Estimación sistemática de parámetros del sistema pulmonar bajo ventilación mecánica

Abstract

Este trabajo es parte de una línea de investigación del Instituto LEICI, en el área de análisis y apoyo a pacientes ventilados mecánicamente. En la misma se orientan los trabajos al desarrollo de modelos matemáticos lineales y no lineales de la mecánica pulmonar, así como también a la mejora de las máquinas de respiración asistida y la optimización de tratamientos específicos del mismo. En términos generales, los equipos de respiración asistida se utilizan cuando el paciente no puede suplir completa o parcialmente las demandas metabólicas relacionadas a la oxigenación de su organismo. Los modos ventilatorios de estas máquinas pueden ser asistida-controlada, donde el paciente puede iniciar el ciclo respiratorio, pero no es capaz de mantener una respiración espontánea (casos sin sedación profunda), o mecánica controlada, usada en casos donde el paciente tiene sedación profunda, shock, alteración neurológica importante o insuficiencia respiratoria grave. A partir de modelos sencillos del sistema respiratorio, es posible conocer los parámetros que describen al paciente. Éstos proveen al médico una forma de monitorear el estado fisiológico del mismo en tiempo real, permitiendo tomar decisiones sobre el tratamiento y valorar la respuesta a las intervenciones terapéuticas. Muchos equipos de respiración asistida controlados por microprocesador contienen programas informáticos capaces de determinar los parámetros que describen estos modelos. Los más utilizados son lineales y estacionarios, describen la función de transferencia entre la presión en la zona bucal (considerada la variable de entrada) y el volumen Tidal (variable de salida). En particular, en este trabajo, se presenta un algoritmo que obtiene los parámetros de diferentes modelos lineales y no lineales del sistema pulmonar a partir de señales medidas en pacientes bajo respiración asistida. Estos modelos son dinámicos, descritos en el espacio de estados, y permiten ser utilizadas para elaboración de herramientas que contribuyan a realizar evaluación, prospección y análisis de fisiopatologías respiratorias in silico, así como también para el diseño e implementación de los controladores automáticos requeridos por una moderna generación de equipos de asistencia respiratoria. El algoritmo realiza un procesamiento de las señales medidas de presión en la vía proximal y del flujo de aire circulante. Se obtiene a partir de la integral de este último la señal de salida de los modelos propuestos, el volumen tidal. Luego, mediante algoritmos que utilizan herramientas de minimización de la función de mínimos cuadrados, se desarrolló un programa que obtiene cada parámetro de los modelos, de forma sistemática y secuencial. Por último, se realiza la validación de estos modelos, mediante el cálculo del índice de error cuadrático medio normalizado. Éste cuantifica la similitud entre la respuesta de los modelos obtenidos y los datos medidos.