Medición de flujo en inhaladores médicos inteligentes

Jun 18, 2023

Los inhaladores se encuentran entre los dispositivos más utilizados para tratar enfermedades respiratorias como el asma y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). Con cada inhalación a través del inhalador, el dispositivo administra una cantidad específica de medicamento a los pulmones. Sin embargo, comúnmente se usa incorrectamente porque los pacientes a menudo tienen problemas para adoptar la técnica de inhalación correcta y, por lo tanto, reciben medicación insuficiente. Esto conduce a un control deficiente de la enfermedad y a un aumento de los costos de atención médica.

Los costos anuales globales asociados con el control del asma y la EPOC son sustanciales tanto desde el punto de vista del pagador de la atención médica como de la sociedad. Los resultados de la investigación muestran que el gasto en atención médica de un paciente no controlado es más del doble que el de un paciente controlado. 1 Los estudios también han encontrado que la mayoría de los pacientes cometen al menos un error durante la toma del medicamento inhalado, lo que resulta en que solo entre el 7 % y el 40 % del medicamento llegue a los pulmones. Los dos errores más grandes y graves al usar inhaladores de dosis medida (IDM) están relacionados con la inhalación del paciente. El primer error está relacionado con la coordinación entre la inhalación y la activación de la liberación de dosis del inhalador. Incluso un breve retraso puede dar como resultado que solo el 20% del medicamento llegue a los pulmones. El segundo error más significativo es no respirar lo suficientemente profundo, lo que puede provocar que otro 10 % menos de medicamento llegue a los pulmones.

Para abordar estos problemas, Sensirion AG (Stäfa, Suiza) ha desarrollado un prototipo que se puede acoplar al inhalador para medir el flujo de aire de inhalación del paciente y determinar cuándo se acciona el inhalador durante la inhalación.

Dado que los dos errores mayores y más graves en el uso de inhaladores están relacionados con la inhalación del paciente, es importante medir el flujo de aire a través del inhalador y, en el caso de los MDI, también el momento en que se dispensa el fármaco. Eso proporciona información sobre si el fármaco se liberó dentro de la ventana óptima del ciclo de inhalación (consulte la Figura 1). Esta correlación entre el tiempo de activación de la dosis y el flujo es un parámetro crítico para comprender si el flujo que transporta el fármaco llegó profundamente a los bronquios y logró la alta deposición pulmonar deseada.

El segundo parámetro crítico es el perfil del flujo de aire inhalado. De manera similar al uso de un espirómetro, se pueden derivar varios parámetros del perfil de flujo de aire de inhalación que brindan información sobre la inhalación de cada paciente:

Profundidad y duración de la inhalación.

Exhalación completa antes de inhalar

Inhalación lenta según instrucciones

Función pulmonar y su desarrollo a lo largo del tiempo (cambio en las características del flujo de inhalación)

Registros precisos y calibrados en tiempo real del perfil de flujo de inhalación brindan esta información, a partir de la cual se puede determinar si el paciente realizó la inhalación correctamente.

Otros parámetros de interés incluyen el volumen inhalado (IV) y la tasa de flujo inspirado máximo (PIF), junto con la característica de flujo de aire de inhalación completa, como se muestra en la Figura 2.

Los subconjuntos de parámetros como la resistencia de las vías respiratorias (RAW) también se pueden determinar a partir del perfil del flujo de aire de inhalación. La derivación de RAW se muestra en la Figura 3. Cuando el inhalador se usa como un dispositivo similar a un espirómetro, todos los parámetros se derivan durante la inhalación regular, por lo que no hay nada más que el paciente deba hacer en comparación con tomar su medicamento de la forma en que se usa. a. Al mismo tiempo, el dispositivo también registrará si el paciente no tomó el medicamento, lo que puede usarse para recordarle al paciente que cumpla con la terapia prescrita.

Además de monitorear cada inhalación, los parámetros importantes se pueden seguir a lo largo del tiempo, brindando información sobre el uso correcto del inhalador, la efectividad del medicamento y el curso de la enfermedad. Esta información se puede enviar al proveedor de atención médica y también para ayudar a motivar al usuario. Esta combinación de administración de fármacos y unidad de diagnóstico en un solo dispositivo es una poderosa herramienta para mejorar los resultados de los pacientes.

La figura 4 muestra el comportamiento esquemático de PIF, IV y RAW en función del tiempo. Visualiza el efecto positivo de iniciar el tratamiento, la fase de tratamiento estable durante la dosificación regular y el efecto negativo de interrumpir el tratamiento.

