PROYECTO: PVPv1.2 OpenSource (COVID-19)

DISEÑO Y FABRICACION DE UN RESPIRADOR ARTIFICIAL O SISTEMA VENTILADOR DE BAJO COSTE:

Frente al complejo reto de salud pública que hoy enfrentamos en el mundo entero con la propagación del COVID-19, quienes conformamos este grupo de técnico, creemos que podemos sumarnos a todo el grupo humano mundial con capacidades en Ciencia, Tecnología e Innovación, para generar soluciones rápidas viables de bajos costes y que contribuyan a la prevención, atención y control de esta pandemia.

En el presente espacio (Pagina de ETI,Github y Gitlab), vamos a exponer una modificación del proyecto presentado por PANVENT, y mostrar las mejoras con control electrónico que para poder llegar a todas las puertas necesitadas que quizas no puedan tener al alcance una impresora 3D, un PLC y entre otros tantos componentes para poder armar la electronica; Es por eso que para no cerrar puertas, por el momento xpandimos la idea inicial y desarrollamos el controlador en dos plataformas: Microcontrolador PIC y ARDUINO.

Este dispositivo es vital para pacientes con infección respiratoria a causa del COVID-19, pues cuando los alveolos pulmonares se obstruyen, es función del ventilador poner una presión positiva constante que mantiene los alveolos abiertos. 

Dentro de la gran diversidad de diseños que hay disponibles en la red, creímos que no todas las geografías están al alcance de determinadas tecnologías e insumos, por lo tanto, preferimos enfocarnos en un diseño viable, que se pueda brindar en varios formatos. En nuestro caso particular, optamos por tomar l idea básica de PANVENT, y mejorarla en su diseño mecánico y sumarle una etapa de control electrónico.

Como sabemos, no todo el mundo tiene al alcance la tecnología de impresión 3D, por lo tanto nos pusimos a trabajar par brindar dos modelos. Uno para impresión 3D, y otro para imprimir en hoja los moldes, y proyectarlo en MDF (fibrofacil / madera), para cortar y hacer las distintas piezas básicas.

En el proyecto original, el control electrónico estaba dado por una lógica de control sencilla, comandada por un PLC y carente de sensor de presión. Creímos que la adquisición de un controlador lógico programable para el equipo, no era una solución práctica y económica, por lo tanto, aprovechando el auge de hoy en día en lo que respecta microcontroladores, desarrollamos un diseño y prototipado del controlador para poder trabajar con dos plataformas: PIC y ARDUINO.

Para que puedan comprender el funcionamiento y programacion de nuestro diseño, veamos un poco de teoría que creemos que son algunos puntos a tener en cuenta dada su relevancia...

Frecuencia Respiratoria Normal, Volumen y Tabla

La frecuencia respiratoria es el número de respiraciones que realiza un ser vivo en un periodo específico (suele expresarse en respiraciones por minuto). Movimiento rítmico entre inspiración y espiración, está regulado por el sistema nervioso. Cuando las respiraciones de minutos están por encima de lo normal, se habla de “taquipnea” y cuando se hallan por debajo, “bradipnea”.

Teniendo en cuenta las Frecuencias respiratorias más comunes:

ADULTO: 12 a 20 por minuto

RECIEN NACIDO: 40 a 60

LACTANTE: 30 a 40

HASTA 5 AÑOS: 20 a 30

HASTA 11 AÑOS: 18 a 25

La norma fisiológica y médica para la ventilación de un minuto en reposo es de 6 litros por minuto para un hombre de 70Kg, donde dentro de la respiración normal tenemos:

-VP normal (Volumen Pulmonar o volumen del aire respirado durante el aliento): 500mL

-Fr normal (Frecuencia respiratoria o tasa de respiración): 12 respiraciones por minuto

-Inspiración: alrededor de 1.5 a 2 segundos

-La exhalación normal es de 1.5 a 2 segundos, seguida de una pausa automática (sin respirar por 1-2 segundos).

Tabla de tasa de respiración (Gráfico)

Esta gráfica representa el patrón respiratorio normal en estado de reposo o el volumen dinámico de los pulmones como una función del tiempo. Puedes ver que corresponde a la frecuencia de respiración normal de 12 respiros/minuto.

Precaución!!! No podemos medir nuestra propia frecuencia respiratoria o tasa de respiración ya que nuestra respiración cambia cuando prestamos atención a ella. Respiramos más lento y profundo. Tus resultados pueden ser 2 o 3 veces más bajos que los números reales del patrón de respiración basal en reposo (ej., contarás 7 respiraciones/min, y en realidad respiras 18-20 por minuto). De tal manera, respiras más que la frecuencia de respiración normal, pero tu prueba puede decir que respiras más lento que la tasa de respiración común (12 respiros/min). Este es un error común.

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Otros parámetros de la respiración normal

“Si una persona aguanta la respiración luego de una exhalación normal, debe retenerla cerca de 40 segundos”. De tal manera, la duración normal de tiempo para aguantar la respiración (inmediatamente luego de una exhalación común) es de 40 segundos. Esto indica una oxigenación normal de las células y tejidos. La norma médica actual para la presión de CO2 en el alvéolo de los pulmones o sangre arterial es de 40mm Hg. Este número fue establecido hace casi un siglo por los famósos fisiólogos Ingleses Charles G. Douglas y John S. Haldane (Universidad de Oxford). Sus resultados fueron publicados en 1909 en su artículo “La regulación de la respiración normal”.

¿Cómo se puede medir la respiración de uno mismo?

Para poder definir tu propio patrón de respiración, mide tu oxigenación corporal o tiempo de aguantar la respiración luego de una exhalación normal, pero sólo hasta el primer estrés o molestia. Luego de hacer esta prueba de PC, uno puede definir su estado de salud utilizando la tabla de Buteyko de Zonas de Salud.

La persona con respiración normal tendrá 40 segundos en la prueba de oxigeno corporal. En caso de sobre-respiración crónica, este tiempo se ve acortado.

Las personas enfermas tienen respiración rápida y profunda todo el día y reducen su oxigenación corporal (usualmente al rededor de 10-20 segundos de oxígeno en sus tejidos). En la gente muy enferma y pacientes críticos, la oxigenación corporal está por debajo de 10 segundos.

El doctor Buteyko, basándose en sus estudios de miles de personas saludables y enfermas, sugirió diferentes normas para la respiración (ej., Buteyko, 1991).

 ¿Cuáles son sus normal? Por ejemplo, su tasa respiratoria normal es tan sólo 8 respiraciones por segundo. 

Estos son sus números para la respiración normal:

– Minuto normal de ventilación: 4 L/min;

– Volumen pulmonar normal (volumen del aire respirado durante un solo aliento): 500 ml;

– Frecuencia o tasa de respiración normal: 8 respiraciones por minuto;

– Inspiración: cerca de 1.5 segundos;

– Exhalación: 2 segundos;

– Pausa automática (o período de no respirar luego de una exhalación): 4 segundos;

– Tiempo de aguantar la respiración (luego de una exhalación normal y sin sentir estrés al final de la prueba): 60 segundos;

– Concentraciones de CO2 en el alvéolo o sangre arterial – 6.5% o cerca de 46 mm Hg. (al nivel del mar).

Como sabemos que el COVID-19 afecta la capacidad respiratoria en el paciente y la frecuencia respiratoria en sus tiempos se verá afectada, pensamos en un generador temporizado de intervalos programable que permite que los pulmones del paciente se desinflen e inflen con un juego de válvulas que a continuación detallaremos el funcionamiento: