Respiradores: o que são, como funcionam e como as universidades estão auxiliando em sua produção

A pandemia do COVID-19 colocou sob os holofotes um equipamento médico específico: os respiradores. “Respirador” é o nome popular dado aos ventiladores pulmonares, máquinas que ajudam os pacientes a respirar quando eles não conseguem fazê-lo por si sós. Trata-se de um aparelho essencial no tratamento contra a doença, as universidades tem tido um papel crucial em garantir a disponibilidade deles.

Por isso, vamos falar a seguir sobre os ventiladores pulmonares. Vamos explicar como eles funcionam, por que são importantes no tratamento do COVID-19, por que ficaram tão escassos de repente e como as universidades do mundo todo estão ajudando a suprir essa escassez. Confira!

O que são respiradores?

De acordo com o National Heart, Lung and Blood Institute (NHLBI) do governo dos EUA, os respiradores, ou ventiladores pulmonares, são um equipamento médico sofisticado que ajuda o paciente a respirar. Ou seja: ele auxilia em transportar oxigênio para os pulmões e retirar gás carbônico das células.

Eles são usados, por exemplo, durante cirurgias em que o paciente passa por anestesia geral. Nesses casos, como ele não consegue respirar sozinho, o respirador faz esse trabalho. Também podem ser usados após a cirurgia, durante a recuperação, ou caso o paciente tenha alguma doença que dificulte sua respiração. Esse último caso é o motivo pelo qual ele é tão importante no tratamento do COVID-19.

Como um respirador funciona?

O ventilador pulmonar é ligado ao paciente por meio de um processo chamado intubação endotraqueal. Um tubo é colocado na garganta do paciente e conectado ao equipamento. Por esse tubo, o respirador assopra oxigênio (ou uma mistura de gases incluindo oxigênio) no pulmão do paciente.

Normalmente, o paciente consegue soltar o ar, liberando o gás carbônico de seu corpo. Mas o respirador também consegue fazer pressão negativa para retirar o gás carbônico se necessário.

O respirador pode ser configurado, por exemplo, para soprar ar um determinado número de vezes por minuto — suficiente para manter o sangue do paciente oxigenado. Também pode ser ajustado de uma maneira que o paciente consiga acionar o respirador para soprar ar em seus pulmões quando quiser. Mas, nesse caso, o respirador se ativa automaticamente caso não seja acionado dentro de um determinado período de tempo. Isso é para garantir que o paciente continue respirando mesmo que fique inconsciente.

Por que há tão poucos respiradores?

É fácil imaginar que uma máquina cuja função é literalmente “respirar por você” precisa ser altamente confiável. E, de fato, os ventiladores pulmonares mecânicos são máquinas muito sofisticadas. Eles precisam se conectar a outros equipamentos médicos para poder monitorar a oxigenação do paciente e manter-se em operação mesmo em caso de flutuações de energia.

Por esse motivo, são equipamentos caros. De acordo com o Estado de São Paulo, Eles normalmente custam de R$ 50 mil a R$ 150 mil. E a pandemia do COVID-19 aumentou a procura por eles, provocando inflação e fazendo com que o preço chegasse a R$ 300 mil ou até mais.

Em condições normais, os hospitais não precisam ter muitos respiradores. Afinal, eles só são usados para pacientes em cirurgia ou com algumas doenças específicas. Mas como o COVID-19 ataca os pulmões das pessoas infectadas, dificultando sua respiração, os ventiladores pulmonares são essenciais para ajudá-la a respirar enquanto a doença é tratada.

E como a doença é altamente contagiosa, o número de pessoas que precisam desse equipamento para conseguir respirar aumentou muito, e de maneira repentina. Um estudo do Imperial College London estimou que 30% dos pacientes hospitalizados com a doença precisarão de respiradores. Os hospitais e mesmo as empresas que produzem esses equipamentos não conseguiram se preparar para o aumento da demanda, e isso gerou a escassez.

Como as universidades tem ajudado

Diante dessa situação, as universidades — tanto no Brasil quanto no exterior — vem buscando alternativas para remediar essa escassez. Seja tornando os respiradores mais acessíveis, seja buscando alternativas a eles. Vamos destacar aqui o trabalho de algumas instituições que tem atuado nessa frente contra a pandemia. Confira:

Stanford — respiradores de emergência

Pesquisadores de Stanford são um dos grupos que estão se esforçando para criar alternativas mais baratas aos ventiladores pulmonares tradicionais. Uma equipe liderada por David Camarillo, professor de bioengenharia da universidade, desenvolveu um protótipo simplificado de respirador.

A máquina criada por Stanford desempenha as mesmas funções básicas de um respirador tradicional — leva oxigênio aos pulmões dos pacientes e retira o gás carbônico. Segundo a universidade, o dispositivo está sendo testado eletronicamente e, em breve, a equipe pretende entrar com um pedido para liberação de seu uso em humanos, em casos emergenciais, junto à Food And Drug Administration (FDA, uma espécie de “Anvisa dos EUA).

Os pesquisadores ressaltam, porém, que sua criação não é um substituto aos respiradores tradicionais. No entanto, são essenciais para momentos de escassez quando os aparelhos mais caros e sofisticados não estão disponíveis.

