L/min O2.
    5. Utilice una combinación de 6 L/min CO2 con 6 L/min O2.
    6. Utilice una combinación de 8 L/min CO2 con 6 L/min O2.
  7. Repita la prueba como se describe en 5.1-5.6 para cada línea de muestreo.
  8. Realice análisis estadísticos utilizando gráficas Bland-Altman para evaluar el sesgo de la línea de muestreo.

Representative Results

Resistencia a la tracción
Se probaron dieciséis líneas de muestreo de capnografía de 7 fabricantes para determinar la resistencia a la tracción de cada junta de línea de muestreo principal(Figura 1, Tabla de materiales). Debido a las diferencias en el diseño de la línea de muestreo, no todas las juntas existen en todas las líneas de muestreo. El monitor de capnografía coincidió con las líneas de muestreo 8, 9, 14, 15 y 16 tenían resistencias a la tracción total mínimas entre 3,55 kg y 5,94 kg. La mayoría de las líneas de muestreo emparejadas cruzadas presentaban resistencias generales a la tracción(Tabla 1). La línea de muestreo 6 tenía la resistencia a la tracción más débil, con resistencia a la tracción igual a 1,33 kg en la conexión entre el tuboCO2 y el 4 vías. Los puntos débiles comunes entre todas las líneas de muestreo incluían la conexión entre el tubo deCO2 y el 4 vías, y la conexión entre la cánula y el tuboCO2.

Tiempo de subida
El tiempo de subida, definido como el tiempo necesario para que el valor deCO2 medido aumente del 10% al 90% del valor final (Figura 2), se determinó para las mismas 16 líneas de muestreo de capnografía(Tabla de materiales). La comparación del monitor de capnografía coincide con las líneas de muestreo cruzadas encontró que el tiempo de elevación para todas las líneas de muestreo emparejadas cruzadas fue significativamente mayor (147 ± 23 ms frente a 201 ± 66 ms, respectivamente; p<0.001). También hubo una diferencia significativa entre las líneas de muestreo emparejadas y emparejadas entre adultos (135 ± 13 ms frente a. 214 ± 61 ms; p<0.001) pero no entre líneas de muestreo emparejadas y emparejadas cruzadas pediátricas (156 ± 25 ms frente a 169 ± 69 ms; p-0.395). Sobre la base del tiempo de subida medido para cada línea de muestreo, la frecuencia respiratoria máxima (BPM) y el tiempo de exhalación, utilizando una inhalación: relación de exhalación de 1:1 y 1:2, se determinó la precisión de cada línea de muestreo a 150 BPM. Mientras que la mayoría de las líneas de muestreo presentaban una precisión de 150 BPM para ambas relaciones respiratorias, las líneas de muestreo 2, 3, 6, 7, 12 y 13 no mantuvieron la precisión a 150 BPM, mientras que las líneas de muestreo 1, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 14, 15 y 16 mantienen la precisión en todas las condiciones probadas (Table). En particular, las líneas de muestreo 3, 6 y 13 no cumplieron con el estándar de precisión a 150 BPM en las relaciones de inhalación:1 y 1:2: exhalación.

