Ventilador - Ventilator

Ventilador
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El ventilador infantil Bird VIP
Especialidad Neumología

Un ventilador es una máquina que proporciona ventilación mecánica al mover aire respirable hacia adentro y hacia afuera de los pulmones , para administrar respiraciones a un paciente que no puede respirar físicamente o que no respira lo suficiente. Los ventiladores son máquinas computarizadas controladas por microprocesador , pero los pacientes también pueden ser ventilados con una simple mascarilla con válvula de bolsa operada manualmente . Los ventiladores se utilizan principalmente en la medicina de cuidados intensivos , cuidados en el hogar , y la medicina de emergencia (como unidades independientes) y en anestesiología (como un componente de una máquina de anestesia ).

Los ventiladores a veces se denominan "respiradores", un término que se usaba comúnmente para ellos en la década de 1950 (en particular, el "respirador de aves" ). Sin embargo, la terminología hospitalaria y médica contemporánea utiliza la palabra " respirador " para referirse en cambio a una máscara facial que protege a los usuarios contra sustancias peligrosas en el aire.

Función

Una configuración estándar para un ventilador en una habitación de hospital. El ventilador empuja aire caliente y húmedo (o aire con más oxígeno) hacia el paciente. El aire exhalado sale del paciente.

En su forma más simple, un ventilador moderno de presión positiva consiste en un reservorio o turbina de aire comprimido , suministros de aire y oxígeno , un conjunto de válvulas y tubos, y un "circuito del paciente" desechable o reutilizable. El depósito de aire se comprime neumáticamente varias veces por minuto para suministrar aire ambiente o, en la mayoría de los casos, una mezcla de aire / oxígeno al paciente. Si se utiliza una turbina, la turbina empuja aire a través del ventilador, con una válvula de flujo que ajusta la presión para cumplir con los parámetros específicos del paciente. Cuando se libera la sobrepresión, el paciente exhalará pasivamente debido a la elasticidad de los pulmones , y el aire exhalado se liberará generalmente a través de una válvula unidireccional dentro del circuito del paciente llamada colector del paciente.

Los ventiladores también pueden estar equipados con sistemas de monitorización y alarma para parámetros relacionados con el paciente (p. Ej., Presión, volumen y flujo) y función del ventilador (p. Ej., Fuga de aire, falla de energía, falla mecánica), baterías de respaldo, tanques de oxígeno y control remoto . En la actualidad, el sistema neumático a menudo se reemplaza por una turbobomba controlada por computadora .

Los ventiladores modernos se controlan electrónicamente mediante un pequeño sistema integrado para permitir la adaptación exacta de las características de presión y flujo a las necesidades de un paciente individual. Los ajustes precisos del ventilador también sirven para hacer que la ventilación sea más tolerable y cómoda para el paciente. En Canadá y Estados Unidos, los terapeutas respiratorios son responsables de ajustar estos ajustes, mientras que los tecnólogos biomédicos son responsables del mantenimiento. En el Reino Unido y Europa, la gestión de la interacción del paciente con el ventilador la realizan enfermeras de cuidados intensivos .

El circuito del paciente generalmente consta de un conjunto de tres tubos de plástico duraderos pero livianos, separados por función (por ejemplo, aire inhalado, presión del paciente, aire exhalado). Determinado por el tipo de ventilación necesaria, el extremo del circuito del paciente puede ser invasivo o no invasivo.

Los métodos no invasivos, como la presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) y la ventilación no invasiva , que son adecuados para pacientes que requieren un ventilador solo mientras duermen y descansan, emplean principalmente una mascarilla nasal. Los métodos invasivos requieren intubación , que para la dependencia del ventilador a largo plazo normalmente será una cánula de traqueotomía , ya que es mucho más cómoda y práctica para el cuidado a largo plazo que la intubación laríngea o nasal.

Sistema crítico para la vida

Debido a que una falla puede resultar en la muerte, los sistemas de ventilación mecánica se clasifican como sistemas críticos para la vida y se deben tomar precauciones para garantizar que sean altamente confiables, incluida su fuente de alimentación . La insuficiencia ventilatoria es la incapacidad de mantener una tasa suficiente de eliminación de CO 2 para mantener un pH estable sin asistencia mecánica, fatiga muscular o disnea intolerable. Por lo tanto, los ventiladores mecánicos se diseñan cuidadosamente para que ningún punto de falla pueda poner en peligro al paciente. Pueden tener mecanismos de respaldo manuales para permitir la respiración manual en ausencia de energía (como el ventilador mecánico integrado en una máquina de anestesia ). También pueden tener válvulas de seguridad, que se abren a la atmósfera en ausencia de energía para actuar como una válvula anti-asfixia para la respiración espontánea del paciente. Algunos sistemas también están equipados con tanques de gas comprimido, compresores de aire o baterías de respaldo para proporcionar ventilación en caso de falla de energía o suministro de gas defectuoso, y métodos para operar o pedir ayuda si fallan sus mecanismos o software. Los cortes de energía , como durante un desastre natural, pueden crear una emergencia potencialmente mortal para las personas que usan ventiladores en un entorno de atención domiciliaria. La energía de la batería puede ser suficiente para una breve pérdida de electricidad, pero los cortes de energía más prolongados pueden requerir ir a un hospital.

