Ventilador

Un respirador es un tipo de aparato respiratorio , una clase de tecnología médica que proporciona ventilación mecánica al introducir y extraer aire respirable de los pulmones , para suministrar respiraciones a un paciente que no puede respirar por sí mismo o que respira insuficientemente. Los respiradores pueden ser máquinas computarizadas controladas por microprocesador , pero los pacientes también pueden ser ventilados con una simple mascarilla con bolsa de reanimación manual . Los respiradores se utilizan principalmente en medicina intensiva , atención domiciliaria y medicina de urgencias (como unidades independientes) y en anestesiología (como componente de una máquina de anestesia ).

A los ventiladores a veces se les llama "respiradores", un término comúnmente utilizado para ellos en la década de 1950 (en particular, el "respirador Bird" ). Sin embargo, la terminología médica contemporánea utiliza la palabra " respirador " para referirse a una mascarilla facial que protege a quienes la usan contra sustancias peligrosas en el aire. ^{[ 1 ]}

En su forma más simple, un ventilador moderno de presión positiva consta de un depósito de aire compresible o turbina, suministro de aire y oxígeno , un conjunto de válvulas y tubos, y un circuito para el 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 y oxígeno al paciente. Si se utiliza una turbina, esta impulsa el aire a través del ventilador, y una válvula de flujo ajusta la presión para satisfacer los parámetros específicos del paciente. Cuando se libera el exceso de presión, el paciente exhala pasivamente debido a la elasticidad de los pulmones , y el aire exhalado se libera generalmente a través de una válvula unidireccional dentro del circuito del paciente, denominada colector del paciente.

Los respiradores también pueden estar equipados con sistemas de monitorización y alarma para parámetros relacionados con el paciente (p. ej., presión, volumen y flujo) y el funcionamiento del respirador (p. ej., fugas de aire, fallos de alimentación, fallos mecánicos), baterías de respaldo, tanques de oxígeno y control remoto. Actualmente, el sistema neumático suele sustituirse por una turbobomba controlada por ordenador .

Presiones del ventilador etiquetadas

Los respiradores modernos se controlan electrónicamente mediante un pequeño sistema integrado que permite adaptar con precisión las características de presión y flujo a las necesidades de cada paciente. El ajuste preciso de la configuración del respirador también contribuye a que la ventilación sea más tolerable y cómoda para el paciente. En Canadá y Estados Unidos, los terapeutas respiratorios se encargan de ajustar esta configuración, mientras que los técnicos biomédicos se encargan del mantenimiento. En el Reino Unido y Europa, la gestión de la interacción del paciente con el respirador corre a cargo del personal de enfermería de cuidados intensivos .

El circuito del paciente suele constar de un conjunto de tres tubos de plástico resistentes pero ligeros, separados según su función (por ejemplo, aire inhalado, presión del paciente, aire exhalado). Dependiendo del tipo de ventilación necesaria, el extremo del circuito que conecta con el paciente puede ser no invasivo o invasivo.

Los métodos no invasivos, como la presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) y la ventilación no invasiva , adecuados para pacientes que solo requieren ventilación mecánica durante el sueño y el descanso, emplean principalmente una mascarilla nasal. Los métodos invasivos requieren intubación , que en casos de dependencia prolongada a la ventilación mecánica suele realizarse mediante traqueotomía , ya que resulta mucho más cómoda y práctica para cuidados a largo plazo que la intubación laríngea o nasal.

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  Los sistemas de ventilación de circuito cerrado se utilizan para proporcionar aire enriquecido con O₂ _al paciente.
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  Los respiradores de circuito abierto se utilizan para proporcionar al paciente aire ambiente normal con una proporción normal de _{O2 .}
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  A nivel fisiológico, los ventiladores renuevan el aire y su intercambio crítico de O ₂ /CO ₂ hacia el alvéolo pulmonar .

La historia de la ventilación mecánica comienza con varias versiones de lo que finalmente se denominó pulmón de acero , una forma de ventilador no invasivo de presión negativa ampliamente utilizado durante las epidemias de polio del siglo XX tras la introducción del respirador Drinker en 1928, las mejoras introducidas por John Haven Emerson en 1931 ^{[ 5 ]} y el respirador Both en 1937. Otras formas de ventiladores no invasivos, también ampliamente utilizados para pacientes con polio, incluyen la ventilación con coraza bifásica , la cama mecedora y máquinas de presión positiva bastante primitivas. ^{[ 5 ]}

En 1949, John Haven Emerson desarrolló un asistente mecánico para anestesia con la colaboración del departamento de anestesia de la Universidad de Harvard . Los ventiladores mecánicos comenzaron a utilizarse cada vez más en anestesia y cuidados intensivos durante la década de 1950. Su desarrollo fue impulsado tanto por la necesidad de tratar a pacientes con poliomielitis como por el uso creciente de relajantes musculares durante la anestesia. Los relajantes musculares paralizan al paciente y mejoran las condiciones quirúrgicas para el cirujano, pero también paralizan los músculos respiratorios. En 1953, Bjørn Aage Ibsen estableció la que se convertiría en la primera UCI médico-quirúrgica del mundo, que utilizaba relajantes musculares y ventilación controlada. ^{[ 6 ]}

