Aplicación de Gases en la Medicina

Introducción

Los gases son una de las tres formas principales de los estados de la materia. Se caracterizan por no tener un volumen propio, ya que el volumen de un gas es igual al volumen del recipiente que lo contiene; son muy compresibles cuando se les aplica cierta presión, su volumen disminuye con facilidad; dos o más gases forman mezclas homogéneas, debido a que las moléculas individuales se encuentran relativamente separadas y son volátiles.

En la actualidad, se le denomina “gases medicinales” a una serie de gases implementados en la medicina, que son utilizados para distintos procedimientos y tratamientos, debido a sus características específicas. Los más utilizados en medicina son: oxígeno (O₂), óxido nitroso (N₂O), nitrógeno (N₂), aire medicinal, helio (He), dióxido de carbono (CO₂), mezclases de gases, entre otros.

Generalidades

Son medicamentos bajo prescripción, usados en el sector hospitalario y domiciliario. Cumplen BPM (Buenas Prácticas de Manufactura). Existe una variedad de gases de soporte para la vida, como el oxígeno, el aire medicinal, el nitrógeno, el dióxido de carbono, el argón, el óxido nitroso, el oxido nítrico y mezclas especiales de gases. Su uso se extiende a la terapia respiratoria, operaciones quirúrgicas, conservación de órganos y tejidos, esterilización de equipos médicos, aplicaciones de laboratorio y procesos de anestesia y analgésicos, entre otros. 

Fig 1.  Los gases medicos son considerados medicamentos

• Gasometría: es una prueba que permite conocer los niveles de oxígeno, dióxido de carbono y otros componentes en la sangre. Gracias a ella se pueden diagnosticar alteraciones metabólicas o una insuficiencia respiratoria.
• Acidosis: Es una patología que se define como un estado anormal producido por un exceso de ácidos en la sangre.
• Alcalosis: consiste en un exceso de alcalinidad sanguínea (una medida del pH de la sangre) causado por la presencia de demasiado bicarbonato o por una carencia de ácido en la sangre (alcalosis metabólica), o por una concentración baja de dióxido de carbono en la sangre a consecuencia de una respiración rápida o profunda (alcalosis respiratoria).

Gases en la Sangre

Las células utilizan de manera continua oxígeno y producen dióxido de carbono. Ambos gases entran y salen de los pulmones a través de las membranas de los alvéolos, los pequeños sacos de aire que se encuentran en los extremos de las vías respiratorias en los pulmones. Tiene lugar un intercambio de gases en el cual el oxígeno del aire se difunde hacia los pulmones y la sangre, al tiempo que el dióxido de carbono producido en las células se transporta a los pulmones para ser exhalado. En la tabla 7.8 se indican la presiones parciales de los gases en el aire que se inhala (aire inspirado), el aire en los alvéolos y el aire que se exhala (aire espirado). A nivel del mar, el oxígeno normalmente tiene una presión parcial de 100 mmHg en los alvéolos de los pulmones. Dado que la presión parcial del oxígeno en la sangre venosa es de 40 mmHg, el oxígeno se difunde de los alvéolos hacia el torrente sanguíneo. El oxígeno se combina con la hemoglobina, que lo transporta a los tejidos del cuerpo, donde la presión parcial del oxígeno puede ser muy baja, menor de 30 mmHg. El oxígeno se difunde desde la sangre, donde la presión parcial del O2 es alta, hacia los tejidos, donde la presión de O2 es baja.

Tabla 1. Presiones parciales de gases durante la respiración

A medida que el oxígeno se agota en las células del cuerpo durante los procesos metabólicos, se produce dióxido de carbono, de modo que la presión parcial del CO2 puede ser hasta de 50 mmHg o más. El dióxido de carbono se difunde de los tejidos hacia el torrente sanguíneo y se lleva a los pulmones. Ahí se difunde fuera de la sangre, donde el CO2 tiene una presión parcial de 46 mmHg, hacia los alvéolos, donde el CO2 está a 40 mmHg, y se exhala. La tabla 7.9 proporciona las presiones parciales de los gases sanguíneos en los tejidos, y en la sangre oxigenada y desoxigenada.

Tabla 2. Presiones parciales del oxígeno y el dióxido de carbono en la sangre y los tejidos

La importancia de cada uno para la vida humana.

Los gases se encuentran en todas partes, incluso estamos rodeados por ellos, son sumamente importantes para la vida humana y tienen una amplia variedad de aplicaciones en la vida, tanto en el sector hospitalario con en el industrial.

