Assorbitori di C02

Aggiornamenti in anestesia
Assorbitori di C02
Assorbitori di CO2
La prima applicazione clinica dell’assorbitore di CO2 fu
realizzata da Snow che faceva rirespirare i vapori di
etere dopo un loro passaggio in una soluzione di soda di
potassio; questo avveniva solamente quattro anni dopo la
prima anestesia con etere eseguita da Morton. Durante
la I° guerra mondiale la ricerca di assorbitore di CO2
per le maschere a gas portò allo sviluppo da parte di
Wilson presso il Massachusetts Institute of Tecnology
della calce sodata. Il prodotto messo a punto da Wilson
è quello utilizzato attualmente.
Parallelamente nel 1915 Jackson utilizzò l’N2O in circuito chiuso prima negli animali e
successivamente nell’uomo. Nel 1923 Waters per primo pubblicò i dati sul circuito
chiuso.
Dal 1940 al 1960 vi fu un uso esteso del circuito chiuso col ciclopropano per il costo
elevato e per il rischio d’esplosione. La comparsa degli anestetici alogenati ha portato
un progressivo declino dell’uso del circuito chiuso fino al 1980 quando il problema
dell’inquinamento delle sale operatorie, il progresso nel monitoraggio dei gas e il costo
dei nuovi agenti hanno dato un nuovo impulso al circuito chiuso con assorbimento della
CO2.
Produzione della CO2
La produzione di CO2 insieme all’H2O rappresenta il principale prodotto
del metabolismo ossidativo o aerobico che si avvale della disponibilità di
O2. Sul fronte opposto invece il metabolismo anaerobico è espressione di
condizioni metaboliche essenziali confinate ai batteri anaerobici e ad
alcuni microrganismi sviluppatisi nelle profondità oceaniche.
Il processo del metabolismo ossidativo si avvale di un combustibile
(glucide, protide, lipide) e di un comburente, l’ossigeno. Il processo
ossidativo dà luogo alla produzione di calore, utile per tutti i processi
vitali, CO2 eliminata con l’espirazione e H2O che rimane nell’organismo.
Il ciclo della CO2 si completa in quanto per diffusione si scioglie nell’H2O
oceaniche dove precipita come carbonato insolubile. Una parte della CO2 è
utilizzata per la fotosintesi clorofilliana.
Gli assorbitori di CO2 hanno numerose applicazioni che vanno
dall’esplorazione dello spazio all’attività sottomarina, all’anestesia.
l’articolo esprime esclusivamente il pensiero dell’autore e non vincola il lettore a comportamenti clinici
correlati per i quali la responsabilità resta esclusivamente dell’operatore
Aggiornamenti in anestesia
Assorbitori di C02
Sostanzialmente possiamo classificare
assorbitori di C02 in due grandi famiglie:
1) sistemi senza rigenerazione della C02
2) sistemi con rigenerazione.
gli
Sistemi senza rigenerazione
Si realizzano per adsorbimento e assorbimento.
L’adsorbimento
è
la
fissazione
senza
trasformazione della CO2 sulla superficie di un
composto chimico su cui rimane legata con forza
debole tipo di Van Der Waals. Un prodotto
tipico è rappresentato dal carbone attivato per disidratazione. Poiché
assorbe oltre alla CO2 anche gli alogenati, il carbone attivato non può
essere utilizzato all’interno dei circuiti d’anestesia. Erano utilizzati
all’uscita dei circuiti respiratori come filtri anti inquinamento.
L’assorbimento è la fissazione e la trasformazione della CO2 in un altro
composto mediante una reazione chimica. Si utilizza l’idrossido di Na, di K,
di Ca e di bario. L’idrossido di litio è l’assorbente utilizzato nei respiratori
di sicurezza nell’aviazione civile. Ha un’elevatissima capacità di
assorbimento della CO2 molto maggiore della calce sodata. (1,5 Kg
assorbono circa 1 Kg di CO2). La sua polvere è molto irritante e caustica
per cui la manipolazione va fatta con cautela. La reazione libera una
notevole quantità di calore. L’elevato costo impedisce un suo uso in
anestesia.
Sistemi con rigenerazione
E’ possibile la rigenerazione dei sistemi di assorbimento della CO2 per
poterli riutilizzare apportando energia esterna. Il mono-amino-etanolo è
in grado di assorbire CO2 a bassa temperatura per liberarlo in seguito al
riscaldamento.
