Automatización del sistema de respiración artificial AMBU para casos excepcionales

Abstract

El desarrollo de este mecanismo surge a partir del análisis de los factores que socialmente y a nivel individual el virus “COVID-19 ,también conocido como “coronavirus”, fue generando desde que se manifestó en china hasta el dia de la fecha. Habiendo conocido sus particularidades a nivel biológico y las diferentes preocupaciones que enfrentan los sistemas sanitarios para atender en forma masiva ésta Pandemia, surge la idea de diseñar un dispositivo de bajo costo y de fácil acceso que permita aumentar de manera significativa la respuesta de los sistemas de salud al tratamiento intensivo de los pacientes con esta enfermedad. Es estratégico poder desarrollar una idea que se materialice en muy poco tiempo, que sea de fácil construcción y con materiales que circulen habitualmente en el mercado nacional. La solución que proponemos parte de la recopilación y análisis de la información que circula sobre el virus COVID-19 , las problemáticas que enfrentan los sistemas de salud para el tratamiento de los pacientes y la búsqueda de recursos e instrumentales que siendo usados o no por la medicina, puedan dar apoyo conceptual y/o material a la solución final. Ver el vídeo de lanzamiento

QUIENES SOMOS

Más allá de nuestras identidades, somos un grupo de Diseñadores Industriales que creemos que debemos aportar desde nuestro humilde lugar, una idea, un proyecto, un producto que ayude, junto a otras medidas, a combatir esta pandemia que tanta vidas viene cobrando y promete seguir expandiéndose. Actualmente, a medida que avanzamos con el proyecto, vamos sumando personas de diferentes disciplinas que aportan al proyecto información de primera necesidad para poder ir dando pasos rápidos pero seguros. Hoy el resultado es lo más importante.

CORONAVIRUS La información que circula por las redes y los medios de comunicación nos indica que son virus que pueden causar dolencias de diferentes tipos, un simple resfriado hasta enfermedades graves causante del síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS-CoV) y el que ocasiona el síndrome respiratorio agudo severo (SRAS-CoV). Actualmente estamos enfrentando una cepa de coronavirus que no se había encontrado antes en el ser humano. La transmisión del virus puede realizarse de diferentes maneras: desde los animales a los humanos, entre humanos y desde las superficies contaminadas a los seres vivos a través de las gotas de saliva que se largan al toser, estornudar o escupir. En éste caso particular el origen de la transmisión se dio por contagio de un animal a un humano en la ciudad de Wuhan (China) y desde allí por contacto entre humanos a todo el mundo causando la pandemia que conocemos.

https://elpais.com/sociedad/2020/03/21/actualidad/1584819543_395549.html https://gisanddata.maps.arcgis.com/apps/opsdashboard/index.html#/bda7594740fd4029942 3467b48e9ecf6

Los principales síntomas son fiebre, tos y dificultades para respirar, dolor de cabeza en una primera instancia para luego pasar con mayor gravedad, a síndrome respiratorio agudo severo, neumonía, insuficiencia renal y de no ser tratada la enfermedad puede causar la muerte. Un problema importante y a destacar es que puede transmitirse por personas infectadas que no tienen síntomas, haciendo que la enfermedad posea una capacidad de contagio elevadísima, con una curva exponencial en notable aumento. Esta situación de no saber quien puede estar infectado, porque en un principio no posee síntomas pero contagia, es lo que genera no tener exactitudes sobre las personas que realmente poseen la enfermedad. Las estimaciones realizadas indican que el 80% de las personas que se infectan solo sufrirán una forma leve de la enfermedad. El 15% desarrollará una forma severa de la enfermedad, que requerirá hospitalización. Alrededor del 5% desarrollará la forma más grave de la enfermedad.(1) Las recomendaciones habituales para no propagar la infección son la buena higiene de manos y respiratoria (cubrirse la boca y la nariz al toser y estornudar),la cocción completa de los alimentos y el aislamiento total, evitando salir del hogar. de esta manera se disminuye el contacto entre personas.
(1) https://www.msf.org.ar/actualidad/que-es-como-se-contagia-y-que-hace-coronaviruscovid-19

