Storia del ventilatore Servo

Nel 1965, il professor Sven Ingelstedt del Dipartimento di Fisiologia clinica finanziò un'iniziativa del giovane dottore Björn Jonson per lo sviluppo di un nuovo respiratore, sulla base di un'ambigua indicazione formulata dallo stesso Sven: "I respiratori possono essere a pressione o a volume controllato, ma dovrebbero essere a flusso controllato, perché ciò ci consentirebbe di agire come desideriamo! PS.: Non è possibile controllare il flusso". Al team di progetto principale si unirono in seguito l'anestesista Dottor Lars Nordström e l'ambizioso ingegnere elettrico Sven-Gunnar Olsson, dipendente di Elema-Schönander, un'azienda con sede nei pressi di Stoccolma e famosa per aver inventato la stampante a getto d'inchiostro per elettrocardiogramma (1948) e il pacemaker impiantabile (1958). Il progetto ebbe ampi spazi di libertà sperimentale, in un ambiente che incoraggiava il lavoro di squadra tra le istituzioni e l'imprenditorialità.

Il ventilatore Servo 900 fu una rivoluzione globale: il primo ventilatore a flusso controllato al mondo in grado di fornire il monitoraggio respiratorio dei parametri vitali e dell'erogazione di gas. Dispositivo elettronico silenzioso e di piccolo ingombro, avrebbe permesso al medico di ottenere in modo affidabile i volumi correnti impostati fornendo al paziente un flusso preciso, grazie al rapido sistema di controllo Servo indipendente dalle variazioni di resistenza e compliance del sistema respiratorio del paziente. Fu introdotto il termine ventilatore per sottolineare i nuovi principi che offrivano ai medici l'opportunità di fornire il miglior metodo di ventilazione possibile per ogni paziente, neonati compresi.

Il "cervello" del ventilatore Servo era l'esclusivo sistema di controllo Servo, che, grazie a componenti elettronici all'avanguardia, garantiva un'elevata flessibilità di funzionamento e la scelta delle proprietà delle modalità di ventilazione. I sensori di pressione e flusso nel circuito di erogazione del gas paziente con un volume comprimibile molto ridotto, riportavano le informazioni alle unità valvola inspiratoria ed espiratoria diverse centinaia di volte al secondo. Gli allarmi visivi e acustici si attivavano immediatamente in caso di superamento dei limiti preimpostati relativi alla pressione delle vie aeree e al volume minuto espirato.

La proprietà di monitoraggio integrata nel ventilatore Servo fu una vera e propria svolta clinica: il dispositivo Lung Mechanics Calculator (LMN) 940 forniva sei diversi parametri di calcolo della meccanica respiratoria, facilitando l'individuazione della migliore impostazione del ventilatore respiro per respiro. Uno degli aspetti di principale interesse era l'impostazione della valvola PEEP esterna per ottenere il miglior effetto sul volume polmonare di fine espirazione e sull'ossigenazione. Il ventilatore Servo rese inoltre possibile la registrazione e l'esportazione dei dati, diventando per questo la scelta d'eccellenza per la ricerca sulla ventilazione meccanica, come documentato dalla crescente quantità di pubblicazioni scientifiche negli anni Settanta.

In terapia intensiva era necessario misurare continuamente la CO₂ a indicazione della PaCO₂ (pressione parziale di anidride carbonica arteriosa), una procedura considerata lunga e costosa. Primo capnografo volumetrico commerciale, il CO₂ Analyzer 930 misurava l'assorbimento degli infrarossi grazie a un sensore mainstream piccolo e veloce collegato al ventilatore. Il dispositivo consentiva di calcolare in tempo reale e per ogni singolo respiro la concentrazione di CO₂ a fine espirazione, l'eliminazione del volume corrente di CO₂ e lo spazio morto. Il sistema contribuì in modo prezioso all'elaborazione delle impostazioni del ventilatore e alla comprensione della gravità delle patologie polmonari, della distribuzione del gas nei polmoni, della circolazione e del metabolismo.

