Un respirador electrónico portátil para pacientes con coronavirus

Un equipo de investigadores de la Universidad de Huelva (UHU) ha desarrollado un respirador electrónico que puede ser de gran utilidad en el tratamiento de los pacientes con COVID-19, al garantizar a estos enfermos sus necesidades respiratorias de forma controlada y automática. Un equipo médico que podría atender a gran parte de los enfermos afectados por el virus que necesiten este tipo de recurso respiratorio, lo que ayudaría a mermar el número de pacientes que precisen su ingreso en la UCI, pues podría usarse para ventilar a personas incluso en planta, evitando su deterioro respiratorio y aumentando con ello el porcentaje de supervivencia a la enfermedad.

Investigadores de la UHU que participan en este trabajo.

Se trata de un respirador que nace a raíz de un estudio interdisciplinar, impulsado y coordinado por José Sánchez Segovia, investigador Colaborador Honorario del Departamento de Ciencias Integradas de la Universidad de Huelva, y desarrollado por miembros del grupo de Investigación ‘Control y Robótica (TEP 192)’, dirigido por el catedrático Prof. Dr. José Manuel Andújar, y por los miembros del grupo de ‘Estructura de la Materia (FQM 318)’, dirigido por el catedrático Prof. Dr. Ismael Martel, en el que José Sánchez dirige la línea de investigación en Medicina Nuclear.

En concreto, el grupo del Prof. Andújar se ha encargado del diseño e implementación de la electrónica, sistemas de control, instrumentación y comunicaciones del prototipo, mientras que el equipo del Prof. Ismael Martel ha desarrollado los elementos hidrodinámicos y mecánicos del respirador, con la fabricación en los talleres del grupo a cargo de Carlos García Ramos, profesor del IES pintor Pedro Gómez y también Colaborador Honorario de la universidad, especialista en diseño y control numérico CNC. A estos investigadores se han unido, además, Ladislao Martínez García, antiguo alumno de la universidad en ingeniería electrónica, experto en CAD/CAM, en la producción de piezas con impresoras 3D de tecnología SLA.

El trabajo realizado por José Sánchez, físico médico jubilado del Hospital Juan Ramón Jiménez, experto en electromedicina y respiración asistida, ha sido además vital para caracterizar médicamente el respirador, en contacto con neumólogos e internistas de este centro hospitalario y coordinando la actividad de este equipo de multidisciplinar de médicos, físicos e ingenieros.

El prototipo desarrollado es del tipo BPAP (Bilevel Positive Airway Presure), con regulación independiente de la presión intratorácica, es decir, un nivel durante la inspiración, IPAP (Inspire Positive Airway Pressure), y otro durante la espiración, EPAP (Expire Positive Airway Pressure).

Según explica el investigador José Sánchez Segovia, “la posibilidad de trabajar con diferentes presiones entre EPAP e IPAP es fundamental, pues permite al médico aumentar la ventilación por minuto, consiguiendo de este modo el flujo de aire demandado por el paciente. Para ello, el equipo diseñado dispone de un sofisticado controlador electrónico de flujo por presión, que puede llegar a dar 120 litros/minuto de flujo de aire, enriquecido o no con oxígeno y al porcentaje que el profesional sanitario decida”.

Características del aparato diseñado

El respirador diseñado dispone, asimismo, de una pantalla táctil desde la que el médico, además de monitorizar de forma continua la presión  y el flujo respiratorio del paciente, puede interaccionar de forma muy ergonómica con el respirador, controlando y seleccionando parámetros como la presión IPAP (cm H2O); la presión EPAP (cm H2O); la relación I.E.: relación entre el tiempo de inspiración y expiración; el trigger de flujo para la inspiración (l/min); y el disparo para ciclado por tiempo o por flujo, cuando el paciente demande el fin de la inspiración. Se establece un tiempo máximo de seguridad para que el dispositivo entre en modo controlado de la respiración. El ciclado por tiempo puede ser utilizado, por ejemplo, cuando el paciente esté sedado o cuando no pueda respirar por sí mismo. De hecho, una vez seleccionado por el médico el nivel de disparo, el respirador lleva a cabo el control de la respiración de forma automática, garantizando con ello la ventilación del paciente.

Junto a los mandos de control, la pantalla táctil también muestra al médico otros datos de gran utilidad, como las IPAP y EPAP seleccionadas; la frecuencia respiratoria (FR) o número de respiraciones por minuto del paciente; la relación I:E seleccionada; el volumen corriente o volumen inspirado en cada inspiración (mililitros); el volumen de aire inspirado en litros/min; el porcentaje de oxígeno suministrado al paciente, desde 21% en atmósfera normal hasta el prescrito por el médico; la gráfica en tiempo real de la presión respiratoria (cm H2O); el flujo respiratorio en l/min; y el volumen respiratorio en litros.

El equipo desarrollado dispone también de alarmas para advertir sobre la presión máxima y mínima, el volumen minuto mínimo de respiración (l/m), la FR máxima o si el enfermo presenta apnea, es decir, detecta si no hay respiración en un intervalo de tiempo definido por el médico.

En la práctica, el dispositivo desarrollado dispone de dos modos de funcionamiento: asistido al paciente, siendo éste el que determina el ciclo respiratorio completo; y controlado por el propio respirador, cuando el paciente no es capaz de soportar por sí mismo la respiración.

Por último, otra de las ventajas que ofrece este diseño es que el respirador puede estar conectado a una red de datos vía cable o wifi, o incluso generar su propia red wifi, en caso de que no haya conexión disponible allí donde se instale. “Esta característica permite, por ejemplo, que pacientes en aislamiento puedan ser monitorizados sin necesidad de estar entrando y saliendo de la habitación”, puntualiza José Manuel Andújar.