Piano di contingenza per la distribuzione su larga scala di ventilazione durante la grave pandemia di COVID-19
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Mark Ungrin / BME Calgary Ventilatore per emergenza pandemica 2020.03.15-V1.5
Piano di contingenza per la distribuzione
su larga scala di ventilazione
durante la grave pandemia di COVID-19
Questo documento descrive un’idea costruttiva di ventilatore inteso ad essere impiegato come ultima risorsa in un
sistema sanitario giunto al limite del collasso, nel caso in cui l’alternativa sia negare la ventilazione ad un paziente per
mancanza di attrezzatura ed esporlo quindi ad una significativa probabilità di decesso. Qualunque fase di progetto,
costruzione e soprattutto utilizzo deve essere condotta da personale altamente qualificato e da medici professionisti.
Ciò include il collaudo. Il tessuto polmonare è tra i più delicati nel corpo umano, e una errata applicazione della
ventilazione assistita (a pressione positiva o negativa) può avere gravi conseguenze, incluso il decesso, anche in
persone sane.
Nessuno studio di sicurezza o di efficacia è stato condotto e nessun ente di certificazione ha dato approvazione per
questa idea. Senza una certificazione, un qualunque dispositivo costruito a partire da questa idea deve essere
considerato intrinsecamente pericoloso. In parole povere: mettere in servizio un dispositivo medico senza aver
seguito le procedure necessarie significa mettere in conto che probabilmente diverse persone rimarranno uccise.
Pertanto, un tale dispositivo non deve essere usato, a meno che l’alternativa non sia peggiore. Un qualunque tale
dispositivo probabilmente contravverrà a diverse leggi e normative locali, a meno che le necessarie certificazioni non
siano state rilasciate in precedenza.
Questo documento è rilasciato per offrire sostegno in una situazione di emergenza e pertanto questa idea deve
essere ulteriormente sviluppata dalla comunità scientifica e medica. Chiunque costruisca e utilizzi un dispositivo
basato sulle idee esposte in questo documento si assume piena responsabilità per ogni conseguenza negativa.
L’autore, il traduttore e l’Università di Calgary declinano ogni responsabilità.
Nella speranza che nulla di tutto ciò sia necessario,
L’autore, Il traduttore,
Mark Ungrin, Associate Professor Salvatore Federico, Professor
Department of Comparative Biology & Experimental Medicine Dept. Mechanical and Manufacturing Engineering
Faculty of Veterinary Medicine Centre for Bioengineering Research and Education
Biomedical Engineering Calgary Biomedical Engineering Graduate Program
Biomedical Engineering Graduate Program Schulich School of Engineering
University of Calgary The University of Calgary
HMRB 412, 3330 Hospital Drive NW 2500 University Drive NW
Calgary, AB, T2N 4N1 Calgary, AB, T2N 1N4
mark.ungrin@ucalgary.ca salvatore.federico@ucalgary.ca
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Introduzione
Questo documento è una risposta preliminare tecnica
ad una situazione in continuo cambiamento. Il
documento stesso evolverà continuamente, al
migliorare della nostra comprensione delle necessità
del potenziale medico e di emergenza. L’applicazione
che anticipiamo è una grave carenza di respiratori
causata dalla rapida propagazione di una malattia, a
causa della quale molti pazienti muoiono a causa della
carenza di attrezzatura nell’immediato.1 Questa
situazione straordinaria giustificherebbe l’uso di Fig. 1: Sistema di ventilazione non-invasivo a pressione positiva
sistemi che non hanno percorso il normale iter di (sinistra); sistema di ventilazione a pressione negativa del tipo
approvazione secondo le normative vigenti. I dati in polmone d’acciaio (a destra). I sistemi a ventilazione a pressione sia
nostro possesso riguardo la pandemia in corso in Italia positiva sia negativa possono incorporare dispositivi da inserire nelle
sembrano suggerire che circa un paziente su dieci avrà vie aree per tenerle aperte, se necessario.
