La monitorización hemodinámica permite a los profesionales conocer el estado hemodinámico de los pacientes y adaptar el tratamiento a sus necesidades concretas.

En el mercado encontramos diferentes monitores del contorno del pulso, siendo difícil elegir entre las diferentes opciones disponibles. Para ayudarnos a tomar la decisión y esclarecer posibles dudas, en esta formación, el Dr. José Miguel Alonso Iñigo, médico especialista en Anestesiología-Reanimación y Tratamiento del dolor, parte del modelo físico postulado por Otto Frank para explicar el funcionamiento de los diferentes monitores.

Modelo Windkessel

Para explicar el modelo físico que rige el movimiento de la sangre a través del sistema cardiovascular y poder evaluar el volumen sistólico a partir de una onda de presión arterial, se empleó el modelo de “Windkessel”.

Windkessel es una palabra alemana que significa depósito o caldera de aire. Este modelo era utilizado por los bomberos alemanes en el s. XVIII para apagar los incendios. Este método consistía en transformar un flujo pulsátil de agua en continuo. El agua de un depósito era bombeada de forma pulsátil hasta una cámara de aire o “windkessel”, que hacía que el flujo de agua que salía finalmente por la manguera fuera constante. Este ingenioso sistema sirvió de base a Stephen Hales para explicar cómo, en el sistema cardiovascular, el flujo pulsátil de sangre del corazón se transforma en continuo en los capilares. Sin embargo, fue Otto Frank el que desarrolló el concepto y proporcionó una sólida base matemática para explicar el efecto “windkessel”.

Modelo Windkessel

Trasladar este modelo al sistema cardiovascular supone entender los elementos que lo forman como compartimentos:

  • Sistema reservorio.
  • Bomba pulsátil: corazón.
  • Componente elástico/dinámico: grandes arterias como la aorta o la arteria femoral. Estos grandes vasos se encargan de absorber parte de la energía del latido cardíaco para mantener el flujo continuo durante todo el ciclo cardíaco tras el cierre de la válvula aortica.
  • Componente resistivo: componente estático que se encuentra en las arteriolas periféricas.

Modelo Windkessel aplicado al sistema cardiovascular

Tanto el componente pulsátil (elástico), como el componente resistivo, forman parte de la impedancia cardiovascular. Elemento clave y fundamental para la estimación del gasto cardiaco a partir del análisis de la onda de presión arterial.

Otto Frank nos dio en el siglo XIX la clave para poder estimar el volumen sistólico (VS) a partir de una onda de presión arterial, mediante una simple fórmula en la que el VS se podía calcular de la siguiente manera: VS= Asys/Z(t).

Como se puede apreciar en la figura, la clave es analizar el área de la porción sistólica de la curva de presión arterial (Asys) y una variable denominada Z que representa la impedancia arterial.

Asys y Z

Impedancia arterial o cardiovascular

La Z, representa las cualidades físicas de las arterias que afectan de forma directa al flujo de sangre a través de ellas. Desde un punto de vista de la electricidad, la impedancia se puede definir como una medida de oposición que presenta un circuito a una corriente cuando se aplica una tensión, que vas más allá del concepto de resistencia. En fisiología, la impedancia arterial se puede definir como la oposición que presenta el árbol arterial al paso de la sangre impulsada por el corazón. Como en el caso anterior, la impedancia arterial vas más allá del concepto de resistencia e incluye otros elementos como son la elastancia arterial, la reflectancia arterial, la contractilidad y las resistencias propiamente dichas.

Impedancia arterial (Z)

La estimación de la Z es clave para el cálculo del VS y es la base para el desarrollo de los algoritmos matemáticos de los diferentes métodos de análisis del contorno del pulso.

La estimación de la impedancia, desde un punto de vista práctico, ha sido una de las limitaciones para el desarrollo de monitores basados en el gasto cardíaco mediante el contorno del pulso. Debemos tener claro, que la Z, la impedancia cardiovascular es el elemento clave y fundamental para la estimación del volumen sistólico.

La impedancia del sistema cardiovascular permite a los profesionales disponer de información fiable acerca del volumen sistólico y el gasto cardíaco de sus pacientes. No obstante, no fue posible estimar la Z hasta finales del s. XX.

¿Qué puede afectar a la impedancia arterial?

La Z es un elemento inherente al movimiento de la sangre dentro del sistema cardiovascular. Por ello es un dato dinámico que cambia latido a latido, siendo un reflejo de la adaptación del sistema a las necesidades de flujo de sangre del organismo.

La impedancia arterial se ve afectada e influenciada por:

  • Fuerza de eyección del ventrículo izquierdo.
  • Compliancia arterial. La cual absorbe parte de la energía cinética generada (distensibilidad arterial).
  • Resistencia de los vasos periféricos.
  • Ondas reflejadas.

Tal es la importancia de poder estimar la Z que, conocer esta variable, nos permitirá estimar el volumen sistólico.

La Z es una variable compleja, que representa la relación entre cambios de presión y cambios de volumen en el tiempo. Si nosotros somos capaces de estimar la Z, podremos estimar de forma fiable el volumen sistólico.

Sistemas de monitorización.

La teoría de Otto Frank ha perdurado hasta nuestra época, siendo la piedra angular de los monitores de gasto cardiaco basados en el análisis del contorno del pulso (PCM).

Los PCM clasificarse en relación al método empleado para la estimación de la impedancia arterial:

  • Necesitan calibración externa mediante termodilución o dilución de indicador.
  • Necesitan calibración interna basada en características demográficas y físicas de los pacientes.
  • No necesitan calibración o datos de un nomograma.

El concepto de calibración se refiere a la necesidad de emplear un método de estimación del gasto cardiaco para obtener un valor puntual de la impedancia e introducir dicho valor en el algoritmo de análisis del contorno del pulso para la estimación continua del volumen sistólico/gasto cardiaco.

