Ventilator - Ventilator

Ventilator
VIP Bird2.jpg
Ventilatorul pentru păsări VIP VIP
Specialitate Pneumologie

Un ventilator este o mașină care asigură ventilație mecanică prin deplasarea aerului respirabil în și din plămâni , pentru a oferi respirații unui pacient care este incapabil fizic să respire sau să respire insuficient. Ventilatoarele sunt mașini computerizate controlate de microprocesor , dar pacienții pot fi, de asemenea, ventilați cu o mască de supapă simplă, acționată manual . Ventilatoarele sunt utilizate în principal în medicină-terapie intensivă , de îngrijire la domiciliu , și medicina de urgență (ca unități de sine stătătoare) și în anesteziologie (ca o componentă a unei mașini de anestezie ).

Ventilatoarele sunt uneori numite „aparate de respirat”, un termen folosit în mod obișnuit pentru acestea în anii 1950 (în special „aparatul de respirat pentru păsări” ). Cu toate acestea, terminologia contemporană a spitalului și a medicului folosește cuvântul „ respirator ” pentru a se referi în schimb la o mască de față care protejează purtătorii împotriva substanțelor periculoase din aer.

Funcţie

Un set standard pentru un ventilator într-o cameră de spital. Ventilatorul împinge aerul cald și umed (sau aerul cu oxigen crescut) la pacient. Aerul expirat curge departe de pacient.

În forma sa cea mai simplă, un ventilator modern cu presiune pozitivă constă dintr-un rezervor de aer comprimabil sau turbină, surse de aer și oxigen , un set de supape și tuburi și un „circuit pacient” de unică folosință sau reutilizabil. Rezervorul de aer este comprimat pneumatic de mai multe ori pe minut pentru a furniza pacientului camera-aer sau, în majoritatea cazurilor, un amestec de aer / oxigen. Dacă se utilizează o turbină, turbina împinge aerul prin ventilator, cu o supapă de debit care ajustează presiunea pentru a îndeplini parametrii specifici pacientului. Când este eliberată suprapresiunea, pacientul va expira pasiv datorită elasticității plămânilor , aerul expirat fiind eliberat de obicei printr-o supapă unidirecțională din circuitul pacientului numită colectorul pacientului.

Ventilatoarele pot fi, de asemenea, echipate cu sisteme de monitorizare și alarmă pentru parametrii legați de pacient (de exemplu, presiune, volum și debit) și funcția ventilatorului (de exemplu, scurgeri de aer, întreruperi de energie, defecțiuni mecanice), baterii de rezervă, rezervoare de oxigen și telecomandă . În prezent, sistemul pneumatic este adesea înlocuit de o turbopompă controlată de computer .

Ventilatoarele moderne sunt controlate electronic de un mic sistem încorporat pentru a permite adaptarea exactă a presiunii și a caracteristicilor debitului la nevoile individuale ale pacientului. Setările ventilatorului reglate fin servesc, de asemenea, pentru a face ventilația mai tolerabilă și mai confortabilă pentru pacient. În Canada și Statele Unite, terapeuții respiratori sunt responsabili de reglarea acestor setări, în timp ce tehnologii biomedici sunt responsabili de întreținere. În Regatul Unit și Europa, gestionarea interacțiunii pacientului cu ventilatorul se face de către asistenții medicali de îngrijire critică .

Circuitul pacientului constă de obicei dintr-un set de trei tuburi din plastic durabile, dar ușoare, separate prin funcție (de exemplu, aerul inhalat, presiunea pacientului, aerul expirat). Determinat de tipul de ventilație necesar, capătul circuitului pacientului poate fi fie neinvaziv, fie invaziv.

Metodele neinvazive, cum ar fi presiunea continuă pozitivă a căilor respiratorii (CPAP) și ventilația neinvazivă , care sunt adecvate pentru pacienții care necesită un ventilator numai în timp ce dorm și odihnesc, utilizează în principal o mască nazală. Metodele invazive necesită intubație , care pentru dependența pe termen lung a ventilatorului va fi în mod normal o canulă de traheotomie , deoarece aceasta este mult mai confortabilă și mai practică pentru îngrijirea pe termen lung decât este laringele sau intubația nazală.