I fluorocarbonati assorbono la CO2 in modo proporzionale alla sua
pressione parziale; a contatto con ambienti privi di CO2 la liberano.
Il sistema più moderno dell’assorbimento della CO2 è quello che utilizza gli
ZEOLITI. Queste sostanze chiamate setacci molecolari sono molto usate
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Assorbitori di C02
dall’industria per separare gli idrocarburi. Gli
zeoliti sono alluminosilicati idrati naturali o
sintetici. La struttura chimica è complessa e
costituita da numerose cavità a gabbie occupate
da acqua. Sotto l’effetto del riscaldamento
l’acqua lascia le cavità che possono essere
occupate da altre molecole in relazione alle
dimensioni delle molecole e della loro polarità.
Gli zeoliti usati in medicina hanno pori tra 4,5 e
7,44 °A; sono utilizzati nei concentratori di O2
che trattengono le molecole d’azoto liberando
una miscela ricca di O2; questi dispositivi sono anche utilizzati in aviazione
civile e militare in sostituzione delle bombole di O2.
Sono stati utilizzati sui circuiti d’anestesia, dove hanno evidenziato una
buona efficacia seppure leggermente inferiore a quella di un uguale
volume di calce sodata. Un vantaggio del prodotto è la reversibilità del
legame e dell’utilizzo del prodotto. Non determinano la produzione di
composto A con il sevoflurano. Non è nota la loro capacità di assorbire i
vapori di alogenato e di protossido d’azoto. La loro aspecificità
rappresenta il limite principale.
Assorbitori di CO2 in anestesia
Gli assorbitori usati in anestesia sono composti chimici a base d’idrossido.
In Europa la calce sodata è la sola sostanza commercializzata; invece negli
Stati Uniti è l’idrossido di bario il principale prodotto usato.
La calce sodata è costituita da una miscela d’idrossido di calcio (Ca(OH)2),
idrossido di sodio o soda caustica (NaOH), acqua H2O e alcuni composti
contengono idrossido di potassio (KOH). La reazione che si realizza è la
seguente:
CO2 + H2O → H2CO3
H2CO3 + 2Na(OH) = Na2CO3 + H2O + calore
Na2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2Na(OH) + calore
La reazione con KOH al posto di Na(OH) è la stessa. L’acqua è
indispensabile all’inizio della reazione; la reazione produce 1 mole di H2O
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Assorbitori di C02
(18 gr) ogni mole di CO2 (22,4 gr) neutralizzata.
Un soggetto di 70 Kg produce 1 mole di CO2 in
circa 2 ore. La soda caustica è un composto
intermedio che è rigenerato: è responsabile del
pH alcalino della miscela iniziale e la sua
trasformazione in carbonato determina il
viraggio dell’indicatore colorato. Occorre
ricordare che dopo l’arresto dell’utilizzazione, si
determina
lentamente
una
decolorazione
dell’indicatore colorato per scambio dei
prodotti della reazione della periferia con
l’interno del granulo di calce. La calce può in tal modo dare l’impressione di
essere ancora attiva nonostante sia esaurita. Il calore della calce sodata
utilizzata non è quindi un buon indicatore della sua efficacia. La calce
sodata produce calore evidenziabile dall’aumento di temperatura del
canestro; la temperatura massima di un canestro è di 40 °C; quella di un
va e vieni di circa 50 °C. Il migliore indicatore dell’esaurimento della calce
sodata è dato dalla presenza della C02 sui gas inspirati rilevata con la
capnometria.
Funzionamento della calce sodata
Nella composizione della calce sodata la quantità maggiore è data
dall’idrossido di calce che è trasformato in carbonato di calcio.
La calce sodata è confezionata in bidoni da 1 a 50 Kg, in cartucce
dedicate o in sacche di contenuto pari ad un canestro.
La manipolazione della calce espone all’inalazione di polvere irritante e i
produttori raccomandano l’uso di maschere filtranti, guanti, occhiali e un
locale areato. I bidoni vanno conservati lontano dal calore, della luce e
devono essere chiusi ermeticamente. La calce sodata si presenta sotto
forma di granuli di grandezza variabile da 2 a 6 mm.
