Aplicaciones para gases y equipos en usos medicinales y biotecnológicos

Aplicaciones para gases y equipos en usos medicinales y biotecnológicos

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El uso de gases para el cuidado de la salud o para investigación biotecnológica, ha tenido gran incremento en los últimos años. Continuamente surgen requerimientos nuevos para su uso. Las propiedades para los gases y el diseño de los equipos para regularlos varían según la aplicación.

Las aplicaciones más comunes y tradicionales son la del oxígeno o aire medicinal para fines de oxiterapia. Los gases pueden surtirse desde cilindros y termos con concentradores de oxígeno o por compresores de aire. En general, los gases de grados medicinales para estos usos no son de muy alta pureza. Los concentradores de gases frecuentemente no pueden exceder de una pureza del 96 % del oxígeno y aún en cilindro un oxígeno U.S.P. deberá tener una pureza promedio del 99.0 %.  Los reguladores para estos fines tampoco requieren diseños que mantenga una alta pureza.  Por lo general, su acabado es cromado por razones estéticas y de higiene. Pueden ser reguladores tipo pistón o de diafragma de neopreno o nylon que permiten algo de permeabilidad del aire ambiental. Para fines de oxiterapia, la lectura en lugar de uso normalmente será del caudal medido en litros por minuto, ya que lo importante es saber la cantidad de gas que inhala el paciente.

Aunque para fines respiratorios los gases pueden proveerse directamente del cilindro –o concentrador– al paciente, en instalaciones hospitalarias es más probable que el gas se canalice desde tanques estacionarios, termos o cilindros hacia tomas en las ubicaciones de uso.  En los Estados Unidos, la Norma NFPA99 es la que determina los requerimientos técnicos para los gases suministrados para consumo humano. En varios países latinoamericanos, se sigue la Norma NFPA99 como guía para las centrales de gases hospitalarios. Estas normas incluyen requisitos especiales para las instalaciones que aseguren que no haya corte de gas al paciente y que prevengan algún error al conectar un gas equivocado.

Las centrales regularmente tendrán un banco de gas en uso, otro en reserva y a veces un tercero como respaldo. La NFPA99 tiene requisitos de repetición en reguladores para permitir circunvalación del gas, si se descompone algún elemento del sistema. Sin embargo, se recomienda que se verifiquen las normas exigidas en cada país por las autoridades locales.

En redes hospitalarias, los dispositivos de control del flujo del gas por tradición y norma están calibrados para presión a 50 PSI. Las cámaras hiperbáricas, sin embargo, requieren oxígeno a presiones de 6 bar (87 PSI) o más. El oxígeno o aire medicinal se canaliza a presiones  que varían entre 50 a 60 PSI para flujómetros o conjuntos de reguladores con flujómetro para regular la cantidad del gas inhalada por el paciente. Las tomas en sitio de uso incluyen también, frecuentemente, unas para óxido nitroso anestésico a 50 PSI y otras de vacío para succión. Las instalaciones pueden requerir otros tipos de accesorios, como alarmas maestras para indicar que la presión en la línea está fuera del rango necesario o cajas de válvulas para controlar el flujo del gas.
(Ver figura 1)

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Se consideran gases especiales aquellos gases puros o mezclas de ultra alta pureza o con propiedades peligrosas, tal como gases tóxicos, corrosivos o pirofóricos. Un gas de grado 5 (o a veces designado cinco nueves) sería uno con pureza del 99.999 %. La concentración de ciertos contaminantes puede medirse en ppm o partes por millón.  Los equipos que se utilizan para estos gases tienen que estar diseñados para mantener estos estándares de pureza o para evitar fugas en casos de gases inherentemente peligrosos. Con estos gases muy a menudo es necesario asegurar que cada componente en contacto con el gas o mezcla sea compatible con ellos. La medida de integridad contra contaminación provee una lectura de la efectividad en mantener la pureza del gas. Por ejemplo, una integridad de 1 x 10-9 scc/he, tendrá una fuga de un centímetro cuadrado de helio cada 32.9 años; con integridad de 1 x 10-8 scc/he, ese escape del centímetro cuadrado de helio sería cada 3.3 años.