SISTEMAS DE SALUD
Las autoridades mundiales se encuentran con el grave problema de no poseer una infraestructura sanitaria acorde a las circunstancias que el tratamiento del corona virus propone en materia de atención a una gran cantidad de casos simultaneamente. Actualmente la enfermedad presenta muchas complicaciones en los adultos mayores de 60 años, donde los problemas respiratorios son más agudos y en muchos casos causan la muerte. En otras edades menores puede conbatirse sin graves problemas.
Los diversos tratamientos severos requieren el uso de respiradores artificiales y si bien resuelven de manera efectiva muchas complicaciones respiratorias, no existe en el mundo la cantidad suficiente para tratar a los pacientes que dia a dia la enfermedad genera.
Aca aparece el segundo y gran problema que constituye el colapso del servicio sanitario, por lo que las autoridades de muchos paises se han fijado como objetivo lograr que los hospitales y todas las instituciones de salud que se encuentran combatiendo esta pandemia no sufran dicho colapso en su estructura edilicia como en recursos humanos y materiales, lo cual dejaría sin atención efectiva a muchísimos pacientes, teniendo que elegir en muchos casos quienes viven y quienes no (ha sucedido en Italia y otros países según informan los distintos medios de comunicación). Lo que hay que destacar que los casos que fueron detectados a tiempo y se sometieron a tratamiento (hospitalario como domiciliario), pudieron en su gran mayoría ser dados de alta, pero cuando el virus atraviesa esta fase y causa agudos problemas de respiración, el indice de mortalidad crece significativamente.

ANTECEDENTES
Actualmente en los muchos paises del mundo han aparecido personas e instituciones que reconociendo la problemática que genera la ausencia de respiradores en cantidades escenciales, se han puesto a trabajar de manera conjunta y han podido desarrollar ideas y prototipos de respiradores y ventiladores que pueden ayudar y complementar el tratamiento efectivo para dar cura a los pacientes infectados.
Grandes companias tecnológicas han volcado su produccion de bienes al desarrollo de respiradores de alta complejidad y por otro lado pequeños emprendedores y/o grupo de profesionales de diferentes disciplinas vienen buscando soluciones más sencillas. Existen dispositivos manuales para dar ayuda respiratoria en momentos de resucitación, anestesia y otras circunstancias donde no se puede esperar obtener la atención del paciente con un respirador de última generación. En este punto el sistema de ventilación AMBU (2) es un referente de calidad y con un alto grado de utilización en situaciones de urgencias. Es un dispositivo de baja complejidad y que la mayoria de los actores sanitarios posee: ambulancias, salas de emergencias, hospitales de campaña,grandes centros de salud, etc.
https://www.google.com/search?q=partes+del+ambu&tbm=isch&rlz=1C1AVNC_enAR600AR60 2&hl=es419&ved=2ahUKEwiuvvCZy6_oAhWyALkGHdMEDnkQrNwCKAB6BAgBEDU&biw=1263&bih=887
(2) fuente https://es.wikipedia.org/wiki/Amb%C3%BA: Un ambu (del inglés Airway Mask Bag Unit12 ), también conocido como resucitador-manual o bolsa-autoinflable, es un dispositivo manual para proporcionar ventilación con presión positiva para aquellos pacientes que no respiran o que no lo hacen adecuadamente. Se trata de un dispositivo esencial de cualquier kit de emergencia para fuera de un hospital (como por ejemplo una ambulancia) y también se utiliza con frecuencia en los hospitales como parte indispensable del equipamiento de un carro de paradas y en las salas de urgencias. El ambu también se utiliza dentro de los hospitales para la ventilación temporal de pacientes dependientes de un ventilador mecánico cuando éste necesita ser examinado por un posible mal funcionamiento, o cuando los pacientes dependientes del ventilador se transportan dentro del hospital.

IDEA RECTORA
Automatizar los movimientos que requiere el sistema de ventilación “AMBU” para ser utilizado en tiempos prolongados.

