Covid-Atemhilfe

Ein einfacher elektrischer Ventilator ist die Schlüsselkomponente eines kostengünstigen, einfach zu bedienenden Atemunterstützungsgeräts, das entwickelt wurde, um den Anstieg der COVID-19-Fälle in Ländern mit niedrigem bis mittlerem Einkommen zu bewältigen.

Das Gerät bietet eine Form der Sauerstofftherapie namens CPAP (kontinuierlicher positiver Atemwegsdruck), die sich bei der Behandlung von Patienten mit Atemnot aufgrund einer mittelschweren bis schweren Covid-Erkrankung als wirksam erwiesen hat.

In einem in der Fachzeitschrift Frontiers in Medical Technology veröffentlichten Artikel sagt das Team, das das Gerät entwickelt, dass eine Pilotbewertung mit zehn gesunden Freiwilligen gezeigt habe, dass es „… sicher verwendet werden kann, ohne Hypoxie (niedrige Sauerstoffwerte im Gewebe) oder Hyperkapnie auszulösen.“ (Ansammlung von Kohlendioxid im Blutkreislauf) und dass seine Anwendung von den Anwendern gut vertragen wurde und keine unerwünschten Ereignisse gemeldet wurden.“

Die Forscher nutzten die Prinzipien der „sparsamen Innovation“, um das Atemgerät zu entwerfen und zu entwickeln, um sicherzustellen, dass das Gerät einfach bleibt und gleichzeitig robust ist und den klinischen Anforderungen in ressourcenärmeren Gesundheitsumgebungen gerecht wird.

Eine wichtige Innovation bestand darin, den erforderlichen Luftstrom mithilfe eines einfachen elektrischen Ventilators zu erzeugen, ähnlich den Ventilatoren, die zur Kühlung elektronischer Geräte verwendet werden, um den fehlenden Zugang zu Hochdruckluft- und Sauerstoffversorgung zu überwinden.

Das Gerät wurde von einem Team aus Ingenieuren, Wissenschaftlern und Ärzten der University of Leeds, des Leeds Teaching Hospitals NHS Trust, des Bradford Teaching Hospitals NHS Foundation Trust, von Medical Aid International und des Mengo Hospital in Uganda entwickelt.

Nikil Kapur, Professor für Angewandte Fluiddynamik an der University of Leeds und betreuender Wissenschaftler des Projekts, sagte: „Durch die Übernahme des Ansatzes der sparsamen Innovation konnten wir ein wichtiges medizinisches Gerät so umgestalten, dass es effektiv funktionieren kann.“ schlechter ausgestattete Gesundheitseinrichtungen.

„Wir haben unnötige Komplexität beseitigt und sichergestellt, dass das Gerät auch in Umgebungen funktioniert, in denen die Sauerstoffversorgung knapp ist und gespart werden muss. Der Prototyp ist ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung eines Geräts, das einen besseren Zugang zu Intensivpflegetechnologie ermöglicht und dabei hilft, Leben zu retten.“

Die Komponenten für das Prototypgerät kosten etwa 150 £ (207 US-Dollar). Herkömmliche CPAP-Geräte können ab etwa 600 £ kosten – und ein Beatmungsgerät auf einer Intensivstation kann mehr als 30.000 £ kosten.

Dr. Tom Lawton, Berater für Intensivpflege und Anästhesie am Bradford Teaching Hospitals NHS Foundation Trust und Mitglied des Forschungsteams, sagte: „Im Vereinigten Königreich hat sich CPAP als Hauptstütze der Atemwegsbehandlung bei schwerer COVID-19-Erkrankung bewährt und hilft dabei.“ Verhindern Sie, dass Patienten eine erweiterte Intensivpflege wie Beatmungsgeräte benötigen.

„In vielen Ländern ist es aufgrund begrenzter Ressourcen schwierig, an CPAP zu kommen, und schwerere Erkrankungen führen häufig zum Tod. Einfache CPAP-Geräte, die für den Betrieb in einer Umgebung mit begrenzten Ressourcen konzipiert sind, können dazu beitragen, die globale Ungleichheit in der Gesundheitsversorgung zu verringern und Leben zu retten, sowohl jetzt bei COVID-19 als auch möglicherweise bei anderen Krankheiten in der Zukunft.“

Eine aktuelle britische Studie namens „Recovery-RS Trial“ hat hervorgehoben, wie CPAP eine wertvolle Intervention bei COVID-19 sein kann, und die Weltgesundheitsorganisation fördert die rasche Entwicklung kostengünstiger Atemhilfen, die in ärmeren Gesundheitssystemen eingesetzt werden könnten .

Damit dies möglich ist, müssen die Geräte mit Niederdruck-Sauerstoffsystemen arbeiten. Anders als in reicheren Ländern haben Kliniken und Krankenhäuser in ärmeren Gegenden möglicherweise keinen Zugang zu einer zentralen Sauerstoffversorgung, bei der Sauerstoff unter Druck zu den Stationen geleitet wird, oder zu einer stetigen Versorgung mit Sauerstoffflaschen.

