Reespirator: prueba de concepto y validación preclínica de un nuevo modelo de ventilador mecánico

Abstract

La enfermedad ocasionada por el virus SARS-Cov-2 llamada COVID19 presenta una autentica plétora de síntomas predominando los relacionados con el sistema respiratorio(1), tales como dificultad respiratoria, tos e inflamación pulmonar, lo cual puede evolucionar hasta la instauración de un síndrome de distress respiratorio agudo (SDRA)(2) Este virus se caracteriza por generar un proceso inflamatorio en el tejido pulmonar y sobre el sistema vascular que lo atraviesa. Este proceso genera una liberación masiva de citoquinas y demás mediadores inflamatorios que desembocarán en algunos casos desafortunados en un fallo agudo de la función ventilatoria al imposibilitarse el intercambio gaseoso por destrucción e inutilización de las paredes alveolares. Esto es conocido como Sindrome de Distress Respiratorio Agudo(3). El SDRA constituye la evolución final de multitud de patologías respiratorias o sistémicas, consistiendo un cuadro de fracaso pulmonar con una mortalidad estimada de en torno al 50% dependiendo la bibliografía consultada(4). La ocupación alveolar difusa que se visualiza por técnicas de imagen así como el cortejo sintomático entre los que predomina la disnea y la existencia de valores muy disminuidos de PaO2 y SatO2 los cuales no responden de forma apropiada a la instauración de FiO2 elevadas, precisando la utilización de cifras de PEEP crecientes. La categorización del SDRA se realiza con los criterios de Berlín(5) y con los criterios de Kigali(6,7), basados en la relación entre la PaO2 y la SatO2 con la FiO2 administrada, respectivamente. El caso de COVID19 no es diferente al SDRA convencional, si bien es cierto que ciertos reportes de casos atestiguan el no comportamiento en esta patología como un pulmón rígido y demostrándose una buena respuesta a las cifras crecientes de PEEP(8,9). Aún así, la necesidad de utilización de ventilación mecánica para el tratamiento del COVID19 puede ser obligatoria en una casuística de casos nada despreciable(10), atestiguando la necesidad del aumento en el número de ventiladores para poder acoger y tratar a estos pacientes. HIPOTESIS: - Los sistemas de respiración asistida han demostrado ser una herramienta imprescindible en el manejo del SDRA en pacientes afectos de Covid-19. - El desarrollo de nuevos modelos eficaces, seguros y disponibles es una prioridad en la pandemia por SARS-Cov-2 así como para su utilización en futuras crisis humanitarias. OBJETIVOS: Diseño, fabricación y validación preclínica en diferentes modelos de un nuevo prototipo de ventilador mecánico para el manejo del síndrome de distress respiratorio (SDRA) durante la pandemia del COVID-19. METODOS: Diseño del estudio: Se trata de un estudio experimental tipo ensayo pre-clínico con modelo animal, con el cual se evaluará y determinaran las capacidades técnicas del aparato Reespirator basándose en la capacidad de este de sustentar las funciones vitales de un modelo animal normal y afecto de SDRA inducido artificialmente MODELO ANIMAL DE SDRA: Para la creación del modelo animal se ha seleccionado la técnica de lavado broncoalveolar con SFF al 0.9%. Existen métodos alternativos que uno puede encontrar en la bibliografía tales como la instilación de polisacáridos de tipo bacteriano o la administración endovenosa de ácido oleico. La instilación de polisacáridos puede relacionarse de forma bastante fehaciente con un SDRA pero implica la consecución de un inoculo difícilmente conseguible por los medios de los investigadores, por otro lado la administración de ácido oleico no solamente presenta una dificultad de consecución muy elevada sino que además, existe bibliografía que advierte de la no similitud de este modelo con el SDRA común que afectaría a los pacientes con COVID19. El lavado broncoalveolar con SFF produce una eliminación del surfactante alveolar lo cual daña el alveolo dificultando el intercambio gaseoso por parte del mismo, emulando de una manera bastante consistente la situación de SDRA, existiendo como terapia alternativa y aparentemente eficaz la administración nebulizada de surfactante en pacientes reales con SDRA, hecho que aumenta la consistencia del modelo en cuestión que también ha demostrado no inferioridad a la hora de producir un SDRA en modelo animal con cerdo. Incluso hay autores que han propuesto la posibilidad de aumentar el daño alveolar y agravar el cuadro con la administración de detergentes o incluso irritantes directos como son el ácido sulfúrico o clorhídrico diluido, aunque parecen tener menor evidencia que lo anterior por lo cual se reservará en caso de necesidad de aumentar la gravedad del cuadro ventilatorio