Was ist ein medizinisches Beatmungsgerät und wie funktioniert es?

29. Juni 2020 Von Sean Whooley

Bild von Ventec Life Systems

Das Beatmungsgerät ist während der COVID-19-Pandemie als lebenswichtiges Gerät in den Vordergrund gerückt.

Vereinfacht gesagt gibt es Beatmungsgeräte, um Patienten, die nicht atmen können, beim Atmen zu helfen. Der Angriff des neuartigen Coronavirus auf die Atemwege rückte Beatmungsgeräte ins Rampenlicht und zwang die USA, auf ihre strategischen nationalen Vorräte zurückzugreifen, da die Hersteller sich bemühten, die Produktion kurzfristig zu steigern.

Während einige der großen Hersteller Maschinen auspumpen und kürzlich vergebene Regierungsaufträge erfüllen, sind Forscher an Universitäten und Labors mit alternativen Beatmungsgeräten in den Ring gestiegen, die unter die Notfallzulassungsrichtlinien (EUA) der FDA fallen. Obwohl sie in Zeiten der Not nützlich sind, haben die alternativen Geräte, die die mechanische Beatmung abdecken, Schwierigkeiten, an der Oberfläche der Fähigkeiten zu kratzen, die den gefragten Beatmungsgeräten auf der Intensivstation zuzuschreiben sind.

Aaron Tucker, Laborleiter am Earl Bakken Medical Center der University of Minnesota, half bei der Entwicklung des Coventor, dem ersten alternativen Beatmungsgerät dieser Art, das eine EUA erhielt. Bei der Entwicklung des Geräts, das jetzt von Boston Scientific (NYSE:BSX) hergestellt wird, haben Tucker und das Coventor-Team Kliniker konsultiert, die Beatmungsgeräte auf der Intensivstation verwendet haben, um zu verstehen, wie die Geräte funktionieren.

„Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, die Luft in die Lunge eines Patienten zu kontrollieren und in die Lunge und aus der Lunge zu drücken“, sagte TuckerMedizinisches Design und Outsourcing . „Was die Beatmungsgeräte für die Intensivstation bieten, sind viele Sensoren, Daten und verschiedene Alarme für den Fall, dass ein Patient einen Schock, eine Überbeatmung oder ähnliches erleiden könnte. Sie haben auch mehr Anpassungen. … Dies sind einige der Dinge, die diese Beatmungsgeräte für die Intensivstation sehr nützlich und sehr begehrt machen.“

Medtronic (NYSE:MDT), eines von mehreren Medizintechnikunternehmen, die die Produktion von Beatmungsgeräten steigern, weist auf seiner Website darauf hin, dass sein Beatmungsgerät für die Akutversorgung mehr als 1.500 Teile von mehr als 100 Lieferanten in 14 Ländern benötigt und mehr als eine Million Zeilen Softwarecode enthält. Selbst sein tragbares Modell verfügt über mehr als 700 Komponenten.

Ventec Life Systems hat das VOCSN-Multifunktionsbeatmungsgerät entwickelt, wie Chris Brooks, Chief Strategy Officer des Unternehmens, sagteMedizinisches Design und Outsourcing ist das einzige Gerät auf dem Markt, das Beatmung, Sauerstoff, Hustentherapie, Absaugung und Verneblertherapie in einem System bietet. Das Unternehmen arbeitete mit General Motors zusammen, um die Produktion zu steigern, und hat seitdem bis Ende August Bestellungen aus dem strategischen nationalen Lagerbestand für 30.000 Beatmungsgeräte für die Intensivpflege erhalten. Laut Brooks ist Ventec auf dem richtigen Weg, diese Zahl zu erfüllen.

Brooks sagte, ein wichtiger Faktor bei der Partnerschaft mit GM seien die Fertigungskapazitäten und die Lieferkette des Autoherstellers. Ähnlich wie die Medtronic-Modelle sind die VOCSN-Geräte von Ventec komplex und erfordern viele Komponenten. Laut Brooks gibt es weltweit etwa ein Dutzend Hersteller von Beatmungsgeräten für die Intensivpflege, die im Durchschnitt nicht mehr als 100.000 Geräte pro Jahr herstellen. Die plötzliche Notwendigkeit, die Produktion zu steigern, führt möglicherweise zu dem Problem, dass die notwendigen Teile und Komponenten nicht beschafft werden können.

