respirador DIY esquema faça você mesmo
Imagens: Getty Images. Colagem por Cathryn Virginia.

Como fazer um respirador

Para combater a pandemia de coronavírus, fabricantes independentes e companhias estão tentando criar respiradores de código aberto. Saiba o que eles estão enfrentando.
20 Abril 2020, 12:32pm

Nenhum aparelho ganhou mais atenção durante a pandemia de coronavírus que o respirador, que dá a alguns pacientes com covid-19 grave uma chance de lutar pela vida. Acesso a um respirador pode ser a diferença entre a vida e a morte, e escassez de respiradors na Itália e uma escassez em potencial no resto do mundo se tornou um dos problemas logísticos mais críticos para resolver durante a pandemia.

Enquanto todos os níveis do governo disputam a compra e distribuição de aparelhos médicos de respiração, grandes corporações como a General Motors e General Electric e figuras da indústria de tecnologia como Elon Musk estão entrando na briga para tentar aumentar rapidamente a produção ou criar modelos mais fáceis de produzir. Simultaneamente, esforços de fabricação independente de código aberto têm prosperado. A complexidade desses projetos varia de basicamente automatizar um reanimador manual, como o AmboVent da Força Aérea Israelense, até adaptações de aparelhos médicos já existentes para serem usados pelos profissionais de saúde. Fabricantes de jogos de computador criaram protótipos de respiradores, professores universitários dizem que modificaram batedeiras KitchenAid para fazer respiradores, e hacker desbloquearam máquinas CPAP para transformá-las em respiradores improvisados. Médicos e enfermeiras descobriram maneiras de usar respiradores em mais de um paciente. A fabricante de aparelhos médicos Medtronic até fez uma contribuição para os esforços de código aberto, liberando especificações e documentos de seus respiradores PB 560, um modelo que começou a ser fabricado em 2010.

Esses esforços são louváveis, urgentes e infelizmente necessários. Mas transformar uma fábrica de peças de automóveis numa fábrica de aparelhos médicos não acontece da noite pro dia, nem passar de um protótipo de código aberto num laboratório de pesquisa e desenvolvimento para um equipamento de nível médico seguro para ser usado em pacientes reais. Mesmo a General Electric, que tem uma divisão que já faz respiradores, disse a Motherboard que dificilmente eles poderiam alterar fábricas de outras divisões para fabricar mais respiradores.

Os muitos, muitos passos que entram em fazer respiradores numa época de não pandemia – o design, cadeias de fornecimento, burocracia, manutenção – em alguns aspectos não são tão diferentes dos processos subjacentes de qualquer produto industrial feito numa economia global. Onde esse processo tradicional está sendo quebrado atualmente, e o que projetos de código aberto estão tentando contornar, colocam questões de ética médica muito difíceis, incluindo se deveríamos ou não tratar aparelhos médicos como qualquer outro produto industrial. Enquanto há dezenas de projetos tentando fazer respiradores, todos têm enormes bloqueios para superar antes de poderem ser realmente usados para tratar pacientes com covid-19.

Para começar

Há algumas maneiras de começar no mundo do design e fabricação de respiradores. Uma opção antes do covid-19 seria mais ou menos assim:

1. Frequente uma faculdade de medicina

2. Se especialize em aparelhos respiração

3. Depois de anos no campo, passe para a indústria (talvez até funde uma companhia)

Considerando as circunstâncias atuais, pode ser difícil seguir esse caminho. A boa notícia é que muitas pessoas que seguiram ainda estão trabalhando e querem muito ajudar. Muita gente quer ajudar a resolver a crise de respiradores agora – o que é ótimo, por que vai ser preciso muita gente pra fazer isso. Além da abordagem colaborativa exigida para unir hardware complexo e engenharia de software, em cenários de hospitais esses aparelhos também exigem que especialistas e técnicos passem por muito treinamento para manter e operar esses aparelhos.

Muita gente desse campo já sabe e entende isso, e várias abordagens DIY sendo tentadas agora reconhecem a necessidade de colaboração com especialistas. Jeffrey Yoo Warren, fundador da comunidade científica sem fins lucrativos Public Lab e envolvido com projetos de hardware de código aberto, vem acompanhando as ideias que estão emergindo e observou que “Essas pessoas não recebem tanto reconhecimento como inovadores quanto os próprios profissionais de saúde”, citando o trabalho dos médicos do Mt. Sinai em Nova York que desenvolveram um protocolo para modificar máquinas BiPAP como exemplo.