En el pasado, la medición precisa del flujo a través del inhalador era un desafío debido a la falta de dispositivos lo suficientemente robustos y sensibles capaces de medir los flujos más pequeños. Para evitar tener que revalidar el inhalador con la FDA y mantener la aprobación, el requisito regulatorio clave para los inhaladores con clip exige que la ruta de flujo del inhalador permanezca inalterada para garantizar que no interfiera con la función del dispositivo inhalador existente. El inhalador con clip Sensirion hace exactamente eso.

La figura 5 muestra el clip del inhalador impreso en 3D que contiene el sensor de flujo Sensirion SDP3x, así como un chip de comunicaciones Bluetooth de baja energía y una fuente de alimentación de batería. La carcasa del inhalador no ha sido alterada.

El efecto Bernoulli/Venturi explica que la aceleración del flujo de aire que ingresa al inhalador causada por la inhalación del paciente crea una presión negativa en la abertura superior del inhalador, alrededor del recipiente y la abertura del clip adjunto. La magnitud de la presión negativa está directamente relacionada con la magnitud del flujo de aire a través del inhalador hacia el paciente y se mide mediante el sensor de flujo.

Una forma más gráfica de entender el principio es considerar que la configuración del flujo es un sistema de paso principal de derivación (consulte la Figura 6). A medida que el paciente inhala, la presión negativa alrededor de la abertura del inhalador atrae una pequeña cantidad de aire ambiental limpio a través de la ruta de derivación del sensor hacia el paso principal del inhalador. Al medir el flujo de aire de derivación y conocer la relación de derivación/paso principal, que proporciona la geometría del inhalador/clip, se puede determinar la cantidad total de flujo de aire hacia el paciente.

Hay muchos métodos diferentes para medir el flujo de gas: volumétrico mecánico, tipo flotador, presión diferencial, ultrasónico, Coriolis, magnético inductivo y medición térmica del flujo, por nombrar solo algunos. Las técnicas de medición sin contacto entre el gas y el sensor requieren una tecnología relativamente costosa y, por lo tanto, están fuera de discusión para muchas aplicaciones. En el método clásico de presión diferencial, los efectos de histéresis y la fatiga de la membrana pueden provocar problemas de deriva y una falta de precisión del punto cero, así como una baja sensibilidad al flujo porque la desviación mecánica de una membrana del sensor sobre un orificio se usa para medir la caída de presión.

Por lo tanto, las técnicas de medición basadas en principios térmicos son una buena solución. En el más simple de estos, el anemómetro de hilo caliente, el flujo de gas se determina a través de la tasa de enfriamiento de un hilo calentado eléctricamente con una resistencia dependiente de la temperatura. Los métodos avanzados utilizan un elemento calefactor y dos sensores de temperatura, que miden el transporte de calor a través del gas. Sensirion se refiere al término "sensores de flujo microtérmicos" porque en la solución de chip de flujo basada en MEMS utilizada en su serie de sensores de flujo SDP3x, los componentes del sensor están integrados en un microchip de silicio de escala milimétrica.

El flujo de aire del inhalador calibrado muestra una excelente concordancia en una configuración de laboratorio frente a una jeringa de espirómetro calibrada o frente a una referencia de flujo externo.

Agregar una unidad de diagnóstico al dispositivo de administración de medicamentos con el que el paciente ya está familiarizado es una herramienta poderosa en el manejo de enfermedades de asma y EPOC. La técnica de inhalación inadecuada conduce a una disminución de la eficacia debido a la reducción de la deposición del medicamento en los pulmones, lo que a su vez conduce a una mayor gravedad de la enfermedad. Ya se ha demostrado que la solución de guiar al paciente y proporcionar retroalimentación directa, así como ayudar al paciente a controlar la enfermedad y aumentar la adherencia, mejora los resultados del paciente mediante los dispositivos de administración de fármacos conectados que se utilizan actualmente.

El alto porcentaje de pacientes que padecen asma o EPOC y hacen mal uso de su inhalador, cuando en general sería posible una vida libre de molestias con un manejo adecuado de la enfermedad, seguirá impulsando la innovación para la administración conectada de medicamentos. Apoyar al paciente con el tratamiento óptimo de su enfermedad, no solo como una simple herramienta médica, sino como un dispositivo complementario para recordar, entrenar y brindar información relevante sobre el tratamiento y el curso de la enfermedad, es la dirección en la que la industria está avanzando

Este artículo fue escrito por el Dr. Andreas Alt, PhD, director de ventas médicas de Sensirion AG. Para obtener más información, comuníquese con el Dr. Alt en: Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita habilitar JavaScript para verlo. o visite aquí.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de junio de 2022 de la revista Sensor Technology.

Lea más artículos de este número aquí.

Lea más artículos de los archivos aquí.

SUSCRIBIR