Historia

La historia de la ventilación mecánica comienza con varias versiones de lo que finalmente se denominó pulmón de hierro , una forma de ventilador no invasivo de presión negativa ampliamente utilizado durante las epidemias de poliomielitis del siglo XX después de la introducción del "respirador bebedor" en 1928, se introdujeron mejoras. por John Haven Emerson en 1931, y el respirador Both en 1937. Otras formas de ventiladores no invasivos, que también se utilizan ampliamente para pacientes con polio, incluyen la ventilación de coraza bifásica , la cama mecedora y máquinas de presión positiva bastante primitivas.

En 1949, John Haven Emerson desarrolló un asistente mecánico para anestesia con la cooperación del departamento de anestesia de la Universidad de Harvard . Los ventiladores mecánicos comenzaron a usarse cada vez más en anestesia y cuidados intensivos durante la década de 1950. Su desarrollo fue estimulado tanto por la necesidad de tratar a los pacientes con polio como por el uso cada vez mayor de relajantes musculares durante la anestesia. Los fármacos relajantes paralizan al paciente y mejoran las condiciones operativas del cirujano, pero también paralizan los músculos respiratorios. En 1953, Bjørn Aage Ibsen estableció lo que se convirtió en la primera UCI médica / quirúrgica del mundo que utiliza relajantes musculares y ventilación controlada.

Una máquina con mangueras y manómetros en un carro con ruedas
Un modelo de respirador East-Radcliffe de mediados del siglo XX

En el Reino Unido, los modelos East Radcliffe y Beaver fueron ejemplos tempranos. El primero utilizó un engranaje de cubo de bicicleta Sturmey-Archer para proporcionar un rango de velocidades, y el segundo un motor de limpiaparabrisas de automóvil para impulsar los fuelles utilizados para inflar los pulmones. Los motores eléctricos eran, sin embargo, un problema en los quirófanos de esa época, ya que su uso provocaba un peligro de explosión en presencia de anestésicos inflamables como el éter y el ciclopropano . En 1952, Roger Manley del Westminster Hospital , Londres, desarrolló un ventilador que funcionaba completamente con gas y se convirtió en el modelo más popular utilizado en Europa. Era un diseño elegante y se convirtió en un gran favorito entre los anestesistas europeos durante cuatro décadas, antes de la introducción de modelos controlados por electrónica. Era independiente de la energía eléctrica y no causaba peligro de explosión. La unidad Mark I original se desarrolló para convertirse en la Manley Mark II en colaboración con la empresa Blease, que fabricó muchos miles de estas unidades. Su principio de funcionamiento era muy simple, se usaba un flujo de gas entrante para levantar una unidad de fuelle ponderado, que caía de manera intermitente bajo la gravedad, forzando los gases respiratorios hacia los pulmones del paciente. La presión de inflado se puede variar deslizando el peso móvil sobre el fuelle. El volumen de gas entregado se podía ajustar mediante un control deslizante curvo, que restringía la excursión del fuelle. La presión residual después de la finalización de la espiración también fue configurable, utilizando un pequeño brazo ponderado visible en la parte inferior derecha del panel frontal. Se trataba de una unidad robusta y su disponibilidad fomentó la introducción de técnicas de ventilación con presión positiva en la práctica anestésica europea convencional.

El lanzamiento en 1955 del "Respirador médico universal Bird" de Forrest Bird en los Estados Unidos cambió la forma en que se realizaba la ventilación mecánica, y la pequeña caja verde se convirtió en una pieza familiar de equipo médico. La unidad se vendió como el respirador Bird Mark 7 y se llamó informalmente "Bird". Era un dispositivo neumático y, por lo tanto, no requería una fuente de energía eléctrica para funcionar.