La superficie del granulo è costituita da NaOH e acqua mentre il nucleo
contiene CaOH. La superficie del granulo subisce un trattamento speciale
d’indurimento per evitare la formazione di polvere. In genere si utilizza
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Assorbitori di C02
della polvere di Silice. Un prodotto recente
contiene come indurente di superficie la sealite.
Lo spazio inter-granulare è il volume di gas
contenuto tra i granuli in un assorbitore dopo il
riempimento. Secondo il tipo di granuli questo
spazio rappresenta dal 15 al 45 % del volume
interno dell’assorbitore. La compressione dei
granuli riduce lo spazio; si raccomanda di non
esercitare un’eccessiva compressione dei
granuli;
è
sufficiente
qualche
scossa
trasversalmente durante il riempimento. Lo
spazio intra-granulare è il volume di gas nei granuli ed è circa il 2-4 %. La
calce sodata contiene un indicatore colorato che è un acido o una base che
vira con il cambio di pH. L’indicatore ideale dovrebbe virare all’inizio della
variazione del pH, essere atossico, stabile e poco costoso. Il colorante più
utilizzato è il violetto d’etile che vira dal bianco al violetto. L’esposizione
ai raggi ultravioletti degrada il colorante rendendolo incapace di virare.
La calce contenente permanganato di potassio vira dal verde al bianco.
Funzionamento della calce baritata
La calce contenente bario ha la stessa composizione della calce sodata
con la sostituzione della soda caustica con idrossido di bario pentaidrato.
La reazione finale comporta la produzione di carbonato di calcio.
L’idrossido di bario è più attivo dell’idrossido di sodio. I suoi vantaggi sono
una maggiore stabilità che non richiede indurimento di superficie.
Essendo presente l’acqua legata al bario non presenta rischi di
essiccamento. E’ in grado di assorbire circa una mole di CO2 ogni 100 gr di
prodotto.
Un altro vantaggio è rappresentato dalla minore degradazione dell’alotano
al contrario di quanto invece si ha con il sevoflurano.
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Assorbitori di C02
Ciclo della calce
Il prodotto finale della calce idrata dopo la
fissazione della CO2 è il carbonato di calcio che
e un calcare abbondante in natura e la sua
eliminazione non determina nessun rischio
ecologico. Il calcare naturale è prodotto da
un’identica reazione di fissazione della CO2
dell’aria che si scioglie negli oceani utilizzata da
alcuni molluschi a conchiglie calcari e dai coralli
i cui residui fossili formano le rocce calcari. La
calce industriale e quella utilizzata nella calce
sodata provengono sempre dalla calcinazione delle rocce calcari in forni a
caldo che porta alla liberazione di CO2.
Intossicazione da monossido di carbonio (CO)
Sindrome del lunedì
Nel corso del decennio passato sono stati segnalati casi d’intossicazione
da CO; è stato notato che la maggior parte dei casi si realizzava nel primo
paziente dopo una lunga interruzione d’uso degli apparecchi; per questo è
stata chiamata la sindrome del lunedì. Uno studio di laboratorio molto
dettagliato ha evidenziato i fattori favorenti la produzione di CO nei
canestri.
In ordine decrescente nella produzione della CO figurano il desflurano,
l’enfluorano, l’isoflurano; l’alotano e il sevoflurano non producono CO.
La produzione del CO è strettamente legata alla disidratazione
dell’assorbitore; quelli molto secchi producono grandi quantità di CO; la
calce baritata produce una maggiore quantità di CO rispetto alla calce
sodata; l’aumento della temperatura favorisce la produzione di CO; la
produzione del CO è proporzionale alla concentrazione dell’alogenato.
L’FDA raccomanda di sostituire la calce che si sospetti sia disidratata in
seguito ad un uso per un lungo periodo (> 24 h) con elevato flusso di gas
freschi (> 5 l/min).
In conclusione l’intossicazione da CO è possibile solo con alcuni alogenati
in circuito chiuso utilizzando calce sodata secca.
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Assorbitori di C02
Calce sodata e anestetici per inalazione
La calce in virtù dalla sua elevata alcalinità
reagisce con alcuni anestetici per inalazione
determinandone una parziale degradazione.
L’effetto di degradazione aumenta con la
temperatura. Il cloroformio e il tricloro-etilene
sono degradati dalla calce sodata determinando
la formazione di monossido di carbonio (CO), di
fosgene (COCl2), di dicloroacetilene (C2H2Cl2) e
del formato di sodio.