Hay muchas aplicaciones medicinales que requieren gases y equipos para gases especiales. Varios tipos de equipos analíticos se utilizan para estudiar la composición química de una muestra de sangre u otro residuo biológico.  En oncología pudiese usarse para buscar marcadores que indican que un tumor canceroso está bajo control o creciendo. En estas aplicaciones se utiliza un gas con una concentración determinada; por ejemplo, ese gas patrón podría ser una mezcla con una concentración de 50 ppm de cierto componente en análisis.  La muestra se vaporiza y se compara la concentración de ello contra la línea base conocida. Si el gas se contamina con aire o humedad ambiental, ese porcentaje preciso del componente comparativo se pierde y los resultados no serán confiables.

Otra aplicación que requiere gases especiales es el láser para cirugías u otros tratamientos. Hay dos posibles usos para gases de alta pureza. Algunos diseños de láser requieren gases (dióxido de carbono –CO2-, helio y nitrógeno) del resonador para producir y concentrar el rayo. Todo diseño utiliza gas de alta pureza de aporte en la boquilla. La contaminación del gas con humedad, hidrocarburos o partículas, disminuyen la potencia o densidad del rayo láser y distorsionan su punto de enfoque para que sea menos efectivo y reduzcan drásticamente la vida útil de los espejos y demás componentes de la máquina láser. Algunos tipos de láser como los de tipo excimer pueden usar mezclas exóticas con contenido de flúor o con cloruro de hidrógeno; son componentes corrosivos y tóxicos que requieren equipos de regulación de diseño compatible con esos gases y en el caso del flúor ser inertes.

Muchos otros procesos requieren gases especiales. En resonancia magnética se utiliza helio líquido para enfriar los imanes superconductores.  Sin embargo para esta aplicación los equipos no deberán tener ningún componente magnético si se encuentran dentro del campo magnético del resonador. Para esterilización de equipos se pueden usar mezclas de gases con óxido de etileno u otros componentes que son sumamente tóxicos. Por el alto riesgo de fugas, aún mínimas de estos gases, deberán usarse equipos de regulación en cuerpo de acero inoxidable de muy alta integridad y seguir los procedimientos de seguridad recomendados por el proveedor del gas.

Otra aplicación de gran crecimiento reciente es la terapia de protón para tratamientos oncológicos. Se utilizan hasta 14 gases de alta pureza para ionizarlos en un ciclotrón para generar las partículas energizadas que producen una radiación más localizada con menos riesgo a células saludables cercanas.  Con otros usos medicinales para gases especiales, los equipos para regularlos dependen de las propiedades de los gases y los requisitos de la aplicación.  (Ver figuras 2 y 3)

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De gran crecimiento, también, es el uso de gases para incubadoras de CO2 y neveras para criopreservación.  Las incubadoras utilizan CO2 de alta pureza para crear una atmosfera, in vitro, controlada de temperatura, humedad y gas. La criopreservación de células o cultivos se realiza con nitrógeno líquido a muy bajas temperaturas de -178oC (-288oF) o menos. Estas condiciones térmicas extremas requieren equipos de regulación especiales (como mangueras y tubería al vacío) que mantengan estas bajísimas temperaturas y que limiten la posible condensación congelada que puede ser fuente de contaminación de las muestras biológicas. Hay que seguir medidas de seguridad especiales con el nitrógeno líquido. Por las temperaturas extremas, es importante usar protección térmica para las extremidades que se introduzcan en la nevera. También se recomienda tener en el área un detector de deficiencia de oxígeno, porque cualquier fuga del nitrógeno líquido tendrá una rápida expansión que puede ocasionar asfixia en cuartos cerrados. (Ver figura 4).

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También en productos farmacéuticos se ha registrado un gran crecimiento en el uso de diferentes gases. Por ejemplo el óxido nítrico (NO) puede usarse como agente relajante para dilatar vasos sanguíneos, especialmente pulmonares, en casos de falla respiratoria prenatal. Sin embargo, la regulación y la práctica en el uso de estos gases como drogas varía enormemente de país a país. Deberán revisarse las regulaciones locales para sus usos.

Hay más aplicaciones para gases en medicina. Se utiliza el nitrógeno como medio desplazante para equipo esterilizado o como agente inerte no oxidante en frascos farmacéuticos.  También el nitrógeno se usa como fuente neumática para presurizar sierras u otros implementos médicos operados por gases.  El helio puede mezclarse en aplicaciones medicinales para reducir la densidad de la mezcla oxigenada.  El CO2 se emplea en criocirugía con insufladores durante cirugía laparoscópica. También puede mezclarse con el oxígeno para proporcionar respiración profunda. La variedad de posibilidades de uso de gases para fines medicinales es enorme y en continuo crecimiento con el surgimiento de nuevos tratamientos.

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