Federico Gordo Vidal
Servicio de Medicina Intensiva, Hospital Universitario del Henares. Coslada, Madrid.
Facultad de Medicina Universidad Francisco de Vitoria
Introducción
La Tomografía de Impedancia Eléctrica (TIE) es una técnica de imagen relativamente actual que proporciona imágenes basadas en información no puramente anatómica, sino que se basa en el análisis de las características eléctricas derivadas de los cambios funcionales producidos en los tejidos estudiados. Tiene la gran ventaja en la práctica clínica de que es capaz de aportar información a través de equipos portátiles, de manera no invasiva, continua, a tiempo real, a pie de cama y sin radiación. Estas características la convierten en una técnica muy interesante para el manejo del enfermo crítico, en el que otras técnicas de imagen diagnósticas con la TAC o RMN, que tienen capacidad de describir la anatomía pulmonar, implican un traslado intrahospitalario, no exento de riesgos, y exponen al paciente a radiación, además de ofrecer imágenes estáticas.
La TIE fue introducida por Baber y Brown en los años 80. Poco tiempo después se sugirió un amplio espectro de posibles aplicaciones en la medicina, como son la valoración de la composición corporal, la monitorización del vaciado gástrico, la monitorización de la función cerebral, el cribado de cáncer de mama, la evaluación de la función pulmonar regional, la cuantificación del agua pulmonar extravascular, la perfusión pulmonar y la función cardiaca, y es en estos últimos campos donde la TIE y la Medicina Intensiva convergen hacia un mismo objetivo, intentando optimizar el diagnóstico y el manejo del paciente crítico con patología cardio-pulmonar grave [1].
En el siguiente artículo pretendemos explicar el funcionamiento de la TIE pulmonar y revisar las posibles aplicaciones en la práctica clínica del paciente crítico, así como ilustrar con imágenes su utilidad en distintas patologías.
Funcionamiento
La TIE se basa en el principio físico de la bioimpedancia, que se define como la oposición que presentan los tejidos biológicos al paso de una corriente eléctrica alterna a través de ellos. Los valores de bioimpedancia varían dependiendo de la frecuencia de la corriente de inyección, el tipo de tejido y sus características histológicas. El procedimiento de obtención de las medidas de impedancia eléctrica en los tejidos biológicos se caracteriza por la inyección rotatoria de una corriente alterna de baja amplitud y la medición de los potenciales registrados en la superficie. El hardware utilizado para la TIE consiste en un sistema de inyección de corriente y detección de tensión multicanal, una computadora y un cinturón de electrodos (generalmente 16 y opcionalmente se pueden aplicar 1 o 2 neutrales) aplicados al tórax del paciente. El número de electrodos puede ser variable, aumentando la resolución de las imágenes cuantos más electrodos se utilicen.
La región torácica de aplicación de los electrodos es de vital importancia, dada la potencial interferencia de otras estructuras como el corazón y el diafragma en la obtención de imágenes pulmonares. Normalmente se aplican a nivel del quinto-sexto espacio intercostal. Estos electrodos recogen la información de la impedancia en un espacio cráneo-caudal de aproximadamente 10 cm^5. Generalmente las mediciones se basan en la aplicación de una corriente alterna de 50-80 kHz y de baja intensidad (5 mApp) entre dos electrodos contiguos. El resto de pares de electrodos detectan el voltaje de la señal eléctrica, que dependerá de las características del tejido que haya atravesado. Esta información es registrada por la computadora. Inmediatamente después, el siguiente par de electrodos inyecta la corriente, recibiendo el voltaje resultante el resto de pares de electrodos. Cada vuelta completa de la medida de la impedancia de la sección del tórax se denomina ciclo. Posteriormente las imágenes se reconstruyen utilizando sistemas logarítmicos complejos.
En la TIE pulmonar se emplea la TIE funcional, es decir, emplea la diferencia de los cambios de impedancia relativa como resultado del la función pulmonar, es decir, la ventilación y el cambio del volumen pulmonar al final de la espiración. Por tanto, la medida del cambio de impedancia relativa permite la comparación de dos condiciones fisiológicas diferentes (por ejemplo, antes y después de cambiar los parámetros del ventilador o el cambio entre inspiración y espiración) en el plano de corte de los electrodos.
