Air pollution and meteorological drivers of hospital medical consumables demand: a hybrid forecasting approach for inventory optimization

Os hospitais são ecossistemas vastos e complexos, onde o fluxo de pessoas e o fluxo de suprimentos devem mover-se em perfeita sincronia. Quando um paciente chega com uma doença súbita, o hospital precisa das ferramentas certas imediatamente. Mas prever exatamente quando essas ferramentas serão necessárias é um quebra-cabeça difícil, especialmente porque a demanda por suprimentos médicos não é impulsionada apenas pelo número de pacientes, mas também pelo mundo fora dos muros do hospital. O ar que respiramos e o clima que vivenciamos podem mudar de forma sutil e, às vezes, dramática, o número de pessoas que buscam cuidados médicos. Durante anos, os administradores hospitalares confiaram em suposições simples baseadas em meses passados para encomendar seu inventário, um método que frequentemente leva ou à falta de itens críticos ou ao deixar suprimentos caros parados nas prateleiras sem uso. A questão de saber se o céu e o próprio ar poderiam ser usados para prever essas necessidades permaneceu amplamente inexplorada no contexto da logística hospitalar.

Uma equipe de pesquisadores do Centro Médico da Força Aérea em Pequim decidiu investigar essa conexão observando dois tipos muito diferentes de suprimentos médicos: fios-guia intervencionistas e suprimentos de desinfecção. Os fios-guia são ferramentas finas e flexíveis usadas por médicos para navegar em vasos sanguíneos durante procedimentos complexos; são itens caros e de alto valor, tipicamente usados em cirurgias planejadas. Os suprimentos de desinfecção, por outro lado, são os materiais cotidianos usados para limpar e esterilizar equipamentos e salas; são de baixo custo, mas são consumidos em quantidades massivas e imprevisíveis sempre que os riscos de infecção aumentam. Os pesquisadores reuniram registros diários de quantos de cada item foram usados ao longo de um período que abrange de janeiro de 2023 a julho de 2025. Eles combinaram esses dados com registros detalhados do clima e da qualidade do ar em Pequim, incluindo temperatura, velocidade do vento e níveis de vários poluentes, como dióxido de nitrogênio e material particulado. O objetivo era ver se o ambiente poderia explicar por que o hospital usou mais ou menos desses itens em um determinado dia e construir um sistema que pudesse prever essas necessidades com mais precisão do que os métodos atuais.

Os pesquisadores descobriram que esses dois tipos de suprimentos se comportam de maneiras completamente diferentes. A demanda por fios-guia foi notavelmente estável e previsível, seguindo um ritmo constante que espelhava as cirurgias agendadas do hospital. Em contraste, o uso de suprimentos de desinfecção foi caótico e volátil, oscilando drasticamente de um dia para o outro. Em média, o hospital usou cerca de 15,6 fios-guia por dia, com o maior uso em um único dia atingindo 49 unidades. O montante de dinheiro gasto nesses fios foi significativo, com uma média de mais de 10.000 yuans diários. No entanto, o uso de suprimentos de desinfecção foi muito mais errático, com uma média de 165,2 unidades por dia, mas com picos diários que podiam chegar a 3.400 unidades. Essa enorme lacuna entre a média e o pico sugeriu que, enquanto os fios-guia eram usados de maneira consistente e planejada, os suprimentos de desinfecção estavam sujeitos a eventos repentinos e de grande escala, provavelmente impulsionados por surtos de infecção ou mudanças urgentes nos protocolos hospitalares.

