Un ventilador es un tipo de aparato respiratorio , una clase de tecnología médica que proporciona ventilación mecánica moviendo el aire respirable dentro y fuera de los pulmones , para administrar aire a un paciente que no puede respirar físicamente o que respira de manera insuficiente. Los ventiladores pueden ser máquinas computarizadas controladas por microprocesador , pero los pacientes también pueden ser ventilados con una simple máscara de válvula de bolsa accionada manualmente . Los ventiladores se utilizan principalmente en medicina de cuidados intensivos , atención domiciliaria y medicina de emergencia (como unidades independientes) y en anestesiología (como componente de una máquina de anestesia ).
Los ventiladores a veces se denominan "respiradores", un término comúnmente utilizado para ellos en la década de 1950 (particularmente el "respirador de pájaros" ). Sin embargo, la terminología médica contemporánea utiliza la palabra " respirador " para referirse a una mascarilla que protege a sus usuarios contra sustancias peligrosas en el aire. [1]
En su forma más simple, un ventilador de presión positiva moderno , consta de un depósito o turbina de aire comprimible, 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 ambiental o, en la mayoría de los casos, una mezcla de aire/oxígeno al paciente. Si se utiliza una turbina, ésta empuja el 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 exhala pasivamente debido a la elasticidad de los pulmones , y el aire exhalado generalmente se libera a través de una válvula unidireccional dentro del circuito del paciente llamada colector del paciente.
Los ventiladores también pueden estar equipados con sistemas de monitoreo y alarma para parámetros relacionados con el paciente (p. ej., presión, volumen y flujo) y la función del ventilador (p. ej., fuga de aire, falla eléctrica, falla mecánica), baterías de respaldo, tanques de oxígeno y control remoto. . Hoy en día, el sistema neumático se sustituye a menudo por una turbobomba controlada por ordenador .
Los ventiladores modernos están controlados electrónicamente mediante un pequeño sistema integrado para permitir la adaptación exacta de las características de presión y flujo a las necesidades de cada paciente. Los ajustes del ventilador ajustados 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 estas configuraciones, 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 normalmente consta de un conjunto de tres tubos de plástico duraderos pero livianos, separados por función (p. ej., 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 sólo mientras duermen y descansan, emplean principalmente una mascarilla nasal. Los métodos invasivos requieren intubación , que para la dependencia de un 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 de laringe o nasal.
Como un fallo puede provocar 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, incluido su suministro de energía . 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. [2] Por lo tanto, los ventiladores mecánicos se diseñan cuidadosamente para que ningún punto de falla pueda poner en peligro al paciente. Pueden tener mecanismos manuales de respaldo 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 válvula antiasfixia 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 corte de energía o suministro de gas defectuoso, y métodos para operar o pedir ayuda si sus mecanismos o software fallan. [3] 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. [4] 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. [4]
La historia de la ventilación mecánica comienza con varias versiones de lo que finalmente se llamó pulmón de hierro , una forma de ventilador de presión negativa no invasivo ampliamente utilizado durante las epidemias de polio del siglo XX, tras la introducción del "respirador bebedor" en 1928, se introdujeron mejoras. por John Haven Emerson en 1931, [5] y el respirador Both en 1937. Otras formas de ventiladores no invasivos, también utilizados ampliamente para pacientes con polio, incluyen la ventilación bifásica Cuirass , la cama mecedora y máquinas de presión positiva bastante primitivas. [5]
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 utilizarse 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 creó lo que se convirtió en la primera UCI médico-quirúrgica del mundo que utilizaba relajantes musculares y ventilación controlada. [6]
En el Reino Unido, los modelos de East Radcliffe y Beaver fueron los primeros ejemplos. El primero utilizó un engranaje de buje de bicicleta Sturmey-Archer para proporcionar una gama de velocidades, y el segundo, un motor de limpiaparabrisas de automóvil para impulsar los fuelles utilizados para inflar los pulmones. [7] Sin embargo, los motores eléctricos eran un problema en los quirófanos de aquella época, ya que su uso provocaba un 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 totalmente accionado por gas y se convirtió en el modelo más popular utilizado en Europa. Era un diseño elegante y se convirtió en el favorito de los anestesistas europeos durante cuatro décadas, antes de la introducción de los modelos controlados por electrónica. Era independiente de la energía eléctrica y no provocaba peligro de explosión. La unidad Mark I original fue desarrollada para convertirse en Manley Mark II en colaboración con la empresa Blease, que fabricó miles de estas unidades. Su principio de funcionamiento era muy sencillo: se utilizaba un flujo de gas entrante para levantar un fuelle con peso, que caía intermitentemente por gravedad, forzando los gases respirables a entrar en los pulmones del paciente. La presión de inflado podría variarse deslizando el peso móvil sobre los fuelles. El volumen de gas entregado se podía ajustar mediante un control deslizante curvo, que restringía la excursión del fuelle. La presión residual después de completar la espiración también se podía configurar mediante un pequeño brazo con peso 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 habitual.
