Destacadas
En Utadeo desarrollan mejoras a sistemas de respiración tradicionales
Lunes, Abril 20, 2020
Compartir en
El profesor Germán Benavides, de Tadeo Lab, trabajó en un brazo mecánico impulsado por servomotores que ejerce presión para la producción de aire con respiradores Ambú. También construyó un respirador de flujo positivo que consta de una careta, un filtro N95 y un motor convencional.
Por: Emanuel Enciso Camacho – Fotografías: Archivo investigador, Pixabay y Oficina de Comunicación

Ante el inminente avance del coronavirus (COVID19) en diferentes países del mundo, una de las grandes preocupaciones que tienen los gobiernos es contar con suficientes respiradores mecánicos para los pacientes que tengan este virus y se encuentren en estado crítico, los cuales podrían llegar a ser alrededor del 2% al 3% del total de infectados, según cifras de la Organización Mundial de la Salud. De ahí la necesidad que tienen países como Colombia de importar o fabricar estos dispositivos biomédicos, pues, de acuerdo con el Instituto Nacional de Salud, a mediano plazo, cerca de 550.000 colombianos podrían llegar a requerir camas UCI, mientras que estimativos mucho más optimistas señalan que podrían contagiarse cerca de 200.000 personas, de los cuales 10.000 necesitarían este soporte respiratorio.

Países como Italia y Estados Unidos ya han demostrado que sus altas tasas de mortalidad se deben, en parte, a la ausencia de dichos respiradores, pues, por ejemplo, en el país europeo, uno de cada ocho pacientes críticos por coronavirus podía acceder a este soporte respiratorio. 

En nuestro país ya han sido varias las iniciativas que, desde la academia, se han comenzado a gestar. Una de ellas es la del profesor Germán Benavides, de Tadeo Lab, quien desde hace aproximadamente tres semanas viene trabajando en un sistema mecánico de soporte que mejore la forma como actualmente se da respiración mediante el Ambú (Airway Mask Bag Unit, por sus siglas en inglés), un resucitador manual o bolsa autoinflable que es utilizada, en casos de emergencia, para brindar ventilación con presión manual.

Funcionamiento tradicional de un ambú con soporte manual. Fuente: Moravi 

 

De esta forma, la mejora que plantea el profesor tadeísta consiste en un brazo mecánico que sustituiría la presión manual a la hora de generar el aire, al tiempo que garantiza la autonomía del respirador, sin que una persona lo opere. 

El brazo mecánico cuenta con dos servomotores (dispositivos similares a un motor de corriente continua que se pueden ubicar en cualquier posición dentro de su rango de operación), cada uno de ellos con un torque de 5 Kg/cm, que posibilitan una presión adecuada para la producción de 16 litros de aire por minuto. De igual forma, el mecanismo está programado para que tenga una frecuencia de 16 respiraciones por minuto.

En cuanto a su alimentación, el mecanismo es portable, pues utiliza una batería recargable de cinco voltios, o bien, puede conectarse al fluido eléctrico tradicional con un cargador estándar de celular tipo plug. Adicionalmente a ello, es muy económico, pues los implementos pueden costar alrededor de 60.000 pesos colombianos, condiciones que lo llevarían a ser utilizado, por ejemplo, en regiones apartadas del país en las que no se encontrarían soportes respiratorios tradicionales o camas UCI, así como en zonas vulnerables en las que es difícil acceder a centros de salud.

Ya se han fabricado cuatro prototipos de esta mejora y se han hecho pruebas a la resistencia de los servomotores, registrando que el dispositivo puede mantenerse funcionando ininterrumpidamente durante varios días.

Otra de las opciones que Benavides está trabajando para dar soporte mecánico al Ambú es mediante electroválvulas, a través de un mecanismo electrónico con un compresor continuo, cuyas cortinas se abren y se cierran para generar el flujo de aire adecuado.