Quando a equipe analisou como o ambiente influenciou esses suprimentos, os resultados foram impressionantes. Para os fios-guia, a qualidade do ar e o clima tiveram quase nenhum impacto; mesmo em dias com poluição intensa, o uso dessas ferramentas cirúrgicas caiu menos de 2%. Isso confirmou que as cirurgias planejadas não são facilmente interrompidas pelo clima. No entanto, a história era inteiramente diferente para os suprimentos de desinfecção. Em dias com má qualidade do ar, o hospital utilizou significativamente menos desses itens, com uma queda de mais de 10%. Esse achado contraintuitivo sugere que, quando o ar está ruim, as pessoas podem ficar em casa, ou os procedimentos hospitalares podem ser adiados, levando a uma redução temporária na necessidade de esterilização. Os pesquisadores usaram uma ferramenta estatística chamada LASSO para filtrar dezenas de fatores ambientais e identificar os drivers específicos para cada tipo de suprimento. Eles descobriram que cinco fatores, incluindo o índice de qualidade do ar e a velocidade do vento, foram fundamentais para os suprimentos de desinfecção, enquanto oito fatores, incluindo temperatura e precipitação, influenciaram os fios-guia.

Para transformar esses insights em uma ferramenta prática, os pesquisadores construíram diversos modelos computacionais para prever a demanda futura. Eles testaram um modelo padrão de série temporal, um modelo mais novo projetado para lidar com padrões sazonais e um modelo híbrido que combinava os pontos fortes de ambos. Para os fios-guia, o modelo híbrido funcionou maravilhosamente. Ele conseguiu aprender os padrões regulares e rítmicos dos dados e previu o uso futuro com alta precisão, superando os outros modelos por uma margem significativa. Ele pôde antecipar os ciclos semanais e mensais da atividade cirúrgica com um nível de precisão que os modelos mais antigos não conseguiam igualar. No entanto, quando se tratava do mundo caótico dos suprimentos de desinfecção, os resultados foram mais modestos. Embora os modelos avançados tenham reduzido a taxa de erro em cerca de 30% em comparação com o modelo básico, eles ainda tiveram dificuldade em prever os picos extremos de demanda. Os dados para esses suprimentos eram tão dominados por choques repentinos e aleatórios que nenhuma fórmula matemática baseada apenas no histórico poderia prevê-los perfeitamente.

O estudo também revelou como os efeitos do ambiente se desenrolam ao longo do tempo. Usando um método que rastreia como uma exposição hoje afeta os resultados nas próximas semanas, descobriram que a relação entre a poluição e o uso de suprimentos não é imediata. Para os suprimentos de desinfecção, certos poluentes, como o dióxido de nitrogênio, mostraram um efeito forte em poucos dias, enquanto outros fatores, como a velocidade do vento, tiveram impactos que persistiram por semanas. Para os fios-guia, os padrões de atraso (lag) foram diferentes, refletindo os ciclos de planejamento mais longos da cirurgia em vez de reações imediatas ao clima. Os pesquisadores também examinaram como múltiplos poluentes trabalham juntos. Eles descobriram que, durante períodos de boa qualidade do ar, diferentes fatores dominavam a demanda para cada suprimento, mas durante episódios de poluição, o dióxido de nitrogênio tornou-se o principal motor para as mudanças no uso de suprimentos de desinfecção. Isso sugere que a mistura de fatores ambientais importa tanto quanto os elementos individuais.

Em última análise, esta pesquisa destaca que uma única estratégia não pode gerir todos os suprimentos hospitalares. O estudo sugere que os hospitais devem tratar essas duas categorias de forma diferente. Para itens estáveis e de alto valor, como os fios-guia, modelos de previsão avançados que incorporem dados ambientais podem ajudar a otimizar o inventário, garantindo que ferramentas caras estejam disponíveis quando necessárias sem imobilizar muito capital em estoque excessivo. Para itens voláteis e de baixo custo, como os suprimentos de desinfecção, no entanto, confiar apenas em modelos de previsão é insuficiente. Os pesquisadores propõem que os hospitais devem, em vez disso, focar na construção de reservas de emergência robustas para lidar com os surtos imprevisíveis que os modelos não conseguem captar. Ao compreender que o céu e o ar influenciam o hospital de maneiras diferentes para ferramentas distintas, os administradores podem passar de uma gestão de inventário de "tamanho único" para um sistema mais refinado e responsivo que mantém os pacientes seguros e os suprimentos fluindo.