Successore del sistema Servo 900, il dispositivo noto come Servo 900B introdusse una modalità di ventilazione forzata intermittente sincronizzata agli sforzi respiratori del paziente, che veniva così incoraggiato a farsi carico di un lavoro respiratorio via via maggiore. Questo ventilatore rese meno doloroso il processo di svezzamento, sia dal punto di vista fisico che mentale. Inoltre, sul pannello anteriore furono implementate la funzionalità CPAP, i range di impostazione estesi e le "impostazioni verdi" predefinite. In tutto il mondo gli ospedali iniziarono a riconoscere che il ventilatore Servo non era progettato esclusivamente per gli adulti, ma, a differenza dei ventilatori per terapia intensiva dell'epoca, consentiva anche la gestione di bambini e neonati.

Il ventilatore Servo 900C fu presentato nel 1981 come "Sistema di ventilazione Servo senza limiti"; come i suoi predecessori, era stato progettato per essere facile da imparare, impostare, posizionare, pulire e manutenere. Fu il primo ventilatore in grado di controllare con precisione la pressione delle vie aeree durante l'inspirazione e l'espirazione. Era dotato di controllo elettronico della PEEP e di otto diverse modalità di ventilazione, che potevano essere applicate anche a un importante range di pazienti pediatrici. La CPAP poteva ora essere erogata attraverso il ventilatore con supervisione della ventilazione minuto e dello scambio di CO₂. Un ricco materiale di formazione ("La Servo University"), con opuscoli applicativi, pannello dimostrativo, schede paziente, video e un manuale operativo chiaro e coerente, erano parte integrante del programma illimitato.

Originariamente denominata Servo Pressure Control Ventilation, la capacità di erogare pressione inspiratoria costante con uno schema di flusso decelerante consentiva di prolungare il tempo dello scambio gassoso negli alveoli, mentre ci si aspettava che riducesse il rischio di barotrauma rispetto alla ventilazione con volume controllato tradizionale. Prima dell'attuale epoca della ventilazione a basso volume corrente, era comune rilevare una pressione di picco molto elevata. L'impiego della pressione controllata ebbe una rapida diffusione anche per i pazienti pediatrici e neonatali non cuffiati.

Introdotta nel mondo della terapia intensiva con il Servo 900C, in meno di 10 anni dal suo lancio la ventilazione a pressione assistita diventò la nuova modalità standard per lo svezzamento. Si trattò di un passo importante nel consentire al paziente di assumere un maggiore controllo della tempistica della ventilazione assistita, mentre il ventilatore si occupava della maggior parte del lavoro respiratorio. Gli ingegneri applicarono diversi criteri per risolvere il problema dei tempi, giungendo infine alla decisione che la migliore variabile da utilizzare era il decadimento del flusso durante un respiro pressurizzato. L'interruzione del respiro al 25% del flusso di picco fu ritenuta il livello di assistenza più confortevole, come indicato dalla loro stessa esperienza. Questo diede il via alla ricerca sui potenziali benefici clinici della pressione assistita, argomento approfondito negli articoli scientifici per molti anni.

La risonanza magnetica (RM) è una tecnica di imaging innovativa e rivoluzionaria, emersa all'inizio degli anni Ottanta. L'ambiente richiesto da questa tecnologia rappresentava una sfida, per la realizzazione di una sala apposita e per le apparecchiature che vi venivano collocate, dato il grave rischio costituito dagli elementi magnetici. Molti pazienti che potevano trarre grandi vantaggi da un esame RM erano sottoposti a ventilazione meccanica. Servo 900C aveva pochi componenti magnetici, e fu il primo ventilatore a essere omologato per l'uso in questo ambiente. Le più recenti generazioni di ventilatori Servo prevedono versioni specifiche per RM.

