Podczas gdy Stany Zjednoczone i reszta świata desperacko starają się poradzić sobie z pandemią COVID-19 , szpitale borykają się z krytycznym niedoborem respiratorów, urządzeń przyłóżkowych, które pomagają pacjentom, którzy mają trudności z samodzielnym oddychaniem.
Amerykańskie szpitale mają około 160 000 respiratorów, a kolejne 12700 jest dostępnych w National Strategic Stockpile rządu federalnego, donosi New York Times z 18 marca 2020 r. Jednak istnieje obawa, że nie będą one wystarczająco blisko, aby poradzić sobie ze wszystkimi osobami, które mogą poważnie zachorować z powodu wirus .
Wszystko to nagle skupiło uwagę na sprzęcie medycznym, o którym większość z nas prawdopodobnie nie myślała zbyt wiele, tak samo jak nie myślimy o samym oddychaniu. Ale dla kogoś, kto nie może dostać powietrza do płuc, urządzenie - według Washington Post, którego cena waha się od 25 000 do 50 000 dolarów - może uratować życie.
Jak działają wentylatory?
Respiratory pomagają pacjentom z wieloma różnymi schorzeniami. „Mogą być używane, aby pomóc ludziom oddychać podczas rutynowych zabiegów chirurgicznych w znieczuleniu lub także wtedy, gdy pacjenci są chorzy i mają trudności z oddychaniem z powodu choroby” - wyjaśnia dr Paul F. Currier, dyrektor Oddziału Ostrej Terapii Oddechowej na Oddziale Płuc i Critical Care w Massachusetts General Hospital za pośrednictwem poczty elektronicznej. Niewielki odsetek osób zarażonych COVID-19 może rozwinąć stan zapalny w płucach. „Jeszcze mniejszy odsetek tych pacjentów może rozwinąć niewydolność oddechową, którą najlepiej leczyć za pomocą respiratora”.
„Pomyśl o płucach jak o elastycznym balonie” - mówi Kenneth Lutchen , dziekan College of Engineering i profesor inżynierii biomedycznej na Boston University (BU). „Możesz rozszerzyć balon, mając ciśnienie przy otworze (ustach) większe niż ciśnienie po drugiej stronie. Zwykle oddychamy, rozszerzając klatkę piersiową, co obniża ciśnienie wokół płuc wewnątrz ciała, tak że płuca rozszerzają się.
„Ale jeśli płuca wypełnią się płynem lub staną się silnie zaognione - co może się zdarzyć w koronawirusie - wówczas podciśnienie, które występuje podczas normalnego oddychania, nie jest wystarczające, aby wystarczająco rozszerzyć płuca i spowoduje niewystarczającą wymianę O2 i CO2”, Lutchen trwa. „Alternatywą jest wtedy„ wepchnięcie ”powietrza do płuc za pomocą respiratora, który wytwarza nadciśnienie w ustach - wlot do rurki intubacyjnej - wystarczająco duże, aby wepchnąć i wydobyć wystarczającą ilość świeżego powietrza przy każdym oddechu. poziom O2 i CO2 we krwi jest zbliżony do normalnego, aż stan zapalny i gromadzenie się płynów ustąpią, a osoba będzie mogła ponownie oddychać samodzielnie ”.
Pudełkowe urządzenie mechaniczne z cyfrowym wyświetlaczem na górze zazwyczaj siedzi na wózku obok łóżka. Jak wyjaśnia strona internetowa National Heart, Lung and Blood Institute , pacjent jest podłączony do urządzenia za pomocą rurki do oddychania wprowadzanej przez nos lub usta do gardła, która jest utrzymywana na miejscu za pomocą taśmy lub paska, który głowa. Rurka w drogach oddechowych może powodować pewien dyskomfort, a także wpływa na zdolność pacjenta do mówienia lub jedzenia. Dlatego zespół opiekuńczy może wprowadzić do żyły kolejną rurkę, aby podać pacjentowi składniki odżywcze lub - jeśli osoba będzie przez dłuższy czas korzystać z respiratora - wprowadzić zgłębnik nosowo-żołądkowy, który trafia bezpośrednio do żołądka lub jelita cienkiego. otwór utworzony chirurgicznie.
Rurka w gardle nie jest przyjemna, ale jest ważna. „Bez intubacji kilka rzeczy może zagrozić zdolności respiratora do wykonywania swojej pracy” - wyjaśnia Lutchen. „Być może najważniejsze jest to, że jeśli respirator właśnie wdmuchnął powietrze do ust, dostarczona objętość może nie w całości trafić do płuc. Część może wyciekać z nosa - który jest połączony z ustami - lub może skończyć się rozszerzeniem policzków osoby, zamiast wchodzić do płuc ”.