bisogno di ventilazione (anche se, presumibilmente,
questa statistica è largamente inflazionata da
parzialità nella selezione: è più facile che siano i casi più gravi ad essere diagnosticati), e che sono state rilasciate delle
linee guida per selezionare i pazienti con maggiori probabilità di sopravvivenza in caso di collasso del sistema
sanitario dovuto ad un numero eccessivo di pazienti (collegamento qui).2
Il modello di utilizzo della tecnologia di mantenimento delle funzioni respiratorie
usato nel caso delle pandemie di poliomielite del ventesimo secolo sarebbe
considerato elementare secondo gli standard moderni. Nonostante molti sistemi
moderni utilizzino ventilazione a pressione positiva (in cui l’aria è forzata nei
polmoni da pressioni più alte di quella atmosferica), lo stereotipo di sistema
utilizzato nel caso della poliomielite è il polmone d’acciaio, in cui la pressione
attorno il torace e l’addome del paziente è ridotta, e la normale pressione
atmosferica causa l’ingresso del flusso d’aria nei polmoni (Fig. 1). La letteratura
Fig. 2: Il respiratore a cassa Both
suggerisce che la pressione negativa possa avere il vantaggio di un migliore afflusso
3 era costruito in compensato, ed
dell’ossigeno in alcune situazioni. In risposta ad una grave carenza di respiratori in
era un ordine di grandezza più
Australia nel 1937, è stato sviluppato il respiratore a cassa Both, progettato
4 economico, più facile da costruire
specificamente per una produzione rapida e a basso costo (Fig. 2). Sviluppi
e più leggero dei dispositivi
successivi hanno visto la nascita di dispositivi rigidi del tipo “a corazza” o cedevoli
precedenti. Si noti la pompa
del tipo “a poncho” o “a giacca” (Fig. 3).
dell’aria sulla destra e l’asse di
rotazione sul cavalletto di
Idea Costruttiva supporto, che permette di
Fondamentalmente, questi sistemi sono costituiti da tra moduli: una camera regolare l’angolo del paziente per
attorno al paziente permette l’espansione dei polmoni in un ambiente a pressione drenare liquido dai polmoni.
negativa; un pozzo di pressione fornisce la riduzione di pressione necessaria; un
sistema di controllo determina il livello, la
durata e la frequenza dell’esposizione del
paziente alla pressione negativa.
Camera: I respiratori “a giacca” sono
probabilmente i più promettenti per una
produzione rapida, visto che necessitano
solo dell’arcata per il torace (che può
essere ottenuta in vario modo, per
esempio, da sezioni di un tubo) e del sacco
(che può essere rapidamente prodotto a
partire da una busta da trasloco per
materassi [in inglese: mattress bag], tubi Fig. 3: I sistemi a corazza (sinistra) sono più leggeri e portatili, ma storicamente
appiattibili [in inglese: layflat tubing], o hanno mostrato problemi di ridotta efficacia e di sfregamenti alle guarnizioni, il che
barriere vapore in polietilene [in inglese: ha necessitato montaggio su misura. I sistemi a poncho o a giacca (destra) sono più
polyethylene vapour barrier] usate semplici, con il corpo del paziente sigillato dentro una busta di plastica (trasparente
nell’edilizia. Per esperienza personale, nella foto), e un arco rigido che impedisce alla busta di afflosciarsi e permette ai
l’autore conferma che una busta da polmoni di espandersi.
trasloco per materassi [mattress bag] con i
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bordi sigillati con nastro adesivo isolante [duct tape] è adeguata per questa
applicazione. Prima di applicare il nastro isolante si può anche utilizzare una
spillatrice per fissare i lembi, il che rende dell’applicazione del nastro adesivo
isolante più rapida e semplice.
Un vantaggio addizionale è che per avere accesso al paziente in caso di emergenza,
la giacca può essere facilmente tagliata e in seguito riparata con del nastro isolante
o sostituita, se necessario. Storicamente, le guarnizioni per le giacche sono state
praticate all’altezza del collo o intorno al viso. Gli arti possono essere
completamente entro la giacca o possono attraversarla, se si creano guarnizioni
adeguate attorno. Allo stesso modo si può permettere il passaggio di tubi da
Fig. 4: Una linguetta con una fleboclisi e altra attrezzatura di monitoraggio.