La serie Servo 300 rappresentò un enorme progresso tecnologico e costituì un salto nell'era dei microprocessori: fu il primo ventilatore universale che consentiva il trattamento di tutte le categorie di pazienti, dagli adulti ai neonati prematuri più piccoli. Includeva un sistema di erogazione del gas completamente nuovo ed esclusivo con moduli gas per aria e ossigeno e una piccola camera di miscelazione. Il nuovo sistema sensibile con trigger a flusso e risposta rapida del flusso suscitò grande interesse grazie alla sua capacità di ridurre il lavoro respiratorio. Servo 300 definì inoltre un nuovo standard di erogazione del volume corrente scendendo a 2 ml.

Ogni ciclo generazionale dei ventilatori Servo ha promosso l'invenzione di modalità di ventilazione capaci di soddisfare le crescenti esigenze cliniche future. Con la serie Servo 300 sono state lanciate diverse modalità a target di volume quali la modalità a volume controllato a regolazione di pressione (PRVC) e quella a volume assistito (VS), basate sul principio chiave di erogare il volume target preimpostato alla pressione inspiratoria minima richiesta, respiro per respiro. Le unità di terapia intensiva neonatale e pediatrica adottarono rapidamente la ventilazione a target di volume, poiché apparve chiaro che questa particolare innovazione avrebbe consentito di superare le modalità di ventilazione a flusso continuo con pressione limitata, meno precise e non prevedibili.

Il ventilatore Servo 300 fu presentato in una versione unica che rispondeva al crescente interesse per la terapia con ossido di azoto (NO), un potente vasodilatatore usato per migliorare l'ossigenazione in gruppi di pazienti molto gravi, compresi i prematuri con ipertensione polmonare. L'erogazione e il monitoraggio dell'ossido di azoto furono completamente integrati e un terzo modulo gas forniva un dosaggio preciso dell'ossido di azoto, in totale sincronia con la respirazione. A causa di un brevetto esclusivo concesso in licenza a un produttore svedese di gas per l'uso medico dell'ossido di azoto nel trattamento della disfunzione polmonare, la produzione dell'impareggiabile sistema di erogazione di Servo 300 NO fu interrotta.

Nella pionieristica ricerca di una ventilazione più delicata e orientata al paziente, il passo successivo fu la funzione Automode, sviluppata per facilitare il passaggio dalla ventilazione controllata a quella spontanea nel processo di svezzamento precoce. Automode integrava tre combinazioni di modalità di controllo e supporto che si alternavano automaticamente sotto la supervisione continua di un algoritmo del tempo di apnea adattivo. I vantaggi furono evidenti: minore necessità di sedazione, minore intervento dell'operatore e meno allarmi. Lo svezzamento poteva essere anticipato e l'attività del paziente era sempre compensata senza richiedere l'intervento del personale. Sul frontespizio della brochure di Automode si legge: "Lo svezzamento inizia con l'intubazione".

La ricerca volta a ridurre l'incidenza e la mortalità dell'ARDS promosse l'adozione dello strumento Open Lung Tool che, utilizzando i trend di ogni singolo respiro relativi a parametri quali la compliance dinamica e l'eliminazione della CO₂, quantificava l'effetto degli interventi, in particolare delle procedure di reclutamento alveolare. Mediante un approccio graduale che prevede la titolazione PEEP decrementale, l'impostazione PEEP può essere personalizzata per ottenere una migliore ossigenazione con ventilazione alla minima driving pressure positiva possibile, con un volume polmonare omogeneo. L'Open Lung Tool segnala anche l'impossibilità di reclutamento dei polmoni e la conseguente necessità di considerare e valutare altri approcci.