Precisión ETCO2 en función de la frecuencia respiratoria
La precisión de ETCO2 se midió utilizando velocidades de respiración entre 10 y 150 BPM para 16 líneas de muestreo de 7 fabricantes (Tabla de Materiales). El ETCO2 esperado en presencia de 5% CO2 era de 34 mmHg a presión ambiente, y el rango predefinido como precisión aceptable era ±2 mmHg para lecturas entre 0-38 mmHg y ±5% de la lectura + 0.08 por cada 1 mmHg por encima de 38 mmHg. Entre las líneas de muestreo para adultos probadas, a 10 BPM, las líneas de muestreo 8 y 9 leen ETCO2 igual a 33-34 mmHg (Figura 3A). Las líneas de muestreo 2, 5, 6 y 7 también leen los niveles ETCO2 dentro de un rango aceptable (31-34 mmHg) a las tasas de respiración más bajas (10-20 BPM). Por el contrario, las líneas de muestreo 3 y 4 notificaron niveles bajos de ETCO2 a la tasa de respiración más baja (10 BPM), y estas lecturas disminuyeron a 0 mmHg cuando la tasa de respiración aumentó a 80 BPM o superior. Sólo las líneas de muestreo 1, 8 y 9 continuaron capturando lecturas a tasas de respiración muy altas (120-150 BPM); las líneas de muestreo 2, 3, 4, 5, 6 y 7 leen valores ETCO2 iguales a 0 mmHg a velocidades de respiración muy altas (≥100 BPM). Se observó un patrón similar en las líneas de muestreo pediátrica y neonatal, en las que las líneas de muestreo 10, 11, 14, 15 y 16 capturaron lecturas en todas las tasas de respiración, y las líneas de muestreo 12 y 13 notificaron ETCO2 igual a 0 mmHg a velocidades de respiración ≥100 BPM (Figura 3B). El sesgo de las lecturas del ETCO2 se confirmó utilizando las gráficas de Bland-Altman para el monitor de capnografía emparejado y las líneas de muestreo emparejadas cruzadas, donde la mayoría de las mediciones etcO2 estaban dentro de los límites del 95%, pero las líneas de muestreo coincidentes presentaban una mayor precisión con un sesgo hacia la sobreestimación de ETCO2 a 150 BPM, y las líneas de muestreo emparejadas subestieron fuertemente las medidas ETCO2 cuando la frecuencia respiratoria era de 80 BPM o superior(Figura 4A-B).

Precisión ETCO2 en presencia de oxígeno suplementario
Además de examinar la exactitud de los valores ETCO2 de las líneas de muestreo comerciales de 7 fabricantes(Tabla de materiales)en función de la frecuencia respiratoria, su precisión también se evaluó en presencia de oxígeno suplementario de 2, 4 o 6 L/min (Figura 5), que representan el rango de tasas de flujo de oxígeno suplementario comúnmente utilizados en entornos clínicos. 3,29 En todos los casos, el ETCO2 esperado era de 34 mmHg. En ausencia de oxígeno suplementario, los valores de ETCO2 fueron de 34 ± 0 mmHg para las líneas de muestreo 8 y 9, y tan bajos como 16 ± 0 mmHg para las líneas de muestreo 3, 4 y 12(Figura 5A). Tras la adición de oxígeno suplementario de 2 L/min, la mayoría de las líneas de muestreo mostraron una disminución en los valores observados de ETCO2, que oscilaban entre 0 ± 0 mmHg y 23 ± 1 mmHg; las líneas de muestreo 7, 8 y 9 notificaron valores ETCO2 entre 33 ± 0 mmHg y 34 ± 0 mmHg(Figura 5B). La caída más extrema en el valor etco2 se produjo en la línea de muestreo 2, que midió ETCO2 de 0 mmHg en presencia de tan solo 2 L/min de oxígeno suplementario; esto también se observó en las líneas de muestreo 2 y 5 en presencia de 4 y 6 L/min de oxígeno suplementario(Figura 5C-D). También se observó una disminución de la precisión de ETCO2 en las líneas de muestreo 1, 6, 10, 11 y 13 en presencia de oxígeno suplementario de 2, 4 o 6 L/min(Figura 5B-D). Las gráficas de Bland-Altman para el monitor de capnografía coinciden con líneas de muestreo emparejadas y cruzadas indican que si bien las líneas de muestreo coincidentes tenían alta precisión y sesgo limitado en la lectura de los niveles de ETCO2 en presencia de oxígeno suplementario, las líneas de muestreo emparejadas cruzadas subestimaron constantemente el ETCO2 en presencia de oxígeno suplementario(Figura 6A-B).

