Enquanto os Estados Unidos e o resto do mundo lutam desesperadamente para lidar com a pandemia COVID-19 , os hospitais enfrentam uma escassez crítica de ventiladores, os dispositivos de cabeceira que ajudam os pacientes que têm dificuldade para respirar por conta própria.
U.S. hospitals have about 160,000 ventilators, with another 12,700 available from the federal government's National Strategic Stockpile, the New York Times reported March 18, 2020. But it's feared that will be nowhere near enough to cope with all the people who could become seriously ill from the virus .
All this has suddenly focused attention on a piece of medical equipment that most of us probably haven't given much thought to, any more than we think about breathing itself. But for someone who can't get air into his or her lungs, the device — which ranges in price from $25,000 to $50,000, according to the Washington Post — can be a lifesaver.
How Do Ventilators Work?
Ventilators assist patients with a number of different conditions. "They can be used to help people breath during routine surgery under anesthesia or also when patients are sick and have difficulty breathing due to their illness," explains Dr. Paul F. Currier, director of the Respiratory Acute Care Unit for the Division of Pulmonary and Critical Care at Massachusetts General Hospital, via email. A small proportion of people who become infected with COVID-19 may develop inflammation in their lungs. "An even smaller proportion of these patients can develop respiratory failure which is best treated with a ventilator."
"Pense nos pulmões como um balão elástico" , disse por e-mail Kenneth Lutchen , reitor da Faculdade de Engenharia e professor de engenharia biomédica da Universidade de Boston (BU). "Você pode expandir o balão fazendo com que a pressão na abertura (boca) seja maior do que a pressão do outro lado dele. Normalmente respiramos fazendo com que nossos músculos expandam o tórax, o que diminui a pressão ao redor dos pulmões dentro do corpo para que os pulmões se expandem.
"Mas se os pulmões se enchem de fluido ou ficam altamente inflamados - ambos podem acontecer no coronavírus - então as pressões negativas que ocorrem com a respiração normal não são suficientes para expandir os pulmões o suficiente, resultando em troca insuficiente de O2 e CO2", disse Lutchen. continuou. "A alternativa é então 'empurrar' o ar para os pulmões usando um ventilador que cria uma pressão positiva na boca - a entrada do tubo de intubação - grande o suficiente para empurrar o ar fresco para dentro e para fora a cada respiração. Esperançosamente, isso pode manter os níveis de O2 e CO2 no sangue se aproximam do normal até que a inflamação e o acúmulo de líquido cessem e a pessoa possa respirar por conta própria novamente. "
O dispositivo mecânico quadrado com um display digital na parte superior normalmente fica em um carrinho ao lado da cama. Conforme explica o site National Heart, Lung and Blood Institute , o paciente é conectado ao dispositivo por um tubo de respiração que é inserido pelo nariz ou boca na garganta, que é mantido no lugar por uma fita ou uma tira que se ajusta ao cabeça. O tubo nas vias aéreas pode causar algum desconforto e também afeta a capacidade do paciente de falar ou comer. É por isso que a equipe de atendimento pode inserir outro tubo em uma veia para alimentar o paciente com nutrientes, ou - se a pessoa vai ficar em um ventilador por muito tempo - inserir um tubo de alimentação nasogástrico que vai diretamente para o estômago ou intestino delgado através uma abertura criada cirurgicamente.