Sistem critic pentru viață

Deoarece defectarea poate duce la moarte, sistemele de ventilație mecanică sunt clasificate ca sisteme critice pentru viață și trebuie luate măsuri de precauție pentru a se asigura că sunt extrem de fiabile, inclusiv alimentarea cu energie electrică . Insuficiența ventilatorie este incapacitatea de a susține o rată suficientă de eliminare a CO 2 pentru a menține un pH stabil fără asistență mecanică, oboseală musculară sau dispnee intolerabilă. Prin urmare, ventilatoarele mecanice sunt proiectate cu atenție, astfel încât niciun punct unic de defecțiunenu poată pune în pericol pacientul. Acestea pot avea mecanisme de rezervă manuale pentru a permite respirația manuală în absența energiei (cum ar fi ventilatorul mecanic integrat într-o mașină anestezică ). De asemenea, pot avea supape de siguranță, care se deschid către atmosferă în absența puterii pentru a acționa ca o supapă anti-sufocare pentru respirația spontană a pacientului. Unele sisteme sunt, de asemenea, echipate cu rezervoare de gaz comprimat, compresoare de aer sau baterii de rezervă pentru a asigura ventilația în caz de întrerupere a alimentării sau alimentarea cu gaz defectă și metode de funcționare sau apel pentru ajutor în cazul în care mecanismele sau software-ul lor cedează. Defecțiunile de curent , cum ar fi în timpul unui dezastru natural, pot crea o situație de urgență care pune viața în pericol pentru persoanele care folosesc ventilatoare într-un cadru de îngrijire la domiciliu. Bateria poate fi suficientă pentru o scurtă pierdere de energie electrică, dar întreruperile mai lungi de curent ar putea necesita accesul la spital.

Istorie

Istoria ventilației mecanice începe cu diverse versiuni ale a ceea ce a fost numit în cele din urmă plămânul de fier , o formă de ventilator neinvaziv cu presiune negativă utilizat pe scară largă în timpul epidemiilor de poliomielită din secolul al XX-lea, după introducerea „respiratorului de băut” în 1928, îmbunătățiri introduse de John Haven Emerson în 1931, și respiratorul Ambele în 1937. Alte forme de ventilatoare neinvazive, de asemenea utilizate pe scară largă pentru pacienții cu poliomielită, includ Ventilația cuirază bifazică, patul oscilant și mașinile de presiune pozitivă destul de primitive.

În 1949, John Haven Emerson a dezvoltat un asistent mecanic pentru anestezie cu cooperarea departamentului de anestezie de la Universitatea Harvard . Ventilatoarele mecanice au început să fie utilizate din ce în ce mai mult în anestezie și terapie intensivă în anii 1950. Dezvoltarea lor a fost stimulată atât de necesitatea tratamentului pacienților cu poliomielită, cât și de utilizarea crescândă a relaxanților musculari în timpul anesteziei. Medicamentele relaxante paralizează pacientul și îmbunătățesc condițiile de operare ale chirurgului, dar paralizează și mușchii respiratori. În 1953, Bjørn Aage Ibsen a înființat ceea ce a devenit primul ICU medical / chirurgical din lume care utilizează relaxante musculare și ventilație controlată.