Tabla 1: Prueba de resistencia a la tracción de las líneas de muestreo de capnografía. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Tabla 2: Tiempo de subida para las líneas de muestreo de capnografía cuando se utiliza junto con un monitor de capnografía portátil. El tiempo de subida de cada línea de muestreo se midió 10 veces para garantizar la precisión de los resultados. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Figure 1
Figura 1: Diseño de línea de muestreo de capnografía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: Fundamentos de la capnografía de la corriente lateral. (A) Ejemplo de diseño de una línea de muestreo, que demuestra cómo el dispositivo muestrea elCO2 exhalado. (B) Correlación típica entre el caudal respiratorio (línea negra) y ETCO2 (línea verde) en función del tiempo. Un flujo O 2 suplementario constante se representamediante una línea discontinua azul. La medición precisa de ETCO2 se produce cuando elCO2 tiene un pico (línea discontinua verde). Las mediciones inexactas de ETCO2 (líneas discontinuas rojas) pueden ocurrir más adelante en el ciclo de respiración, cuando el CO2 se diluye con O2suplementario. Esto ocurre con mayor frecuencia cuando el caudal de exhalación deCO2 es igual al flujo de O2suplementario. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: Precisión ETCO2 de las líneas de muestreo de capnografía para adultos y pediátricos en función de la tasa de respiración. Medición de los valores etcO2 para (A) Líneas de muestreo de capnografía pediátrica y neonatal en una gama de frecuencias respiratorias de 10 a 150 BPM.B En todos los casos, el valor esperado de ETCO2 es 34 mmHg. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: La gráfica Bland-Altman para ETCO2 mide por (A) las líneas de muestreo coincidentes en función del aumento de la frecuencia respiratoria y (B) Líneas de muestreo cruzadas en función del aumento de la frecuencia respiratoria. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Precisión ETCO2 de las líneas de muestreo de capnografía en presencia de oxígeno suplementario creciente. La precisión de ETCO2 se notifica para (A) No hay oxígeno suplementario; (B) 2 L/min oxígeno suplementario; (C) 4 L/min oxígeno suplementario; y (D) 6 L/min de oxígeno suplementario. La línea verde a 34 mmHg representa el valor ETCO2 esperado en todas las mediciones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Gráfica Bland-Altman para ETCO2 mide por (A) Líneas de muestreo coincidentes en función del aumento del caudal suplementario O2; (B) Líneas de muestreo cruzadas cruzadas en función del aumento del caudal suplementario de O2. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

Se realizaron una serie de cuatro pruebas de banco para comparar la precisión y compatibilidad de las líneas de muestreo de capnografía emparejadas y emparejadas con un monitor de capnografía portátil. Estas pruebas calibradas midieron el tiempo medio de subida y los niveles de ETCO2 en 10 medidas de repetición independientes para cada una de las 16 líneas de muestreo probadas, e identificaron una variación mínima en los resultados. Si bien la resistencia a la tracción de las líneas de muestreo comerciales se mantuvo dentro de las especificaciones del producto, el tiempo de subida difería significativamente entre las líneas de muestreo coincidentes y emparejadas cruzadas (p<0.001), y la precisión de ETCO2 en función de la frecuencia respiratoria y en presencia de O2 suplementario fue mayor en las líneas de muestreo coincidentes con el monitor de capnografía en lugar de las líneas de muestreo emparejadas. En particular, varias de las líneas de muestreo entre adultos y pediátricos tenían tiempos de elevación considerados inexactos a una frecuencia respiratoria máxima de 150 BPM. Las mismas líneas de muestreo presentaban una baja precisión ETCO2 a alta frecuencia respiratoria o en presencia de oxígeno suplementario.

La prueba de resistencia a la tracción utilizó una plantilla de prueba de tracción calibrada para medir con éxito la tensión a través de componentes de la línea de muestreo de capnografía que van de 1,33 a 26,6 kg. Aunque las pruebas de resistencia a la tracción se realizan a menudo en otros tipos de dispositivos médicos24,,25,nuestro método fue único en el modo en que examinó la resistencia a la tracción de cada segmento de la línea de muestreo de capnografía. Por lo tanto, además de determinar la resistencia a la tracción de cada componente de la línea de muestreo, también permitió la identificación del punto débil general de la línea de muestreo completa. Los resultados de las pruebas confirmaron que casi todas las líneas de muestreo cumplen con las especificaciones del producto, predefinidas como resistentes a una fuerza de 2 kg. Una limitación de este sistema de prueba es el aumento continuo y gradual de la fuerza aplicada a la línea de muestreo, a diferencia de una fuerza fuerte repentina, que podría encontrarse en entornos clínicos. Es importante destacar que, como instrumento validado, la plantilla utilizada para medir la resistencia a la tracción de las líneas de muestreo de capnografía podría utilizarse para otras aplicaciones, como la medición de la resistencia a la tracción de otros tubos de muestreo y dispositivos médicos que tienen el potencial de experimentar tensión en un entorno clínico.