Objetivos

General

  • 1. Ofrecer al servicio sanitario en su conjunto un dispositivo que permita dar apoyo a los sistemas de respiración artificial.

Específicos

  • 1. Utilizar el sistema AMBU convencional como punto de partida.
  • 2. Controlar las variables respiratorias más importantes en casos de emergencias:Volumen del aire insuflado – Cantidad de respiraciones por minuto – Presión de aire insuflada y exhalada.
  • 3. Utilizar tecnologías de fabricación de bajo costo y de fácil acceso comercial.

PARTIDOS
El paquete tecnológico debe estar compuesto por mecanismos e insumos que puedan conseguirse en ferreterías, casas de electrónica o mediante las empresas de compra virtual. En todos los casos deben ser materiales o repuestos de fácil acceso comercial que puedan conseguirse en todo el país. La fabricación debe poder ser resuelta por cualquiera que disponga acceso a Internet y herramientas esenciales para poder cortar, agujerear y ensamblar partes plásticas. La documentación técnica y de uso debe ser clara y para todo público. Todas las personas que deseen adquirir y operar este dispositivo deben poder entender fácilmente como se usa.

REQUERIMIENTOS

1. Tecnológicos:
● Utilizar materiales plásticos rígidos que se consigan en el mercado
● Motorización del sistema
● Control electrico y/o electronico del sistema
● Corte preciso de partes involucradas en el mecanismo de movimiento
● La planimetría debe poder ser compartida en diferentes formatos

2. Funcionales:
● Control de variables respiratorias básicas
● Moviento automatizado controlado que permita un funcionamiento continuo y y sin sobresaltos

3. Usabilidad
● Que se adapte a los dispositivos de ventilación artificialtipo bambu que se encuentren en las diferentes unidades sanitarias.
● Que los usuarios puedan utilizarlos haciendo una breve y rápida lectura del dispositivo.

MEMORIA DESCRIPTIVA

LOS PRIMEROS PASOS

El proyecto comienza a caminar el pasado 18 de marzo cuando en el horario del almuerzo , preocupados por las noticias donde se informa que el gran problema sería el colapso del sistema hospitalario debido a la falta de respiradores per capita, se nos ocurre meterle manos al asunto. Rápidamente armamos un torbellino de ideas, nos conectamos a internet y comenzamos a buscar en primer lugar las acciones que se venian desarrollando en otras latitudes, luego que antecedentes existían en fase de producción o de manera conceptual. También comenzamos a estudiar que decia la medicina frente a los estadíos evolutivos de la enfermedad y como era el tratamiento en su conjunto como en la parte donde debía intervenir la respiración asistida. El análisis de todos estos elementos nos llevó a comenzar con llevar al papel las soluciones que más se acercaban a la realidad productiva y social que nos rodea. ideas y bocetos
19-03-2020
Habiendo definido el sistema mecánico que podía dar resultado, definimos el paquete electrónico que nos permitiría “automatizar” el mecanismo y los posibles materiales que darán soporte al producto. Si bien tuvimos que definir un paquete tecnológico dada la urgencia de armar un prototipo, reconocemos que para la etapa de producción industrializada se podría y quizás se terminen usando otros recursos que le permitan al producto brindar las garantías necesarias para el correcto funcionamiento.
Una vez que estuvo todo planteado en el papel comenzamos la digitalización del diseño a través del modelado 3D, donde también fuimos cambiando formas y piezas sobre el mecanismo elegido ya que con la precisión que nos brindan estos programas de modelado, nos fuimos dando cuenta de vinculaciones y tamaños que debían ajustarse.
Teniendo a nuestro alcance la tecnología adecuada y los métodos de producción para realizar el mecanizado de algunas partes comenzamos la producción de las mismas y para el final del dia teniamos armada la maqueta de estudio mediante la cual pudimos hacer las primeras pruebas de funcionamiento sobre un dispositivo AMBU que compramos de forma particular para poder realizar las diferentes pruebas. Paralelamente avanzamos en comunicaciones con diferentes médicos y referentes de áreas dedicadas, en la región, a la respiración artificial y coordinamos visitas y videoconferencias para poder mostrar lo que estamos haciendo y mejorar en todo lo que se pueda el prototipo y así definir el producto final.
También estamos encarando la parte de programación del dispositivo arduino que se usará para la automatización y control de las principales variables a tener muy en cuenta:
1. Volumen de aire que recibe el paciente
2. Cantidad de respiraciones por minuto
3. Presión de inhalación y exhalación del paciente.