O mașină cu furtunuri și manometre pe o căruță cu roți
Un model respirator East-Radcliffe de la mijlocul secolului al XX-lea

În Regatul Unit, modelele East Radcliffe și Beaver au fost exemple timpurii. Primul a folosit un angrenaj butuc Sturmey-Archer pentru a oferi o serie de viteze, iar cel de-al doilea un motor de ștergător de parbriz auto pentru a acționa burduful folosit pentru umflarea plămânilor. Cu toate acestea, motoarele electrice au reprezentat o problemă în sălile de operații de atunci, deoarece utilizarea lor a provocat un pericol de explozie în prezența anestezicelor inflamabile precum eterul și ciclopropanul . În 1952, Roger Manley de la Spitalul Westminster , Londra, a dezvoltat un ventilator care a fost în întregime alimentat cu gaz și a devenit cel mai popular model utilizat în Europa. A fost un design elegant și a devenit un mare favorit al anestezistilor europeni timp de patru decenii, înainte de introducerea modelelor controlate de electronică. Acesta a fost independent de puterea electrică și nu a provocat niciun pericol de explozie. Unitatea originală Mark I a fost dezvoltată pentru a deveni Manley Mark II în colaborare cu compania Blease, care a fabricat multe mii din aceste unități. Principiul său de funcționare a fost foarte simplu, un flux de gaz primit a fost folosit pentru a ridica o unitate de burduf ponderată, care a căzut intermitent sub gravitație, forțând gazele de respirație în plămânii pacientului. Presiunea de umflare poate fi variată prin alunecarea greutății mobile deasupra burdufului. Volumul de gaz livrat a fost reglabil folosind un glisor curbat, care a restricționat excursia burdufului. Presiunea reziduală după finalizarea expirării a fost, de asemenea, configurabilă, utilizând un braț mic ponderat vizibil în partea dreaptă jos a panoului frontal. Aceasta a fost o unitate robustă, iar disponibilitatea sa a încurajat introducerea tehnicilor de ventilație cu presiune pozitivă în practica anestezică europeană obișnuită.

Lansarea din 1955 a „Bird Universal Medical Respirator” de la Forrest Bird în Statele Unite a schimbat modul în care a fost efectuată ventilația mecanică, cutia verde mică devenind o piesă familiară de echipament medical. Unitatea a fost vândută sub numele de Bird Mark 7 Respirator și numită în mod informal „Bird”. Era un dispozitiv pneumatic și, prin urmare, nu necesita o sursă de energie electrică pentru a funcționa.

În 1965, Respiratorul de Urgență al Armatei a fost dezvoltat în colaborare cu Laboratoarele Harry Diamond (acum face parte din Laboratorul de Cercetare al Armatei SUA ) și Institutul de Cercetare al Armatei Walter Reed . Proiectarea sa a încorporat principiul amplificării fluidelor pentru a guverna funcțiile pneumatice. Amplificarea fluidului a permis ca respiratorul să fie fabricat în întregime fără piese în mișcare, dar capabil de funcții complexe de resuscitare. Eliminarea pieselor în mișcare a sporit fiabilitatea performanței și a minimizat întreținerea. Masca este compusă dintr-un poli (metacrilat de metil) (cunoscut comercial sub numele de Lucite ), de dimensiunea unui pachet de carduri, cu canale prelucrate și o placă de acoperire cimentată sau înșurubată. Reducerea pieselor mobile reduce costurile de fabricație și durabilitate sporită.

Designul amplificatorului de fluid bistabil a permis respiratorului să funcționeze atât ca un asistor respirator, cât și ca un controler. Ar putea trece în mod funcțional între asistor și controler în mod automat, pe baza nevoilor pacientului. Presiunea dinamică și fluxul turbulent de jet de gaz de la inhalare la expirație au permis respirației să se sincronizeze cu respirația pacientului.

Mediile de terapie intensivă din întreaga lume au revoluționat în 1971 prin introducerea primului ventilator SERVO 900 (Elema-Schönander), construit de Björn Jonson . A fost un ventilator electronic mic, silențios și eficient, cu faimosul sistem de feedback SERVO care controlează ceea ce a fost setat și care reglementează livrarea. Pentru prima dată, mașina ar putea livra volumul setat în ventilația de control al volumului.