massa regolabile (mostrata qui Pozzo di pressione: Discussioni
come un bullone con un numero preliminari con colleghi
variabile di rondelle) rimane pneumologi dell’Università di
chiusa (sopra) se la differenza di Calgary indicano che le
pressione causa una forza (freccia pressioni negative necessarie
bianca) minore della forza peso nella camera (fino a –50 cm di
della linguetta, e si apre se la H2O o circa 5 kPa, simili ai valori
differenza di pressione causa una trovati in letteratura7) sono
forza maggiore (sotto). Un’altra abbondantemente entro
soluzione può essere una molla l’intervallo di pressioni
con precarico regolabile. ottenibili con normali
aspirapolveri casalinghi. È
importante ricordare, però che il dispositivo deve reggere il
funzionamento continuo (un aspirapolvere casalingo non è certo
progettato per questo). La portata richiesta è principalmente
funzione dai ratei di perdita di flusso dalle guarnizioni, e si stima
volumetrica dei polmoni dell’ordine di 500 ml per inspirazione. Le
opzioni possono essere di utilizzare aspiratori individuali o sistemi
centralizzati (basati su dispositivi del tipo dei collettori di
pulviscolo) che servano più pazienti. Si possono considerare anche
altri approcci (per esempio, mantici), se necessario. Ovviamente
bisogna considerare altri parametri, come durevolezza,
affidabilità, semplicità e modalità di guasto (per esempio, è Fig. 5: Idea costruttiva per un sistema di ventilazione a
possibile pompare a mano il dispositivo, in caso di mancanza di pressione negativa d’emergenza. Pozzo di pressione (1)
corrente?). Nonostante l’attrezzatura moderna include attuatori a – in questo esempio un aspiratore centralizzato serve
controllo elettronico leggeri e rapidi, che possono velocemente più pazienti, ed è idealmente collocato lontano dai
cambiare direzione, è più facile fornire una pressione negativa pazienti (o addirittura fuori dall’edificio) per ridurre il
costante alla camera con macchinari comuni. Fornitori locali di rumore. Avere ridondanza e un generatore elettrico
apparecchiature HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning, d’emergenza sarebbero ideali, se possibile. Il livello di
ovvero “riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria”) pressione negativa può essere impostato all’aspiratore
avranno certamente l’apparecchiatura necessaria in magazzino e e/o con una valvola di spurgo (2). I pazienti in camere a
la competenza per installarla rapidamente. Una valvola di spurgo giacca (3) possono essere intubati (4) se necessario a
può essere usata per regolare la pressione e una semplice prevenire il collasso delle vie respiratorie. Valvole (5)
linguetta che si apre/chiude a seconda del valore del differenziale tra il pozzo di pressione e l’ambiente si aprono e
di pressione può dare controllo in feedback (Fig. 4) e stabilizzare il chiudono meccanicamente o elettronicamente per
pozzo di pressione negativa. Un collega medico ha suggerito che, controllare la sincronizzazione del ciclo respiratorio e la
in alcuni casi, una pressione positiva fino a +10 cm di H2O pressione. Si tenga a mente che i pazienti inspireranno
potrebbe facilitare la fase di espirazione. In linea di principio, ed espireranno nell’ambiente e quindi ci potrebbero
questo si potrebbe ottenere dalla porta di uscita del sistema di essere problemi di contaminazione da risolvere. Se lo
distribuzione dell’aria, ma richiederebbe una camera più rigida e scarico dell’aspiratore è diretto in maniera appropriata,
complessa (del tipo del respiratore a cassa di Both). A meno che lo stesso tubo può essere usato per rimuovere l’aria
non ci preveda un’esigenza di questo tipo su larga scala, è espirata.
probabilmente preferibile riservare apparati più avanzati per
questi pazienti, piuttosto che complicare questo apparato.
In alternativa, una relazione online di un anestesista di un reparto di terapia intensiva indica che i pazienti affetti da
COVID-19 potrebbero mantenere una buona cedevolezza polmonare, ma mostrano profonda deossigenazione.8
Pertanto, potrebbe essere desiderabile mantenere la pressione negativa esterna alla fine del ciclo, analogamente al
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caso del PEEP (Positive End Expiratory Pressure: “pressione espiratoria finale positiva”), talvolta detto PEEP esterno.9
Questo si può realizzare con una valvola limitatrice di pressione (relief valve, Fig. 4), che limiti l’afflusso di aria
atmosferica durante la fase di espirazione. Dato che il viso del paziente rimane libero, ossigeno supplementare può
essere somministrato per mezzo di una cannula nasale, maschere a bassa o alta portata (incluse maschere con filtri di
espirazione capaci di catturare particelle virali) o strategie di intubazione più invasive.
