Нехватка спасательных аппаратов ИВЛ, которые обычно стоят около 30 000 долларов каждый, особенно сильно ударила по больницам.
«Создав простой и дешевый вентилятор, мы можем облегчить это бремя для медицинского персонала», – сказал Мохамед Амин Абасси, аспирант в области механики жидкостей.
Основываясь на прототипе, разработанном его советником, профессором инженерии Сяофенг Лю, Абасси вместе с коллегами из Государственного университета Сан-Диего и Калифорнийского университета в Сан-Диего возглавил работу по созданию такого устройства из легко доступных частей – пластиковых трубок, напорных клапанов, увлажнителя. – и подача воздуха. Потом они проверили это.
Предварительные результаты, представленные на 73-м ежегодном собрании отдела динамики жидкости Американского физического общества, показывают, что аппарат ИВЛ соответствует основным требованиям, установленным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами. Он полностью контролируется по трем параметрам – давлению воздуха, времени вдоха и положительному давлению в конце выдоха (ПДКВ) – с планами по дополнительному контролю в работе.
Абасси и Лю предвидят, что аппараты ИВЛ помогут не только в переполненных больницах США, но также в развивающихся странах и сельских районах с ограниченной медицинской инфраструктурой. «Если они могут построить это дома, они могут использовать это», – сказал Абасси. "И вы можете построить многие из этих вентиляторов за очень короткое время."
Пациенты на аппаратах ИВЛ, у которых есть некоторые легочные состояния, связанные с COVID-19 с сопутствующими хроническими заболеваниями легких, часто будут получать такие препараты, как альбутерол, через эндотрахеальную трубку. Эта процедура расслабляет мышцы бронхов и улучшает приток воздуха к суженным дыхательным путям легких.
Группа из Университета Лихай и Университета медицинских наук Арканзаса искала наиболее эффективные методы введения альбутерола через вентилятор.
Ариэль Берлински и его группа провели эксперименты по определению характеристик аэрозолей в Университете Арканзаса.
Рахул Раджендран из Lehigh использовал результаты для исследования доставки лекарств с помощью вычислений.
«Целью исследования было оценить эффективность доставки лекарств при изменении типа небулайзера и его размещения в контуре вентилятора», – сказал Ариндам Банерджи, член группы и профессор машиностроения и механики в Лихайе.
Исследователи обнаружили, что распылитель с вибрирующей сеткой (а не струйный), размещенный на сухой стороне увлажнителя, обеспечивает максимальную дозу облучения легких. Введение альбутерола через интубацию наиболее эффективно для более мелких частиц, в то время как пероральное введение более эффективно для более крупных частиц.
«Наши результаты имеют жизненно важное значение для лечения с использованием аппарата искусственной вентиляции легких», – сказал Банерджи.
Даже в оптимальных условиях медицинские работники все равно рискуют заразиться COVID-19.
Новый респираторный аппарат может уменьшить количество выдыхаемых аэрозолей, которые, как известно, передают вирус, вызывающий болезнь.
Исследователи из Университета Свободы и Vapotherm задались вопросом, как обычные респираторные методы лечения повлияют на выбросы аэрозолей. Поэтому они решили протестировать предложенную конструкцию лицевой маски из ПВХ, подключенной к отсасывающему устройству, добавив высокоскоростную носовую инсуффляционную канюлю – устройство с трубкой, которое доставляет кислород в нос.
Затем, при участии медицинских экспертов, они смоделировали больничную палату с двумя пациентами и четырьмя лицами, осуществляющими уход, с использованием сложных вычислительных методов. Согласно их модели, когда пациенты носят новый аппарат, меньшее количество частиц достигает медицинских работников.
«Это недорогой способ уменьшить распространение заражения воздушно-капельным путем с помощью расходных материалов, которые уже обычно можно найти в больничных палатах», – сказал кандидат технических наук Рид Причард. "Это останется важным инструментом даже после того, как пандемия закончится."
Другая группа из Университета Южной Флориды, возглавляемая аспирантом по машиностроению Энтони Пересом, изучает, что происходит с любыми аэрозольными загрязнителями, которые пациенты действительно выбрасывают в изолятор больницы, и как быстро загрязнители покидают комнату.
«По мере того, как многие больницы достигают своей пропускной способности, для обеспечения безопасности входа в больничную палату после процедуры образования аэрозоля или после удаления предыдущего пациента, чтобы санитарные работники могли подготовить комнату, требуется значительное время простоя», – сказал Перес.
По словам исследователей, рекомендации Центров по контролю и профилактике заболеваний по вентиляции предполагают, что аэрозоли, содержащие патогены, идеально перемешаны в помещении. Используя численное моделирование, группа обнаружила, что несовершенные условия перемешивания существенно влияют на то, как быстро вентиляция удаляет патогены из комнаты.
«Удивительно и в некоторой степени тревожно, что стандарт очистки воздуха основан на том, что многие посчитали бы расчетом за пределами конверта», – сказал Перес.
Моделирование показывает, что загрязняющие аэрозоли могут оставаться в «мертвых зонах» примерно на 10 минут в типичной больничной палате изолятора. Между тем, "короткие замыкания" быстро вытесняют некоторые пакеты загрязняющих веществ, прежде чем они смогут рассеяться.
«Наше исследование показывает необходимость более точной, но недорогой основы для прогнозирования концентраций аэрозолей в произвольной больничной палате, особенно при оценке уровня воздействия на медицинских работников», – сказал Перес.