20-03-2020
Luego del anuncio de cumpliemiento obligatorio de la cuarentena oficial, sin poder acceder a la empresa, seguimos coordinando acciones a la distancia vía internet y telefónicamente con todos los actores involucrados y con otros que necesitamos que se sumen para que podamos seguir avanzando. Estamos viendo la posibilidad de que nos dejan acercarnos al lugar de trabajo para poder seguir avanzando y así poder terminar el prototipo para poder luego acercarnos a un laboratorio de pruebas de respiración artificial donde a través de los diferentes dispositivos preparados para estudios probaremos el funcionamiento del sistema de automatización. Nuestro objetivo es claro, poder aportar un granito de arena a esta situación de crisis mundial. La fuerza de voluntad, sacrificio y responsabilidad son actitudes que en estos momentos debemos fortalecer y poner a disposición de todos porque la única solución posible es colectiva.

21-03-2020

Desde nuestras casas, ya habiendo probado los mecanismos de la primer maqueta de estudio, procedemos a realizar algunos cambios en la estructura del automatizador ya que necesitamos ejercer presión sobre un solo punto del insuflador. El lunes nos acercaremos al taller para materializar estos cambios y armar un segundo prototipo. Paralelamente parte del equipo, también en sus casas y desde chile, están desarrollando la electrónica que va a posibilitar que el sistema trabajo de forma automatizada. De esta manera buscamos ganar tiempos y así poder en la semana siguiente juntarnos con el personal médico que nos espera, para realizar las pruebas en los equipos especiales y así definir con mayor exactitud y con aval médico, las variables a controlar.

23-03-2020

A partir de la mañana con el taller en funcionamiento estamos cortando piezas y armando prototipos para pasar a las pruebas de movimiento. Decidimos hacer público por las redes sociales el trabajo que venimos armando para que la comunidad en su conjunto pueda informarse y sumarse. Desde Chile, Federico viene trabajando paralelamente en el armado de la programación que necesitará arduino y en la publicación de una web especifica del proyecto para poder dejar documentado online el minuto a minuto como también poder atender todas las consultas y opiniones. En la semana nos juntaremos con representantes del municipio para trabajar en conjunto y el equipo médico del laboratorio de respiración artifical del Hospital de DIA dependiente del Hospital de Alta Complejidad del Cruce en Florencio Varela

24-03-2020

A partir de que el proyecto se comunicó por las redes sociales muchas personas comenzaron a compartirlo y varios médios de comunicación locales y de otras provincias se pusieron en contacto para que podamos explicarle en que consiste el proyecto.

durante el dia se armó otro prototipo donde detectamos algunos problemas menores y pasamos a la corrección de los mismos llegando a la conclusion de cambiar la estructura de apoyo del insuflador AMBU. Paralelamente Alejandro desde su casa está colaborando con la animación del modelado 3D para poder tener una representación digital de los diferentes movimientos que el automatizador debe cumplir.

Federico desde Chile nos manda información para armar la electrónica, la cual utiliza componente que en algún caso al estar todo cerrado tuvimos que conseguir desarmando otras máquinas que tenemos en el taller.

A las 20hs. Pablo ensambló el nuevo apoyo del insuflador y probo el conjunto manualmente y el mecanismo funciona perfectamente. Facundo ya en su casa, continúa el armado del circuito electrónico.



Facundo Luna – Diseñador Industrial – Master en Desarrollo Local
Pablo Rastelli – Diseñador Industrial La Plata – Bs.As.

BIBLIOGRAFÍA
https://www.who.int/es/health-topics/coronavirus/coronavirus

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