COVID-19 | Como funciona um respirador de UTI? Conheça protótipos nacionais

Por Natalie Rosa | 17 de Abril de 2020 às 17h30
Reprodução

Com a rápida evolução da pandemia do novo coronavírus, que é um vírus altamente contagioso, rapidamente pessoas que estão no grupo de risco da COVID-19 estão ocupando os leitos de hospitais e precisando de equipamentos respiratórios para obter melhora no quadro ou, em casos mais complicados, conseguir sobreviver. O cálculo é simples: quanto mais pessoas necessitam de auxílio médico, mais os hospitais irão lotar e, consequentemente, menos estrutura estará disponível para receber novos pacientes e salvar suas vidas.

Esses equipamentos usados no tratamento da COVID-19 são chamados de ventiladores mecânicos, que ajudam o paciente a respirar artificialmente, uma vez que a doença prejudica o trato respiratório inferior, que envolve a parte inferior da traqueia, brônquios, bronquíolos, alvéolos e pulmões.

Daniel Almeida, professor de elétrica e automação, técnico em eletrônica e em instrumentação industrial, e também fundador do Clube do Técnico, contou ao Canaltech um pouco sobre a mecânica do equipamento, explicando a diferença entre os termos ventilador pulmonar e respirador. Ele diz que um ventilador pulmonar, usado no tratamento da COVID-19, é um dispositivo automático que é conectado às vias aéreas do paciente e que tem o objetivo de aumentar ou prover a ventilação para os pulmões. Já o termo respirador, na verdade, pode ser usado de forma genérica a qualquer tipo de equipamento que disponibiliza ventilação artificial aos pulmões de um ser humano.

"São aparelhos que têm como função principal fornecer e retirar ciclicamente um determinado volume de gás do paciente, a fim de oferecer oxigênio (O2) e retirar o dióxido de carbono (CO2)", relata o professor. A Universidade Federal do Rio de Janeiro também explica em nota que a ventilação mecânica é usada em pacientes que estão na Unidade de Terapia Intensiva (UTI), seja em coma induzido ou sedados, e consiste em um tubo inserido na traqueia, permitindo que um pulmão doente receba pressão o suficiente para resistir.

O novo coronavírus, ao entrar em contato com o pulmão, pode causar uma infecção, inflamando os órgãos a ponto de impedir que eles sejam capazes de oxigenar o sangue para que seja feita a remoção de dióxido de carbono. Por isso, o paciente acaba ofegando em excesso e sentindo dificuldades intensas na hora de respirar, sendo necessário o uso de um respirador.

Soluções novas e mais em conta

Tanto o professor Daniel de Almeida quanto a Universidade Federal do Rio de Janeiro possuem algo em comum: ambos estão desenvolvendo ventiladores mecânicos alternativos para serem produzidos em massa e com custos mais reduzidos. 

O Canaltech perguntou ao engenheiro o por que de os ventiladores mecânicos serem tão caros, custando cerca de R$ 50 mil cada, e como é possível deixá-lo mais barato com diferentes formas de produção. O profissional explicou que quanto maior a procura, mais as peças encarecem por serem, em sua maioria, de tecnologia estrageira.

Foto: Reprodução/Daniel Almeida/Clube do Técnico
Foto: Reprodução/Daniel Almeida/Clube do Técnico

"O meu projeto consiste em usar componentes de controle usados na indústria que são iguais ou melhores na qualidade e confiabilidade, pois são homologados internacionalmente. Na parte do equipamento em que passa o ar comprimido e oxigênio, é utilizada tecnologia hospitalar", explica.

O vídeo abaixo mostra o protótipo inicial em funcionamento:

Segundo Jurandir Nadal, responsável pela equipe de pesquisadores que está criando o ventilador mecânico na UFRJ, o equipamento sendo projetado não deve chegar com a proposta de ser o mais completo e versátil em comparação com os que estão disponíveis na UTI atualmente. "Pelo contrário, é um recurso simples e seguro, porém emergencial, que deve ser utilizado somente quando não houver um equipamento padrão disponível, como pode acontecer em alguns locais durante a pandemia", revela o pesquisador.

Almeida explica que o seu protótipo ainda está em fase de estudos, pois o valor necessário para a fabricação final do primeiro equipamento é muito alto, revelando que está unindo tecnologias industriais e hospitalares juntas. "Depois que estiver pronto e homologado, poderá ser construído em larga escala por preços mais acessíveis. Estes equipamentos são usados não só em casos de COVID-19, como também outros casos que provoquem a falta de ar", diz o profissional.

Na Universidade Federal do Rio de Janeiro, os pesquisadores contam que os principais desafios são as peças envolvidas, por elas serem usadas continuamente por vários dias e serem invasivas ao corpo do paciente. Elas precisam ser altamente resistentes, esterilizáveis e feitas com material biocompatível, evitando que aconteça a liberação de gases tóxicos no organismo. 