El tiempo de subida es una característica técnica importante de las líneas de muestreo de capnografía lateral y determina su capacidad para proporcionar una lectura precisa y de alta resolución deCO2 en respiración exhalada1,14. Debido a la importancia de esta característica técnica, buscamos medir el tiempo de subida utilizando un dispositivo de medición de tiempo de subida validado, de modo que se pudiera calcular la tasa respiratoria máxima y el tiempo de exhalación. Necesitábamos modificar los parámetros de medición del tiempo de subida para eliminar el límite de tiempo superior en la plantilla de tiempo de subida, de modo que el tiempo de subida pudiera ser recogido para todas las líneas de muestreo antes de que finalizara el período de medición. El largo tiempo de subida observado para algunas líneas de muestreo de capnografía podría reflejar un mayor volumen de espacio muerto en estas líneas de muestreo. Es importante destacar que, como parte de este método, determinamos la frecuencia respiratoria máxima y el tiempo de exhalación para dos patrones respiratorios únicos, definidos por inhalación:relaciones de exhalación iguales a 1:1 y 1:2. Este aspecto único del análisis permitió evaluar la precisión delCO2 medido en circunstancias que representan a pacientes cuyo patrón respiratorio es uniforme o cuyo tiempo de exhalación dura más que su tiempo de inhalación. En las líneas de muestreo en las que la frecuencia respiratoria máxima calculada era >150 BPM, llegamos a la conclusión de que la línea de muestreo era precisa. Aunque es poco probable que se encuentre clínicamente una frecuencia respiratoria rápida de 150 BPM, determinamos la precisión de cada dispositivo de muestreo a esta alta frecuencia de respiración porque se considera el límite superior técnico para muchas líneas de muestreo de capnografía. Mientras que una frecuencia respiratoria de 150 BPM no es fisiológica, la prueba de banco destaca que mientras que algunas líneas de muestreo de capnografía eran precisas en toda la gama técnica de frecuencias respiratorias, otras líneas de muestreo no lograron el mismo estándar de precisión. En comparación con el monitor de capnografía que coincide con las líneas de muestreo, algunas de las líneas de muestreo emparejadas cruzadas, incluidas las líneas de muestreo 2 y 7, no lograron una precisión de 150 BPM para la inhalación 1:1:relación de exhalación, y las líneas de muestreo 3, 6 y 13 no lograron el estándar de precisión a 150 BPM para ambas relaciones de inhalación:exhalación. Esto podría deberse a un espacio muerto más grande dentro de las líneas de muestreo, lo que resulta en un tiempo de subida más largo y una mezcla de muestras de aliento.