Ter um tubo descendo pela garganta não é exatamente agradável, mas é importante. "Sem a intubação, várias coisas podem ameaçar a capacidade do ventilador de fazer seu trabalho", explica Lutchen. "Talvez o mais importante seja que se o ventilador apenas soprar na boca, o volume fornecido pode não ir totalmente para o pulmão. Parte dele pode vazar pelo nariz - que está conectado à boca - ou parte pode acabar expandindo as bochechas da pessoa em vez de entrar no pulmão. "
O papel do terapeuta respiratório
Para fazer tudo isso funcionar, os hospitais dependem da experiência de profissionais altamente treinados chamados terapeutas respiratórios. "O terapeuta respiratório determina as configurações apropriadas para atender às necessidades respiratórias do paciente com base na condição da doença subjacente", explica Timothy R. Myers, terapeuta respiratório e diretor de negócios da American Association for Respiratory Care , por e-mail. "A partir desse ponto, eles fornecem monitoramento e avaliação constantes e modificam a configuração conforme a condição do paciente melhora ou piora. Isso incluiria monitoramento não invasivo e medições de análises de sangue para observar os níveis de oxigênio e dióxido de carbono."
Isso requer muito cuidado, porque os pulmões são muito complicados, explica Myers. Embora seja útil pensar nos pulmões como um balão para fins ilustrativos, na realidade, eles são "mais como uma rede de milhões de balões que devem transferir gases entre os pulmões e o sistema circulatório. Quando os pulmões estão danificados ou doentes, cada pulmão e os milhões de balões requerem a entrada e saída de gás de maneira diferente do que quando saudável. Cada paciente é único. "
Nos últimos anos, houve alguns avanços na forma como os ventiladores são usados. "A pesquisa mostrou que usar o tamanho da respiração e pressões baixas melhora os resultados", explica Currier. "Além disso, os pacientes com insuficiência respiratória grave às vezes podem ser virados de barriga para baixo enquanto estão no ventilador, um processo chamado posicionamento de bruços, que muitas vezes pode melhorar seus níveis de oxigênio. Finalmente, para alguns pacientes cujos níveis de oxigênio permanecem baixos apesar de estarem em um ventilador , eles podem receber oxigenação extracorpórea por membrana (ECMO) em alguns centros muito especializados. Esta terapia altamente intensiva pode fazer o sangue circular para fora do corpo para fornecer oxigênio adicional. "
Lutchen's research focuses upon developing safer mechanical ventilators. "Initially the ventilator is working to save a life by keeping proper O2 and CO2 levels," he says. "But it does this by pushing air in and exposing the lung to abnormal pressures, often larger pressures to help expand a stiffer and/or narrower lung. Also a ventilator is programmed to give the exact same breath every time where normal breathing varies a little from breath to breath and we periodically take a big breath. If you need to be on a ventilator for a very long time there is a risk of the repetitive large pressures to cause Ventilator Induced Lung Injury (VILI) which could facilitate Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS). Now the ventilator may no longer be able to provide enough O2 and CO2 exchange."
That's why Lutchen is working with lead investigator Bela Suki, a professor of biomedical engineering at BU, on a concept called variable ventilation, in which the ventilator delivers variable breaths similar to a natural breathing pattern, to avoid repetitive abnormal pressures in the same location when a person breathes. "There is some evidence in animals that this approach is less likely to lead to VILI and can facilitate recovery from ARDS," Lutchen says. "But the approach has not yet been tested in humans."
The Current Rampup
Com a atual escassez de ventiladores, os fabricantes estão aumentando a produção. A Medtronic, uma das maiores fabricantes mundiais de ventiladores, está se preparando para dobrar sua produção, adicionando turnos para manter sua fábrica irlandesa funcionando 24 horas, um representante da empresa Medtronic escreveu.
Mas os fabricantes enfrentam o desafio de aumentar a produção, porque os ventiladores devem ser construídos com muito cuidado. "Como se trata de dispositivos que salvam vidas, aplicam-se padrões muito elevados em termos de garantia de qualidade", disse o fabricante suíço Hamilton Medical AG por e-mail.
Agora isso é interessante
Though modern ventilators have been around only since the 1950s, the concept of mechanically providing air to a patient by inserting a tube was first described by Andreas Vesalius, a Belgian who was a professor at the University of Padua, back in 1543, according to this article on the history of ventilation by Arthur S. Slutsky in the American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine.