“No geral, acho que há uma desconexão entre o ideal de ‘empreendedor’ de inovação e o que nos torna parte do cuidado de pacientes no dia a dia”, continuou Warren. “Um respirador não é uma solução. É uma ferramenta que é combinada com outras e terapias de um jeito criativo e responsivo por uma equipe médica.”

O que é um respirador?

Considerando a intensidade da procura e toda a cobertura da mídia, é fácil de entender como “respirador” acabou sendo usado para descrever apenas um item, em vez de uma classe de equipamentos médicos que vem em várias formas. Vamos esclarecer isso um pouco.

A família de aparelhos médicos que ajudam pessoas que não conseguem respirar direito sozinhas incluem respiradores, aparelhos BiPAP e CPAP, e reanimadores manuais. A diferença entre eles está em quantas variáveis eles podem controlar e quão precisamente eles podem medir essas variáveis.

Quando usando um reanimador manual, a principal variável é quão forte uma pessoa pode apertar a bolsa de ar, já BiPAPs e CPAPs usam um método chamado pressão do ar positiva (o que quer dizer a parte PAP). Os aparelhos pegam ar normal, o comprimem e mandam através de uma mangueira para um paciente usando uma máscara. BiPAPs geralmente são um pouco mais complexos. Onde CPAPs só movem o ar pressurizado através de uma máscara, o BiPAP têm dois modos de pressão – um para inspiração e outra expiração. Os três são considerados respiradores “não-invasivos”, significando que o paciente tem uma máscara colocada no rosto, não um tubo inserido na traqueia para ajudar a respiração, a principal classe de respiradores atualmente procurada pelas agências de saúde e hospitais do mundo.

O mundo dos respiradores invasivos cobre um grande espectro de usos. Há respiradores de anestesia para pessoas que precisam passar por cirurgia, respiradores portáteis para ambulâncias, respiradores neonatais para recém-nascidos prematuros com pulmões delicados, respiradores para casas para pessoas que receberam alta do hospital mas ainda precisam de ajuda para respirar. Os respiradores mais necessários para pacientes de COVID-19 – o tipo que governos estão tendo que entrar em guerras de licitação para conseguir, e que a General Electric e Ford estão tentando modificar suas linhas de montagem para fabricar – são chamados respiradores de “cuidado intensivo”. Essas máquinas, que podem custar entre US$ 10 mil e US$ 50 mil, têm monitorar precisamente muito mais variáveis que os CPAPs e BiPAPs. Elas precisam mudar a pressão, volume, fluxo e taxa de ar dependendo das condições em mutação do paciente, o que significa que elas dependem de sensores e microprocessadores para fazer esses cálculos.

Na maior parte, as iniciativas de código aberto atuais não estão dizendo que podem construir respiradores de cuidado intensivo. Govind Rajan, anestesiologista da escola de medicina da UC Irvine e colaborador do projeto de respiradores Bridge Ventilator Consortium, descreveu o caso de uso desse projeto como “apenas em situações onde você não tem nenhum respirador disponível e o paciente precisa muito de um”. Numa colaboração com o consórcio, a Virgin Orbit criou um respirador da variedade “reanimador manual automatizado”. Isso não chega nem perto de ser tão complexo quando um respirador de cuidado intensivo.

Mas Rajan descreveu cenários onde “chega uma hora que você precisa ser retirado de um respirador”, e disse que o design de sua equipe pode servir para necessidades de pacientes que precisam ser retirador e não precisam de um aparelho de cuidado intensivo (ou seja, funcionando como uma “ponte” entre cuidado intensivo e ser retirado de um respirador). Em seu site, a Virgin Orbit também descreve o respirador (que ainda não foi aprovado pelo FDA dos EUA) como possivelmente servindo “um grande volume de pacientes com sintomas moderados de covid-19”.