en el animal Los datos serán recogidos de manera telemática por parte del equipo de diseñadores del aparato, recogiéndose además las impresiones del facultativo con el fin de evaluar la facilidad de uso, así como la ergonomía del propio dispositivo. MATERIALES PARA LA FABRICACION: Una gran cantidad de materiales se ha utilizado durante la fabricación de este nuevo prototipo. Numerosos sistemas, no solo neumáticos, sino que también mecánicos y electrónicos, fueron necesarios para construir un prototipo plenamente funcional del dispositivo en cuestión. Un importante número de especialistas en distintos ámbitos han sido necesarios para la fabricación de este modelo, desde ingenieros informáticos especialistas en la fabricación de máquinas de estado hasta físicos especializados en la creación de sistemas neumáticos consistentes que permitan el mantenimiento en uso del sistema a largo plazo. Asimismo, una vez desarrollado un prototipo mecánicamente viable del dispositivo este deberá ser probado y testado según exigen las normas de la investigación biomédica, en nuestro caso nos centraremos en la investigación preclínica correspondiente, con la utilización de modelos ad hoc. Se utilizará un modelo sano animal que tipificará el manejo de este dispositivo frente a la situación de normalidad. La utilización de un modelo en cerdo sano se impone para esta experimentación. También se utilizará un modelo animal sobre el cual se simulará una situación de síndrome de distress respiratorio agudo (SDRA). Como ya se ha explicado, modelo se realizará sobre un cerdo al que se le aplicará una técnica de lavado con suero fisiológico para eliminar el surfactante alveolar para simular la existencia de un SDRA. Para el manejo de esta patología en este modelo se canalizará un acceso venoso central y una línea de arteria para manejo de aminas vasoactivas en caso de necesidad y para realizar gasometrías de control para monitorización del estado hidroelectrolítico y gasométrico del animal. En ambos casos se contará a su vez con un respirador convencional no solo para instaurar el SDRA en el modelo y posteriormente se realizar un trasvase al Reespirator para su manejo, sino como medida de seguridad ante posibles errores irrecuperables de funcionamiento. Así mismo se contará con un sistema auxiliar de ventilación manual tipo mapleson tipo C necesario para el cumplimiento del protocolo de veterinario para la instauración del SDRA. También será preciso en ambas situaciones la utilización de monitorización hemodinámica y ventilatoria básicas como son la medición del electrocardiograma (ECG), la medición de la presión arterial no invasiva (PANI), la medición del EndTidal de CO2 (EtCO2) así como la saturación periférica de oxigeno (SatO2). Durante la experimentación sobre modelo con SDRA se precisará además de monitorización extra tal como es la medición de la presión arterial invasiva (PAI) y se contará con la posibilidad de realización de gasometrías arteriales (GSA) para monitorización fidedigna de los parámetros ventilatorios del animal. Estas pruebas también tendrán como objetivo el testeo del comportamiento de la máquina en medio-largo plazo de utilización con el objetivo de intentar discernir cuales son los mecanos que pudieran estar involucrados en el no funcionamiento de la máquina tras horas de uso. Tamaño muestral: Se realizará la prueba en tres modelos animales con cerdo, dos de ellos en situación normal para el estudio del dispositivo en situaciones normales y otro modelo simulando según protocolos preestablecidos la afectación por SDRA. Este bajo número pretende minimizar en su máxima expresión la experimentación animal, garantizando la optimización del experimento desde el punto de vista ético. RECOGIDA DE DATOS: En la recogida de datos se incluirá los siguientes items: Edad, sexo y peso del animal, Anestesiólogo responsable, equipo de asistencia al experimento, Tiempo de preparación del animal, tiempo de instauración de SDRA, tiempo de experimentación, número de ciclos de simulación, Valores paramétricos del animal por tiempo: SatO2, frecuencia cardiaca, tensión arterial sistólica, tensión arterial diastólica, tensión arterial media, EtCO2. Valores gasométricos arteriales del animal: pH, pCO2, pO2, Bicarbonato, Exceso de bases, Lactato. Valores gasométricos venosos centrales del animal: pCO2. SatVO2. Valores gasométricos derivados: dEtCO2. Limitaciones al estudio: El presente estudio presenta como mayor limitación el número de especímenes en tratamiento. Esta casuística limitada se basa en la crisis sanitaria que atraviesa el país al momento de redacción de este documento y elaboración de este experimento que limita severamente el tiempo de producción científica.