En 1965, el respirador de emergencia del ejército se desarrolló en colaboración con los laboratorios Harry Diamond (ahora parte del Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. ) Y el Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed . Su diseño incorporó el principio de amplificación de fluidos para gobernar las funciones neumáticas. La amplificación de fluidos permitió que el respirador se fabricara completamente sin partes móviles, pero capaz de realizar complejas funciones de reanimación. La eliminación de piezas móviles aumentó la confiabilidad del rendimiento y minimizó el mantenimiento. La máscara está compuesta por un bloque de poli (metacrilato de metilo) (conocido comercialmente como Lucite ), del tamaño de un paquete de tarjetas, con canales mecanizados y una placa de cubierta cementada o atornillada. La reducción de piezas móviles reduce los costes de fabricación y aumenta la durabilidad.

El diseño del amplificador de fluidos biestable permitió que el respirador funcionara como asistencia respiratoria y como controlador. Funcionalmente, podría realizar una transición entre el asistente y el controlador de forma automática, según las necesidades del paciente. La presión dinámica y el turbulento chorro de gas desde la inhalación hasta la exhalación permitieron que el respirador se sincronizara con la respiración del paciente.

Los entornos de cuidados intensivos de todo el mundo revolucionaron en 1971 con la introducción del primer ventilador SERVO 900 (Elema-Schönander), construido por Björn Jonson . Era un ventilador electrónico pequeño, silencioso y eficaz, con el famoso sistema de retroalimentación SERVO que controlaba lo que se había configurado y regulaba la administración. Por primera vez, la máquina pudo entregar el volumen establecido en la ventilación de control de volumen.

Los ventiladores que se utilizan bajo presión elevada (hiperbáricos) requieren precauciones especiales y pocos ventiladores pueden funcionar en estas condiciones. En 1979, Sechrist Industries presentó su ventilador modelo 500A, que fue diseñado específicamente para su uso con cámaras hiperbáricas .

Ventiladores de microprocesador

El control por microprocesador condujo a la tercera generación de ventiladores de la unidad de cuidados intensivos (UCI), comenzando con el Dräger EV-A en 1982 en Alemania, que permitió monitorear la curva de respiración del paciente en un monitor LCD . Un año más tarde siguió Puritan Bennett 7200 y Bear 1000, SERVO 300 y Hamilton Veolar durante la siguiente década. Los microprocesadores permiten el suministro y la monitorización de gas personalizados, y los mecanismos para el suministro de gas que responden mucho más a las necesidades del paciente que las generaciones anteriores de ventiladores mecánicos.

Ventiladores de fuente abierta

Un ventilador de código abierto es un ventilador para situaciones de desastre fabricado con un diseño con licencia gratuita y, idealmente, componentes y piezas disponibles gratuitamente. Los diseños, componentes y piezas pueden ser desde una ingeniería inversa completa hasta creaciones completamente nuevas, los componentes pueden ser adaptaciones de varios productos existentes económicos y las piezas especiales difíciles de encontrar y / o costosas pueden imprimirse en 3D en lugar de ser de origen.

Durante la pandemia de COVID-19 de 2019-2020 , se han considerado varios tipos de ventiladores. Las muertes causadas por COVID-19 han ocurrido cuando los más gravemente infectados experimentan el síndrome de dificultad respiratoria aguda , una inflamación generalizada en los pulmones que afecta la capacidad de los pulmones para absorber oxígeno y expulsar dióxido de carbono. Estos pacientes requieren un ventilador capaz para seguir respirando.

Entre los ventiladores que podrían incluirse en la lucha contra COVID-19, ha habido muchas preocupaciones. Estos incluyen la disponibilidad actual, el desafío de fabricar más ventiladores y de menor costo, la efectividad, el diseño funcional , la seguridad, la portabilidad, la idoneidad para los bebés, la asignación para tratar otras enfermedades y la capacitación del operador. La implementación de la mejor combinación posible de ventiladores puede salvar la mayor cantidad de vidas.

Aunque no es formalmente de código abierto, el ventilador Ventec V + Pro se desarrolló en abril de 2020 como un esfuerzo compartido entre Ventec Life Systems y General Motors , para proporcionar un suministro rápido de 30.000 ventiladores capaces de tratar pacientes con COVID-19.

Un importante esfuerzo de diseño mundial comenzó durante la pandemia de coronavirus 2019-2020 después de que se inició un proyecto de Hackaday , para responder a la escasez esperada de ventiladores que causa una mayor tasa de mortalidad entre los pacientes graves.

El 20 de marzo de 2020, el Servicio de Salud Irlandés comenzó a revisar los diseños. En Colombia se está diseñando y probando un prototipo .