Nel dicembre 1999, la rivista Nature Medicine presentava una nuova dimensione della tecnologia di ventilazione. Un team guidato dal Dott. Christer Sinderby dell'Università di Montreal ha descritto i progressi nell'acquisizione e nell'elaborazione del segnale dell'attività elettrica del diaframma (Edi). Questo parametro poteva essere utilizzato per consentire al centro respiratorio del paziente di assumere il pieno controllo dei tempi e dei volumi del supporto respiratorio fornito dal ventilatore. La definizione di una sincronia paziente-ventilatore completa e l'uso dei riflessi intrinseci di protezione polmonare hanno dato nuove speranze alla ventilazione in terapia intensiva per adulti e pediatrica per il XXI secolo. L'obiettivo è la riduzione delle complicanze correlate al ventilatore e la facilitazione dello svezzamento, per ridurre la permanenza in terapia intensiva e la durata della degenza ospedaliera. I visionari del team di Servo hanno intuito le potenzialità della tecnologia che era stata inizialmente implementata su un prototipo basato su Servo 300.

Frutto della collaborazione senza precedenti con medici di tutto il mondo, Servo-i fu il primo ventilatore concepito come piattaforma mobile e modulare, che consentiva l'aggiunta frequente di nuove funzionalità e aggiornamenti clinici al parco di ventilatori già installati. L'innovativo approccio prevedeva tre configurazioni principali: neonati, adulti e universale. La gamma completa di accessori intelligenti e la connettività ininterrotta garantivano nuovi livelli di flessibilità per il posizionamento, la movimentazione e il supporto durante il trasporto intraospedaliero. L'interfaccia utente consentiva agli utenti di scegliere tra touch screen, selettore principale e manopole di accesso diretto, per un controllo sicuro delle principali impostazioni. Il tutto si combinava con cinque forme d'onda ad alta risoluzione con codifica a colori di qualità diagnostica.

Il nuovo cassetto espiratorio monoblocco venne progettato per soddisfare le crescenti richieste dei clienti in termini di affidabilità e reprocessing, e introdusse una nuovissima tecnologia vista per la prima volta nei ventilatori Servo, vale a dire gli ultrasuoni a tempo di volo. La misurazione ultraveloce era praticamente indipendente dalla composizione del gas e dall'umidità. L'enorme successo del flussometro a ultrasuoni portò anche allo sviluppo di un sensore di ossigeno a ultrasuoni, in grado di funzionare per tutta la durata del ventilatore. In seguito, la tecnologia risultò efficace anche nel rilevamento della miscela di gas Heliox a bassa densità, quando venne adottato come terzo gas di alimentazione per il Servo-i.

Nel modello Servo-s, la tecnologia all'avanguardia del fratello maggiore Servo-i fu inserita in un pacchetto intuitivo e dal costo contenuto, il cui slogan "Simplicity makes sense" ne sottolineava la caratteristica semplicità. Adatto a svariati reparti ospedalieri in cui si esegue la ventilazione, e in combinazione con il silenzioso e compatto Compressor Mini, garantiva una ventilazione di alta qualità indipendente dai gas a parete. La semplicità d'uso, le prestazioni all'avanguardia e l'affidabilità per pazienti adulti e pediatrici promossero il successo del Servo-s nelle economie emergenti delle aree BRIC (Brasile, Russia, India e Cina), alla ricerca di dispositivi medici di alto valore per la modernizzazione dei loro sistemi sanitari.

L'introduzione della NAVA in Servo-i, con i moduli HW e SW plug-in e il catetere Edi con la funzione aggiuntiva di sondino nasogastrico, fu a dir poco sensazionale. Coincise con la pubblicazione di studi scientifici che mostravano gli effetti deleteri dell'asincronia paziente-ventilatore, i problemi associati all'aumento della sedazione e la conferma che la disfunzione diaframmatica indotta dal ventilatore (VIDD) rappresentava un problema concreto nei pazienti ventilati. Da allora, è stato dimostrato che la NAVA risolve questi problemi riducendo i tempi della ventilazione meccanica^[1], aumentando il numero di giorni senza ventilatore ^{[1] [2] [3]} e fornendo una ventilazione personalizzata capace di proteggere polmoni e diaframma.

