Una mirada a la válvula Venturi desarrollada para asistencia respiratoria en enfermos por COVID-19

Reproducimos el informe del Dr. Lucio Ponzoni, publicado en la serie HOJITAS DE CONOCIMIENTO que edita el Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable (iEDS) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), a quienes agradecemos la gentileza por compartirlo.

Este dispositivo para tratar enfermos por COVID-19 fue desarrollado en el país en base al efecto Venturi y a la experiencia del grupo de trabajo en dinámica de fluidos y nuevas tecnologías.

La necesidad

    La infección por coronavirus COVID-19 es una enfermedad respiratoria aguda, donde el 5% de los casos son críticos, con requerimiento de asistencia respiratoria. Normalmente respiramos aire que contiene 21% de oxígeno, además de otros gases inertes1. La máscara de oxígeno es uno de los dispositivos esenciales de asistencia por COVID-19 porque permite suministrar un porcentaje mayor de este elemento al paciente crítico, según lo requiera cada caso. Dicho porcentaje varía entre el 24% y el 60%; a este rango se lo conoce como fracción de oxígeno inspirado. La válvula Venturi es lo que permite mezclar oxígeno puro con aire, en la proporción exigida. La misma se conecta por medio de una manguera entre el cilindro contenedor de oxígeno puro medicinal y la máscara aplicada al paciente. Por su carencia en el marco de la pandemia, esta válvula está incluida en la lista de dispositivos médicos prioritarios de la Organización Mundial de la Salud.

¿Qué es una válvula Venturi?

  Cuando un fluido (en este caso oxígeno) circula por un conducto que en su recorrido presenta una disminución de sección, la velocidad de circulación del flujo en la contracción aumenta y su presión disminuye2. Si en ese punto del conducto se introduce el extremo de otro tubo por donde circula aire, el primer fluido (con menor presión y por efecto de arrastre) succionará al segundo, finalizando ambos mezclados y circulando por el conducto ampliado. Esto es lo que se denomina efecto Venturi 3 (Fig. 1), al dispositivo se lo conoce como válvula Venturi, y a la máscara de oxígeno que la posee se la denomina mascarilla de alto flujo.

Desarrollo nacional

     El desarrollo del proyecto surgió a partir de un pedido médico, por falta de este importante insumo en el contexto de la pandemia, ya que no se producía a nivel nacional y no había disponibilidad en el extranjero. En base a la experiencia en dinámica de fluidos, el laboratorio Perfil Alar de la Gerencia de Materiales de la CNEA y el grupo de Investigación y Desarrollo de Aerogeneradores y Materiales de la UNTREF, asumieron el desafío. Con el asesoramiento de varias sociedades científicas médicas se conformó un grupo multidisciplinario, a fin de desarrollar una válvula Venturi de flujo variable para abastecer las necesidades.

El proyecto fue aprobado y financiado por la Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación, por ser un proyecto vinculado a la pandemia. Los trabajos de investigación demandaron simulaciones, cálculos y ensayos de flujo en túnel de viento.

Los modelos computacionales arrojaron resultados que cumplen con los requerimientos de la mezcla oxígeno-aire establecidos por las normas nacionales e internacionales, dando lugar a un modelo adaptable a respiradores y máscaras de oxígeno con que cuentan los hospitales y centros de salud de nuestro país  (Fig. 2). Se fabricaron por medio de impresión 3D, empleando como materia prima hilos de dos tipos distintos de polímeros5 aprobados por la FDA6. También se comprobó que son materiales usados ampliamente en el país por su bajo costo, fácil empleo y por contar con fabricantes nacionales de bobinas.

Resumiendo

    Haber llevado a cabo este proyecto permite la fabricación en el país de un insumo faltante y esencial para el funcionamiento de las máscaras de oxígeno para el tratamiento de enfermos graves por COVID-19. El dispositivo desarrollado resulta descartable, de material sustentable y está calibrado para permitir la administración de una mezcla de aire/oxígeno con una concentración de este último entre el 24 y el 60% 7. La calibración se realiza de forma manual y simple, en función de una graduación externa. Ello facilita la tarea del asistente médico, evitándole tener que disponer de varios modelos de flujo fijo distintos, según la mezcla oxígeno-aire requerida por cada paciente. El nuevo dispositivo posee manual de fabricación y plano STL8 necesario para su producción en impresoras 3D. Luego de completar los ensayos de calidad y verificaciones impuestas por ANMAT 9, esta tecnología podrá ser distribuida a los centros de salud para producir las válvulas localmente, lo que permitirá ahorrar costos y tiempo de transporte y de distribución.