Rola terapeuty oddechowego
Aby to wszystko działało, szpitale polegają na doświadczeniu wysoko wykwalifikowanych specjalistów zwanych terapeutami oddechowymi. „Terapeuta oddechowy ustala odpowiednie ustawienia, aby dopasować je do potrzeb oddechowych pacjenta w oparciu o chorobę podstawową” - wyjaśnia Timothy R. Myers, terapeuta oddechowy i dyrektor biznesowy American Association for Respiratory Care , w e-mailu. „Od tego momentu zapewniają stały monitoring i ocenę oraz modyfikują ustawienia, gdy stan pacjenta poprawia się lub pogarsza. Obejmuje to nieinwazyjne monitorowanie i pomiary od analizy krwi po poziom tlenu i dwutlenku węgla”.
Wymaga to bardzo starannego leczenia, ponieważ płuca są dość skomplikowane, wyjaśnia Myers. Chociaż dobrze jest myśleć o płucach jako o balonie dla celów ilustracyjnych, w rzeczywistości są one „bardziej jak sieć milionów balonów, które muszą przenosić gazy między płucami a układem krążenia. Kiedy płuca są uszkodzone lub chore, każde płuco i miliony balonów wymagają wlotu i wylotu gazu inaczej niż w przypadku zdrowia. Każdy pacjent jest wyjątkowy ”.
W ostatnich latach nastąpił pewien postęp w używaniu wentylatorów. „Badania wykazały, że stosowanie małej wielkości oddechu i niskiego ciśnienia poprawia wyniki” - wyjaśnia Currier. „Ponadto pacjenci z ciężką niewydolnością oddechową mogą czasami być obracani na brzuchu podczas korzystania z respiratora, w procesie zwanym pozycjonowaniem na brzuchu, co często może poprawić poziom tlenu. Wreszcie, w przypadku niektórych pacjentów, których poziom tlenu pozostaje niski pomimo korzystania z respiratora , mogą być w stanie uzyskać pozacielesne natlenianie błonowe (ECMO) w niektórych bardzo wyspecjalizowanych ośrodkach. Ta bardzo intensywna terapia może zapewnić cyrkulację krwi poza organizmem, aby zapewnić dodatkowe dotlenienie ”.
Badania Lutchena koncentrują się na opracowaniu bezpieczniejszych wentylatorów mechanicznych. „Początkowo respirator stara się ratować życie, utrzymując odpowiednie poziomy O2 i CO2” - mówi. „Ale robi to poprzez wpychanie powietrza i wystawianie płuc na działanie nietypowych ciśnień, często większych, aby pomóc rozszerzyć sztywniejsze i / lub węższe płuco. Ponadto respirator jest zaprogramowany tak, aby wykonywał dokładnie ten sam oddech za każdym razem, gdy normalne oddychanie nieco się różni od oddechu do oddechu i okresowo bierzemy duży oddech. Jeśli musisz być na respiratorze przez bardzo długi czas, istnieje ryzyko, że powtarzające się duże ciśnienia spowodują uraz płuc wywołany przez respirator (VILI), który może ułatwić zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) .Teraz respirator może nie być już w stanie zapewnić wystarczającej wymiany O2 i CO2 ”.
Dlatego Lutchen pracuje z głównym badaczem Belą Suki , profesorem inżynierii biomedycznej na BU, nad koncepcją zwaną zmienną wentylacją, w której respirator dostarcza zmienne oddechy podobne do naturalnego wzorca oddychania, aby uniknąć powtarzających się nieprawidłowych ciśnień w tym samym miejscu, gdy osoba oddycha. „Istnieją dowody na to, że u zwierząt takie podejście z mniejszym prawdopodobieństwem doprowadzi do VILI i może ułatwić wyzdrowienie z ARDS” - mówi Lutchen. „Ale to podejście nie zostało jeszcze przetestowane na ludziach”.
Obecny wzrost
Przy obecnym niedoborze wentylatorów producenci zwiększają produkcję. Medtronic, jeden z największych światowych producentów respiratorów, przygotowuje się do podwojenia swojej wydajności, dodając zmiany, aby jej irlandzki zakład produkcyjny działał przez całą dobę, napisał do przedstawiciela firmy Medtronic.
Jednak producenci stają przed wyzwaniem związanym ze zwiększeniem produkcji, ponieważ wentylatory muszą być budowane z wielką starannością. „Ponieważ są to urządzenia ratujące życie, obowiązują bardzo wysokie standardy w zakresie zapewnienia jakości” - informuje w e-mailu szwajcarski producent Hamilton Medical AG.
Teraz to jest interesujące
Chociaż nowoczesne wentylatory zostały okolice dopiero od 1950 roku, pojęcie mechanicznie dostarczanie powietrza do pacjenta przez włożenie rurki został po raz pierwszy opisany przez Andreas Vesalius, Belg, który był profesorem na Uniwersytecie w Padwie, z powrotem w 1543 roku, zgodnie z tym artykuł Arthura S. Slutsky'ego o historii wentylacji w American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine.