En el Reino Unido, los modelos East Radcliffe y Beaver fueron ejemplos tempranos. El primero utilizaba un engranaje de buje de bicicleta Sturmey-Archer para proporcionar una gama de velocidades, y el segundo un motor de limpiaparabrisas de automóvil para accionar el fuelle utilizado para inflar los pulmones. ^{[ 7 ]} Sin embargo, los motores eléctricos eran un problema en los quirófanos de esa época, ya que su uso causaba riesgo de explosión en presencia de anestésicos inflamables como el éter y el ciclopropano . En 1952, Roger Manley del Hospital Westminster de 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 uno de los favoritos de los anestesistas europeos durante cuatro décadas, antes de la introducción de modelos controlados electrónicamente. Era independiente de la energía eléctrica y no causaba riesgo de explosión. La unidad original Mark I se desarrolló para convertirse en el Manley Mark II en colaboración con la empresa Blease, que fabricó muchos miles de estas unidades. Su principio de funcionamiento era muy sencillo: un flujo de gas entrante elevaba un fuelle lastrado que descendía intermitentemente por gravedad, forzando así la entrada de gases respiratorios en los pulmones del paciente. La presión de inflado se podía variar deslizando el contrapeso móvil situado sobre el fuelle. El volumen de gas suministrado era ajustable mediante un regulador curvo que limitaba la excursión del fuelle. La presión residual tras la espiración también era configurable mediante un pequeño brazo lastrado visible en la parte inferior derecha del panel frontal. Se trataba de una unidad robusta, y su disponibilidad impulsó la introducción de las técnicas de ventilación con presión positiva en la práctica anestésica europea.

El lanzamiento en 1955 del respirador médico universal Bird de Forrest Bird en Estados Unidos cambió la forma en que se realizaba la ventilación mecánica, y la pequeña caja verde se convirtió en un equipo médico familiar. ^{[ 8 ]} La unidad se vendió como el respirador Bird Mark 7 y se la conocía informalmente como "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 los EE. UU. ) y el Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed . Su diseño incorporó el principio de amplificación de fluidos para controlar las funciones neumáticas. La amplificación de fluidos permitió fabricar el respirador completamente sin partes móviles, pero capaz de realizar funciones de reanimación complejas. ^{[ 9 ]} La eliminación de las partes móviles aumentó la fiabilidad del rendimiento y minimizó el mantenimiento. ^{[ 10 ]} La máscara está compuesta por un bloque de poli(metacrilato de metilo) (conocido comercialmente como Lucite ), del tamaño aproximado de una baraja de cartas, con canales mecanizados y una placa de cubierta cementada o atornillada. ^{[ 11 ]} La reducción de las partes móviles redujo los costos de fabricación y aumentó la durabilidad. ^{[ 10 ]}

El diseño del amplificador de fluido biestable permitió que el respirador funcionara tanto como asistente respiratorio como controlador. Podía alternar automáticamente entre ambos modos, según las necesidades del paciente. ^{[ 11 ] [ 10 ]} La presión dinámica y el flujo turbulento del chorro de gas, desde la inhalación hasta la exhalación, permitieron que el respirador se sincronizara con la respiración del paciente. ^{[ 12 ]}

En 1971, la introducción del primer respirador SERVO 900 (Elema-Schönander), construido por Björn Jonson , revolucionó las unidades de cuidados intensivos en todo el mundo. Se trataba de un respirador electrónico pequeño, silencioso y eficaz, con el famoso sistema de retroalimentación SERVO que controlaba la configuración y regulaba la administración del volumen. Por primera vez, la máquina podía administrar el volumen programado en la ventilación controlada por volumen.

Un respirador de código abierto es un respirador para situaciones de desastre fabricado con un diseño de libre acceso y, idealmente, con componentes y piezas de libre disponibilidad. Los diseños, componentes y piezas pueden ser desde el resultado de ingeniería inversa hasta creaciones completamente nuevas; los componentes pueden ser adaptaciones de diversos productos existentes de bajo costo, y las piezas especiales difíciles de encontrar o costosas pueden imprimirse en 3D en lugar de adquirirse. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Durante la pandemia de COVID-19 de 2019-2020 , se consideraron diversos tipos de respiradores. Las muertes causadas por COVID-19 se produjeron cuando los pacientes más gravemente infectados desarrollaron síndrome de dificultad respiratoria aguda , una inflamación generalizada en los pulmones que dificulta la absorción de oxígeno y la expulsión de dióxido de carbono. Estos pacientes requieren un respirador para poder seguir respirando.