El cambio en la bioimpedancia torácica se ve influido fundamentalmente por dos mecanismos cíclicos: la ventilación y la perfusión. El incremento en la cantidad de aire durante la inspiración, junto con el incremento de volumen del pulmón y el cambio de volumen de la caja torácica, conduce a un aumento de la impedancia que es proporcional al volumen de gas inspirado, aunque la constante de proporcionalidad depende de cada sujeto. Por otro lado, la perfusión pulmonar provoca cambios pequeños, del orden del 3%, en la impedancia torácica entre sístole y diástole.
Limitaciones y contraindicaciones médicas
La TIE debe usarse en pacientes en los que la aplicación del cinturón de electrodos no pueda suponer un riesgo, como puede ser el caso de pacientes con lesión medular inestable. En determinadas condiciones, puede existir baja calidad de la señal, que se pueden mejorar aplicando gel conductor entre la superficie de los electrodos y la superficie cutánea del paciente.
La imagen también puede ser de baja calidad en obesos mórbidos con IMC > 50. Las mediciones de la TIE son sensibles a los movimientos del cuerpo, por lo que no estaría indicado su uso en pacientes con movimientos corporales incontrolados.
Hasta ahora existe poca experiencia sobre la interferencia de la TIE y los implantes activos (marcapasos, desfibriladores implantables), por lo que no se recomienda su uso en dichos pacientes, ya que la aplicación de una corriente alterna podría interferir en su funcionamiento. Tampoco se deben realizar desfibrilaciones cardiacas a la vez que se usa la TIE, ya que la energía necesaria para la desfibrilación puede propagarse por el cinturón conectado y disminuir su efectividad. El cinturón no debe colocarse sobre zonas de la piel dañadas o inflamadas.
Con la TIE, solo se obtienen imágenes de impedancia de un corte axial del tórax, sin tener en cuenta el resto del parénquima pulmonar, y hay que tener claro que ofrece imágenes de función y no anatómicas. Las imágenes traducen cambios de la impedancia del tejido pulmonar, no valores absolutos. Por lo tanto las condiciones preexistentes antes de la monitorización no están representadas en la misma. Al menos en el modelo comercializado al que hemos tenido acceso.
Aplicaciones clínica en el paciente crítico
La TIE proporciona imágenes de la distribución regional de la ventilación y los cambios del volumen pulmonar. Esta capacidad es especialmente útil cuando existe la necesidad de mejorar la oxigenación y la ventilación y cuando los cambios en la terapia tienen como objetivo lograr una distribución del gas más homogéneo en pacientes con soporte ventilatorio, y en particular en los pacientes con lesión pulmonar aguda y síndrome de dificultad respiratoria aguda (LPA/SDRA), complicación muy común en la población de pacientes de las unidades de cuidados intensivos. En esta patología el pulmón es heterogéneo, con zonas que presentan diferentes características mecánicas (hay aumento de la permeabilidad vascular pulmonar, edema intersticial, zonas de colapso alveolar y otras zonas con sobredistensión). Además se ha demostrado que una ventilación mecánica que no se ajuste a las necesidades individuales del pulmón enfermo puede provocar por sí misma lesiones en las estructuras celulares del tejido pulmonar (lesión pulmonar asociada con la ventilación, LPAV) y también puede inducir la liberación sistémica de citoquinas, que induzcan el desarrollo de fallo multiorgánico [2].
Por lo tanto el soporte ventilatorio mecánico ajustado, buscando estrategias para optimizar el reclutamiento alveolar, mantener el pulmón abierto y limitar la sobredistensión se ha convertido en un objetivo primario. Sin embargo, encontrar la PEEP y volumen corriente óptimos siguen siendo un desafío en la práctica clínica diaria [3]. Se ha observado que los parámetros globales, como las curvas presión-volumen o la medición de la distensibilidad del sistema respiratorio, no traducen fehacientemente lo que en realidad está ocurriendo en la estructura de un pulmón en situación de LPA/SDRA.
La TIE pulmonar puede ser una herramienta de ayuda para optimizar estos parámetros de forma individualizada, y ya hay múltiples estudios que la avalan, siendo útil para la valoración de la PEEP óptima en distintas patologías pulmonares graves [4], valorando la impedancia pulmonar al final de la espiración (EELV), y siendo capaz de encontrar puntos de inflexión en curvas de presión-impedancia regionales, lo cual puede servir para evaluar una gran variedad de pruebas de PEEP [5-9], con una valoración más real de las distintas maniobras de reclutamiento pulmonar [10-13], y ayudar a identificar a los pacientes respondedores a dichas maniobras. También es posible identificar el desreclutamiento lento que se produce después de las maniobras de apertura pulmonar, ocasionado por unos niveles de PEEP insuficientes posteriores a las maniobras, o incluso valorar el desreclutamiento ocurrido en los pacientes intubados que son sometidos con frecuencia a maniobras de aspiración de secreciones [14-15].