„Man kann Beatmungsgeräte nur bauen, wenn man die Teile dafür hat“, sagte Brooks. „Der Schlüsselpunkt für uns war die Beschaffung von Teilen. Damals wurde in großem Maßstab gefertigt, was einen größeren Raum mit mehr Produktionslinien und mehr Mitarbeitern bedeutete. Dann ging es darum, auch in diesem Prozess Effizienzsteigerungen in der Fertigung zu verstehen und zu finden.“

Beatmungsgeräte für die Intensivpflege und die Teile, aus denen sie bestehen, werden immer wertvoller. Eine Marktanalyse von ECRI ergab, dass Medtronic im vergangenen Jahr einen Durchschnittspreis von 35.383 US-Dollar für ein bestimmtes Beatmungsgerätmodell verlangte – noch bevor die Pandemie überhaupt begann. Laut einem aktuellen Bericht von Kaiser Health News stiegen die Preise zu Beginn dieses Jahres, da Bundesstaaten, Bundesregierungen und andere Körperschaften praktisch miteinander um die Maschinen konkurrierten. Medtronic teilte Kaiser mit, dass es mit der Umstellung auf Flatrates mit niedrigeren Preisen als vor der Pandemie reagiert habe.

Ein Teil des Werts medizinischer Beatmungsgeräte liegt in den Leistungen der Intensivpflegegeräte. Wie Tucker feststellte, bieten sie eine weitaus umfassendere Behandlung als die mechanische Beatmung mit Alternativen.

Laut Brooks gibt es einen internationalen Standard für Sicherheit und Genauigkeit rund um ein Beatmungsgerät. „Es ist sehr einfach, eine Pumpe zu entwickeln, die Luft ein- und ausströmt, was im Grunde die Aufgabe eines Beatmungsgeräts ist. Dies präzise zu tun und sich auf den Patienten einzustellen, ist sowohl eine Kunst als auch eine Wissenschaft, und es gibt einen Grund, warum es nur wenige Unternehmen gibt, die dies tun und es gut machen.“

Das Ein- und Ausströmen der Luft ist nicht so einfach, wie es scheint, und kann sogar Probleme verursachen. Dies verdeutlicht, warum Beatmungsgeräte nicht nur „Plug-and-Play“-Maschinen sind. Die Leistung der Gebläsekomponente eines Beatmungsgeräts muss gesteuert werden.

„Wenn Sie die Lunge zu stark oder zu wenig aufblasen, kann dies zu Schäden oder zum Tod des Patienten führen“, fügte Brooks hinzu. „Nur ein Gerät zu haben, das Luft ein- und ausströmt, könnte am Ende mehr schaden als nützen.“

Jede Maschine ist auf eine normalerweise proprietäre Software angewiesen, die den Luftstrom des Gebläses steuert, die Patientenüberwachung und Alarme auslöst, die Ärzte warnen, wenn Patienten eine unzureichende Luftmenge erhalten, wenn eine Verstopfung vorliegt, wenn ein Leck vorliegt und mehr.

Brooks sagte, dass diese Funktionen dazu beitragen, Benutzerfehler zu reduzieren, während die Verantwortung bei den Herstellern liegt, eine benutzerfreundliche Benutzeroberfläche für Ärzte zu schaffen. Er stellte fest, dass sich im Bereich der Atemwegsversorgung im Laufe der Zeit kaum etwas geändert habe, was bedeutet, dass Ärzte mit den von ihnen verwendeten Technologien relativ vertraut sind.

„Die Leistung und Präzision, die Alarme und Patientenmonitore und dann die Modi und Einstellungen, diese drei Eimer sind sozusagen die drei Elemente, die ein Beatmungsgerät für die Intensivpflege ausmachen“, sagte Brooks. „Letztendlich möchte man einen Beatmungspatienten vom Beatmungsgerät befreien. Ohne diese drei Komponenten ist es sehr schwierig. Das ist es, was VOCSN und eine Handvoll anderer Geräte von anderen Geräten unterscheidet.“