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

Por| 17 de Abril de 2020 às 17h30

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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.

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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. 

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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.

"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.

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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.

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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. 

"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.

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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.

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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.

Investimento e parcerias

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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. 

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O documento completo pode ser acessado gratuitamente neste link.

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