Essa descrição aparentemente contraditória – um respiradorr que é tanto uma opção de pior caso e servindo para um estágio intermediário de tratamento de covid-19 – introduz questões sérias de ética médica na busca por mais respiradores. Para médicos tentando salvar pacientes por qualquer meio necessário, um respirador de viabilidade mínima é melhor que nenhum. Rajan relembrou suas próprias experiências quando começou sua carreira trabalhando na Índia 35 anos atrás, onde a disponibilidade de respiradores era pequena e reanimação manual às vezes era a única opção para manter um paciente respirando. Ter que escolher entre uma ferramenta de último recurso e um aparelho de cuidado intensivo ainda é um privilégio que alguns médicos não têm agora.

O respirador PB 840. Imagem: Medtronic.

“Muitas coisas são melhores que nada. A questão é: esse aparelho é capaz de atender as necessidades do paciente?”, pergunta Rich Branson, professor do departamento de cirurgia da Universidade de Cincinnati e editor-chefe do jornal científico Respiratory Care, quando perguntei sua opinião. Enquanto os médicos aprendem mais sobre o COVID-19 e seu tratamento, houve uma reavaliação da corrida para produzir ferramentas de “último recurso” sobre simplesmente investir em respiradores de cuidado intensivo – por exemplo, o sistema de saúde do Reino Unido recentemente cancelou um contrato para milhares de respiradores feitos pelo Formula One Group da indústria de corridas, porque os considerou insuficientes para atender as necessidades de pacientes com COVID-19. Enquanto isso, projetos que se descrevem como adequados para pacientes infectados com COVID-19, mas não precisam (mais) de respiradores de cuidado intensivo, correm o risco de “inventar um paciente que não existe”, alertou Branson.

Branson aprecia as boas intenções desses projetos, mas teme que o público – e algumas das organizações e agências federais os financiando – não entendam completamente que eles são “tampões”, não uma solução para não ter respiradores de cuidado intensivo. “A pior solução é aquela que faz as pessoas acharem que estão recebendo tratamento efetivo quando não estão”, ele disse. Entender que tipo de respirador um paciente está recebendo, e o que ele pode ou não fazer, é crucial para evitar expectativa equivocada.

O que tem num respirador?

Enquanto já está estabelecido que a complexidade dos respiradores varia, no contexto de respiradores de cuidado intensivo equipados com microprocessadores, há alguns componentes-chave para considerar: arquitetura pneumática, arquitetura elétrica e de software, e fonte de alimentação de energia.

A arquitetura pneumática de um respirador faz o trabalho de pegar o gás pressurizado (ar e oxigênio), aumentando ou baixando a pressão do gás dependendo da necessidade do paciente, mover o ar e controlar os níveis de oxigênio e fluxo do ar para o paciente. Sistemas de pressurização de gás variam mas, geralmente, são alimentados por turbinas ou compressores internos, ou pelo suprimento de gás médico que sai da parede. O ar se move através de uma série de válvulas e tubos, e o controle desse fluxo geralmente acontece na válvula solenoide (um aparelho eletromecânico que expande e contrai dependendo do fluxo exigido).

“Não estamos fazendo clipes de papel. Estamos fazendo equipamento de suporte à vida que às vezes serão necessários inesperadamente . ”

O lado elétrico do respirador talvez seja a parte mais vital do molho secreto aqui – é um sistema de sensores que monitora a máquina e a respiração do paciente, e o software que usa a informação desses sensores para determinar a pressão, volume e fluxo do ar que um paciente recebe. Calcular essas variáveis (que, dependendo de quão complexo é o respirador, serão recalibradas por um técnico ou atualizadas automaticamente pela máquina) é crítico para a segurança do paciente: se a pressão ou o volume do ar fluindo é muito alta, isso pode danificar os pulmões.

Enquanto ter uma fonte de alimentação num aparelho elétrico pode parecer óbvio, respiradores também precisam ser equipados com uma fonte de energia de emergência robusta no caso de falta de energia elétrica, ou se um paciente precisa ser movido. No documento de especificações do governo do Reino Unido para um Sistema de Respirador Fabricado Rapidamente repassado para os fabricantes, é exigido que respiradores tenham uma bateria de emergência que dure pelo menos 20 minutos mas é aceitável a opção de utilizar baterias que podem ser trocadas e duram até 2 horas de uso contínuo.