Stattdessen setzen sie auf sogenannte Sauerstoffkonzentratoren, koffergroße Maschinen, die Umgebungsluft ansaugen, den Stickstoff entfernen und bei niedrigem Druck für Sauerstoff sorgen.

Dr. Pete Culmer, außerordentlicher Professor an der School of Mechanical Engineering in Leeds und Hauptautor der Studie, sagte: „Der Leeds-Prototyp wurde speziell für den Einsatz mit Sauerstoffkonzentratoren entwickelt, die einen geringen Sauerstofffluss und einen niedrigen Druck aufweisen.

„Der Ventilator bzw. das CPAP-Gebläse ist an einen sogenannten Atemkreislauf angeschlossen. Dieser Kreislauf besteht aus einem Filter zum Auffangen von Viren und Bakterien im Luftstrom, einem Schlauch, einer Gesichtsmaske, einem Ventil, das den Sauerstofffluss aus dem Sauerstoffkonzentrator steuert, und einem Exspirationsauslass.“

Das clever konzipierte Lüftersystem sorgt für eine sichere Luftstromversorgung, ohne dass komplexere – und kostspieligere – Steuerungssysteme oder eine Hochdruck-Luftquelle erforderlich sind. Dies stellt eine einfache und robuste Möglichkeit dar, einen Luftstrom zu erzeugen, der ausreicht, um die Atemwege des Patienten zu öffnen, sodass Sauerstoff in die winzigen Luftbläschen in der Lunge gelangen kann, ohne dass das Risiko schädlicher Auswirkungen besteht. Der Sauerstoffkonzentrator dient dazu, diesen Luftstrom mit Sauerstoff anzureichern und so wertvolle Vorräte zu schonen.

Das Gerät kann je nach klinischem Bedarf vier verschiedene Luftdruckstufen erzeugen.

In der Studie heißt es, dass bei den gesunden Probanden, die an der Studie teilnahmen, die gewünschte Sauerstoffsättigung im Blut – zwischen 96 und 100 Prozent – ​​aufrechterhalten wurde. Der CO2-Bereich am Ende der Ausatmung lag zwischen 3,6 und 4,9 pKA, wiederum innerhalb anerkannter gesunder Grenzen.

Professor David Brettle, Chief Scientific Officer des Leeds Teaching Hospitals NHS Trust und Mitglied des Teams, das das Gerät entwickelt hat, sagte: „Die Innovation im Herzen dieses Geräts ist die Einfachheit seines Designs, die niedrigen Produktionskosten und seine Funktionsweise.“ nutzt effizient die knappen Sauerstoffvorräte.

„Im Vereinigten Königreich kann der Zugang zu der notwendigen Gesundheitstechnologie als selbstverständlich angesehen werden, aber selbst relativ einfache Technologie ist in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen manchmal nicht verfügbar.“ Dieses innovative Gerät soll gleiche Wettbewerbsbedingungen schaffen.“

Eine Studie mit kranken Patienten soll nächsten Monat (September) im Mengo Hospital in Kampala, Uganda, beginnen.

Dr. Edith Namulema, eine an dem Forschungsprojekt beteiligte Epidemiologin in Uganda, sagte, dass in Ländern mit niedrigem bis mittlerem Einkommen ein dringender Bedarf an CPAP-Geräten bestehe.

Uganda verfügt über ein dezentralisiertes Gesundheitssystem, bei dem Patienten, wenn sie sehr krank sind, von kommunalen und regionalen Gesundheitszentren und Kliniken an regionale und nationale Krankenhäuser überwiesen werden.

Dr. Namulema fügte hinzu: „Nur die regionalen und nationalen Überweisungskrankenhäuser haben Zugang zu CPAP. Allerdings kommen Patienten bei Atembeschwerden zunächst in die untergeordneten Einrichtungen, und wenn sie dann in den regionalen Überweisungszentren eintreffen, ist es in manchen Fällen bereits zu spät. Die Möglichkeit, einen Patienten bei Bedarf an die Beatmung anzuschließen, kann möglicherweise viele Leben retten und den Krankenhausaufenthalt verkürzen.

„Außerdem verfügen wir als Land über etwa 500 Intensivbetten für 42 Millionen Ugander, was sehr wenig ist.“

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an David Lewis im Pressebüro der University of Leeds: [email protected] oder 07710 013287

Das Papier – Das LeVe CPAP-System zur sauerstoffeffizienten CPAP-Atemunterstützung: Entwicklung und Pilotbewertung – wird in Frontiers in Medical Technology veröffentlicht. Das Papier kann unter https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmedt.2021.715969/full abgerufen werden

Bild oben: University of Leeds