Sistema di controllo: I parametri fondamentali specifici per ogni caso devono essere impostati dall’operatore e sono:
il livello di pressione negativa (per compensare la rigidezza variabile dovuta all’infiammazione o ad altre
complicazioni); la durata dell’inalazione a pressione negativa; la durata del ciclo (inspirazione più espirazione più i
tempi di rampa; e ritmo respiratorio). Molti approcci sono possibili, a seconda delle risorse disponibili. Una valvola di
limitazione di pressione regolabile (Fig. 4) può controllare la pressione da adottare specificatamente per ogni
paziente. La sincronizzazione dell’apertura della valvola a pressioni negative o neutre può essere controllata
meccanicamente per mezzo di un moto rotativo (per esempio, un sistema regolabile a camma e punteria; o un disco
rotante con fori, possibilmente attuato dallo stesso flusso d’aria) o elettronicamente (per esempio, Arduino
accoppiato a valvole a solenoide). In extremis, più pazienti possono essere ventilati velocemente, usando un sistema
condiviso e operato a mano, fino a quando una soluzione automatizzata può essere messa in pratica.
Uno schema illustrativo è mostrato in Fig. 5. Riscontro e suggerimenti da personale medico con esperienza diretta in
centri di terapia intensiva per la ventilazione di pazienti affetti da COVID-19 sarebbe di enorme valore. Allo stesso
modo, sarebbe fondamentale avere come previsioni aggiornate da parte di esperti che abbiano un’idea chiara
riguardo la verosimiglianza dell’utilità di un sistema del genere, a che scala e in che tempi.
Vi prego di scrivere (in inglese) a mark.ungrin@ucalgary.ca in italiano a salvatore.federico@ucalgary.ca
Bibliografia
1. Patrone, D. & Resnik, D. Pandemic Ventilator Rationing and Appeals Processes. Health Care Anal. 19, 165–179
(2011).
2. Vergano, M. et al. IN CONDIZIONI ECCEZIONALI DI SQUILIBRIO TRA NECESSITÀ E RISORSE DISPONIBILI
(https://translate.google.ca/translate?hl=en&sl=it&u=http://www.siaarti.it/SiteAssets/News/COVID19%2520-
%2520documenti%2520SIAARTI/SIAARTI%2520-%2520Covid19%2520-
%2520Raccomandazioni%2520di%2520etica%2520clinica.pdf; www.siaarti.it/SiteAssets/News/COVID19%20-
%20documenti%20SIAARTI/SIAARTI%20-%20Covid19%20-%20Raccomandazioni%20di%20etica%20clinica.pdf).
3. Grasso, F. et al. Negative-Pressure Ventilation: Better Oxygenation and Less Lung Injury. Am. J. Respir. Crit. Care
Med. 177, 412–418 (2008).
4. Item Details | Health Museum of South Australia. http://www.healthmuseumsa.org.au/ehive-object-details/.
5. Woollam, C. H. M. The development of apparatus for intermittent negative pressure respiration (2) 1919–1976,
with special reference to the development and uses of cuirass respirators. Anaesthesia 31, 666–685 (1976).
6. Spalding, J. M. & Opie, L. Artificial respiration with the Tunnicliffe breathing-jacket. Lancet Lond. Engl. 1, 613–615
(1958).
7. Raymondos, K. et al. Negative- versus positive-pressure ventilation in intubated patients with acute respiratory
distress syndrome. Crit. Care 16, R37 (2012).
8. Slack | Helpful Engineering | #medical-personnel. https://app.slack.com/client/TUTSYURT3/CV7K1C6AU.
9. Nava, S. et al. Effect of Nasal Pressure Support Ventilation and External PEEP on Diaphragmatic Activity in Patients
with Severe Stable COPD. Chest 103, 143–150 (1993).
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