Entre los respiradores que podrían utilizarse para tratar a personas con COVID-19, han surgido muchas preocupaciones. Estas incluyen la disponibilidad actual, ^{[ 17 ] [ 18 ]} el desafío de fabricar más respiradores a menor costo, la efectividad, ^{[ 19 ]} el diseño funcional , la seguridad, ^{[ 20 ] [ 21 ]} la portabilidad, ^{[ 22 ]} la idoneidad para bebés, ^{[ 23 ]} la asignación para tratar otras enfermedades y la capacitación del operador. ^{[ 24 ]} El despliegue de la mejor combinación posible de respiradores puede salvar la mayor cantidad de vidas.

Aunque no se publicó formalmente como código abierto, el ventilador Ventec V+ Pro se desarrolló en abril de 2020 como un esfuerzo conjunto entre Ventec Life Systems y General Motors , para proporcionar un suministro rápido de 30 000 ventiladores capaces de tratar a pacientes con COVID-19. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Un importante esfuerzo de diseño a nivel mundial comenzó durante la pandemia de coronavirus de 2019-2020 después de que se inició un proyecto de Hackaday , ^{[ 27 ]} con el fin de responder a la escasez prevista de ventiladores que causaría una tasa de mortalidad más alta entre los pacientes graves.

El 20 de marzo de 2020, el Servicio de Salud irlandés ^{[ 28 ]} comenzó a revisar los diseños. ^{[ 29 ]} Se está diseñando y probando un prototipo en Colombia . ^{[ 30 ]}

La empresa polaca Urbicum informa de las pruebas exitosas ^{[ 31 ]} de un prototipo de dispositivo de código abierto impreso en 3D llamado Ventilaid. Los creadores lo describen como un dispositivo de último recurso cuando no se dispone de equipo profesional. El diseño está disponible públicamente. ^{[ 32 ]} 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 desarrollo. ^{[ 33 ] [ 34 ]} El proyecto NECSI considera la capacidad de fabricación, la seguridad médica y la necesidad de tratar a pacientes en diversas condiciones, la rapidez para abordar cuestiones legales y políticas, la logística y el suministro. ^{[ 35 ]} NECSI cuenta con científicos de Harvard y MIT, así como de otros expertos en pandemias, medicina, sistemas, riesgos y recopilación de datos. ^{[ 35 ]}

El Centro de Dispositivos Médicos Bakken de la Universidad de Minnesota inició una colaboración con varias empresas para lanzar al mercado una alternativa al respirador artificial que funciona como un robot de un solo brazo y reemplaza la necesidad de ventilación manual en situaciones de emergencia. El dispositivo Coventor se desarrolló en muy poco tiempo y fue aprobado el 15 de abril de 2020 por la FDA , tan solo 30 días después de su concepción. El respirador 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. Su costo es solo alrededor del 4% del de un respirador convencional. Además, este dispositivo no requiere suministro de oxígeno o aire a presión, como suele ser el caso. Boston Scientific fabrica una primera serie . Se planea que esté disponible gratuitamente en línea para el público en general sin regalías. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

La pandemia de COVID-19 ha provocado escasez de bienes y servicios esenciales , desde desinfectantes para manos y mascarillas hasta camas y respiradores. Países de todo el mundo han experimentado escasez de respiradores. ^{[ 38 ]} Además, 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. ^{[ 39 ]}

La capacidad de producir y distribuir respiradores invasivos y no invasivos varía según el país. En la fase inicial de la pandemia, China incrementó su producción de respiradores, obtuvo grandes donaciones de empresas privadas y aumentó drásticamente las importaciones de dispositivos médicos a nivel mundial. Como resultado, el país acumuló una reserva de respiradores durante toda la pandemia en Wuhan. Europa Occidental y Estados Unidos, que superan a China en capacidad de producción, sufrieron escasez de suministros debido a los brotes repentinos y dispersos en los continentes norteamericano y europeo. Finalmente, Asia Central , África y América Latina , que dependen casi por completo de la importación de respiradores, sufrieron una grave escasez de suministros.

Los responsables de la formulación de políticas sanitarias se han enfrentado a serios desafíos para estimar el número de respiradores necesarios y utilizados durante la pandemia. Cuando no se dispone de datos específicos sobre respiradores, a veces se realizan estimaciones basadas en el número de camas disponibles en las unidades de cuidados intensivos , que suelen contener respiradores. ^{[ 40 ]}

• ventilación artificial
• Pulmón de acero (ventilador de tanque)
• Ventilador Bragg-Paul
• Ventilador líquido
• Hardware de código abierto
• Terapia respiratoria
• Ventilador oscilatorio de alta frecuencia SensorMedics
• Experimento con dos globos
• Lista de fabricantes de respiradores
• Robert Martensen
• José Stoddart

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• Definición de ventilador en el diccionario Wikcionario