Para aplicar los hallazgos de tiempo de subida a un entorno clínico, realizamos dos pruebas para examinar la precisión de ETCO2 cuando las líneas de muestreo estaban conectadas a un monitor de capnografía portátil a través de un maniquí. Para ambas pruebas, necesitábamos modificar la configuración predeterminada del monitor de capnografía para permitir que el monitor reconociera las líneas de muestreo emparejadas cruzadas. En primer lugar, al igual que un estudio anterior, controlamos la frecuencia respiratoria utilizando un controlador de frecuencia respiratoria, y monitoreamos las mediciones etcO2 resultantes para cada línea de muestreo18. Un componente clave de esta prueba fue el uso de un conjunto predefinido de frecuencias respiratorias que van de 10 a 150 BPM, para determinar la precisión de ETCO2 en los patrones respiratorios que los pacientes podían presentar. Si bien el nivel previsto de ETCO2 era de 34 mmHg en todas las circunstancias, observamos muchos casos en los que, a medida que aumentaba la frecuencia respiratoria, las líneas de muestreo ya no informaban lecturas precisas de ETCO2, sino que, en cambio, bajaban a 0 mmHg, lo que no es un resultado clínicamente significativo. De hecho, sólo las líneas de muestreo 1, 8, 9, 10, 15 y 16 no midieron los valores ETCO2 de 0 mmHg a ninguna frecuencia respiratoria. Esta precisión podría deberse al diseño de las líneas de muestreo, de modo que aquellos con mayor fricción o mayor volumen de espacio muerto resultan en muestras de aliento de menor resolución a una mayor frecuencia respiratoria, similar a lo que observamos en la prueba de tiempo de subida. Mientras que las líneas de muestreo con lecturas altas de ETCO2 pueden contener menos espacio muerto que les permita entregar muestras de aliento discretas, el error de las lecturas ETCO2 por encima de 38 mmHg se definió como ±5% de la lectura + 0.08 por cada 1 mmHg por encima de 38 mmHg. Esto podría explicar parcialmente por qué las lecturas etcO2 se incrementaron por encima de 34 mmHg durante la alta frecuencia respiratoria en algunas líneas de muestreo. Por el contrario, las líneas de muestreo con lecturas ETCO2 bajas o nulas pueden contener más espacio muerto, lo que resulta en muestras de aliento mixto que el monitor de capnografía no reconoce como respiraciones válidas, y por lo tanto reporta como ninguna respiración. Es importante destacar que 3 de las líneas de muestreo emparejadas cruzadas de un fabricante no presentaron lecturas precisas de ETCO2 a ninguna frecuencia respiratoria probada entre 10 y 150 BPM, lo que sugiere que no proporciona información ventilatoria clínicamente fiable cuando se empareja con el monitor de capnografía utilizado en la prueba(Tabla de materiales). Juntos, estas observaciones sugieren que los dispositivos con un tiempo de subida más largo tienen una tasa de respiración máxima precisa más baja y presentan una baja precisión ETCO2 a la máxima velocidad de respiración precisa.

En la segunda prueba de precisión ETCO2 utilizando un maniquí, mantuvimos una frecuencia respiratoria constante, pero introdujimos el flujo de oxígeno suplementario al sistema. Esta prueba imita una ocurrencia común en entornos hospitalarios en los que los pacientes que son monitoreados por capnografía lateral reciben oxígeno suplementario, y donde la precisión etcO2 es clave para entender la función respiratoria de un paciente, ya que el oxígeno suplementario puede enmascarar los desafíos de ventilación debido a las lecturas de alta saturación de oxígeno de la oximetría de pulso30,,31. Al igual que la prueba de precisión ETCO2 con una frecuencia respiratoria variable, en esta prueba, un paso clave en el protocolo fue medir la precisión de ETCO2 a través de múltiples caudales de oxígeno suplementarios. La principal limitación de las pruebas ETCO2 es que las pruebas se realizan utilizando un maniquí y un sistema de respiración controlada, a diferencia de un sujeto humano, en el que los patrones respiratorios varían entre individuos. En una lectura de control sin O2suplementario, observamos que las líneas de muestreo 3, 4 y 12, todas del mismo fabricante, no notificaron el valor etcO2 esperado de 34 mmHg, y sólo las líneas de muestreo 8, 9 y 11 notificaron este valor. En presencia de 2, 4 o 6 L/min suplementarioS O2, la mayoría de las líneas de muestreo presentaban una precisión ETCO2 reducida, con excepción de las líneas de muestreo 8 y 9 coincidentes y la línea de muestreo emparejada cruzada 7. En particular, al igual que nuestras observaciones sobre el aumento de la frecuencia respiratoria, las lecturas ETCO2 para las líneas de muestreo 2 y 5 cayeron a 0 mmHg en presencia de O2suplementario, lo que sugiere que su precisión ETCO2 cuando se empareja con un monitor de capnografía es muy baja. Esto puede deberse al diseño de las líneas de muestreo, y en particular, el diseño de la cánula nasal, que está diseñado para entregar oxígeno a un paciente y recoger muestras de aliento de un paciente. Si la cánula nasal contiene una gran cantidad de espacio muerto, puede producirse la mezcla del oxígeno suplementario y la respiración exhalada, lo que resulta en respiraciones mixtas de baja amplitud que el monitor de capnografía no detecta como respiración exhalada. En tal caso, la medición ETCO2 caería a cero, como observamos con algunas de las líneas de muestreo emparejadas cruzadas probadas.

