Simulador de pulmão neonatal é resposta da Universidade para demanda da indústria
Desenvolvidos pela USP e IPT, seis novos modelos de baixo custo replicam com rigor o pulmão de recém-nascidos, permitindo que laboratórios validem equipamentos com critérios metrológicos impostos
Os ventiladores pulmonares são equipamentos de suporte à vida, capazes de auxiliar no funcionamento dos pulmões em pacientes comprometidos. Para garantir seu pleno funcionamento, as normas regulatórias impõem cenários de testes rigorosos em simuladores de pulmão projetados para replicar a dinâmica respiratória humana. Contudo, os cientistas perceberam que os aparelhos voltados para a categoria neonatal não atendiam ao padrão necessário.
Para preencher essa lacuna, uma pesquisa do Laboratório de Engenharia Biomédica (LEB) da Escola Politécnica (Poli) da USP e do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) desenvolveu e avaliou seis propostas de simuladores de pulmão de recém-nascidos. Os materiais desenvolvidos simulam um órgão rígido e de volume baixo. Uma das propostas já foi aprovada pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, o Inmetro.
Os aparelhos de teste devem ser adaptados para reproduzir o pulmão de cada grupo, assim como os ventiladores pulmonares. Isso porque os equipamentos de ventilação podem contemplar diferentes faixas etárias, ao mudar a quantidade de volume de ar entregue – que é ajustado segundo a capacidade do órgão – para pacientes adultos, infantis e neonatais.
As novas propostas aprimoram os simuladores de baixa complacência (métrica para a capacidade dos pulmões) com baixo custo, além de serem facilmente reproduzidos. “Quando é adulto, o simulador de pulmão tem uma complacência bem maior, uma elasticidade maior. Quando é para neonato, simula uma situação bem crítica”, explica Sara Mello, engenheira biomédica e autora do estudo de mestrado Proposta de simulador de pulmão neonatal para avaliação de ventiladores pulmonares.
Na pesquisa, eles foram fabricados a partir de diferentes combinações de foles de silicone, placas de acrílico e molas.
Henrique Moriya, orientador da pesquisa e coordenador do LEB, explicou em entrevista ao Jornal da USP, que durante a pandemia de covid-19 o grupo foi procurado pelo Ministério da Saúde para atuar no enfrentamento à doença. O papel dos pesquisadores era realizar a manutenção de equipamentos médicos de ventilação para o SUS, o Sistema Único de Saúde.
“O Ministério da Saúde nos procurou para testar os equipamentos que iam ser distribuídos pelo Brasil durante o auge da pandemia. Testamos um modelo de cada lote [de ventilador pulmonar] que foi distribuído pelo Brasil”, disse Moriya. O foco estava em garantir o funcionamento dos equipamentos para os adultos, mas foi naquele momento que ficou evidente a defasagem na ventilação neonatal.
“Durante esses testes na pandemia, nós não tínhamos na instrumentação de bancada [para simuladores neonatais] e também tivemos dificuldade para encontrar, comercialmente”, conta Sara Mello. Ela explica que desde entender a necessidade até preencher essa lacuna tecnológica foi um longo processo.
Estado na simulação neonatal
Os resultados indicam que, em geral, a maior parte dos aparelhos do mercado são projetados para uso adulto e pediátrico, e não contempla os valores reduzidos de complacência. Segundo Moriya, atualmente não é possível encontrar no mercado simuladores que sigam o padrão estabelecido, por isso, a pesquisa desenvolveu soluções alternativas.
A proposta era atingir os critérios indicados pela norma regulatória ABNT NBR IEC 80601-2-12:2025 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Ela estabelece requisitos para a ventilação controlada em termos de volume e pressão nas unidades de terapia intensiva e reforça requisitos de limpeza e esterilização.
Para o desenvolvimento, os pesquisadores alteraram os parâmetros de foles de silicone disponíveis no mercado, uma vez que os materiais comprados tinham volume e complacência maiores do que a norma exige. O volume variou entre dispositivos de 50 ml e 20 ml, mas idealmente deveriam ter 5 ml. A complacência era de 1 ml por hectopascal (hPa) – unidade de medida para a pressão mecânica respiratória –, enquanto deveria ter 0,5 ml/hPa. Os foles de silicone foram presos nas extremidades de arranjos de contenção de molas para que este padrão fosse atingido. A parte superior da contenção é móvel e se desloca quando o material é insuflado com ar, mas com o movimento restringido. “Ajustando essas molas e o sistema de contenção, a gente conseguiu chegar a um valor de complacência bem baixo”, destaca Sara Mello.
Testando as seis propostas
A pesquisa mediu dois parâmetros de complacência nos simuladores desenvolvidos: a complacência pulmonar estática, que compreende o comportamento do órgão quando não há fluxo de ar, e a complacência pulmonar dinâmica, quando há fluxo.
Ambas as complacências foram medidas por um analisador de ventilação calibrado segundo o padrão exigido pela norma, mas de diferentes maneiras. Para calcular a estática, o volume de ar foi injetado com uma seringa, medindo as variações de volume e de pressão. Para a dinâmica, foi desenvolvida uma configuração de bancada simulando ciclos respiratórios para a coleta de dados – fluxo, volume e pressão – em duas frequências respiratórias diferentes: 60 ciclos/minuto (1 Hz) e 30 ciclos/minuto (0,5 Hz).
Segundo a pesquisadora, os dispositivos disponíveis no mercado podem ser utilizados para testes de pós-manutenção ou de ajustes de parâmetros, “a fim de avaliar o ventilador, mas não como critério metrológico [que garante a confiabilidade] que a norma prevê”.
O professor Moriya explica que o padrão estabelecido pela ABNT é o mínimo para a segurança dos pacientes. Nos testes, não foi possível simular toda a complexidade do ambiente clínico, mas são necessários para determinar a necessidade de avaliações futuras.
No total, a pesquisa oferece seis diferentes propostas, sendo uma delas já aprovada pelo Inmetro, que fiscaliza padrões de medição, segurança de produtos, eficiência energética e qualidade. A mesma proposta foi apresentada no Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica (CBEB).
Próximos passos do simulador recém-nascido
Além de preencher uma lacuna, o trabalho possibilita que novas pesquisas sobre a área reproduzam o que foi desenvolvido. “Assim como eu tive essa dificuldade, outros laboratórios que ensaiam ventilador pulmonar podem, agora, verificar se a complacência está chegando nos valores desejados”, explica Sara Mello.
Para os próximos passos, os pesquisadores pretendem testar o simulador em um ventilador comercial para recém-nascidos. Segundo a engenheira, o grupo quer seguir com os testes e avaliar como o material desenvolvido se comporta em um dispositivo do mercado.
Henrique Moriya destaca que o trabalho é uma resposta da Universidade para a pandemia. Segundo ele, é este tipo de aplicação que prepara o País para enfrentar com mais qualidade situações como a do covid-19.
A dissertação Proposta de simulador de pulmão neonatal para avaliação de ventiladores pulmonares está disponível neste link: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3154/tde-27052026-151113/pt-br.html
Matéria: Yasmin Constante | Jornal da USP.