La TIE pulmonar también es útil para valorar los beneficios de la respiración espontánea en pacientes con SDRA. Es conocido que los pacientes que respiran espontáneamente durante la ventilación mecánica tienen una distensibilidad pulmonar mejorada, y por tanto pueden mantener sus volúmenes pulmonares espiratorios finales más fácilmente. El atelectrauma, inducido por el colapso cíclico y el reclutamiento tidal, parece verse reducido [16]. Hay varios estudios que demuestran mediante la monitorización con TIE pulmonar los ventajas del soporte ventilatorio parcial [17-18].
Otra utilidad práctica de la TIE pulmonar es la monitorización de los efectos del posicionamiento del paciente. Es conocido que los cambios de posición del cuerpo de personas sanas están asociados a una redistribución importante de la ventilación regional. Normalmente se produce una mayor ventilación en el pulmón dependiente (el pulmón inferior en una posición lateral) que en el pulmón no dependiente. Esto se debe a que al final de la espiración la gravedad hace que el pulmón dependiente se comprima más que el pulmón superior. Sin embargo, en una persona sana, el pulmón dependiente se infla completamente al final de la inspiración. Esto significa que se producen mayores cambios de contenido de aire en regiones dependientes. En patologías como el SDRA una maniobra terapéutica asociada a una mejoría de la oxigenación y la supervivencia, es la aplicación precoz de decúbito prono. La TIE puede contribuir a monitorizar los cambios en la ventilación ocasionados por estos cambios de posición. Además, puede ayudar a identificar a aquellos pacientes que responden a este tipo de tratamiento. También puede ayudar a identificar la mejor posición del cuerpo en caso de que se produzca una distribución altamente desequilibrada de la ventilación [19].
Otra utilidad clínica a pie de cama es la comprobación de la correcta posición de los tubos endotraqueales de doble luz, identificando los mal posicionados en el lado izquierdo. Aunque esta técnica aún no es superior a la fibrobroncoscopia [20].
Nos podemos ayudar de esta técnica para el diagnóstico de neumotórax, complicación relativamente frecuente en los pacientes sometidos a ventilación mecánica y procedimientos invasivos. Costa y col. [21] crearon algoritmos para la detección de esta patología utilizando la TIE, que mostró una sensibilidad del 100% para su detección, en neumotórax incluso tan pequeños como de 20 ml. La principal limitación fue la necesidad de una medida de control antes de la aparición del neumotórax. También es posible detectar derrames pleurales [22], ya que éste es menos conductivo que el tejido pulmonar normal (disminución localizada de la impedancia).
La TIE podría ser útil para valorar la perfusión pulmonar, ya que se pueden objetivar los cambios de impedancia relacionados con la perfusión del tejido pulmonar. Es posible detectar embolismos pulmonares con amplia afectación pulmonar, no así los embolismos pequeños [23]. La identificación de regiones pulmonares mejor perfundidas también es de especial interés en el SDRA, con el objetivo de mejorar la relación ventilación/perfusión [24]. Pero se requiere desarrollar mejor la metodología de interpretación de la señal relativa exclusivamente a los cambios en la perfusión pulmonar y la identificación de los papeles que juegan en dichos cambios el volumen sistólico del ventrículo derecho, los grandes vasos y los capilares pulmonares [25].
Imágenes
Mostramos ejemplos de imágenes de estado de TIE utilizando el modelo Pulmovista 500 de Dräger. Las regiones blancas son las que más se ventilan, las regiones negras no se ventilan. Las regiones azules se encuentran en la fase de transición entre el negro y blanco o viceversa. Mediante la secuenciación temporal de las imágenes individuales se consigue una imagen dinámica, que describe el aumento y la reducción de la aireación de las distintas regiones pulmonares con el ritmo de la ventilación.