El lanzamiento en 1955 del "Bird Universal Medical Respirator" 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. [8] La unidad se vendió como respirador Bird Mark 7 y se llamó informalmente "Bird". Era un dispositivo neumático y, por tanto, no requería fuente de energía eléctrica para funcionar.
En 1965, se desarrolló el respirador de emergencia del ejército 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 funciones de reanimación complejas. [9] La eliminación de piezas móviles aumentó la confiabilidad del rendimiento y minimizó el mantenimiento. [10] La máscara está compuesta por un bloque de poli(metacrilato de metilo) (conocido comercialmente como Lucite ), aproximadamente del tamaño de una baraja de cartas, con canales mecanizados y una placa de cubierta cementada o atornillada. [11] La reducción de piezas móviles redujo los costes de fabricación y aumentó la durabilidad. [10]
El diseño del amplificador de fluido biestable permitió que el respirador funcionara como asistente respiratorio y como controlador. Podría realizar una transición funcional entre asistente y controlador de forma automática, según las necesidades del paciente. [11] [10] La presión dinámica y el flujo turbulento de gas desde la inhalación hasta la exhalación permitieron que el respirador se sincronizara con la respiración del paciente. [12]
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 . Se trataba de un ventilador electrónico pequeño, silencioso y eficaz, con el famoso sistema de retroalimentación SERVO controlando lo configurado y regulando la entrega. Por primera vez, la máquina pudo suministrar el volumen establecido en ventilación con control de volumen.
El control por microprocesador dio lugar a la tercera generación de ventiladores para unidades de cuidados intensivos (UCI), comenzando con el Dräger EV-A [13] en 1982 en Alemania, que permitía monitorear la curva respiratoria del paciente en un monitor LCD . Un año más tarde, le siguieron Puritan Bennett 7200 y Bear 1000, SERVO 300 y Hamilton Veolar durante la siguiente década. Los microprocesadores permiten la administración y el monitoreo de gas personalizados, y mecanismos de administración de gas que responden mucho más a las necesidades del paciente que las generaciones anteriores de ventiladores mecánicos. [14]
Un ventilador de código abierto es un ventilador para situaciones de desastre fabricado con un diseño con licencia gratuita e, idealmente, componentes y piezas de libre disponibilidad. Los diseños, componentes y piezas pueden ser desde ingeniería inversa hasta creaciones completamente nuevas, los componentes pueden ser adaptaciones de varios productos existentes económicos y piezas especiales difíciles de encontrar y/o costosas pueden imprimirse en 3D en lugar de obtenerse. [15] [16]
Durante la pandemia de COVID-19 de 2019-2020 , se han considerado varios tipos de ventiladores. Las muertes causadas por COVID-19 se han producido cuando los infectados más gravemente experimentan el síndrome de dificultad respiratoria aguda , una inflamación generalizada de los pulmones que altera la capacidad de los pulmones para absorber oxígeno y expulsar dióxido de carbono. Estos pacientes requieren un ventilador capaz de seguir respirando.