Los gases medicinales son medicamentos administrados bajo una orden médica, usados en el sector hospitalario, destinados mayormente a entrar en contacto directo con el organismo humano para la asistencia y terapia respiratoria, reanimación, anestesia, aliviar dolencias, diagnóstico, tratamiento para prevenir y tratar enfermedades; además es utilizado para conservar vacunas y órganos.

En tiempos de la COVID-19, pudimos percibir su gran importancia para la humanidad, ya que estos gases (en especial el O₂) ayudaron a salvar la vida de muchísimas personas y no solo en tiempos de la pandemia, sino desde hace muchos años atrás cumplen con las funciones indicadas anteriormente. 

Efectos positivos y negativos

Para vivir, necesitamos indispensablemente un intercambio gaseoso mediante la ventilación pulmonar, donde participa el gas esencial para nuestra vida: el oxígeno. Este elemento es crucial para el funcionamiento celular y el sustento de procesos biológicos fundamentales.

Existen varios gases médicos que se emplean en diferentes terapias y procedimientos médicos. Entre los tres más prevalentes se encuentran el oxígeno, el óxido nitroso y el aire medicinal.

 Ventajas

En cuanto a los pacientes, la utilización de gases medicinales puede contribuir a mejorar los resultados al mitigar el dolor, reducir la ansiedad y facilitar la realización de diversos procedimientos médicos. Para los profesionales de la medicina, el empleo de gases medicinales conlleva varias ventajas, como la posibilidad de suministrar energía a equipos médicos y brindar soporte respiratorio.

Beneficios del oxígeno, óxido nitroso y el aire medicinal.

El oxígeno produce un beneficio respiratorio ya que  ayuda a mejorar la oxigenación del cuerpo, es esencial para el funcionamiento celular y respaldo en condiciones como insuficiencia respiratoria.

El óxido nitroso es analgésico y sedante, utilizado en odontología y procedimientos médicos menores para aliviar el dolor y la ansiedad.

El aire medicinal proporciona soporte respiratorio. La mezcla de gases esenciales para la respiración normal y es utilizado en la administración de medicamentos inhalados.

Desventajas

Existen ciertas desventajas vinculadas al uso de gases medicinales. Algunos pacientes pueden enfrentar efectos secundarios como mareos o náuseas, y en casos poco frecuentes, estos gases pueden tener propiedades inflamables. Antes de utilizar cualquier gas medicinal, es crucial buscar orientación de un profesional médico.

El oxígeno puede causar una toxicidad pulmonar por una exposición prolongada a altas concentraciones, lo cual puede causar daño pulmonar.

El Óxido Nitroso puede tener  Efectos Secundarios como mareos, náuseas o, en casos raros, contribuir a la formación de deficiencia de vitamina B12.

El aire medicinal puede producir contaminación en entornos hospitalarios, puede haber riesgo de contaminación con otros gases o partículas.

Aplicaciones en el campo de la medicina 

Los gases medicinales desempeñan un papel fundamental en una gran variedad de tratamientos y procedimientos médicos. Pueden proporcionar una serie de beneficios tanto para los pacientes como para los profesionales médicos.

Gases de mayor uso médico:

·        Oxígeno (O₂).

·        Óxido nitroso (N₂O).

·        Aire medicinal (O₂-N₂ y otros componentes minoritarios).

·        Vacío (El proceso de vacío será considerado como gas medicinal).

·        Otros gases: Helio (He), Dióxido de carbono (CO₂) y Nitrógeno (N₂).

Oxigeno medicinal:

El oxígeno es el gas más utilizado y de mayor relevancia para todos los hospitales del mundo. Fue presentado por 1777 y se ha demostrado su importancia para las prácticas médicas modernas en el año 1780. En la actualidad el oxígeno ya es considerado como un medicamento.

Los campos de aplicación más usuales son:

·        Terapia respiratoria.

·        Reanimación (resucitación).

·        Unidad de cuidados intensivos.

·        Anestesia.

·        Creación de atmósferas artificiales.

·        Tratamiento de quemaduras.

·        Terapia hiperbárica.

·        Tratamiento de hipoxias.

Aire medicinal:

El aire medicinal se obtiene mediante la compresión de aire atmosférico purificado y filtrado o de la mezcla de oxígeno y nitrógeno en proporciones 21% y 79% respectivamente.

Las condiciones fundamentales que debe cumplir el aire medicinal son:

·        Libre de partículas.

·        Bacteriológicamente apto.

·        Libre de aceites.

·        Libre de agua.

Las aplicaciones se pueden clasificar en:

Tratamiento

·        Asistencia respiratoria.