Ambos mecanismos son fáciles de construir, por lo que se requieren muy pocas horas para su ensamble. Eso si, dice Benavides, es necesario trabajar de la mano con diseñadores y empresas para pulir el prototipo del brazo mecánico mediante impresión 3D.

Prototipo de careta con filtro de aire y motor

Una careta inteligente para evitar el contagio de coronavirus

Aunque ya son varias las controversias que se han generado en torno al uso o no de los tapabocas como mecanismo para protegerse del covid-19, lo cierto es que la evidencia científica, hasta el momento, muestra que estos no son una protección adecuada para quien los usa, pues tienen un ajuste poco anatómico y el tamaño de sus poros es mucho mayor a las dimensiones de los virus, que pueden oscilar entre los 80 a los 200 nanómetros. Sin embargo, los tapabocas si son un mecanismo de contención para las personas que tienen la enfermedad y que se muestran asintomáticas, pues este virus se transporta a través de la saliva, cuando se habla o se tose.  

Ahora bien, como lo explica el profesor Benavides, existen mascarillas filtrantes, entre ellas la N95 (Estados Unidos), FFP3 (Unión Europea) o la KF99 (Asia), que cuentan con una eficacia superior al 95% en la captura de partículas de hasta 300 nanómetros, creando así una especie de sello hermético que las hace eficientes a la hora de evitar el contagio por COVID19; en todo caso hay que tener en cuenta que este tipo de implementos deben permanecer disponibles para el personal de salud, para garantizar su protección, dado el alto nivel de exposición al que se ven sometidos. Tampoco son recomendadas para el ciudadano común, pues tienen una vida útil muy corta, sumado a su alto costo y la dificultad que implica respirar a través de ella.

Por eso, un segundo trabajo de Benavides se ha enfocado en la mejora de un respirador purificador de aire forzado (PAPR, por sus siglas en inglés), un dispositivo de respiración no invasivo que, a partir de un motor tradicional, genera un flujo positivo de aire, al tiempo que se hace uso de un filtro tipo N95, con el fin de brindar mayor comodidad al usuario al respirar, pero, ante todo, garantizar un aire libre de posibles partículas cargadas con este virus.

Germán Benavides, profesor de TadeoLab

El dispositivo está compuesto por una careta de oxígeno convencional totalmente hermética que se adapta a la silueta del rostro, similar a la que utilizan pacientes diagnosticados con EPOC (Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica); un filtro que se puede ajustar de acuerdo con el flujo de aire que se requiere pasar, con la posibilidad de atrapar partículas de hasta 0,3 micras; y un motor convencional que genera el flujo de aire.

Al ser hermética, la careta no permite que haya paso del aire entre esta y el exterior, sino que todo el aire es generado por el motor, con un caudal de producción de aproximadamente 190L/min, el cual pasa por el filtro para llegar finalmente al usuario. El motor se alimenta de una batería común de cinco voltios. De esta forma, el usuario tendrá en su careta una especie de tanque de aire portátil.

Dos de las grandes ventajas de este dispositivo es que es fácil de ensamblar y se estima que su valor podría estar alrededor de los 80.000 pesos. Ahora, la idea es poder contar con el apoyo de diseñadores y de empresas que ayuden a perfeccionar el funcionamiento del dispositivo.

 
Si bien las máscaras con filtro de aire evitan el contagio con coronavirus, estas tienen un ciclo de vida muy bajo y deben ser priorizadas para personal de la salud

Dos datos curiosos sobre el coronavirus 

  • Algunos objetos, tales como la ropa, el cartón, el papel y el plástico actúan como vectores pasivos del virus, es decir que el covid-19 puede permanecer durante algunas horas e incluso días en estas superficies, sino se desinfectan adecuadamente.
  • El coronavirus no puede traspasar la piel, pero si se puede adherir a membranas mucosas presentes en nuestros ojos, nariz y boca. De allí la importancia de lavarnos constantemente las manos, pues estas tienen un contacto permanente con dichos órganos.