Essendo la NAVA indipendente dalle perdite rispetto alle modalità di ventilazione tradizionali, l'applicazione della ventilazione non invasiva (NAVA NIV) è stato il passo successivo più naturale da compiere per rivoluzionare il trattamento nei gruppi di pazienti convenzionalmente trattati con modalità più invasive. La crescente diffusione dell'applicazione della ventilazione NAVA NIV nei neonati è basata sulla capacità di questa funzione di prevenire l'intubazione ^[4][5] o consentire l'estubazione precoce ^[6][7][8] rispetto alle modalità NIV convenzionali, che non sono sufficientemente sincronizzate. Anche il gruppo dei pazienti adulti con esacerbazione acuta della BPCO trae vantaggi dalla ventilazione NAVA NIV, per la quale è stata dimostrata una riduzione delle complicanze NIV e l'efficacia nella gestione delle condizioni dei pazienti e nel miglioramento degli esiti. ^{[9][10][11][12][13]}

Da ogni nuova generazione di ventilatori Servo ci si aspetta che trasformi la percezione stessa dei ventilatori nel settore. Servo-u introdusse un'interfaccia utente "all-touch" altamente intuitiva con indicazioni e flussi di lavoro contestuali, raccomandazioni e scelte rapide. L'obiettivo era quello di semplificare l'implementazione di strategie di ventilazione avanzate nella pratica quotidiana, rafforzando la fiducia dell'utente. Furono integrati nuovi importanti parametri di monitoraggio, come VT/PBW e Driving Pressure, entrambi costantemente visualizzati in Servo Compass. Furono aggiunte nuove opzioni per la protezione polmonare personalizzata e lo svezzamento, per il trattamento di tutte le categorie di pazienti, dai neonati agli adulti. Uno studio comparativo sull'utilizzabilità del ventilatore mostrò livelli più elevati di sicurezza del paziente e un'esperienza utente superiore ^[14].

Servo-n è stato appositamente creato come ventilatore neonatale all-in-one, per aiutare a fornire ai neonati vulnerabili il sostegno di cui hanno bisogno, proteggendo al contempo polmoni, muscoli respiratori e altri organi in fase di sviluppo ^[15]. Pensato esclusivamente per le unità di terapia intensiva neonatale e per dare fiducia ai genitori e agli operatori sanitari, presenta anche dettagli estetici, come la coccinella verde e l'esclusiva vista Famiglia. In più, sono stati aggiunti la compensazione delle perdite variabili in tutte le modalità invasive, un sensore di flusso a filo caldo opzionale e la possibilità integrata di eseguire l'ossigenoterapia ad alti flussi. Sia NAVA che NAVA NIV sono modalità standard, in cui il segnale Edi continuo svolge un ruolo essenziale nel monitoraggio e nella gestione dell'apnea dei prematuri, al fine di prevenire la desaturazione e la bradicardia ^[15][16][17].

Servo-air è il primo ventilatore Servo a turbina con una potente batteria di riserva "sostituibile a caldo", che ne agevola lo spostamento all'interno dell'ospedale senza la necessità di utilizzare prese di corrente o gas a parete. Grazie alla molteplicità di funzioni Servo già esistenti e alla ventilazione non invasiva delicata e flessibile, Servo-air era ideale per la terapia intensiva e intermedia e per il trasporto intraospedaliero. Servo-air porta con orgoglio l'eredità del ventilatore Servo a un livello superiore in termini di qualità, affidabilità, prestazioni, facilità d'uso e gestione a basso costo.

