Au cours des trois dernières semaines, une équipe de scientifiques, ingénieurs et médecins de l'Université du Vermont ont développé une nouvelle conception et construit un modèle de travail pour un simple, ventilateur pas cher.

« Nous pensons que ceux-ci pourraient être déployés très rapidement et être efficaces en urgence, ", déclare Jason Bates, expert pulmonaire de l'Université du Vermont, qui dirige le nouvel effort en réponse à l'épidémie mondiale de coronavirus en plein essor et à l'énorme pénurie de ventilateurs qui peuvent être nécessaires pour traiter les gens.

Affectueusement appelé le « Vermontilator, " des calculs préliminaires suggèrent que le ventilateur UVM " peut être produit rapidement et en grand nombre pour quelques centaines de dollars par unité en pièces et matériaux, " dit Bates.

Approche alternative

Contrairement à d'autres conceptions de ventilateurs d'urgence improvisés, en cours d'élaboration dans le monde entier, l'approche de l'équipe UVM utilise un mode alternatif pour aider les patients gravement malades à respirer. C'est ce qu'on appelle la "ventilation par libération de pression des voies respiratoires" ou APRV.

Cette approche APRV peut être particulièrement utile pour les patients atteints du nouveau virus. "L'une des principales complications du COVID-19 est appelée syndrome de détresse respiratoire aiguë, une maladie où les poumons se remplissent d'un liquide inflammatoire, " explique le Dr Anne Dixon, directeur des maladies pulmonaires et des soins intensifs au Centre médical de l'Université du Vermont et au Larner College of Medicine. "Beaucoup de ces patients finissent par être dépendants d'un ventilateur pendant des périodes assez prolongées."

Le nouveau ventilateur pourrait aider ces patients en gonflant leurs poumons en utilisant de longues inspirations d'air, qui sont maintenus gonflés à une pression constante et relativement élevée, Bates explique. Puis "à intervalles réguliers, de courtes expirations sont autorisées au cours desquelles les poumons expulsent du dioxyde de carbone, " il dit.

Cette approche APRV est à l'opposé d'un schéma respiratoire normal et peut permettre aux patients atteints de COVID-19 d'éviter, ou réduire, les lésions pulmonaires associées à la maladie et aux périodes prolongées sous respirateur.

Depuis plus de quinze ans, Jason Bates, professeur à la fois au Larner College of Medicine et au College of Engineering and Mathematical Sciences de l'UVM, a étudié le type de lésions pulmonaires qui se produisent lors de maladies telles que les médecins voient actuellement chez les patients COVID-19. Une crainte traditionnelle est qu'un ventilateur puisse causer des blessures par surgonflage des poumons. Mais la recherche de Bates fait partie d'un ensemble croissant de preuves montrant presque le contraire :que le risque majeur pour de nombreux patients survient lorsque des régions du poumon s'effondrent. Puis, la paroi endommagée et délicate du poumon se rassemble, des bâtons, puis est décollé, encore et encore.

"Ce processus de décollement est extrêmement préjudiciable à la doublure elle-même et peut l'endommager au point de permettre au liquide de s'infiltrer dans les poumons à partir des capillaires qui la traversent, " dit Bates. " Une fois que cela commence à se produire, les dommages causés par le pelage s'aggravent, provoquant une progression des lésions pulmonaires induites par le ventilateur d'une manière difficile à inverser. »

APRV peut éviter ce problème. « Ce mode de ventilation est considéré comme particulièrement sûr et non préjudiciable pour les patients souffrant de détresse respiratoire aiguë, " dit le Dr Dixon qui a soutenu le projet.

Un pic approche

L'approche APRV est également utile aux ingénieurs qui conçoivent le nouveau ventilateur. L'utilisation de ce modèle de respiration plus simple a permis à l'équipe des laboratoires IMF d'UVM de construire le prototype de Vermontilator avec un mécanisme simple. Contrairement à un ventilateur traditionnel, un équipement très complexe qui peut coûter plus de 25 $, 000 - la machine construite au Vermont a été rapidement assemblée à partir d'un moteur disponible dans le commerce qui entraîne un disque rotatif, tuyaux médicaux conventionnels, et d'autres pièces relativement simples. Le prototype de l'équipe a été construit à l'aide d'une imprimante 3D et d'un équipement d'usinage, avec des pièces qui pourraient être facilement fraisées ou coulées, et assemblé. Bates attribue l'extraordinaire compétence des ingénieurs UVM Jake Kittell, Mike Lane, Carl Silver et Guy Kennedy comme étant essentiels à la progression rapide du projet.

"Nous avons détourné des ressources de nos autres projets pour travailler là-dessus et les gars travaillent tout le week-end, " dit Lane, le directeur des IMF Labs de l'UVM. "Nous savons que nous avons une fenêtre très limitée pour réussir, peut-être quelques semaines seulement avant que cette [épidémie] n'atteigne un pic dans le Vermont."

Le Dr Dixon est d'accord. "Ils sont confrontés à une pénurie catastrophique de ventilateurs à New York. Nos collègues nous disent qu'ils essaient d'utiliser des machines que nous utilisons pour les patients souffrant d'apnée obstructive du sommeil et essaient de ventiler les gens en connectant deux patients à un ventilateur. Juste des trucs dingues dont je n'ai jamais entendu parler de ma vie, " dit-elle. " Ce nouveau ventilateur a un potentiel incroyable pour aider rapidement. Ce n'est pas seulement simple, c'est innovant et élégant."

La conception est sur le point d'être soumise à la FDA pour examen d'urgence, et l'équipe travaille avec le Vermont Manufacturing Extension Center, Réseau Santé UVM, Fondation UVM, l'état du Vermont, et d'autres partenaires pour obtenir des financements, et engager des fabricants qualifiés. Ils collaborent également avec UVM Innovations pour développer une stratégie de propriété intellectuelle et un modèle commercial pour produire un grand nombre d'appareils.