Imperial College London — dados e respiradores

O Imperial College London é uma das instituições que mais contribuiu com pesquisas para medidas de saúde pública para enfrentar a pandemia. Os dados da universidade londrina são uma das melhores ferramentas para estimar, por exemplo, até quando devem ser mantidas as medidas de isolamento social.

Ao mesmo tempo, pesquisadores do departamento de bioengenharia da universidade criaram um design de respirador que pode ser produzido de maneira muito mais rápida e barata do que os equipamentos tradicionais. Eles também liberaram os diagramas e documentos de design do aparelho para que qualquer pessoa possa acessá-los (neste link).

Assim como o mecanismo criado por Stanford, o aparelho não substitui plenamente os respiradores mais caros. Mas é muito mais barato e prático. Segundo o Imperial College London, ele pode ser produzido por menos de £1.500 (R$ 10.500, na cotação atual) com partes fáceis de se encontrar, e pode ser operado a partir de um computador comum.

Harvard — capacitação para profissionais de saúde

Aos hospitais, não basta ter respiradores: é necessário também ter profissionais capacitados a operá-los. E com o aumento da demanda por esses equipamentos, é de se esperar também que aumente a necessidade de pessoas com essa capacitação.

A universidade está oferecendo um curso online gratuito de “Ventilação Mecânica para COVID-19“. Voltado para profissionais da área da saúde, ele tem duração de duas a cinco horas (dependendo do ritmo do estudante) e o objetivo de preparar profissionais não-licenciados para operar em UTIs a utilizar esses equipamentos.

O curso é oferecido por meio da plataforma HarvardX, que também disponibiliza outros programas da universidade em modalidade online aberta. Para acessá-lo, basta criar uma conta no site.

University of Chicago — informações e alternativas aos respiradores

A Universidade de Chicago montou um portal extremamente rico em informações sobre a pandemia do COVID-19. Além de oferecer dados, análises e textos opinativos bem embasados sobre o desenvolvimento da doença, o portal da universidade também coloca à disposição alguns dos seus professores e especialistas que estão atuando diretamente no combate à doença.

Uma dessas atuações é uma pesquisa que a instituição está realizando com catéteres nasais de fluxo elevado. Esses catéteres, mais comuns em hospitais, podem ser usados como alternativa para os respiradores tradicionais, segundo a universidade. Os pesquisadores relatam que o uso dos catéteres, combinado com a técnica de deitar os pacientes de bruços, levou seus níveis de oxigenação de 40% a 80% ou até 90%.

Dentre as “dúzias” de pacientes que a universidade diz ter tratado com esse método, apenas um deles precisou de intubação após dez dias. A técnica, no entanto, exige que os médicos tomem ainda mais cuidado com o uso de EPIs (equipamentos de proteção individual). Mas além de “economizar” respiradores, ainda evita alguns dos riscos desses aparelhos (como lesões pulmonares).

E no Brasil?

Universidade de São Paulo — respirador 15 vezes mais barato

Assim como a Universidade de Chicago, a Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FM-USP) criou um site com informações sobre a pandemia do COVID-19 no país. Além disso, pesquisadores da Escola Politécnica da universidade (Poli-USP) criaram um respirador que custa bem menos do que as soluções tradicionais.

Todos os documentos referentes a esse novo modelo de respirador foram disponibilizados na licença open-source, segundo a Agência Brasil. Isso quer dizer que qualquer pessoa pode baixar as informações, adquirir os materiais e produzí-lo de maneira autônoma. Assim como a solução criada por Stanford, esse protótipo (batizado de “Inspire”) não substitui um ventilador pulmonar tradicional e é voltado para uso em casos de emergência.

Anunciado no começo de abril, o Inspire já foi aprovado em avaliações técnicas e em testes tanto com animais quanto com humanos, segundo o Jornal da USP. Atualmente, a liberação de seu uso está dependendo da aprovação de órgãos como a Anvisa.

Unicamp — De testes a sistemas

Logo no começo da pandemia do COVID-19 no Brasil, a Unicamp conseguiu unir mais de 400 pesquisadores voluntários para atuar em diversas frentes do combate à doença, segundo o UOL. Estatísticos, engenheiros e epidemiologistas se juntaram para usar os laboratórios da universidade para realizar testes de COVID-19 em pacientes da região.

O Instituto Eldorado, localizado dentro da universidade, também tem atuado na produção de oxigenadores, segundo o G1. São equipamentos um pouco diferente dos respiradores, mas que cumprem a mesma função de oxigenar o sangue. Para isso, no entanto, bombeiam o sangue do paciente para uma máquina com uma membrana especial que faz a troca gasosa do sangue.

Além disso, a universidade também trabalha no desenvolvimento de sistemas computacionais para os ventiladores pulmonares. A partir de uma ideia do professor Sávio Vianna da Faculdade de Engenharia Química, pesquisadores da instituição criaram um modelo matemático que simula a forma como o ar liberado pelos equipamentos se comporta nos pulmões dos pacientes. O sistema pode ajudar médicos a identificar e reparar problemas nos dispositivos.