Pesquisadores do Programa de Engenharia Biomédica (PEB) do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (Coppe/UFRJ) estão desenvolvendo um protótipo de ventilador pulmonar mecânico para ser reproduzido em massa, de forma simples, rápida e barata, com recursos disponíveis no mercado nacional.

Desenvolvido no Laboratório de Engenharia Pulmonar e Cardiovascular (LEP), da Coppe/UFRJ, o equipamento poderá contribuir para suprir, emergencialmente, a crescente demanda dos hospitais por esses aparelhos, em decorrência da pandemia de COVID-19, a doença provocada pelo novo coronavírus.

A estimativa é de que o Brasil necessitará, nas próximas semanas, de mais de 20 mil ventiladores pulmonares mecânicos para atender os casos que chegarão aos hospitais, principalmente os mais graves de falta de ar e dificuldades respiratórias. A produção atual de ventiladores por empresas brasileiras é da ordem de 2 mil por mês, e, mesmo com a produção acelerada, tais empresas não conseguirão atender à demanda.

A fim de reduzir essa lacuna, pesquisadores do LEP iniciaram uma campanha para obter financiamento e parcerias com empresas e instituições privadas e públicas. O objetivo é viabilizar a produção do protótipo, com rapidez e em larga escala. A iniciativa conta, agora, com a colaboração de pesquisadores de cinco programas de pós-graduação da Coppe/UFRJ, além de outras unidades da Universidade e de diversas instituições de pesquisa do país. Várias empresas de grande porte têm se prontificado a ajudar no desenvolvimento, distribuição e financiamento do projeto.

Segundo o professor Jurandir Nadal, chefe do LEP, a proposta é possibilitar a ventilação mecânica com diferentes concentrações de oxigênio e pressão compatíveis com pacientes que apresentem angústia respiratória. Ao mesmo tempo, válvulas de segurança protegem o paciente de pressão excessiva e filtros especiais evitam que o ar expirado espalhe coronavírus no ambiente e possa contaminar os profissionais de assistência intensiva.

Versão beta apontou sucesso

Uma versão preliminar do ventilador foi criada com recursos disponíveis no LEP – envolvendo o emprego de válvulas solenoides e outras – e apresentou um bom resultado em um modelo físico de pulmão configurado em condições semelhantes às de pacientes com insuficiência respiratória.

No momento, adaptações vêm sendo feitas para a construção de um protótipo mais adequado à produção em escala industrial, o qual deverá ser testado em pacientes, até a próxima semana, de acordo com a aprovação de um comitê de ética em pesquisa com seres humanos.

“A exemplo do Reino Unido, que lançou um edital mundial para a submissão de propostas de ventiladores já existentes e aprovados para uso clínico (…), considero oportuno adotarmos um esforço coletivo semelhante, visando salvar vidas”, ressaltou Nadal.

Como funciona o ventilador

A ventilação mecânica é aplicada a pacientes em Unidades de Terapia Intensiva (UTI), sedados ou em coma induzido, por meio de um tubo inserido na traqueia. O ventilador proposto, classificado como ventilador de pressão, fornece uma mistura de ar rico em oxigênio com pressão suficiente para vencer a resistência do pulmão doente.

As válvulas oferecem ao paciente uma mistura de ar e oxigênio medicinais durante a inspiração. Na expiração, por conseguinte, elas são fechadas. O ventilador não deixa a pressão cair abaixo de um valor mínimo para evitar que as partes do pulmão que absorvem o oxigênio colapsem, prevenindo, portanto, lesões provocadas pela ventilação artificial. O ar expirado passa, então, por um filtro especial que retém as gotículas de água com vírus, mantendo a umidade do sistema respiratório.

“O ventilador pulmonar em desenvolvimento não pretende ser mais completo e versátil que os ventiladores de última geração disponíveis nas UTIs. Pelo contrário, é um recurso simples e seguro, porém emergencial, que deve ser utilizado somente quando não houver um equipamento padrão disponível, como pode acontecer em alguns locais durante a pandemia”, esclarece Nadal.

Hoje, os principais desafios dos pesquisadores para produzir esses equipamentos são as peças envolvidas. “Pelo fato de o ventilador ser usado continuamente por vários dias e invadir o corpo do paciente, essas peças precisam ser muito resistentes, esterilizáveis e feitas com material biocompatível, para não liberar gases tóxicos e atingir o paciente. Por isso, a confecção em plástico com impressoras 3D comuns não é uma solução viável. Imagine, por exemplo, uma pessoa que precisa ser ventilada por 23 dias, respirando 30 vezes por minuto. Nesse caso, todas as peças têm que suportar 1 milhão de ciclos respiratórios. Algumas partes móveis precisam ser substituídas, como os filtros – que são trocados diariamente. O monitor e os controles precisam de baterias, pois não podem falhar em casos de falta de energia elétrica, e nem todas as UTIs contam com geradores de reserva”, relata o professor.

Parcerias firmadas e em negociação: próximos passos

Uma rede de empresas está sendo montada para iniciar a produção imediata, após a aprovação dos testes com pacientes e adequação às normas de segurança. Uma empresa de grande porte, ou mais de uma, cuidará da produção do ventilador, mas algumas partes serão produzidas por vários fornecedores de forma distribuída.

“Graças à extensa repercussão nas redes sociais, aliada à rede de contatos da direção da Coppe/UFRJ e voluntários, muitas empresas se apresentaram e algumas já vêm colaborando,” ressalta Nadal, sinalizando que já receberam muitas ofertas e estão em negociação com várias empresas e instituições.

“Algumas estão entre as maiores empresas do país. A Petrobras vem ajudando no desenvolvimento do modelo experimental, com a participação presencial de engenheiros de seu Centro de Pesquisas, o Cenpes, na Ilha do Fundão. A Whirlpool (Brastemp/Consul) tem acompanhado dia a dia o desenvolvimento e teste de peças e prestado uma preciosa ajuda no contato e seleção de potenciais fornecedores. Vale e Firjan se dispuseram a apoiar financeiramente o projeto, assim como o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), o Ministério da Saúde, o Ministério de Ciência e Tecnologia e o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj) já aprovou e liberou recursos para o projeto”, relata o professor.

Dentre as que se dispuseram a ajudar na fabricação, encontram-se grandes empresas nacionais de eletrodomésticos; indústrias automobilísticas do estado do Rio de Janeiro; Embraer, Bosch, Weg e outras. As Forças Armadas também vêm se organizando para apoiar a fabricação, transporte e entrega dos ventiladores, assim como a manutenção.

“Em relação a custos estimados, até o momento, o maior deles seria o pagamento de dezenas de pessoas por hora de trabalho. Destaco que elas vêm trabalhando voluntariamente. As peças envolvidas são poucas e ainda não é possível avaliar com precisão o custo de cada uma na fase de produção em quantidade, mas espera-se ter um produto muito mais barato que um monitor médico comercial, cujo valor é cerca de 50 mil reais. Isso acontece porque o produto não pretende ter o mesmo nível de sofisticação dos demais. Além disso, seu custo final pode ainda ser reduzido se as intenções de apoio financeiro se concretizarem”, salienta Nadal.

Como acompanhar e contribuir

Uma apresentação mais detalhada do projeto está disponível em um site especificamente desenvolvido para divulgação dos ventiladores pulmonares. Na página, é possível encontrar detalhes da iniciativa, necessidades futuras, colaboradores atuais e outras informações. O site disponibiliza também uma ficha de cadastro para potenciais colaboradores.

Da Assessoria de Comunicação da Coppe/UFRJ