La ventilazione oscillatoria ad alta frequenza (HFOV) è diventata una modalità di soccorso consolidata per i neonati con scompenso respiratorio refrattario o sindrome da distress respiratorio grave (RDS). La sua integrazione nel Servo-n esigeva il rispetto di alcuni requisiti chiave, quali l'attivazione tramite l'espirazione attiva e la riduzione del lavoro respiratorio per il paziente ^[18]. La tecnologia brevettata implementata si basa sull'inerzia e si affida al controllo e alla sincronizzazione rapida del flusso delle valvole inspiratorie ed espiratorie, gestiti dal leggendario sistema di controllo Servo. Il sistema offre modalità HFOV a pressione controllata e a target di volume. Questa soluzione orientata al paziente è supportata anche dal monitoraggio opzionale della stimolazione respiratoria neurale (Edi) dei bambini, il che significa che il monitoraggio respiratorio durante questa modalità di soccorso non è più basato su ipotesi.

Dopo una serie di promettenti studi clinici ^[19][20][21] nei quali Servo-i fu utilizzato con l'approccio Open Lung Tool per manovre di reclutamento polmonare graduale, si concretizzò finalmente l'antico sogno di realizzare un flusso di lavoro automatico. Il vantaggio principale ottenuto con un approccio standardizzato fu la riduzione dell'enorme variabilità della pratica clinica rivelata dalle interviste agli utenti. La possibilità di integrare funzioni di diagnosi in grado di suggerire se è possibile reclutare o meno il paziente può avere effetti importanti sulla strategia di ventilazione. Il flusso Auto SRM guida agevolmente l'utente attraverso il reclutamento, la titolazione decrementale della PEEP, la personalizzazione della PEEP e della driving pressure nel ri-reclutamento e nel post-reclutamento sulla base della C.din. ottimale. Gli operatori possono così concentrarsi maggiormente sulla ricerca dell'equilibrio più adeguato tra la meccanica polmonare, lo scambio di gas e l'emodinamica del paziente.

Nel decennio appena trascorso, la manometria esofagea ha sperimentato una sorta di rinascimento scientifico, benché si sia rivelata difficile da implementare nell'uso clinico di routine e al di fuori del contesto della ricerca. Per rendere questa tecnologia più accessibile e facile da comprendere e per migliorarne l'accuratezza, è stata elaborata una visualizzazione diagnostica per il Servo-u, che fornisce le forme d'onda della pressione esofagea (Pes) e transpolmonare (PL) unitamente ai parametri fondamentali per la valutazione della sicurezza della ventilazione controllata e spontanea. È stata inoltre inventata una manovra di occlusione automatica per convalidare il posizionamento e il riempimento del palloncino. Questo nuovo strumento per la protezione polmonare personalizzata è stato ampiamente utilizzato durante la pandemia di Covid-19, dimostrando che il dispositivo era pronto per essere implementato nella pratica clinica di routine.

Ogni paziente deve affrontare sfide particolari. Che si tratti di un neonato di 300 grammi o di un adulto, di una persona affetta da scompenso respiratorio acuto o da una patologia polmonare cronica, le esigenze e le complessità saranno diverse. Ecco perché ci impegniamo a innovare soluzioni di ventilazione personalizzata che aiutino a proteggere i polmoni e il diaframma, a velocizzare lo svezzamento e a favorire esiti migliori.

Il ventilatore Servo non è solo una meraviglia ingegneristica. È una filosofia, una mentalità scritta nel nostro DNA. È questa convinzione che ha promosso la nostra continua ricerca di nuove tecniche per il trattamento dei pazienti gravemente malati. Siamo in costante evoluzione e reinventiamo le nostre terapie e soluzioni innovative, con l'obiettivo di rendere lo svezzamento del paziente dal ventilatore il più rapido e sicuro possibile. In definitiva, questo si traduce in esiti migliori per i pazienti e nell'utilizzo di meno risorse mediche. È l'ambizione che è con noi fin dall'inizio, il modo di pensare che predomina in tutto ciò che facciamo oggi. Innovazione, affidabilità, qualità duratura, fare di più con meno: sono le qualità che integriamo in ognuno dei ventilatori Servo prodotti oggi e sono le stesse qualità che definiranno i ventilatori Servo di domani, in un futuro al momento imprevedibile. È così che abbiamo scritto la nostra storia. Ed è così che plasmeremo il nostro futuro.