Fig 1. Pulmón sano: la ventilación se distribuye con bastante uniformidad en los cuadrantes de la imagen
Fig 2. Pulmón sano de paciente obeso: la ventilación es homogénea en los 4 cuadrantes, pero las regiones ventiladas parecen ser mucho más pequeñas, ya que los pulmones están rodeados por una amplia área de tejido adiposo
Fig 3. Derrame pleural: el área no ventilada se reflejó mediante una reducción significativa de la ventilación regional en el cuadrante inferior derecho
Fig 4. Neumotórax: la mayor parte de la ventilación está en la región 1. La causa de la mala distribución se muestra mediante la imagen de TAC más específica anatómicamente: un neumotórax (marcado con una línea amarilla) en la región ventral del pulmón izquierdo y una atelectasia y derrame dorsal bilateral
Figura 5: Atelectasia: atelectasia dorsal izquierda
Fig 6. SDRA: la exploración de TAC muestra la imagen típica del SDRA tardío con infiltrados difusos en casi todas las regiones pulmonares. Mientras que la exploración de TAC parece que no muestra ninguna diferencia importante en la gravedad de la alteración entre ambos pulmones, la imagen de TIE muestra una distribución muy desigual de las variaciones tidales.
Fig 7. Maniobra de reclutamiento: representación de la distribución de la ventilación representada mediante tendencias durante una rampa de PEEP creciente y decreciente. Al comparar la distribución de la ventilación en una PEEP de 10 mbar en la parte creciente y decreciente de la rampa de PEEP se muestra la redistribución hacia las regiones pulmonares dorsales (la tabla de tendencias muestra un aumento de la TV de la ROI 4 del 10% al 15%), La imagen diferencial (a la izquierda, “Cambio: C2 frente a C1”) muestra en color turquesa aquellas regiones pulmonares en las que principalmente se produjo este aumento
Fig 8. Maniobra de reclutamiento: distribución de la ventilación pre y post maniobras de reclutamiento
Fig 9. Imagen de sobredistensión por PEEP inadecuada: en la imagen central se ve la situación basal, en la de la derecha el cambio con aumento de volumen (representado en blanco), y a la izquierda la diferencia de aumento de volumen entre los dos períodos
Fig 10. Diferencia de ventilación de modo controlado por volumen a soporte ventilatorio parcial: en la imagen central se observa el patrón ventilatorio en ventilación controlada por volumen y en la imagen de la derecha el patrón ventilatorio en un modo de soporte ventilatorio parcial. La diferencia entre los dos patrones se marca en la imagen de la izquierda, donde se aprecia en color ocre una disminución de la ventilación en las regiones centrales y en azul un aumento de la ventilación en las zonas posteriores de ambos pulmones
Conclusión
En definitiva, empleada en nuestro medio, la TIE tiene numerosas aplicaciones sobre el paciente crítico. Algunas de estas potenciales aplicaciones son realmente novedosas, ya que aportan una importante información a pie de cama, libre de riesgos e inocua radiológicamente.
Esta información que hasta el momento no teníamos disponible es nueva. Como tal debemos conocerla y aprenderla, pero ya hemos descubierto que nos permite “ver” cambios funcionales que inducimos mediante los cambios en la aplicación del soporte ventilatorio, el posicionamiento, la evolución del paciente, etc. Hasta ahora esta información era desconocida o supuesta en el plano teórico, sin posibilidad de contrastarla sobre el paciente de manera continuada.
La novedad que ha supuesto, los problemas potenciales que puede solucionar y la generación de nuevas expectativas asociadas a esta novedosa tecnología han generado importantes expectativas y líneas de investigación en el entorno del paciente crítico.
Cecilia Hermosa Gelbard, Federico Gordo Vidal
Servicio de Medicina Intensiva, Hospital Universitario del Henares. Coslada, Madrid.
Bibliografía
- Experiencias clínicas con Pulmovista en el paciente crítico ventilado [Enlace YouTube]
- Riera J, Riu PJ, Casan P, Masclans JR. Tomografía de impedancia eléctrica en la lesión pulmonar aguda. Medicina Intensiva 2011; 35: 509-517.
- Tutsky AS, Tremblay LN. Multiple system organ failure. Is mechanical ventilation a contributing factor? Am J Respir Crit Care Med 1998; 157: 1721-1725.
- Markhorst D, Kneyber M, van Heerde M. The quest for optimal positive end expiratory pressure continues. Crit Care 2008; 12: 408.
- Zurakowski P, Arnold JH. Mechanical Ventilation Guided by Electrical Impedance Tomography in Experimental Acute Lung Injury. Crit Care 2013; 41: 5.
- Hinz J, Hahn G, Neumann P, Dudykkevych T, Andersson LG, Wrigge H. Regional ventilation by electrical impedance tomography: A comparasion with ventilation scintigraphy in pigs. Chest 2003; 124: 314-322.
