Ventiladores são fundamentais no tratamento de pacientes em estágio avançado da Covid-19
A última esperança de tratamento para vítimas da Covid-19 com problemas respiratórios é a respiração por aparelhos. É um tratamento horrível, e apenas uma fração das pessoas sobrevivem. Nos locais com os piores surtos, há falta de ventiladores. Na Itália, há relatos de pessoas sendo enviadas para casa (provavelmente para morrer) porque não havia respiradores e outros cuidados necessários para elas. Algumas previsões chegaram a sugerir que seriam necessários até 900 mil ventiladores, com apenas cerca de 200 mil disponíveis no suprimento atual. Globalmente, essa previsão resultaria na necessidade de milhões de ventiladores de emergência.
Para atender ao déficit, a maioria das empresas de ventiladores começou a aumentar a produção ao máximo possível. Infelizmente, esses dispositivos são caros, especializados e geralmente são vendidos em volumes bastante pequenos. Como tal, foi um grande esforço para muitas empresas se preparar para produzir até 10 mil por mês. São muitos dispositivos, mas menos do que o previsto.
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Surpreendentemente, foram as empresas automotivas que intensificaram ou foram convocadas a tentar resolver isso. Eles sabem muito sobre fabricação de alto volume de dispositivos complexos, embora não sejam de grau hospitalar. Empresas como a Mercedes AMG (uma divisão de corrida) começaram a produzir um dispositivo mais simples no estilo CPAP. A General Motors fez planos para usar uma de suas linhas de produção de bolas de naftalina, e depois foi “ordenada” pelo presidente norte-americano, Donald Trump, para produzir ventiladores sob a Lei de Produção de Defesa, em conjunto com uma empresa de ventiladores. (Não está claro se uma ordem foi necessária, ou se isso foi apenas um golpe publicitário para a lei.)
A Tesla entrou no jogo criando seu próprio novo design de ventilador que, em vez de ser um projeto existente, utilizava o máximo possível de peças dos carros da empresa, porque os engenheiros estão familiarizados com elas e sabem que podem obtê-las em grandes quantidades. A abordagem de Tesla foi elogiada e criticada, mas abre algumas outras questões.
Todos esses esforços previam a fabricação de ventiladores na casa das dezenas de milhares. Cada equipamento poderia salvar uma ou duas vidas, mas esse número é baixo segundo a previsão de demanda.
O verdadeiro desafio seria encontrar uma maneira de, em apenas um mês, produzir várias centenas de milhares de dispositivos essenciais à vida. Isso significa um design bem testado e um processo de fabricação que também é maduro, rápido e confiável. Essa é uma tarefa difícil.
A comunidade de hackers também ouviu o chamado, e dezenas de projetos pareciam encontrar maneiras de produzir ventiladores com facilidade, baixo custo e peças normalmente disponíveis. Muitos desses projetos utilizavam ventiladores manuais populares, às vezes conhecidos como máscaras de válvula de bolsa. Esses ventiladores simples usam apenas uma bexiga de ar que um socorrista de emergência pode apertar com as mãos para forçar o ar para dentro dos pulmões do paciente. Você pode fazer a ventilação básica de um paciente dessa maneira, mas um humano precisa ficar sentado, apertando a bolsa o tempo todo. Muitas equipes construíram dispositivos para os motores apertarem a sacola. Como a bolsa é um ventilador aprovado e barato, espera-se que seja um caminho rápido para um dispositivo adequado.
