Em resposta à necessidade urgente de mais ventiladores para tratar pacientes com COVID-19 em estado crítico, uma equipe liderada por engenheiros da Johns Hopkins University está desenvolvendo e prototipando um divisor impresso em 3-D que permitirá que um único ventilador trate vários pacientes. Embora os profissionais médicos tenham expressado preocupações sobre a segurança e eficácia do compartilhamento de ventiladores, a equipe projetou esta ferramenta para lidar com essas preocupações.

"Há uma ênfase agora no uso de engenharia para desenvolver soluções de código aberto para muitos aspectos da crise do COVID-19, mas especialmente para design e produção de ventiladores, "disse Sung Hoon Kang, um professor assistente de engenharia mecânica na Johns Hopkins Whiting School of Engineering que está liderando uma equipe que inclui intensivistas de UTI e especialistas em pulmão na Johns Hopkins School of Medicine. "Uma abordagem é usar um ventilador para tratar vários pacientes. Embora isso seja viável, deve ser seguro para todos os pacientes. Isso significa garantir que cada paciente receba os cuidados de que precisa, sem enganar ninguém. Isso é o que pretendemos criar. "

Uma doença pulmonar grave chamada síndrome da dificuldade respiratória aguda, ou ARDS, é a principal causa de morte para pacientes COVID-19. Em indivíduos com ARDS, fluido se acumula nos pulmões, limitar a quantidade de oxigênio na corrente sanguínea e privar órgãos vitais do oxigênio de que precisam para funcionar adequadamente. A condição deve ser controlada por um ventilador.

Conforme o surto de COVID-19 se espalha, muitos centros de saúde estão lutando contra a falta de máquinas necessárias para tratar os pacientes mais enfermos. Essa escassez já afetou efetivamente o sistema de saúde na Itália, que atualmente relata o maior número mundial de fatalidades relacionadas ao COVID-19, com mais de 13, 000

Alguns profissionais médicos expressaram preocupação sobre a prática de compartilhar ventiladores. Primeiro, conectar vários pacientes ao mesmo ventilador pode espalhar germes e criar uma chance de contaminação cruzada. Outra preocupação é que um ventilador compartilhado por várias pessoas não daria a todas elas o nível necessário de oxigênio, o que poderia levar a resultados ruins para os pacientes e altas taxas de mortalidade.

De acordo com Kang, o novo design da equipe visa a proteção contra esses riscos. O novo design inclui um controlador de fluxo de ar e medidores de fluxo, permitindo que os médicos monitorem e ajustem o fluxo de ar para cada paciente. O controlador de volume de ar é um acréscimo importante porque cada paciente intubado requer um controle de fluxo diferente. A equipe também está adicionando um filtro projetado para evitar a contaminação cruzada entre pacientes - importante porque os primeiros relatórios sugerem que aqueles expostos a várias pessoas infectadas apresentam resultados piores.

O divisor também deve ser fácil de implantar, dada a urgência da necessidade.

"Precisamos de um design robusto, mas um que pode ser produzido com um processo de fabricação relativamente simples, como impressão 3-D, "diz Christopher Shallal, um membro da equipe e um júnior com especialização em engenharia biomédica. "Também estamos considerando as diferentes condições e configurações em que as pessoas podem estar imprimindo os divisores do ventilador. Por exemplo, eles podem não ter uma impressora de alta resolução disponível. Portanto, estamos mantendo a escalabilidade em mente enquanto projetamos. "

Dividir ventiladores é um tratamento experimental de emergência que foi usado antes em circunstâncias terríveis, como durante as filmagens de Las Vegas em 2017, quando divisores foram usados ​​para estabilizar adultos jovens feridos, mas saudáveis. Mas dividir um ventilador para tratar vários pacientes em vários estágios de insuficiência pulmonar apresenta um novo e um tanto assustador conjunto de desafios de design, de acordo com Julie Caffrey, professor assistente de cirurgia plástica e reconstrutiva na Johns Hopkins Medicine e um membro da equipe.

"Usar as mesmas configurações de ventilador para pacientes com SDRA com diferentes complacências pulmonares pode ser muito inseguro. Um paciente pode receber muito ar; o outro pode não receber o suficiente, "Caffrey explica." Com ARDS, As estratégias de ventilação para melhorar a sobrevida são freqüentemente usadas para administrar baixo volume corrente e pressão mais alta. Se você não consegue fazer isso, você corre o risco de causar mais trauma aos pulmões que já estão muito aleijados. É muito importante que quando dividimos um ventilador, ainda podemos definir o ventilador para aquele paciente específico. "

A equipe produziu o protótipo e espera finalizar e começar a testar seu projeto em modelos de pulmão dentro de semanas. Uma vez aprovado pelo FDA, eles planejam publicar seu design de código aberto para outros usarem.

"O objetivo aqui é levar essa tecnologia rapidamente para hospitais em todo o mundo - e direto para as pessoas que mais precisam dela, "diz Helen Xun, membro da equipe e estudante de medicina do terceiro ano da Johns Hopkins School of Medicine.