I prodotti hanno un effetto tossico renale e polmonare. Comunque il
cloroformio e il tricloro-etilene non sono più utilizzati in anestesia.
L’alotano viene degradato a 2-bromo-2-cloro-di-fluoro-etilene che a sua
volta si degrada in prodotti nefrotossici. I meccanismi di degradazione
sono molto simili a quelli del sevoflurano. Il sevoflurano reagisce con le
basi forti degli assorbitori di CO2 e si degrada producendo composti A e
B.
Sul problema della tossicità del composto A si è instaurato un forte
dibattito scientifico con ricerche sostenute dall’industria farmaceutica.
L’assenza di tossicità dal composto A farebbe del sevoflurano l’anestetico
ideale con indicazione al mantenimento dell’anestesia nell’adulto e nel
bambino.
La degradazione del sevoflurano in composti A ad opera della calce sodata
è nota dal 1975. Nei soggetti con tassi alcoolemici compatibili con
l’intossicazione da alcool si producono i composti X e Y.
La tossicità del composto A sul rene di ratto si realizza con livelli tra 50
e 1,4 ppm secondo gli studi. I fattori che favoriscono la produzione del
composto A sono:
- l’uso della calce baritata al posto della calce sodata;
- l’aumento della temperatura nell’assorbitore;
- la disidratazione della calce sodata;
- la concentrazione dell’alogenato usato;
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Assorbitori di C02
- l’età del paziente (concentrazioni minori nel
bambino);
- il flusso di gas freschi.
L’assenza di tossicità del composto A alle
concentrazioni che si hanno in anestesia clinica
come risulta dai milioni di anestesie realizzate
non è ben chiara. E’ probabile che un ruolo
predominante nell’azione tossica del composto A
sia svolto dall’enzima renale B-ligasi che
permette la trasformazione del composto A in
prodotti tossici.
La presenza di questo enzima con concentrazioni da 10 a 30 volte maggiori
nel ratto potrebbero spiegare la tossicità specifica nel ratto. Il timore di
effetti tossici ha fatto raccomandare da parte della FDA l’uso del
sevoflurano con FGF maggiore di 2 l/min. Tuttavia è stata fatta richiesta
alla FDA di eliminare questa raccomandazione com’è avvenuto in alcuni
paesi come la Grecia, la Norvegia e Nuova Zelanda.
Tossicità del composto A
Dai numerosi studi eseguiti è possibile trarre le seguenti indicazioni:
- durante il passaggio negli assorbitori è inevitabile la degradazione del
sevoflurano con produzione di composto A;
- la ventilazione a bassi flussi di gas freschi e ad elevate
concentrazioni di sevoflurano comporta la presenza di maggiori
quantitativi di composto A;
- nell’uomo la tossicità del composto A non si può escludere ne peraltro
provare.
Canestro di calce sodata
Le caratteristiche di un canestro devono essere le seguenti:
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- forma cilindrica;
- posizionato in modo verticale (evita gli
effetti di irritazione chimica della polvere);
- rapporto altezza/diametro pari a 1-1,5;
- parete trasparente per evidenziare il
viraggio del colore;
- volume di 2 litro; questo permette il
permanere di uno spazio inter-granulare di
500 ml tra 2 atti respiratori;
- presenza della griglia di diffusione alla base
e nella separazione tra 2 regioni;
- passaggio dei gas dal basso verso l’alto;
Un assorbitore di 1 litro assicura un assorbimento di CO2 per 6-8 h.
Posizione del canestro nel circuito d’anestesia
Posizione sulla branca espiratoria: In questo caso tutti i gas espirati
attraversano il canestro; viene così depurata anche la frazione di gas che
è eliminata. Lo svantaggio è massimo se si usano alti flussi di gas freschi.
Un vantaggio in questa posizione è rappresentato dal fatto che non esiste
rischio di disidratazione della calce sodata.
Posizione sulla branca inspiratoria: E’ considerata la posizione ottimale
poiché è depurata dalla CO2 solo la frazione di gas respirata. Idealmente
il punto di entrata del flusso di gas freschi dovrebbe essere posto a valle
della valvola unidirezionale inspiratoria e dell’assorbitore.
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