·        Incubadoras.

·        Oxigenoterapia.

Diagnóstico

·        Análisis biológicos.

·        Cromatografía con detector de ionización de llama.

·        Fotometría de llama.

El aire medicinal es de fundamental aplicación en las unidades de cuidados intensivos, sobre todo en la forma de fuente de poder movilizar respiraciones impulsadas por aire comprimido, o como diluyente de O2 administrado, dado que el O2 en concentraciones de 100% es tóxico para el organismo.

También se utiliza en equipos de anestesia como elemento de transporte para atomizar agua, administrándose a las vías respiratorias y como agente propulsor de equipos de cirugía.

Oxido nitroso

El óxido nitroso se obtiene por medio de la descomposición térmica del nitrato de amonio, el cual es sometido a temperaturas que oscilan entre los 245 °C y 260 °C; luego mediante filtrados sucesivos son eliminadas las impurezas.

El óxido nitroso (mezclado con Oxígeno 21% en volumen) es ampliamente utilizado como analgésico inhalable en todas las ramas de la medicina y odontología. Identificado por Joseph Priestley (1733–1804), y utilizado por primera vez en 1844 en odontología.

Las propiedades fundamentales desde el punto de vista fisiológico son:

·        Escasa toxicidad y bajas alteraciones fisiológicas referidas a frecuencia cardíaca y presión sanguínea y a frecuencia respiratoria.

·        Excelente farmacocinética, es decir que posee alta velocidad de ingreso y egreso del organismo, lo que posibilita una reintegración del paciente a sus actividades normales.

·        En concentraciones de 20-40% produce un efecto sedante y marcado efecto analgésico.

Relavancia en el ser humano

La relevancia de los gases en la vida humana se refleja en diversos campos de la biología y la industria. Aquí analizamos algunas de las áreas clave en las que los gases desempeñan un papel importante:

1.     Agricultura: algunos gases, como el dióxido de azufre y el amoníaco, se utilizan en la agricultura para producir fertilizantes y controlar plagas. Además, los gases de la atmósfera como el dióxido de carbono son esenciales para la fotosíntesis de las plantas (fig 3).

 

Fig 3. Fotosintesis

2. Innovaciones en alimentos y bebidas: los gases también se utilizan en la industria alimentaria para conservar los alimentos enfriándolos y congelándolos. Además, algunos gases como el dióxido de carbono también se utilizan para elaborar bebidas carbonatadas.

3. Cuestiones ambientales y cambio climático: los gases desempeñan un papel fundamental en la regulación del clima y el medio ambiente. Por ejemplo, el dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero contribuyen al calentamiento global. Una gestión adecuada de estos gases es esencial para resolver los problemas medioambientales.

4. Tecnologías limpias e industria sostenible: Los gases son esenciales para la industria y la producción de energía. Los ejemplos incluyen el uso de gas natural y propano como fuentes de energía y el uso de gases como el oxígeno en procesos de soldadura y corte. Los gases industriales pueden ser gases orgánicos e inorgánicos obtenidos del aire mediante síntesis química. El proceso de obtención de compuestos a partir de otros compuestos simples o precursores químicos. Por su naturaleza, pueden presentarse en diferentes formas, tales como: líquidas, sólidas o comprimidos. En muchos casos, estos gases se utilizan como materia prima para la obtención de otros productos en diversos procesos.

Fig 4. Gases en    la industria 

5. Investigación científica en profundidad: En los laboratorios de investigación, los gases se utilizan para diversos fines, como calibrar instrumentos, realizar experimentos y conservar muestras.

6. Innovaciones médicas y salud. Los gases medicinales como el oxígeno y el óxido nitroso son esenciales en el campo médico. Se utilizan en terapia respiratoria, anestesia y otros procedimientos médicos, así como en la fabricación de medicamentos.

7. Respiración y salud: El oxígeno es esencial para la respiración celular. Mantener el equilibrio adecuado de oxígeno y dióxido de carbono es esencial para mantener la salud humana y su funcionamiento óptimo.

Fig 5. Gases en la salud 

Articulo relacionado a la aplicación de los gases

Application of medical gases in the field of neurobiology

Conclusión

En conclusión, la aplicación de gases en la medicina ha sido un avance significativo que ha mejorado la atención médica en diversas áreas. Desde la anestesia hasta el diagnóstico y tratamiento de enfermedades respiratorias, los gases desempeñan un papel esencial en la práctica médica moderna, mejorando la eficacia de los procedimientos y contribuyendo a la recuperación de los pacientes.