Ventilatoarele utilizate sub presiune crescută (hiperbară) necesită precauții speciale și puține ventilatoare pot funcționa în aceste condiții. În 1979, Sechrist Industries și-a introdus ventilatorul Model 500A, care a fost special conceput pentru a fi utilizat cu camere hiperbarice .

Ventilatoare cu microprocesor

Controlul microprocesorului a condus la a treia generație de ventilatoare pentru unități de terapie intensivă (UCI), începând cu Dräger EV-A în 1982 în Germania, ceea ce a permis monitorizarea curbei de respirație a pacientului pe un monitor LCD . Un an mai târziu a urmat Puritan Bennett 7200 și Bear 1000, SERVO 300 și Hamilton Veolar în următorul deceniu. Microprocesoarele permit livrarea și monitorizarea personalizate a gazelor și mecanisme de livrare a gazului care sunt mult mai receptive la nevoile pacienților decât generațiile anterioare de ventilatoare mecanice.

Ventilatoare open-source

Un ventilator cu sursă deschisă este un ventilator pentru situații de dezastru realizat utilizând un design liber licențiat și, în mod ideal, componente și piese disponibile gratuit. Proiectele, componentele și piesele pot fi de oriunde, de la inginerie completă inversă la creații complet noi, componentele pot fi adaptări ale diferitelor produse existente ieftine, iar piesele speciale greu de găsit și / sau scumpe pot fi imprimate 3D în loc să fie obținute.

În timpul pandemiei COVID-19 2019–2020 , au fost luate în considerare diferite tipuri de ventilatoare. Decesele cauzate de COVID-19 s - au produs atunci când cei mai grav infectați suferă de sindrom de detresă respiratorie acută , o inflamație răspândită în plămâni care afectează capacitatea plămânilor de a absorbi oxigenul și de a expulza dioxidul de carbon. Acești pacienți necesită un ventilator capabil pentru a continua să respire.

Printre ventilatoarele care ar putea fi aduse în lupta COVID-19, au existat multe îngrijorări. Acestea includ disponibilitatea actuală, provocarea de a face ventilatoare cu costuri mai mici și mai mici, eficacitatea, proiectarea funcțională , siguranța, portabilitatea, adecvarea pentru sugari, misiunea de a trata alte boli și instruirea operatorilor. Folosirea celui mai bun mix posibil de ventilatoare poate salva cele mai multe vieți.

Deși nu este oficial deschis, ventilatorul Ventec V + Pro a fost dezvoltat în aprilie 2020 ca un efort comun între Ventec Life Systems și General Motors , pentru a asigura o aprovizionare rapidă cu 30.000 de ventilatoare capabile să trateze pacienții cu COVID-19.

Un efort major de proiectare la nivel mondial a început în timpul pandemiei de coronavirus 2019-2020 după ce a fost demarat un proiect Hackaday , pentru a răspunde la lipsa preconizată a ventilatorilor, provocând o rată mai mare de mortalitate în rândul pacienților severi.

Pe 20 martie 2020, Serviciul irlandez de sănătate a început să revizuiască proiectele. Un prototip este proiectat și testat în Columbia .

Compania poloneză Urbicum raportează testarea cu succes a unui dispozitiv prototip open-source imprimat 3D numit VentilAid. Producătorii îl descriu ca pe un dispozitiv de ultimă instanță atunci când lipsesc echipamente profesionale. Designul este disponibil public. Primul prototip Ventilaid necesită aer comprimat pentru a funcționa.

Pe 21 martie 2020, New England Complex Systems Institute (NECSI) a început să mențină o listă strategică a proiectelor open source la care se lucrează. Proiectul NECSI ia în considerare capacitatea de fabricație, siguranța medicală și nevoia de tratare a pacienților în diferite condiții, viteza de gestionare a problemelor juridice și politice, logistica și aprovizionarea. NECSI are personal cu oameni de știință de la Harvard și MIT și alții care au o înțelegere a pandemiilor, medicinii, sistemelor, riscurilor și colectării datelor.

