Clínic Barcelona
Investigación

Desarrollan un respirador de bajo coste para zonas con pocos recursos

Investigadores del grupo Biofísica respiratoria y bioingeniería del IDIBAPS, de la la Unidad de Biofísica y Bioingeniería de la Universidad de Barcelona y del CIBERES han creado un respirador no invasivo de bajo coste y de fácil construcción, destinado a dar apoyo a pacientes con insuficiencia respiratoria en zonas de pocos recursos. Los investigadores han publicado los resultados del estudio en la revista European Respiratory Journal, así como las especificaciones técnicas en código abierto para construirlo.

Los respiradores no invasivos se utilizan comúnmente para tratar a pacientes con dificultad e insuficiencia respiratoria: por ejemplo, a aquellos con síntomas más graves en el caso de tener COVID-19. La ventilación no invasiva se administra mediante máscaras faciales o nasales que introducen aire presurizado hacia los pulmones. Este apoyo al proceso de respiración natural, cuando la enfermedad provoca el fallo de los pulmones, permite al cuerpo luchar contra la infección y mejorar.

El estudio se ha llevado a cabo en la Unidad de Biofísica y Bioingeniería de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud de la Universidad de Barcelona, que lidera el catedrático de Fisiología Ramon Farré, también miembro del Instituto de Investigaciones Biomédicas August Pi i Sunyer (IDIBAPS) y del CIBER de Enfermedades Respiratorias (CIBERES). «Teniendo en cuenta la creciente necesidad de dispositivos de soporte ventilatorio en todo el mundo debida a la pandemia de COVID-19, hemos diseñado un respirador que puede construirse a un precio muy bajo utilizando componentes comerciales. El respirador está destinado a hospitales y sistemas de salud que luchan para cubrir la demanda de soporte respiratorio debida principalmente al coronavirus y otras enfermedades pulmonares graves», explica Farré.

El artículo describe en código abierto cómo construir el ventilador, que se puede replicar fácilmente en regiones de pocos recursos o en las que los suministros de ventilación son limitados.  El equipo de investigación ha diseñado, construido y realizado las pruebas de este respirador mediante una pequeña turbina de alta presión, dos transductores de presión y un controlador con una pantalla digital. Para construirlo se necesitan conocimientos básicos de ingeniería y no se requieren conocimientos previos de ventilación, aunque la aplicación en pacientes se ha de realizar bajo supervisión médica.

Para evaluar la eficacia del prototipo del ventilador, en comparación con un aparato comercial, el equipo de investigación realizó una prueba con doce voluntarios sanos. La respiración de los participantes fue expresamente obstaculizada para simular diferentes niveles de rigidez pulmonar y obstrucción respiratoria. 

Los participantes llevaban mascarillas faciales ajustadas sobre la nariz para facilitar la respiración y puntuaban la sensación de comodidad o malestar que experimentaban, tanto con soporte respiratorio como sin él. Se observó que el ventilador se adaptaba al ritmo respiratorio espontáneo y proporcionaba una sensación de alivio respiratorio similar a la de un respirador comercial.

El equipo también llevó a cabo un banco de pruebas respiratorias, en las que se utilizaron simuladores pulmonares para evaluar la respuesta del respirador en pacientes con diferentes niveles de obstrucción del flujo de aire y rigidez pulmonar. La prueba se realizó en dieciséis situaciones simuladas distintas, cubriendo condiciones de la vida real en las que la ventilación no invasiva se utiliza habitualmente en la práctica clínica. En todos los casos simulados, el prototipo de respirador fue eficaz para que los pulmones se ventilaran eficientemente. 

«Nuestras pruebas demostraron que el prototipo se comportaría de manera similar a un dispositivo convencional de alta calidad al proporcionar apoyo respiratorio a los pacientes que, aunque con gran dificultad, pueden tratar de respirar por sí mismos», apunta Farré.

El prototipo es un respirador no invasivo que proporciona soporte respiratorio; por tanto, no está destinado a los pacientes más graves que están intubados y requieren un respirador mecánico en unidades de cuidados intensivos.

Apoyo científico a nuevos prototipos 

La Unidad de Biofísica y Bioingeniería de la UB tiene una larga trayectoria en la instrumentación para el tratamiento de afecciones respiratorias, especialmente en el campo de la apnea del sueño. Recientemente, Farré y su equipo han asesorado en el diseño de los prototipos de dispositivos de ventilación de emergencia a cargo de Protofy.xyz, GPA Innova y GAS N2. Los tres dispositivos, desarrollados con el apoyo de los hospitales Clínico y Can Ruti, y de la UB, se encuentran en fase de estudio clínico con pacientes, tras la aprobación inicial para hacer el estudio concedida por la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios (AEMPS). El equipo de Farré también ha dado apoyo al dispositivo desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia, actualmente en fase final de desarrollo.

Referencia del artículo:

Low-cost, easy-to-build non-invasive pressure support ventilator for under-resourced regions: open source hardware description, performance and feasibility testing
O. Garmendia, M. A. Rodríguez-Lazaro, J. Otero, P. Phan, A. Stonyanova, A. Tuan Dinh-Xuan. D. Gozal, D. Navajas, J. M. Montserrat i R. Farré. European Respiratory Journal, abril de 2020. Doi: 10.1183/13993003.00846-2020