Desarrolla UAM ventiladores para COVID19 con materiales reciclados

Investigadores de la Unidad Lerma de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM) construyeron la maqueta de un ventilador que se fabricaría con materiales reciclados y comunes, y serviría para atender a pacientes delicados de COVID-19 que se encuentran sedados.

El doctor Phillipp von Büllow, profesor del Departamento de Procesos Productivos de la División de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI) de la Unidad Lerma, señaló en entrevista que se trata de un dispositivo de complejidad reducida hecho a partir de tubos de PVC, mangueras, codos, accesorios de uso doméstico, válvulas de lavadora y bolsas de basura.

La inquietud por diseñarlo surgió de un grupo de científicos a quienes “nos importa atender problemas de interés social y alta prioridad”, como los derivados de la contingencia sanitaria que ha recorrido el mundo, además de que se trata de un desarrollo al alcance de las posibilidades de esa instancia académica de la UAM.

El propósito es aportar una solución alterna segura, fácil de reproducir en cualquier parte de México y que pueda adaptarse a las necesidades de una variedad amplia de enfermos, ya que como consecuencia de la epidemia, la demanda de estos equipos se ha extendido, requiriéndose miles de éstos y los comprados en fechas más recientes por la federación costaron 1.25 millones de pesos, cada uno.

La generación propia de aparatos puede tener dificultades, debido a la situación de las cadenas de suministro, pues no siempre es fácil encontrar motores, microcontroladores o termómetros específicos, entre otras piezas básicas, dado que provienen de diferentes países.

Frente a esta realidad deben surgir en muy poco tiempo proyectos de componentes con elementos en existencia hasta en zonas de difícil acceso y los dispositivos deben ajustarse a la fisiología de cada paciente con COVID-19.

La fabricación no puede demandar personal altamente capacitado, por lo que frente a estas exigencias, el grupo encabezado por el doctor Von Büllow creó una alternativa a lo ya conocido, luego de haber analizado otros intentos, ya que abundan propuestas de ventiladores alrededor de una bolsa de aire para uso manual cuya compresión se automatiza, fijando el adecuado flujo de volumen, la temperatura, la humedad y la presión del aire para el paciente. Para cumplir esto resulta indispensable la precisión de los sensores, que los actuadores sean los indicados y mucha electrónica.

“Luego pensé en las entrañas de un órgano de iglesia, que tiene un principio muy simple para ajustar una presión constante en el viento a los tubos; una bolsa de aire que se infla con un ventilador silenciado contra un peso en su parte superior”.

Con un arreglo así “tenemos una presión constante que hace que no cambie la intensidad del sonido de las flautas o pipas del instrumento musical, así que si usamos ahora esta generación tan simple de viento para una respiración artificial sería casi imposible que la presión sobrepase la resistencia del tejido pulmonar”.

Aun cuando esto no era suficiente, “se nos ocurrió que podíamos utilizar bolsas de gran volumen, ya que esta capacidad permite emplear compresores de refrigeradores caseros. Final-mente encontramos dos elementos más para reducir la complejidad: una segunda bolsa para el aire exhalado y un filtro de bióxido de carbón”.

Los investigadores concibieron un modelo numérico del sistema ventilador-pulmón con un paquete de simulación de sistemas y con la información del artículo especializado A. Albanese, et al. (2016): An integrated mathematical model of the human cardiopulmonary system: model development, en Am J Physiol Heart Circ Physiol 310: H899–H921, 2016, el cual permitió comprobar la compatibilidad del futuro prototipo con el funcionamiento del sistema cardiopulmonar y predecir las dimensiones de los mecanismos técnicos de la maqueta.

“Antes de iniciar la fabricación obtuvimos la opinión de un ingeniero biomédico sobre la idea quien observó su factibilidad por la manera de generación de presiones, dado que es muy sencilla y original”, agregó el especialista de la Casa abierta al tiempo.

La construcción de la maqueta inició con dos bolsas de aire de diez litros cada una, en promedio, de las que sirven para la basura, además de cinta canela, tubo PVC de seis pulgadas adquirido en la ferretería. Luego se trabajaron láminas cilíndricas simples de acero para pesar las bolsas y ajustar las dos presiones de inhalación y exhalación.

En un lugar de venta de chatarra en Lerma “conseguimos un refrigerador usado al que quitamos el compresor para integrarlo a la maqueta; la primera prueba reveló que esta máquina emanaba suficiente caudal de aire”.

Para manejar las fases de inhalación y exhalación en el circuito neumático se adaptaron válvulas de lavadora, también proveniente de una tienda de chatarra; tubos, mangueras, codos y otros accesorios son de uso doméstico.

El filtro de bióxido de carbón se elaboró con botellas de PET, una lata de café, estopa y cal sodada, mientras que el químico fue hecho en casa, con base en cal hidratada para nixtamalizar e hidróxido de potasio.

Las pruebas permitieron conocer los consumibles, las capacidades y las cantidades producidas por la maqueta, lo cual “nos indica que el concepto es factible e incluso uno de nosotros se conectó al aparato y aseguró que sus primeras respiraciones artificiales fueron adecuadas”.

El doctor Von Büllow especificó que realizaron este dispositivo para demostrar que el respirador funciona y “pensamos que construirlo nos llevaría una semana de labor no obstante resultó el triple”.

Uno de los factores destacados del artefacto “es que tiene que respetar la fisiología del tejido pulmonar, es decir, debe garantizar la oxigenación de la sangre y evitar cualquier inflamación del tejido por el estrés mecánico y para eso debemos entender qué tan complicada es esta tarea y cuántos elementos de control se requerirían”.

El diseño podrá utilizarse cuando no haya ventiladores disponibles para pacientes críticos en un hospital y se emplearía para intubar a alguien sedado, ya que este estado permite que el aparato marque el ritmo de la respiración, sin tener que adaptarlo a la voluntad del enfermo, una función compleja de crear.

El docente confió en que este trabajo –que cuenta con la participación del doctor Jacobo Sandoval Gutiérrez, profesor-investigador del Departamento de Procesos Productivos, y el laboratorista técnico Sergio Mundo Garduño– despierte interés y motivación para que, junto con otros proyectos similares, sean apoyados por esta casa de estudios.

Los científicos invitaron a académicos y alumnos a colaborar en el proyecto, pues es bueno integrar los conocimientos y habilidades de una buena parte de la comunidad de la División de CBI de la Unidad Lerma, que oferta entre sus opciones educativas las ingenierías en Sistemas Mecatrónicos Industriales, en Computación y Telecomunicaciones, y en Recursos Hídricos, útiles para esta iniciativa.

Von Büllow recalcó que “nos sería de gran satisfacción colaborar con colegas de otras divisiones y unidades, ya que nosotros haremos todo para formalizar esta investigación y esperamos que se encuentren los recursos para desarrollar el prototipo”.

Imagen de Pixabay

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