Al igual que estudios anteriores que examinaban la exactitud de la capnografía, identificamos con éxito circunstancias en las que la precisión de ETCO2 utilizando una variedad de líneas de muestreo era aceptable, incluidos los casos en los que había una frecuencia respiratoria moderada o cuando no se utilizaba O2 suplementario19,20,21,22,23,32. Es importante destacar que muchas de las líneas de muestreo no mantuvieron la precisión de ETCO2 tras un aumento de la frecuencia respiratoria o tras la introducción de O2suplementario, lo que es coherente con las evaluaciones anteriores de precisión de la capnografía15,18,20,23. Juntos, los hallazgos son consistentes con las pruebas de banco anteriores que miden con éxito la precisión de las líneas de muestreo de capnografía15,,18. Dado que muchas de las líneas de muestreo emparejadas con el monitor de capnografía mostraron una precisión reducida de ETCO2 en circunstancias clínicamente relevantes, se debe tener cuidado de garantizar que las líneas y monitores de muestreo comerciales emparejados se validen antes de utilizarse para supervisar el estado de ventilación del paciente.

Disclosures

Ruben D. Restrepo es consultor de Medtronic, e Ido Karpenkop y Katherine E. Liu son empleados de Medtronic.

Acknowledgments

Este trabajo fue financiado por Medtronic. Marco Scardapane (Medtronic Study and Scientific Solutions MC2, Roma, Italia) realizó análisis estadísticos.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adult CO2/O2 Nasal Cannula Respironics M2750A Sampling Line 1
Adult Dual Nasal Cannula, Female Luer Flexicare 032-10-126U Sampling Line 2
Divided Adult Capnograpy Cannula, Female Luer Salter Labs 4707FTG-7-7 Sampling Line 3
Divided Adult Capnograpy Cannula, Female Luer Salter Labs 4797F-7-7 Sampling Line 4
Hudson RCI Softech Bi-Flo EtCO2/O2 Cannula, Female Luer Hudson 1845 Sampling Line 5
CO2/O2 Adult Cannula, Female Luer Westmed 539 Sampling Line 6
Adult ETCO2 Cannula Ventlab 4707 Sampling Line 7
O2/CO2 Nasal FilterLine sampling line, Adult, Female Luer Medtronic 6912 Sampling Line 8
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Smart CapnoLine Plus sampling line, Adult, Female Luer Medtronic 9822 Sampling Line 9
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Pediatric CO2/O2 Nasal Cannula Respironics M2751A Sampling Line 10
Pediatric CO2/O2 Oral/Nasal Cannula Respironics M2761A Sampling Line 11
Divided Pediatric Capnograpy Cannula, Female Luer Salter Labs 4703F-7-7 Sampling Line 12
Hudson RCI Softech Plus Pediatric Divided Nasal Cannula Hudson 2850 Sampling Line 13
FilterLine H Set sampling line, Infant/Neonate Medtronic 6324 Sampling Line 14
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
O2/CO2 Nasal FilterLine sampling line, Pediatric, Female Luer Medtronic 6913 Sampling Line 15
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Smart CapnoLine sampling line, Pediatric, Female Luer Medtronic 7269 Sampling Line 16
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Breathing simulator Medtronic T-158
Capnostream 35 portable respiratory monitor Medtronic PM35MN https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/capnostream-35-portable-respiratory-monitor.html
Flow/Leak Tester Emigal Electronic test solutions LTD N/A
Flow Meter Omega FMA1823A
Gas: 100% N2 Airgas GR04930
Gas: 100% O2 Airgas 10133692
Gas: 5%CO2, 21%O2, 74% N2 Airgas HPE400
Manikin Tru Corp-AirSim Advance S/N: AA3617A29092017C
Rise Time Jig Medtronic T-547
Tensile Testing Machine MRC Lab B1/E
Statistical software SAS Institute Inc v9.4

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Medicina Número 163 precisión capnografía monitoreo respiratorio continuo ETCO2,frecuencia respiratoria línea de muestreo oxígeno suplementario
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Restrepo, R. D., Karpenkop, I., Liu, K. E. Evaluation of Capnography Sampling Line Compatibility and Accuracy when Used with a Portable Capnography Monitor. J. Vis. Exp. (163), e61670, doi:10.3791/61670 (2020).

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