Cómo proteger a los trabajadores de la salud del COVID-19

La rápida propagación del COVID-19 abrumaba a los hospitales que no podían lidiar con el número creciente de pacientes, muchos de los cuales requerían ventiladores y otros cuidados críticos. Tales condiciones pueden poner en riesgo a los trabajadores médicos. Ahora los investigadores están estudiando métodos para aumentar la seguridad y eficacia de los hospitales durante la pandemia.

La escasez de ventiladores que salvan vidas, que normalmente cuestan alrededor de $ 30,000 cada uno, afecta a los hospitales de manera particularmente dura.

"Al construir un ventilador simple y barato, podemos ayudar a aliviar esta carga para el personal médico", dijo Mohamed Amine Abassi, estudiante de doctorado en mecánica de fluidos.

Basado en un prototipo diseñado por su asesor, el profesor de ingeniería Xiaofeng Liu, Abassi encabezó un esfuerzo con colegas de la Universidad Estatal de San Diego y la Universidad de California en San Diego para construir un dispositivo de este tipo a partir de piezas fácilmente disponibles: tubos de plástico, válvulas de presión, humidificador. – y un suministro de aire. Luego lo probaron.

Los resultados preliminares compartidos en la 73ª Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física sugieren que el ventilador cumple con los requisitos esenciales establecidos por la Administración de Alimentos y Medicamentos. Es totalmente controlable en tres parámetros: presión de aire, tiempo de inspiración y presión espiratoria final positiva (PEEP), con planes para más controles en proceso.

Abassi y Liu prevén que los ventiladores ayudarán no solo a los hospitales abrumados en los Estados Unidos, sino también a los países en desarrollo y las áreas rurales con una infraestructura médica limitada. "Si pueden construirlo en casa, pueden usarlo", dijo Abassi. "Y puede construir muchos de estos ventiladores en muy poco tiempo".

Los pacientes con respiradores que tienen algunas afecciones pulmonares relevantes para COVID-19 con enfermedades pulmonares crónicas subyacentes a menudo recibirán medicamentos como albuterol a través de un tubo endotraqueal. Este tratamiento relaja los músculos bronquiales y mejora el flujo de aire hacia las vías respiratorias pulmonares constreñidas.

Un grupo de la Universidad de Lehigh y la Universidad de Arkansas para Ciencias Médicas buscó los métodos más efectivos para administrar albuterol a través de un ventilador.

Ariel Berlinski y su grupo realizaron experimentos de caracterización de aerosoles en la Universidad de Arkansas. Rahul Rajendran de Lehigh utilizó los resultados para investigar la administración de fármacos a través de cálculos.

"El objetivo de la investigación era evaluar la eficiencia de la administración de fármacos cuando se variaba el tipo de nebulizador y su ubicación en el circuito del ventilador", dijo Arindam Banerjee, miembro del grupo y profesor de ingeniería mecánica y mecánica de Lehigh.

Los investigadores encontraron que un nebulizador de malla vibratoria (en lugar de un chorro) colocado en el lado seco del humidificador administra la dosis más alta al pulmón. La administración de albuterol mediante intubación es más eficaz para partículas más pequeñas, mientras que la administración oral es más eficaz para partículas más grandes.

"Nuestros resultados son vitales para el tratamiento basado en ventiladores mecánicos", dijo Banerjee.

Incluso en circunstancias óptimas, los trabajadores de la salud aún corren el riesgo de contraer COVID-19. Un nuevo aparato respiratorio podría reducir los aerosoles exhalados, que se sabe que transmiten el virus que causa la enfermedad.

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Investigadores de Liberty University y Vapotherm se preguntaron cómo los tratamientos respiratorios comunes afectarían las emisiones de aerosoles. Entonces decidieron probar un diseño propuesto para una mascarilla de PVC conectada a la succión, agregando una cánula de insuflación nasal de alta velocidad, el tipo de dispositivo con tubo que suministra oxígeno a la nariz.

Luego, con el aporte de expertos médicos, modelaron una habitación de hospital con dos pacientes y cuatro cuidadores utilizando técnicas computacionales altamente sofisticadas. Según su modelo, cuando los pacientes usan el nuevo aparato, menos partículas llegan a los trabajadores de la salud.

"Representa una forma económica de reducir la propagación del contagio aéreo utilizando suministros que ya se encuentran comúnmente en las habitaciones de los hospitales", dijo el candidato a doctorado en ingeniería Reid Prichard. "Esta seguirá siendo una herramienta importante incluso después de que termine la pandemia".

Otro grupo de la Universidad del Sur de Florida, dirigido por el estudiante de doctorado en ingeniería mecánica Anthony Perez, está investigando qué sucede con los contaminantes en aerosol que los pacientes emiten en la sala de aislamiento de un hospital y qué tan rápido los contaminantes abandonan la habitación.

"Como muchos hospitales están alcanzando su capacidad, garantizar que una habitación de hospital sea segura para ingresar después de un procedimiento generador de aerosol, o después de la remoción de un paciente anterior para que los trabajadores de higiene puedan preparar la habitación, requiere un tiempo de inactividad significativo", dijo Pérez.

Según los investigadores, las recomendaciones de ventilación de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades asumen que los aerosoles que contienen patógenos están perfectamente mezclados dentro de una habitación. Usando simulaciones numéricas, el grupo encuentra que las condiciones de mezcla imperfectas afectan significativamente la rapidez con que la ventilación elimina los patógenos de una habitación.

"Es sorprendente y algo preocupante que el estándar para la desinfección del aire se base en lo que muchos considerarían un cálculo del reverso de un sobre", dijo Pérez.

Las simulaciones sugieren que los contaminantes en aerosol pueden permanecer en "zonas muertas" durante unos 10 minutos en una sala de aislamiento típica de un hospital. Mientras tanto, los "cortocircuitos" expulsan algunos paquetes de contaminantes rápidamente antes de que puedan dispersarse.

"Nuestra investigación ilustra la necesidad de un marco más preciso, pero económico, para la predicción de concentraciones de aerosoles en una habitación de hospital arbitraria, especialmente al evaluar el nivel de exposición de los trabajadores de la salud", dijo Pérez.