Universitatea din Minnesota Bakken Medical Device Center a initiat o colaborare cu diverse companii pentru a aduce o alternativă ventilator pe piață care funcționează ca un singur braț de robot și înlocuiește nevoia de ventilație manuală în situații de urgență. Dispozitivul Coventor a fost dezvoltat într-un timp foarte scurt și aprobat pe 15 aprilie 2020 de către FDA , la numai 30 de zile de la concepție. Ventilatorul mecanic este proiectat pentru utilizare de către profesioniștii medicali instruiți în unitățile de terapie intensivă și ușor de utilizat. Are un design compact și este relativ ieftin de fabricat și distribuit. Costul este de doar aproximativ 4% dintr-un ventilator normal. În plus, acest dispozitiv nu necesită oxigen sub presiune sau alimentare cu aer, așa cum se întâmplă în mod normal. O primă serie este fabricată de Boston Scientific . Planurile trebuie să fie disponibile gratuit online pentru publicul larg, fără redevențe.

Covid-19 pandemie

Pandemie COVID-19 a condus la penurie de bunuri și servicii esențiale - de la sanitizers mana pentru măști pentru paturi de la ventilatoare. Mai multe țări au experimentat deja un deficit de ventilatoare. Cincizeci și patru de guverne, inclusiv multe din Europa și Asia, au impus restricții la exportul de aprovizionare medicală ca răspuns la pandemia de coronavirus.

Numărul ventilatoarelor variază în funcție de țară. Atunci când datele nu sunt disponibile adesea pentru ventilatoare în mod specific, uneori se fac estimări pe baza numărului de paturi de terapie intensivă disponibile, care conțin adesea ventilatoare.

Statele Unite

În 2006, președintele George W. Bush a semnat Legea privind pregătirea pentru pandemii și toate riscurile , care a creat Autoritatea de Cercetare și Dezvoltare Biomedică Avansată (BARDA) din cadrul Departamentului pentru Sănătate și Servicii Umane din Statele Unite . În pregătirea pentru o posibilă epidemie de boli respiratorii, noul birou a atribuit un contract de 6 milioane de dolari Newport Medical Instruments , o mică companie din California, pentru a produce 40.000 de ventilatoare pentru sub 3.000 de dolari bucata. În 2011, Newport a trimis trei prototipuri la Centrele pentru Controlul Bolilor . În 2012, Covidien , un producător de dispozitive medicale de 12 miliarde de dolari pe an, care fabrica ventilatoare concurente mai scumpe, a cumpărat Newport pentru 100 de milioane de dolari. Covidien a întârziat și în 2014 a anulat contractul.

BARDA a început din nou cu o nouă companie, Philips , iar în iulie 2019, FDA a aprobat ventilatorul Philips, iar guvernul a comandat 10.000 de ventilatoare pentru livrare la mijlocul anului 2020.

Pe 23 aprilie 2020, NASA a raportat construirea, în 37 de zile, a unui ventilator COVID-19 de succes, numit VITAL („Ventilator Intervention Technology Accessible Locally”). Pe 30 aprilie, NASA a raportat că a primit aprobarea rapidă pentru utilizarea de urgență de către Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente pentru noul ventilator. Pe 29 mai, NASA a raportat că opt producători au fost selectați pentru fabricarea noului ventilator.

Ventilator NASA VITAL
Echipa de ingineri
Vedere din față
Vedere laterală
Stive de prototipuri de ventilator


Canada

La 7 aprilie 2020, prim-ministrul Justin Trudeau a anunțat că guvernul federal canadian va furniza mii de ventilatoare „Made in Canada”. Un număr de organizații au răspuns din toată țara. Au livrat o cantitate mare de ventilatoare la Depozitul Strategic Național de Urgență. De la vest la est, companiile erau:

  • Ventilatoare de urgență canadiene Inc
  • Bayliss Medical Inc
  • Thornhill Medical
  • Vexos Inc.
  • CAE Inc

Vezi si

Referințe