In de afgelopen drie weken, een team van wetenschappers, ingenieurs en artsen van de Universiteit van Vermont hebben een nieuw ontwerp ontwikkeld - en een werkend model gebouwd - voor een eenvoudig, goedkope ventilator.

"We denken dat deze zeer snel kunnen worden uitgerold en effectief kunnen zijn in geval van nood, ", zegt Jason Bates, longexpert van de Universiteit van Vermont, die de nieuwe inspanning leidt als reactie op de snelgroeiende wereldwijde coronavirusepidemie - en het enorme tekort aan ventilatoren die nodig kunnen zijn om mensen te behandelen.

Liefkozend de "Vermontilator, " voorlopige berekeningen suggereren dat de UVM Ventilator " snel en in grote aantallen kan worden geproduceerd voor een paar honderd dollar per eenheid in onderdelen en materialen, ' zegt Bats.

Andere aanpak

In tegenstelling tot andere geïmproviseerde noodventilatorontwerpen, waar nu over de hele wereld aan wordt gewerkt, de benadering van het UVM-team maakt gebruik van een alternatieve manier om ernstig zieke patiënten te helpen ademen. Het wordt "luchtwegdrukontlastingsventilatie" of APRV genoemd.

Deze APRV-benadering kan met name nuttig zijn voor patiënten die lijden aan het nieuwe virus. "Een van de belangrijkste complicaties van COVID-19 wordt het acute respiratoire noodsyndroom genoemd, een ziekte waarbij de longen zich vullen met een ontstekingsvloeistof, " legt Dr. Anne Dixon uit, directeur van longziekte en intensive care geneeskunde aan het University of Vermont Medical Center en Larner College of Medicine. "Veel van deze patiënten zijn uiteindelijk voor vrij lange perioden afhankelijk van een beademingsapparaat."

Het nieuwe beademingsapparaat zou deze patiënten kunnen helpen door hun longen op te blazen met behulp van lange inademingen van lucht, die opgeblazen worden gehouden met een constante en relatief hoge druk, Bates legt uit. Dan "met regelmatige tussenpozen, korte uitademingen zijn toegestaan, waarbij de longen kooldioxide uitstoten, " hij zegt.

Deze APRV-benadering is het tegenovergestelde van een normaal ademhalingspatroon - en kan patiënten met COVID-19 in staat stellen te vermijden, of verminderen, de longschade geassocieerd met de ziekte en met langdurige perioden aan een beademingsapparaat.

Al meer dan vijftien jaar Jason Bates – een professor aan zowel het Larner College of Medicine als het College of Engineering and Mathematical Sciences van UVM – heeft onderzoek gedaan naar het soort longschade dat optreedt tijdens ziekten zoals artsen nu zien bij COVID-19-patiënten. Een traditionele angst is dat een beademingsapparaat letsel kan veroorzaken door overmatige inflatie van de longen. Maar het onderzoek van Bates maakt deel uit van een groeiend aantal bewijzen dat bijna het tegenovergestelde aantoont:dat het grootste risico voor veel patiënten ontstaat wanneer delen van de long instorten. Vervolgens, de beschadigde en delicate voering van de long komt samen, stokjes, en wordt dan uit elkaar gehaald - keer op keer.

"Dit proces van afpellen is extreem schadelijk voor de voering zelf en kan deze zodanig beschadigen dat er vloeistof in de longen kan lekken vanuit de haarvaten die er doorheen lopen, " zegt Bates. "Zodra dit begint te gebeuren, de schade door peeling wordt erger, waardoor beademingsgeïnduceerde longbeschadiging zich ontwikkelt op een manier die moeilijk om te keren is."

APRV kan dit probleem voorkomen. "Deze manier van beademen wordt als bijzonder veilig en niet schadelijk beschouwd voor patiënten met acute ademnood, " zegt Dr. Dixon die het project heeft gesteund.

Een piek nadert

De APRV-aanpak is ook nuttig voor de ingenieurs die het nieuwe beademingsapparaat ontwerpen. Door dit eenvoudiger ademhalingspatroon te gebruiken, kon het team van UVM's IMF Labs het prototype Vermontilator bouwen met een eenvoudig mechanisme. In tegenstelling tot een traditioneel beademingsapparaat - een zeer complex apparaat dat meer dan $ 25 kan kosten, 000 - de in Vermont gebouwde machine werd snel geassembleerd uit een in de handel verkrijgbare motor die een roterende schijf aandrijft, conventionele medische slangen, en andere relatief eenvoudige onderdelen. Het prototype van het team is gebouwd met behulp van een 3D-printer en bewerkingsapparatuur, met stukken die gemakkelijk kunnen worden gefreesd of gegoten, en geassembleerd. Bates dankt de buitengewone vaardigheid van UVM-ingenieurs Jake Kittell, Mike Laan, Carl Silver en Guy Kennedy als cruciaal voor de snelle voortgang van het project.

"We hebben middelen van onze andere projecten gebruikt om hieraan te werken en de jongens werken het hele weekend, " zegt Laan, de directeur van UVM's IMF Labs. "We weten dat we een zeer beperkte kans hebben om succesvol te zijn, misschien slechts enkele weken voordat deze [epidemie] piekt in Vermont."

Dr. Dixon is het daarmee eens. "Ze hebben te maken met een catastrofaal tekort aan ventilatoren in New York. We horen van onze collega's daar dat ze machines proberen te gebruiken die we gebruiken voor patiënten met obstructieve slaapapneu en mensen proberen te beademen door twee patiënten aan één te koppelen beademingsapparaat. Gewoon gekke dingen waar ik in mijn leven nog nooit van heb gehoord, " zegt ze. "Deze nieuwe ventilator heeft een verbazingwekkend potentieel om snel te helpen. Het is niet alleen eenvoudig, het is ook innovatief en elegant."

Het ontwerp staat op het punt te worden voorgelegd aan de FDA voor noodbeoordeling, en het team werkt samen met het Vermont Manufacturing Extension Center, UVM-gezondheidsnetwerk, Stichting UVM, de staat Vermont, en andere partners om financiering veilig te stellen, en schakel gekwalificeerde fabrikanten in. Ze werken ook samen met UVM Innovations om een ​​strategie voor intellectueel eigendom en een bedrijfsmodel te ontwikkelen om een ​​groot aantal van de apparaten te produceren.