Outra abordagem foi usar as peças das máquinas CPAP. Essas máquinas contêm muitos dos mesmos elementos encontrados nos ventiladores, incluindo sopradores controlados por computador, sensores de pressão, umidificação e algumas vezes mais, como entradas de saturação de oxigênio. O CPAP é usado no tratamento da apneia do sono, uma condição que afeta muitas pessoas, na qual as vias aéreas se fecham durante o sono, interrompendo temporariamente a respiração. Ao aumentar a pressão nas vias aéreas e pulmões, a máquina os mantém abertos, proporcionando aos pacientes uma noite de sono pleno. A pressão é constante e varia de 5 cm a 20 cm de H20. (Isso significa que a pressão manteria uma coluna de água muito acima do normal. A pressão máxima de CPAP, 20 cm, é de apenas 1/4 psi, ou cerca de 2% de aumento em relação à pressão atmosférica comum, portanto, não é muito, mas alto para os pulmões.) Um primo da máquina de CPAP é o BiPAP, que é um pouco mais parecido com um ventilador, pois usa uma pressão mais alta quando o paciente respira e uma pressão mais baixa quando expira, mas não é um ventilador.
As terapias com CPAP e BiPAP estão sendo usadas em pacientes com Covid-19, com um pouco de oxigênio adicional. Felizmente, nem todo mundo precisa de um ventilador. A pressão extra pode ajudar a abrir as estruturas pulmonares internas que trocam gases como oxigênio com o sangue. Na SDRA (a condição pulmonar causada pela Covid-19) ela se enche de líquido e é bloqueada, causando sufocamento.
O ventilador completo
Um ventilador completo respira para o paciente que não consegue. Embora, idealmente, seu ciclo respiratório seja acionado por uma tentativa de respirar pelo paciente, o dispositivo faz o resto, aumentando a pressão para direcionar o ar para os pulmões e, em seguida, reduzindo-o assim que o fluxo de ar é suficiente para que a expiração possa ocorrer. Em muitos casos, se o paciente não estiver tentando respirar (como acontece com a doença e com a sedação pesada em que muitos pacientes estão submetidos), a máquina iniciará a respiração do paciente, executando toda a tarefa.
Os ventiladores completos tendem a ser controlados por computador. Eles monitoram a pressão e o volume de ar fornecido ao paciente. Usam pressões de mais de 20 cm e, às vezes, podem chegar a 40 cm, mas 30 cm é o máximo mais comum. Para que funcione por muito tempo, é necessário enfiar um tubo nos pulmões e selar a máquina ali, em um processo chamado intubação. Como você pode imaginar, ter um tubo na garganta e nos pulmões é imensamente desconfortável, o que exige muita sedação. É muito melhor se você puder ter ventilação não invasiva, o que pode ser feito com uma máscara sobre o rosto ou um capacete, tratamento incompatível com SDRA grave.
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Existem ventiladores que colocam todo o corpo, exceto a cabeça em uma câmara, e usam pressão negativa para empurrar ar atmosférico para os pulmões. Os mais famosos foram os pulmões de ferro que salvaram muitos pacientes com poliomielite. Esse tipo de equipamento é grande, caro e quase em extinção, embora possa realmente ser melhor para pacientes da Covid-19. Alguns de seus sucessores estão em uso e algumas equipes de hackers tentaram produzi-lo.
A respiração por aparelhos com intubação é a segunda pior coisa que pode acontecer com você, diriam alguns –a pior coisa seria sufocar por não estar em um aparelho desses. Mesmo assim, a taxa de sobrevida para pacientes a longo prazo é baixa e ainda pior para os pacientes de Covid-19. Em todo o mundo, entre 70% e 85% dos pacientes que entram nesse processo nunca se recuperam. Os médicos estão ansiosos por alternativas, mas ainda precisam dessas máquinas para aqueles pacientes que não têm outra escolha.
Do hacking à produção em massa
Todos os projetos de hackers e da indústria automotiva sofrem com esse problema principal: se você precisar de centenas de milhares de dispositivos de qualidade responsáveis pela vida do paciente, não é prático fazer isso com novos projetos e novas linhas de fabricação. A pesquisa mostrou que os sopradores nas máquinas CPAP eram capazes de produzir pressões de 40 cm ou mais, e surgiu a questão de saber se essas máquinas poderiam ser adaptadas com atualizações de software para realizar ventilação completa. Esses equipamentos não possuem um sensor de fluxo, o que geralmente é necessário para um ventilador, mas, em muitos casos o fluxo pode ser calculado a partir de leituras de pressão, se você conhece as características da máquina e da tubulação. Também é possível adicionar apenas esse sensor extra.