Entre los ventiladores que podrían utilizarse para tratar a personas con COVID-19, ha habido muchas preocupaciones. Estos incluyen la disponibilidad actual, [17] [18] el desafío de fabricar más ventiladores y de menor costo, efectividad, [19] diseño funcional , seguridad, [20] [21] portabilidad, [22] idoneidad para bebés, [23] asignación para tratar otras enfermedades y capacitación de operadores. [24] Implementar 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 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 iniciara un proyecto La-Tecnologia , [27] [ se necesita fuente no primaria ] para responder a la escasez esperada de ventiladores que causaría una mayor tasa de mortalidad 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 sobre pruebas exitosas [31] 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. [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 los que se está trabajando. [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 en el tratamiento de cuestiones legales y políticas, la logística y el suministro. [35] NECSI cuenta con científicos de Harvard y MIT y otros que tienen conocimientos sobre 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 llevar al mercado una alternativa de ventilador que funcione como un robot de un solo brazo y reemplace 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 que lo utilicen profesionales médicos capacitados en unidades de cuidados intensivos y es fácil de operar. Tiene un diseño compacto y su fabricación y distribución son relativamente económicas. El costo es sólo alrededor del 4% de un ventilador normal. Además, este dispositivo no requiere oxígeno a presión ni suministro de aire, como suele ser el caso. Una primera serie es fabricada por Boston Scientific . Los planes estarán disponibles 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 hasta mascarillas, camas y ventiladores. [ cita necesaria ] Países de todo el mundo han experimentado escasez de ventiladores. [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]
Las capacidades para producir y distribuir ventiladores invasivos y no invasivos varían según el país. En la fase inicial de la pandemia, China aumentó su producción de ventiladores, obtuvo grandes cantidades de donaciones de empresas privadas y aumentó drásticamente las importaciones de dispositivos médicos en todo el mundo. Como resultado, el país acumuló una reserva de ventiladores durante 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 por los continentes norteamericano y europeo. Finalmente, Asia Central , África y América Latina , que dependen casi por completo de la importación de ventiladores, sufrieron una grave escasez de suministros. [ cita necesaria ]
Los responsables de las políticas sanitarias se han enfrentado a serios desafíos para estimar la cantidad de ventiladores necesarios y utilizados durante la pandemia. Cuando a menudo no hay datos disponibles específicamente para los ventiladores, a veces se hacen estimaciones basadas en la cantidad de camas de unidades de cuidados intensivos disponibles, que a menudo contienen ventiladores. [40]
En 2006, el presidente George W. Bush firmó la Ley de Preparación para Pandemias y Todos los Peligros , que creó la Autoridad de Investigación y Desarrollo Biomédico Avanzado (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 de dólares a Newport Medical Instruments , una pequeña empresa de California, para fabricar 40.000 ventiladores por menos de 3.000 dólares cada uno. En 2011, Newport envió tres prototipos a los Centros para el Control de Enfermedades . En 2012, Covidien , un fabricante de dispositivos médicos valorado en 12.000 millones de dólares al año, que fabricaba ventiladores de la competencia más caros, compró Newport por 100 millones de dólares. Covidien retrasó y en 2014 canceló el contrato.
BARDA comenzó de nuevo con una nueva empresa, Philips , y en julio de 2019, la FDA aprobó el ventilador Philips y el gobierno ordenó la entrega de 10.000 ventiladores a mediados de 2020. [41]
El 23 de abril de 2020, la NASA informó que había construido, en 37 días, un ventilador COVID-19 exitoso, llamado VITAL ("Tecnología de intervención de ventiladores accesible localmente"). El 30 de abril, la NASA informó haber recibido aprobación rápida para uso de emergencia por parte de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos para el nuevo ventilador. [42] [43] [44] El 29 de mayo, la NASA informó que se seleccionaron ocho fabricantes para fabricar el nuevo ventilador. [45]
El 7 de abril de 2020, el primer ministro Justin Trudeau anunció que el gobierno federal canadiense adquiriría miles de ventiladores 'Hechos en Canadá'. Varias organizaciones respondieron de todo el país. [46] Entregaron una gran cantidad de ventiladores a la Reserva Estratégica de Emergencia Nacional. De oeste a este, las empresas incluyen Canadian Emergency Ventilators Inc, Bayliss Medical Inc, Thornhill Medical, Vexos Inc y CAE Inc.
Medios relacionados con ventiladores en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de ventilador en Wikcionario