Caschi e circuiti per respirare

Nell’assistenza alla respirazione è fondamentale gestire i flussi di gas inviati al paziente con circuiti di tipo pneumatico. Il settore è molto specializzato e richiede una particolare attenzione alle interfacce di collegamento tra le apparecchiature che forniscono gas al paziente e il paziente stesso. Sono disponibili diversi tipi di interfacce, utilizzate in applicazioni con esigenze diverse. Una soluzione molto valida è offerta dai caschi con la respirazione, che sono versatili, facili da usare, senza un contatto diretto tra paziente e dispositivo, non invasivi e confortevoli.

La tecnologia pneumatica svolge un ruolo significativo nel settore medicale, in cui è presente non solo negli impianti di produzione con i suoi attuatori ad aria compressa, ma anche in vari dispositivi per l’emergenza, per la riabilitazione, per l’estetica, per la camera operatoria e così via.

Particolarmente significative sono le applicazioni nel campo della respirazione, nel quale si richiede di gestire in modo controllato dei flussi di aria e di altri gas che vengono somministrati ai pazienti con finalità diverse.

Nel caso di traumi o altre cause che arrestano la respirazione naturale bisogna intervenire con apparecchiature in grado di generare dei flussi intermittenti che sostituiscono la respirazione naturale. Nello specifico, questo problema si pone quando la persona è sedata, come avviene nei reparti di rianimazione o negli interventi chirurgici, quando bisogna somministrare anche vari altri gas. In caso di insufficienza operativa, ma con sistema respiratorio funzionante, bisogna arricchire l’aria inviata al paziente con l’ossigeno per evitare il collasso della respirazione, con modalità diverse corrispondenti a situazioni differenti.

In molti casi l’invio al paziente dell’aria arricchita con l’ossigeno o mescolata con altri gas medicali avviene tramite maschere che coprono bocca e naso, realizzando un passaggio diretto dai tubi di alimentazione al sistema respiratorio.

In Figura 1 è mostrata una maschera per ossigeno indossata da una paziente. In altri casi si usano apparecchiature ad hoc, come i caschi per la respirazione o vari tipi di cannule.

In Figura 2 è visibile un casco prodotto da Intersurgical, che è leader europeo nella progettazione, produzione e fornitura di una vasta gamma di dispositivi medici per il supporto ventilatorio, con oltre quaranta anni di esperienza nel settore.

Sono disponibili molti modelli dei vari dispositivi, con soluzioni flessibili per la gestione delle vie aeree, l’anestesia, la terapia intensiva, l’ossigeno e l’aerosol terapia. I dispositivi sono utilizzati principalmente in ambito ospedaliero, ma anche per terapie a domicilio.

Tutto il mercato dell’assistenza alla respirazione è un settore ben definito, in cui i flussi di gas operano in condizioni e con pressioni diverse da quelle dei circuiti pneumatici, ma con problematiche simili. La necessità di operare su gas destinati a interagire con persone, i valori dei parametri operativi e l’ambiente di lavoro, sono tutti fattori che richiedono l’uso di dispositivi e componenti particolari, con esigenze di pulizia e di gestione molto stringenti.

Nell’articolo verranno esaminate alcune problematiche relative ai circuiti per la respirazione con particolare riferimento ai dispositivi di interfaccia che devono essere utilizzati per collegare i tubi di alimentazione dei gas al paziente. Si tratta sempre di dispositivi specializzati e diversi che trovano applicazione puntuale nelle varie situazioni che devono essere affrontate.

Dalla generazione del flusso al paziente

I circuiti operativi che vengono utilizzati per il supporto ventilatorio hanno delle specificità che sono richieste dalle condizioni generali di impiego e dalle pressioni di lavoro.

Nella Figura 3 sono riportati gli schemi generali di un sistema di aria compressa industriale e di un sistema per l’assistenza ventilatoria. Nel caso industriale (Figura 3a) l’intero sistema comprende tre blocchi: una centrale di compressione nella quale viene generata l’aria compressa; un impianto di distribuzione con l’insieme delle tubazioni ramificate nello stabilimento; i sistemi elettropneumatici che lavorano nelle macchine operatrici. Nel caso respiratorio (Figura 3b) il sistema completo comprende: un generatore di flusso; un circuito di respirazione coi tubi di collegamento tra le altre due parti del sistema; il paziente. Questo ultimo è stato schematizzato con il suo sistema respiratorio che comprende le vie aeree (modellizzate con un’unica resistenza R) e i polmoni (modellizzati con una capacità pneumatica C). Da notare che tra circuito di respirazione e paziente è inserito un blocco interfaccia INT, che armonizza il raccordo tra le due parti. Le differenze tra un sistema industriale e quello per l’assistenza ventilatoria risultano nel confronto tra i due schemi.

Nel caso industriale l’impianto fornisce ai sistemi elettropneumatici finali operanti nelle macchine di produzione una pressione costante, con un flusso variabile in funzione delle necessità delle utenze. Nel caso respiratorio occorre un generatore di flusso, perché bisogna garantire la fornitura al paziente del giusto quantitativo di gas per la respirazione, istante per istante.

Nel caso in cui il paziente è inerte (sistema respiratorio bloccato, paziente sedato) si usano dei ventilatori artificiali che realizzano un ciclo di ventilazione completo con flusso variabile. Pertanto, vi è immissione forzata di gas nei polmoni inerti (capacità elastica passiva) nella fase di inspirazione e rilascio successivo nella fase di espirazione.

Nel caso di paziente con funzionalità del suo sistema respiratorio efficiente, la capacità polmonare è attiva: si espande nella fase di inspirazione richiamando gas nei polmoni; si contrae nella fase di espirazione espellendo il gas dai polmoni. A questo punto il generatore di flusso produce un flusso costante, di norma ossigeno, usando una resistenza fissa tra bombole o linee di distribuzione di ossigeno negli ospedali e il circuito di respirazione. Una pressione stabile adeguata a monte produce un flusso sonico, costante come è richiesto. Naturalmente nei circuiti di respirazione o nell’interfaccia paziente devono essere garantiti dei collegamenti da e verso l’ambiente, per permettere, con vari accorgimenti, un adattamento tra la portata del generatore di flusso e quella variabile nel tempo necessario al paziente. Lo scarico verso l’ambiente è necessario per espellere l’aria durante l’espirazione, mentre l’eventuale collegamento dall’ambiente serve nel caso in cui vi sia un insufficiente arrivo di gas dal generatore.

Nella Figura 4 si vede una maschera con un palloncino gonfiabile per accumulare il flusso costante di un generatore mentre il paziente esegue una fase di espirazione e avere così a disposizione un quantitativo adeguato di gas da inviare nella successiva fase di inspirazione.

Un’altra grossa differenza tra i sistemi industriali e i sistemi ventilatori è data dal livello della pressione: 4-8 bar nel caso industriale; 20 mbar come valore di riferimento, nel caso medicale. La componentistica è quindi diversa, con tubi leggeri e raccordi a calzamento nel caso della ventilazione. Un esempio di elementi di un circuito di ventilazione con un adattatore per la somministrazione di prodotti medicinali è mostrato in Figura 5. Come si vede la componentistica è quella idonea a circuiti pneumatici a bassa pressione, per i quali non è adatto l’uso di raccordi ad innesto rapido con pinza elastica ed è eccessivo l’utilizzo di raccordi a ogiva. Del tutto particolare è l’esigenza di una interfaccia paziente, che non trova equivalenza nel caso industriale, dove normali raccordi sono adeguati in ogni parte degli impianti.