A razão pela qual isso foi considerado é que as máquinas CPAP já são fabricadas em quantidades muito grandes. Diferentemente dos ventiladores, em que fabricar 10 mil por mês é um projeto de emergência, um fornecedor de CPAP, a ResMed, vende cerca de 2,5 milhões de unidades por ano. Outras empresas vendem milhões a mais. Os principais fornecedores de CPAP, como ResMed, Philips Respironics e Medtronic Puritan Bennett, também fabricam ventiladores, são altamente experientes nos requisitos desses dispositivos e possuem software para controlar o ciclo de ventilação já existente.
Após investigar essa questão, conversei com Carlos Nunez, diretor médico da ResMed. “Temos centenas de pessoas fazendo essa pergunta todos os dias”, relatou Nunez, dizendo que a empresa estava definitivamente ciente dos problemas e trabalhando nisso.
A boa notícia, porém, é que a grande escassez prevista de ventiladores não apareceu. Isso aconteceu por um tempo na Itália, mas desde então, felizmente, a necessidade foi menor. “Ninguém está nos pedindo para levar para casa máquinas de CPAP e convertê-las em ventiladores”, diz. Embora não haja ventiladores completos suficientes para suprir Nova York, foi possível mover pacientes para terapias BiPAP e ventiladores mais simples. As mil máquinas que Elon Musk doou eram, na verdade, máquinas da ResMed originárias da China, segundo Nunez.
Desde então, a Califórnia descobriu que possui ventiladores mais do que suficientes e está emprestando alguns para outros estados.
Minhas próprias investigações ponderaram se já havia milhões de máquinas CPAP presentes, a maioria não utilizadas, nas casas das pessoas, que poderiam ser convertidas em ventiladores, apenas com novos softwares e pequenas quantidades de hardware adicional. Comparados aos novos projetos, esses sistemas já seriam fabricados e testados. Enquanto milhões compram máquinas de CPAP, muitos acham que não toleram bem a terapia e desistem, deixando a máquina na prateleira. Outros atualizam máquinas e armazenam a antiga. Suspeita-se que um grande número de pessoas possa oferecer com prazer as máquinas não utilizadas ou voltar à sua máquina antiga para permitir que a nova salve uma vida. (Muitas vezes, pessoas dormem sem a máquina, correndo um risco menor para a própria saúde, o que eles aceitariam se pudessem salvar um paciente que estivesse morrendo ao fazê-lo.) Segundo Nunez, o número de máquinas sobressalentes não é tão alto, uma vez que os pacientes que desistem da terapia geralmente são obrigados a devolver a máquina se ela tiver sido paga pelo seguro.
Por enquanto, o objetivo de empresas como a ResMed é priorizar e garantir que eles possam levar o maior número de tipos certos de máquinas aos hospitais que precisam deles.
Hackeando máquinas
Apesar da redução de necessidade, muitas pessoas resolveram agir. Médicos do hospital Mt Sinai, em Nova York, converteram 500 máquinas BiPAP doadas em ventiladores básicos para uso em pacientes que não precisavam de um dispositivo hospitalar completo. Médicos e engenheiros da UC San Francisco e da UC Berkeley solicitaram doações de máquinas e receberam cerca de mil. Vimos médicos na Alemanha converterem o CPAP tradicional em ventiladores com a adição de uma válvula para alterar a pressão e o fluxo.
Os equipamentos tradicionais de BiPAP, incluindo a máscara que passa sobre o nariz ou o rosto do paciente, liberam o ar expirado diretamente. Isso representa um risco de espalhar partículas ativas de vírus. Os ventiladores geralmente têm um meio de filtrar o ar expirado ou até recirculá-lo após a remoção do CO2.