- Hinz J, Moerer O, Neumann P, Dudykevch T, Hellige G, Quintel M. Effect of positive end-expiratory pressure on regional ventilation in patients with acute lung injury evaluated by electrical impedance tomography. Eur J Snaesthesiol 2005; 22: 817-825.
- Hinz J, Moerer O, Neumann P, Dudykkevych T, Frerichs I, Hellige G, et al. Regional pulmonary pressure volumen curves in mechanically ventilated patients with acute respiratory failure measured by electrical impedance tomography. Acta Anaesthesiol Scand 2006; 50: 331-339.
- Erlandsson K, Odenstedt H, Lundin S, Stenqvist O. Positive end–expiratory pressure optimization using electric impedance tomography in morbidly obese patients during laparoscopic gastric by pass surgery. Acta Anaesthesiol Scand 2006; 50: 833-839.
- Muders T, Luepschen H, Zinserling J, Meier T, Wrigge H, Hedenstierna G, et al. Influence of different PEEP setting strategies on ventilation/perfusion matching in porcine ALI. Am J Respir Crit Care Med 2009; 179: A4673.
- Kunst PW, Vazquez de Anda G, Bohm SH, Faes TJ, Lachmann B, Postmus PE, de Vries PM. Monitoring of recruitment and derecruitment by electrical impedance tomography in a model of acute lung injury. Crit Care Med 2000; 28: 3891-3895.
- Odenstedt, et al. Slow moderate pressure recruitment maneuver minimizes negative circulatory and lung mechanic side effects: evaluation of recruitment maneuvers using electric impedance tomography. Intensive Care Med 2005; 31: 1706-1714.
- Lowhagen K, Lindgren S, Odensteddt H, Stenqvist O, Lundin S. A new non radiological method to assess potential lung recruittability: a pilot study in ALI patients. Acta Anaesthesiol Scand 2011; 55: 165-174.
- Meier T, et al. Assessment of regional lung recruitment and derecruitment during a PEEP trial based on electrical impedance tomography. Intensive Care Med 2008; 34: 543-550.
- Lindgren S. Regional lung derecruitment after endotracheal suction during volume or pressure-controlled ventilation: a study using electric impedance tomography. Intensive Care Med 2007; 33: 172-180.
- Lindgren S, et al. Bronchoscopic suctioning may cause lung collapse: a lung model and clinical evaluation. Acta Anaesthesiol Scand 2008; 52: 209-218.
- Putensen C, Hering R, Muders T, Wrigge H. Assisted breathing is better in acute respiratory failure. Curr Opin Crit Care 2005; 11: 63-68.
- Putensen C. Electrical impedance tomography guided ventilation therapy. Curr Opin Crit Care 2007; 13: 344-350.
- Blankman P, Hasan D, van Mourik MS, Gommers D. Ventilation distribution measured with EIT at varying levels of pressure support and Neurally Adjusted Ventilatory Assist in patients with ALI. Crit Care Med 2013.
- Bein T, Ploner F, Ritzka M, Pfeifer M, Schlitt HJ, Graf BM. No change in the regional distribution of tidal volume during lateral posture in mechanically ventilated patients assessed by electrical impedance tomography. Clin Physiol Funct Imaging 2010; 30: 234-240.
- Steinmann D. Electrical impedance tomography to confirm correct placement of double-lumen tube: a feasibility study. Br J Anaesthesia 2008; 101: 411-418.
- Costa ELV, Chaves CN, Gomes S, et al. Real-time detection of pneumothorax using electrical impedance tomography. Crit Care Med 2008; 36: 1230-1238.
- Arad M, Zlochiver S, Davidson T, Shoenfeld Y, Adunsky A, Abboud S. The detection of pleural effusion using a parametric EIT technique. Physiol Meas 2009; 30: 421-428.
- Leathard AD, Brown BH, Campbell JH, Zhang F, Morice AH, Tayler D. A comparison of ventilator and cardiac related changes in EIT images of normal human lungs and of lungs with pulmonary emboli. Physiol Meas 1994; 15: 137-146.
- Fagerberget, et al. Electrical impedance tomography applied to assess matching of pulmonary ventilation and perfusion in a porcine experimental model. Crit Care 2009; 13: 2.
- Vonk-Noordegraaf A, Janse A, Marcus JT, Bronzwear JG, Postmust PE, Faes TJ, et al. Determination of stroke volume by means of electrical impedance tomography. Physiol Meas 2000; 21: 285-293.
