Noticio

En memoria de nuestro amigo y compañero, Erick Ulises Flores López (QEPD) 29/10/1995-11/06/2021

Diseño y fabricación de un ventilador mecánico invasivo

basado en un ambu (Unidad de Bolsa, Mascarilla y Conductos de aire)

Fecha: 30 de Junio de 2020

Edición: Junio 2020 No. 23

De acuerdo a datos de la Secretaría de Salud, a fecha 24 de junio del 2020, en México se tiene un registro de 197000 personas infectadas por el virus SARS-CoV2 (nuevo coronavirus del Síndrome Respiratorio Agudo Grave), el cual causa la enfermedad COVID-19 (Coronavirus Disease from SARS-CoV2). Del número de contagiados, desafortunadamente 24342 han fallecido y 5402 han sido intubados; es decir, conectados a un ventilador mecánico. Un ventilador mecánico es un dispositivo electromecánico con la capacidad de reemplazar el mecanismo de respiración en pacientes con estado de salud grave. Este tipo de dispositivo proporciona las condiciones mínimas artificiales de respiración que permiten a los mecanismos de defensa del paciente recuperar la salud. Sin embargo, no siempre un paciente intubado recupera su salud: en México, en particular para los pacientes de COVID-19, solamente el 31% de los pacientes lo hace; es un número relativamente bajo, pero el salvar una vida no tiene comparación. Se estima que actualmente el país dispone de alrededor de 7500 ventiladores mecánicos. Al día de hoy, el porcentaje de ocupación de camas de hospitalización que incorporan un ventilador mecánico, a nivel nacional, es del 38% (del 15% para el estado de Guanajuato).

Los ventiladores mecánicos normalmente se adquieren en China y Estados Unidos; sin embargo, debido al carácter global de la pandemia, existe una seria escasez de ellos.

Ante la falta de ventiladores mecánicos de fabricación nacional, en el CIO nos propusimos diseñar un ventilador simple de tal forma que pudiera ser fabricado rápidamente y en grandes cantidades. Para ello, tal y como fue propuesto inicialmente en 2010 por el Massachusetts Institute of Technology, MIT, se puede recurrir al uso de un AMBU (Airway Mask Bag Unit, unidad de mascarilla, bolsa y conductos, o también conocido como Artificial Manual Breathing Unit, unidad para respiración manual artificial) como parte central del aparato a fabricar. Otras partes principales del prototipo son: un mecanismo manivela-biela, motor de limpiaparabrisas, sensores de presión, flujo, oxígeno, temperatura, volumen, concentración de oxígeno en la sangre, frecuencia cardíaca y frecuencia respiratoria. Adicionalmente, se tiene planeado que el prototipo, en un futuro próximo, incorpore elementos innovadores, tales como algoritmos de inteligencia artificial (los algoritmos de inteligencia artificial permiten encontrar soluciones a problemas verdaderamente complejos mediante el procesamiento de todo un conjunto de señales eléctricas, lo cual permite tomar decisiones en forma automatizada). De esta forma, se espera poder contar con un prototipo con óptimas prestaciones que ayude a la pronta recuperación del estado de salud de un paciente. Entre las señales existentes en un ventilador mecánico podemos mencionar la presión de inspiración y exhalación, la presión PEEP (del inglés positive end expiratory pressure, presión positiva al final de la expiración), el flujo de aire de inspiración y expiración, la temperatura de la cara del paciente, la concentración de oxígeno en la sangre, el volumen tidal o corriente y las frecuencias de respiración y cardíaca.

Ahora bien, los valores que pueden tomar las variables físicas anteriormente mencionadas deben ser cuidadosamente seleccionados, tomando en cuenta la condición de salud del paciente; de otra forma, pudieran observarse daños irreversibles en los pulmones. En el prototipo actual (con nivel de maduración de tecnología TRL 5; es decir, que ya fue probado a condiciones similares a las reales), los valores para las diferentes variables están dentro de los rangos recomendables en la literatura médica: rango de volumen tidal, 0-800 ml; frecuencia de respiraciones mandatorias, 0-20 Hz; rango de presiones base, 0-20 cmH2O; rango de presiones de entrada a los alvéolos de los pulmones, desde la presión base hasta 30 cmH2O; rango de concentración de oxígeno del aire inspirado, 21-100%; rango de flujos de aire, 0-30 l/min.

Es importante mencionar que la adquisición de los sensores del dispositivo resultó ser una tarea difícil debido a la escasez de los mismos tanto en el ámbito nacional (productos importados) como internacional. Para reducir esta dependencia tecnológica, en un futuro próximo, esperamos que todos los sensores incluidos en el prototipo sean fabricados en el Cuarto Limpio del CIO.

Para el prototipo de ventilador actual aún falta por realizar: pruebas ante la Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios (COFEPRIS), diseño y fabricación de sensores, e incorporación de elementos de inteligencia artificial; todo ello con el objetivo de alcanzar un prototipo de ventilador mecánico con TRL 8 (que ya ha pasado por pruebas en condiciones reales de trabajo).

Progreso del diseño del prototipo en la línea del tiempo (inicio, 28 de marzo, 2020). Foto final, pruebas de calibración de flujo y presión en el Centro Nacional de Metrología, CENAM (20 de mayo, 2020).