En el caso de la calibración externa se emplea para el calculo del gasto cardiaco la termodilución o la dilución de indicador basadas en la fórmula de Stewart-Hamilton para inferir un valor puntual de la impedancia.

Cuando se emplea la calibración interna los datos de la impedancia se obtienen de parámetros estadísticos desde base de datos de pacientes a modo de nomograma que sirven de referencia. Su precisión es inferior a los basados en métodos físicos o en calibración externa, debido a que las estimaciones no se hacen sobre datos del propio paciente.

El único monitor que no necesita calibración ni datos estadísticos para la estimación de la Z es el MostCare. Este monitor emplea un método físico-matemático avanzado, el método PRAM, es capaz de estimar los valores de la Z latido a latido.

Son aquellos (los basados en métodos estadísticos) que para la estimación de una impedancia cardiovascular basal, lo que hacen es obtener datos basados en características demográficas y físicas, evidentemente son datos obtenidos de un grupo de pacientes determinados, esto implica que este tipo de monitores en aquellas situaciones en las que se produzcan cambios de la impedancia cardiovascular, que suele ocurrir de forma muy frecuente, no sean capaces de hacer una estimación fidedigna de la misma y, por lo tanto, los valores de volumen sistólico y de gasto cardíaco, se alejen mucho de la realidad.

Método P.R.A.M. Monitor hemodinámico basado en métodos físicos.

El método P.R.A.M. fue desarrollado por Mario Romano a finales del s. XX. y forma parte de los monitores que utilizan una aproximación físico-matemática a priori para estimar la impedancia del sistema cardiovascular y determinar el volumen sistólico.

P.R.A.M.

Para su desarrollo, Mario Romano realizó un análisis de la fórmula de Otto Frank, pero desde un punto de vista diferente. Teniendo en cuenta, en el análisis del contorno del pulso, no solo el componente pulsátil, también el componente continuo.

Para obtenerlo, desarrolló la fórmula original de Otto Frank. Esta nos dice que el volumen sistólico es directamente proporcional al área de la porción sistólica de la curva de presión arterial en sus dos componentes pulsátil y continuo – y, a su vez, inversamente proporcional a la impedancia del sistema cardiovascular en ambos componentes.

La clave del método P.R.AM. es que es capaz de extraer la impedancia del sistema cardiovascular a partir del análisis de la onda de presión arterial.

El método P.R.A.M. se fundamenta en la aplicación de teorías matemáticas avanzadas y alejadas del enfoque tradicional basado en la física newtoniana.  En concreto se apoya en teoría de las perturbaciones para estimar la impedancia del sistema cardiovascular, a partir del análisis de la onda de presión arterial.

Teoría de las perturbaciones

La teoría de las perturbaciones se aplica de forma habitual en la mecánica cuántica y en astrofísica para analizar las orbitas planetarias. Esta teoría física avanzada, consiste en un conjunto de esquemas aproximados que permiten describir sistemas cuánticos complicados en términos de otros más sencillos.

La aproximación a la hemodinámica arterial que hace el método P.R.A.M., es una aproximación totalmente diferente a la n que emplean otros métodos de análisis del contorno del pulso. En los métodos calibrados, se obtiene un dato de Z o de impedancia cardiovascular a partir de una termodilución, dilución de litio, o a partir de datos estadísticos. Sin embargo, el método P.R.A.M. es capaz de estimar directamente del análisis de la onda arterial, el valor de la impedancia cardiovascular latido a latido.

La teoría de perturbaciones permite obtener aproximaciones de los valores y funciones propios de un sistema tomando como punto de partida a un sistema referencia. Cuando en el sistema de referencia se producen pequeñas diferencias con respecto a los valores cuantificados, se espera que sus soluciones no sean muy diferentes y de tal forma que esa diferencia pueda ser considerada como una pequeña perturbación sobre el sistema de referencia.

¿Cómo obtiene la impedancia cardiovascular el método P.R.A.M.?

Para obtener la impedancia cardiovascular, el método P.R.A.M., realiza un análisis preciso de la onda de presión arterial a una frecuencia de muestreo de 1.000Hz, siendo capaz de percibir las perturbaciones que se producen en la onda de presión arterial como consecuencia de cambios en la impedancia del sistema cardiovascular. De esta forma, mediante un análisis continuo de estas perturbaciones, es capaz de percibir cualquier cambio que se produzca en la morfología de la onda de presión arterial, estimado la impedancia latido a latido.

El método P.R.A.M., es un método exacto, preciso, que permite una respuesta rápida de medición latido a latido, que es independiente de la intervención del operador, es decir, no hay que hacer nada, el monitor solo necesita una onda de presión arterial. Además, es de fácil manejo, presenta una medición continua, es eficiente, poco cruento o incruento, y, la característica que a mi más me llama la atención, y que considero la más importante, es que es un monitor universal, que permite el análisis del contorno del pulso, tanto en pacientes adultos como pediátricos, e incluso en neonatos.

Nunca debemos olvidarnos de la importancia de tener una onda de presión arterial óptima, si esta no es de calidad, nuestros datos no serán exactos, y no podremos realizar un diagnóstico preciso. En este artículo el doctor explica qué es una onda de presión arterial para poder identificar alteraciones.

Uno de los puntos que destaca el doctor del método P.R.A.M. es su versatilidad, es decir, es capaz de ofrecer un análisis del contorno del pulso exacto independientemente del tipo de paciente. Si quieres conocer más sobre esta característica, puedes visualizar esta formación del Dr. José Miguel Alonso Iñigo donde presenta tres casos clínicos diferentes, el de un adulto, un neonato y un caballo.

 

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