Foto: Coppe/UFRJ

"Por isso, a confecção em plástico com impressoras 3D comuns não é uma solução viável. Imagine, por exemplo, uma pessoa que precisa ser ventilada por 23 dias, respirando 30 vezes por minuto. Nesse caso, todas as peças têm que suportar 1 milhão de ciclos respiratórios. Algumas partes móveis precisam ser substituídas, como os filtros – que são trocados diariamente. O monitor e os controles precisam de baterias, pois não podem falhar em casos de falta de energia elétrica, e nem todas as UTIs contam com geradores de reserva", explica Nadal.

Da engenharia para a medicina

Para entender melhor se estes novos respiradores, de fato, seriam úteis para ajudar no tratamento da COVID-19, recebendo o apoio financeiro necessário, conversamos com o Dr. Eduardo Mekitarian Filho, professor de medicina da UNICID (Universidade Cidade de São Paulo) e médico intensivista pediátrico.

Para o intensivista, o modelo de Daniel, assim como novos modelos que vêm surgindo com o intuito de ajudar, é bem-vindo em tempos de pandemia, mas deixa claro que, "quando o assunto é ventilação mecânica em pacientes com doença grave pulmonar, necessitamos do melhor que temos em termos de aparelhos e monitores". 

Questionamos também o mecanismo de ação do projeto em um cenário prático, dentro de uma UTI. "O ventilador mecânico, em partes, age da mesma maneira. O equipamento em discussão não mostra como regular as pressões que chegam e saem do pulmão do paciente. Pelo vídeo, isto é controlado pelo fluxo de oxigênio e ar comprimido. Isto é característica dos ventiladores mais antigos e coloca em risco a vida do paciente. Um aparelho seguro precisa de ajuste não no fluxo de ar, que em geral é automático e controlado pelo aparelho, e sim das pressões a serem liberadas para o doente. Além disso, o 'balão' não pode desinsuflar por completo, pois se o mesmo acontece nos pulmões a doença é piorada", explica o profissional. Sendo assim, é preciso de um especialista acompanhando qualquer desenvolvimento de respirador mecânico para que a sua eficácia seja comprovada, além de testes laboratoriais e, depois da aprovação dos comitês de ética, envolvendo pessoas.

O protítipo, no entanto, ainda não está finalizado. "Faltam as válvulas de entrada de regulagem de pressão de oxigênio e ar comprimido, fluxômetros, a válvula do blender responsável pela mistura manual do ar comprimido e hospitalar, sensores e segurança interligados ao comando e a válvula do peep que controla a respiração, fazendo com que o pulmão não "exploda" com muito ar e não colabe com pouco ar ou vácuo", diz o professor.

O engenheiro ainda finaliza, explicando que a respiração do aparelho é regulada em tono de 5 a 12 cmH2O, dependendo da criticidade de cada paciente. "Menor que 5 cmH2O colaba o pulmão, e maior que 25(30) cmH2O pode estourar", ressalta.

Imagem: Reprodução

Investimento e parcerias

Ambos os projetos estão em fase inicial e dependem de muita pesquisa, estudo, testes e, principalmente, parcerias e investimentos para que cheguem aos hospitais. "É importante lembrar que o protótipo precisa ser aperfeiçoado, melhorado, adequado, testado e homologado, e só depois de ser fabricado será possível definir os valores necessários", explica o professor, contando que lançou uma campanhas online para arrecadar fundos para conseguir dar continuidade à fabricação do protótipo.

A UFRJ também está em busca de financiamento e parcerias com governo e instituições, afirmando que já recebeu respostas de grandes companhias e estão em fase de negociação.

Interessados em colaborar financeiramente com o projeto de Daniel de Almeida podem acessar a sua página em site de financiamento coletivo, como Vakinha e Doa Lá, fazendo a doação de qualquer valor a partir de R$ 10. Para obter mais informações sobre o projeto da UFRJ e apresentar propostas, basta preencher um formulário no site oficial da universidade.

Empresas e universidades interessadas em criar projetos de desenvolvimento de ventiladores respiratórios já podem se basear em um modelo criado pela Anvisa, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária, com processos seguros. "Todas essas medidas são justificadas pelo atual cenário de emergência em saúde, que pressiona a relação entre a demanda e a oferta de equipamentos médicos e hospitalares. Nesse caso, o ventilador mecânico auxilia os pulmões do paciente a inspirar e expirar", diz a agência. 

O documento completo pode ser acessado gratuitamente neste link.

Com informações de: Universidade Federal do Rio de Janeiro, Anvisa

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