Como conseguir aprovação para respiradores

Respiradores, como todos os outros aparelhos médicos, passam por muita burocracia e papelada para ter a aprovação do FDA nos EUA. Rogers e Branson recontaram as vezes em suas carreiras quando a papelada do FDA para respiradores teve que ser impressa e transportada num palete. Agora, esse processo foi acelerado pelo FDA para permitir que os fabricantes modifiquem respiradores aprovados anteriormente, e para introduzir novos respiradores para aprovação.

Dito isso: “Se você vai começar do zero, será difícil entrar no mercado mesmo com a autorização de uso de emergência do FDA”, segundo Deborah Jennings-Conner, diretora da divisão Global Regulatory and Testing Assurance for Life and Health Sciences da UL, uma companhia de ciência de segurança.

Na UL, Jennings-Conner vem trabalhando no desenvolvimento dos padrões da indústria para fabricação de aparelhos médicos, e ela trabalha com os fabricantes para implementar novos protocolos para fazer a transição segura de suas fábricas para a fabricação de equipamento médico. Ela está encorajando companhias não-médicas que querem ajudar a adaptar ou modificar respiradores já aprovados pelo FDA. Trazer esses designs já existentes para fabricantes não-médicos “é como ter um novo local de fabricação”, em vez de começar tudo do zero. Se os fabricantes podem focar “em treinar os funcionários e os introduzir ao processo” de fabricação de aparelhos médicos, eles trabalham mais rápido do que começando com designs novos.

As cadeias de fornecimento de respiradores

Mas para chegar nesse estágio de produção, primeiro precisamos ter uma cadeia de fornecimento para todos os componentes do seu aparelho. Respiradores têm muitas peças, e os fabricantes deles geralmente não fazem essas partes. Enquanto os esquemas e componentes dos respiradores geralmente são informações de propriedade dos fabricantes, podemos ter um vislumbre disso do “código aberto” do respiradorr PB 560 do Medtronic – com algumas ressalvas.

Enquanto a companhia foi longe para compartilhar seu material enquanto simultaneamente aumentava a produção, isso pinta uma imagem ligeiramente incompleta da cadeia de fornecimento. A Medtronic liberou os documentos do PB 560 numa série de versões escalonadas, o que significa que há alguma variação nos níveis de detalhe dos documentos. Em uma versão, a Medtronic publicou listas individuais de materiais para seis componentes incluindo os nomes dos vendedores deles; na versão final, eles publicaram uma única lista de materiais para o aparelho inteiro, sem os vendedores. Mas mesmo com essas lacunas, os documentos do PB 560 fornecem uma boa visão da complexidade das cadeias de fornecimento dos respiradores.

Os documentos em conjunto, por exemplo, listam 65 partes diferentes. A lista total de materiais contém 613 itens. Entre as seis listas de materiais para componentes específicos publicadas (principalmente para componentes de placa de circuito impressa), há 78 fornecedores para coisas como capacitores, diodos e resistências, cada um provavelmente tendo seus próprios fornecedores de material bruto. O coronavírus está afetando as cadeias de fornecimento global para tudo, então é possível que esses componentes brutos não estejam disponíveis agora. Para reiterar, esses são os fornecedores para apenas uma fração dos 613 itens do aparelho, e o PB 560 é um dos modelos relativamente mais simples de respiradores disponíveis.

“Você vai encontrar muitos fabricantes de respiradores conseguindo componentes dos mesmos lugares”, disse Mark Rogers, gerentes de projetos da fabricante de respiradores Nihon Kohden OrangeMed. Rogers está no negócio de cuidados respiratórios há mais de 35 anos, e trabalhou no desenvolvimento e produção de vários respiradores de cuidado intensivo e neonatal. Companhias tentando aumentar a produção de respiradores agora estão competindo pelas mesmas peças. “É um negócio muito incestuoso. As pessoas passam entre empresas e você começa a ver elas usando os mesmos conceitos ou fornecedores”, ele disse.

Isso contribui para o desafio de ter respiradores suficientes agora, mas diferentes componentes encaram desafios diferentes. Alguns dos componentes mais conceitualmente centrais, como uma turbina usada para pressurizar o gás, tipicamente são um pouco mais personalizados, então há menos competição por essas partes – mas muitas das partes constituintes dos respiradores, como mangueiras de gás ou válvulas solenoides, atualmente estão em falta.