Outro problema é o oxigênio. Todos os pacientes com SDRA precisam de oxigênio adicional, e os casos mais graves com ventiladores geralmente começam com oxigênio quase puro, embora isso não possa ser tolerado por muito tempo. Colocar oxigênio puro em equipamentos não projetados para isso traz riscos: o vazamento de oxigênio em áreas com componentes eletrônicos quentes pode provocar incêndios. Os testes da ResMed mostraram que seus equipamentos podem lidar com concentrações “bastante altas” de oxigênio antes que haja um risco.
Outra abordagem interessante é um ventilador simples de US$ 100 fabricado pela Vortran. Seu Go2Vent opera usando o oxigênio de alta pressão disponível na maioria dos quartos de hospital e sem eletricidade. Como muitos dos projetos simples, ele não realiza o monitoramento sofisticado controlado por computador de fluxo e pressão, mas é simples e aprovado pela FDA (Food and Drug Adminsitration, Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos Estados Unidos).
A FDA expressou certa disposição em relaxar os padrões para ventiladores projetados para emergências. Afinal, se um paciente enfrenta a escolha de usar um ventilador de emergência menos testado ou sufocar, a escolha não é muito difícil. Felizmente, muitos não estão sendo forçados a escolher atualmente. Como a epidemia está atingindo o pico em lugares diferentes e em momentos diferentes, os locais que ultrapassaram o pico estão dispostos a emprestar equipamentos àqueles que entram neste momento da doença. O Reino Unido publicou normas sobre o que um ventilador de emergência deve fazer, e a FDA vem trabalhando com empresas para desenvolver versões nos EUA, e possui alguns registros preliminares. (A ResMed me disse que eles estão trabalhando com a FDA em um documento para cobrir essa situação.)
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Enquanto as empresas de CPAP ainda não sentiram a necessidade de criar um novo firmware para suas máquinas, outras fizeram a engenharia reversa dos produtos para produzir seu próprio firmware “jailbreak” para as máquinas existentes. O projeto da AirBreak modificou o muito popular ResMed Airsense 10, permitindo que ele seja um BiPAP e até opere em um modo de ventilação não intubada de baixa qualidade, que eles chamam de iVAPS. Isso é possível porque hoje em dia muitos fabricantes usam o mesmo hardware em todos os níveis de um produto, desde o de baixo custo até o caro, e habilitam os recursos mais caros do software. É mais barato produzir em massa um projeto de hardware. Além disso, com sopradores controlados por computador, o hardware não é tão diferente. A AirBreak ainda acha que são necessários mais testes antes de usar o hack para ajudar os pacientes, e a ResMed se recusou a comentar.
Próximos passos
Vamos torcer para que nunca precisemos de um suprimento massivo de ventiladores de emergência. Se essa necessidade surgir, parece que as empresas de CPAP estarão dispostas a lançar softwares que permitam mais funções em suas máquinas, desde que possam obter a cooperação da FDA e de outras agências federais para torná-lo legal e protegê-las da responsabilidade que poderia vir usando máquinas além da finalidade pretendida. A esperança é que a cooperação não seja muito difícil de conseguir. Nunez diz que a FDA merece “muitos créditos” pela velocidade com que está trabalhando. Não apenas as máquinas podem ser adaptadas (ou receber hardware adicional simples), mas existem maneiras de introduzir oxigênio na máquina para fornecer até 50% de oxigênio, e também maneiras de modificar as interfaces do paciente (máscaras e tubos) para filtrar a saída e proteger aqueles em torno de pacientes. Se o mundo precisar, o fornecimento de máquinas pode estar lá.
Infelizmente, a demanda ainda não é conhecida na América Latina e na África. Pode ser que coincida com algumas das previsões assustadoras.
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