La empresa polaca Urbicum informa sobre las pruebas exitosas de un prototipo de dispositivo de código abierto impreso en 3D llamado VentilAid. Los fabricantes lo describen como un dispositivo de último recurso cuando falta equipo profesional. El diseño está disponible públicamente. El primer prototipo de Ventilaid requiere aire comprimido para funcionar.

El 21 de marzo de 2020, el Instituto de Sistemas Complejos de Nueva Inglaterra (NECSI) comenzó a mantener una lista estratégica de diseños de código abierto en los que se está trabajando. El proyecto NECSI considera la capacidad de fabricación, la seguridad médica y la necesidad de tratar a los pacientes en diversas condiciones, la rapidez en el tratamiento de los problemas legales y políticos, la logística y el suministro. NECSI cuenta con científicos de Harvard y MIT y otros que tienen conocimientos sobre pandemias, medicina, sistemas, riesgos y recopilación de datos.

El Centro de Dispositivos Médicos Bakken de la Universidad de Minnesota inició una colaboración con varias compañías para traer al mercado una alternativa de ventilador que funciona como un robot de un solo brazo y reemplaza la necesidad de ventilación manual en situaciones de emergencia. El dispositivo Coventor fue desarrollado en muy poco tiempo y aprobado el 15 de abril de 2020 por la FDA , solo 30 días después de la concepción. El ventilador mecánico está diseñado para ser utilizado por profesionales médicos capacitados en unidades de cuidados intensivos y es fácil de operar. Tiene un diseño compacto y es relativamente económico de fabricar y distribuir. El costo es solo alrededor del 4% de un ventilador normal. Además, este dispositivo no requiere suministro de aire o oxígeno presurizado, como suele ser el caso. Boston Scientific fabrica una primera serie . Los planes estarán disponibles gratuitamente en línea para el público en general sin regalías.

Pandemia de COVID-19

La pandemia de COVID-19 ha provocado una escasez de bienes y servicios esenciales , desde desinfectantes para manos hasta mascarillas, camas y ventiladores. Varios países ya han experimentado una escasez de ventiladores. Cincuenta y cuatro gobiernos, incluidos muchos de Europa y Asia, impusieron restricciones a las exportaciones de suministros médicos en respuesta a la pandemia de coronavirus.

El número de ventiladores varía según el país. Cuando los datos a menudo no están disponibles para ventiladores específicamente, a veces se hacen estimaciones basadas en el número de camas disponibles en la unidad de cuidados intensivos , que a menudo contienen ventiladores.

Estados Unidos

En 2006, el presidente George W. Bush firmó la Ley de Preparación para Pandemias y Todo Riesgo , que creó la Autoridad de Desarrollo e Investigación Biomédica Avanzada (BARDA) dentro del Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos . En preparación para una posible epidemia de enfermedades respiratorias, la oficina recién creada otorgó un contrato de $ 6 millones a Newport Medical Instruments , una pequeña compañía en California, para fabricar 40,000 ventiladores por menos de $ 3,000 cada uno. En 2011, Newport envió tres prototipos a los Centros para el Control de Enfermedades . En 2012, Covidien , un fabricante de dispositivos médicos de $ 12 mil millones al año, que fabricaba ventiladores competidores más caros, compró Newport por $ 100 millones. Covidien retrasó y en 2014 canceló el contrato.

BARDA comenzó de nuevo con una nueva compañía, Philips , y en julio de 2019, la FDA aprobó el ventilador Philips y el gobierno ordenó 10,000 ventiladores para la entrega a mediados de 2020.

El 23 de abril de 2020, la NASA informó la construcción, en 37 días, de un exitoso ventilador COVID-19, llamado VITAL ("Tecnología de intervención del ventilador accesible localmente"). El 30 de abril, la NASA informó que la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos había aprobado la vía rápida para el uso de emergencia para el nuevo ventilador. El 29 de mayo, la NASA informó que se seleccionaron ocho fabricantes para fabricar el nuevo ventilador.

Ventilador VITAL de la NASA
Equipo de ingeniería
Vista frontal
Vista lateral
Pilas de prototipos de ventiladores


Canadá

El 7 de abril de 2020, el primer ministro Justin Trudeau anunció que el gobierno federal canadiense se abastecería de miles de ventiladores 'Made in Canada'. Varias organizaciones respondieron de todo el país. Entregaron una gran cantidad de ventiladores a la Reserva Estratégica de Emergencias Nacionales. De oeste a este, las empresas fueron:

  • Ventiladores de emergencia canadienses Inc
  • Bayliss Medical Inc
  • Thornhill Medical
  • Vexos Inc
  • CAE Inc

Ver también

Referencias