“Respiradores que fazem coisas especiais são onde pessoas como eu investem suas vidas. ”

Dependendo da abordagem sendo usada, projetos DIY e de código aberto vão encarar mais ou menos dos mesmos desafios. O Bridge Ventilator Consortium, da parte deles, deliberadamente procura componentes fora da cadeia de fornecimento médica tradicional e portanto com menor demanda agora, como de motores para limpador de para-brisas.

Rogers expressou algumas frustrações sobre como a lógica da cadeia de fornecimento funciona contra o preparo para uma emergência médica. “Você não tem cadeias de fornecimento de última hora para equipamentos como esse”, ele disse. “Não estamos fazendo clipes de papel. Estamos fazendo equipamento de suporte à vida que às vezes serão necessários inesperadamente.”

Passos finais: Uma mudança massiva nas políticas de saúde

Parte do desafio do suprimento de respiradores agora se deve ao processo estar preso \ cadeias de fornecimento de última hora por tanto tempo.

“Esse mesmo problema já foi descrito antes – não é como se nunca tivéssemos considerado isso”, Branson disse quando perguntei sobre sua pesquisa passada em cuidados respiratórios e operações de desastre.

Em 2014, ele escreveu um artigo científico no jornal CHEST onde uma série de recomendações-chave eram dadas para abordar cuidados intensivos no evento de um pico na procura, incluindo a necessidade de coordenar acesso a respiradores mecânicos por hospitais estaduais e municipais, e três páginas destacando a operação de base, performance, segurança e características de manutenção para selecionar respiradores mecânicos estocados. Segundo Branson, os tampões que projetos DIY atuais estão propondo não atendem essas exigências.

Desde 2003 e tão recente quanto 2017, o Gabinete de Responsabilidade Governamental dos EUA e o Pentágono divulgaram relatórios sobre a importância de ter um suprimento com manutenção apropriada de respiradores e equipamentos de proteção pessoal para trabalhadores da saúde no caso de uma pandemia. Os esforços que foram feitos para preencher esse vácuo, antes e depois do COVID-19, foram frustrados em parte por incompetência, em parte pelo capitalismo. Como o New York Times relatou semanas atrás, esforços para fabricar respiradores de baixo custo, explicitamente para o estoque nacional, começando em 2007 desmoronaram no começo dos 00, um período de aquisições em massa e consolidações na indústria de saúde, onde um contrato com o governo para fazer respiradores de baixo custo não parecia um grande gerador de renda. Milhares de respiradores no estoque nacional dos EUA não funcionam porque um lapso de contrato significa que eles não receberam manutenção regular. Levou semanas e 5 mil mortes no país para Donald Trump usar o Defense Production Act para obrigar um aumento na fabricação.

No mundo todo, também há o problema de que respiradores de cuidado intensivo simplesmente são caros demais e difíceis de fazer. Aqui está o enorme potencial dos projetos DIY. Rajan do, Bridge Ventilator Consortium, mencionou que sua equipe está sendo procurada por médicos na Índia e África do Sul – lugares que não têm como entrar na produção de respiradores de cuidado intensivo em larga escala. Rajan espera que seu trabalho possa ajudar a curto prazo, mas reconhece que mudança sistêmica é necessária aqui. Numa crise, é ótimo que esses aparelhos “melhor que nada” feitos com peças mais acessíveis possam fazer diferença para países mais pobres necessitando de respiradores de cuidado intensivo. Mas dar a países pobres ferramentas de último recurso – em vez de facilitar o acesso a respiradores de cuidado intensivo, seja através de financiamento ou apoio na fabricação – arrisca tornar esses “tampões” outro status quo da desigualdade.

O que é uma vergonha, porque cuidado respiratório não é uma indústria em que as pessoas entram porque buscam virar uma celebridade ou ganhar muito dinheiro. Elas entram nisso porque é algo que importa, e porque querem fornecer o melhor atendimento possível para todas as pessoas.

“Essas coisas não são commodities”, disse Mark Rogers. “Respiradores que fazem coisas especiais são onde pessoas como eu investem suas vidas.” Para ele, os aparelhos em que ele trabalhou são seu legado. Imagine o tipo de legado que ele pode deixar, que todas as pessoas que se dedicaram a respiradores podem deixar, se acesso aos seus projetos não fossem limitados a cadeias de fornecimento, renda ou saúde como apenas outra commoditie entre tantas outras.

Matéria originalmente publicada pela VICE EUA.

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