Respirator - historia wynalazku

W ostatnich dniach słyszymy o nich częściej, niż w całej historii ich istnienia. W związku z szalejącą pandemią i niezwykle ważną rolą, jaką pełnią w ratowaniu ludzkiego życia, warto przybliżyć historię powstania respiratora.

Już Galen twierdził, że oddychanie jest niezbędne do utrzymania życia. Jednak dopiero w 1543 Wesaliusz położył podwaliny pod teoretyczne podstawy sztucznego oddychania. Odkrył on, że można przywrócić życie zmarłemu zwierzęciu poprzez umieszczenie w tchawicy rurki, przez którą wdmuchuje się powietrze – w dużym uproszczeniu to, co wykonuje się dziś w oddziałach intensywnej opieki medycznej. Skuteczność sztucznej wentylacji została potwierdzona na posiedzeniu Królewskiego Towarzystwa Naukowego w 1667 za sprawą brytyjskiego przyrodnika Roberta Hooke’a. Przeprowadził on okrutny eksperyment – na otwartej klatce piersiowej psa udowodnił, że wdmuchując powietrze i pozwalając mu uciec przez wydrążone w miąższu otwory, zwierzę wciąż żyje, mimo, że płuca się nie ruszają. Potwierdził w ten sposób tezę, że kluczowy w podtrzymaniu życia jest ciągły napływ i wypływ gazu w płucach, a nie ich ruch, jak sądzono do tej pory.

Ujemne ciśnienie

Pierwsze urządzenie wspomagające oddychanie u człowieka zaproponował szkot John Dalziel w 1832 roku. Naukowiec zauważył, że można przynieść choremu ulgę umieszczając go w pozycji siedzącej w komorze, w której za pomocą ręcznej pompki wytwarzano podciśnienie. Głowa chorego znajdowała się na zewnątrz, unieruchomiona w kołnierzu-uszczelce. 30 lat później Alfred J. Jones opatentował pierwsze urządzenie, które można uznać za prototyp powszechnych później tzw. żelaznych płuc. Przełom XIX i XX w. obfitował w prześciganie się o patenty, jednak większość wynalazków bazowała na nieinwazyjnej wentylacji ujemnym ciśnieniem. Pełnię tego rozwiązania osiągnęły wspomniane wcześniej żelazne płuca, opracowane w Bostonie przez Drinkera i Shawa (1928r.), zmodyfikowane przez Emersona (1931r.) i później przez Botha (1937r.), które znalazły szerokie zastosowanie podczas pandemii poliomyelitis w latach 1930-1960.

Dodatnie ciśnienie

Kolejnym etapem doskonalenia metod wentylacji było opracowanie aparatów generujących dodatnie ciśnienia wewnątrz dróg oddechowych. Tutaj również pandemia polio miała swój znaczący udział – w Kopenhadze w 1952 roku, podczas wzrostu zakażeń i wysokiej śmiertelności, anestezjolog Bjorn Ibsen wpadł na pomysł wentylacji dodatnim ciśnieniem przy użyciu rurki tracheotomijnej. Przez następne dziesięciolecia, dzięki coraz lepszemu poznawaniu fizjologii człowieka i postępowi technicznemu, powstawały kolejne wersje urządzeń umożliwiające kontrolę ciśnienia, objętości, przepływu oraz czasu wdechu i wydechu. Niewątpliwym osiągnięciem było opracowanie w 1971 roku systemu SERVO, który umożliwiał ustawienie pożądanych wartości parametrów i alarmował o ich przekroczeniu. Trzecia generacja respiratorów zaopatrzona jest już w mikroprocesory, które potrafią wykryć nawet minimalny wysiłek pacjenta i uruchomić wspomaganie, co umożliwia wentylację zmiennym ciśnieniem i objętością. Stosowana dziś czwarta generacja urządzeń, tzw. adaptive support ventilation, pozwala na dopasowanie wielu parametrów do każdego oddechu pacjenta.

Wysokie ciśnienie

Dziś pilnie potrzebne są kolejne nowatorskie rozwiązania. Co prawda na konferencji prasowej z 11 marca minister zdrowia zapewniał, że w Polsce jest ponad 10 tys. respiratorów, jednak przy nagłym przypływie chorych w stanie ciężkim, nawet taka liczba może okazać się niewystarczająca. Obiecujące wydaje się ogłoszone niedawno w Instytucie Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN (tutaj link: https://www.ibib.waw.pl/pl/) opracowanie aparatu Ventil. W pierwotnym założeniu miał on umożliwiać niezależną wentylację obu płuc jednego pacjenta (co potwierdziły wieloletnie testy kliniczne prowadzone w warunkach OIOM). Jednak okazuje się, że aparat może być również wykorzystany do niezależnej wentylacji dwóch pacjentów podłączonych do jednego respiratora. Pierwsze 100 sztuk powinno zostać wyprodukowancyh w ciągu 3 tygodni, by następnie trafić do wyznaczonych szpitali w celu przeprowadzenia niezbędnych badań klinicznych.

W dobie pandemii grozi nam niedobór sprzętu medycznego. W związku z tym na świecie powstają liczne oddolne inicjatywy tworzenia go w warunkach domowych. Prawdziwą kopalnią pomysłów może okazać się dedykowana grupa na facebook’u. (tutaj link: https://www.facebook.com/groups/670932227050506/) Pozostając w temacie respiratorów, na uwagę zasługuje dokument opracowany przez amerykańskiego rezydenta medycyny ratunkowej, w którym podkreśla istotne funkcje, jakie powinno spełniać skonstruowane w ten sposób urządzenie. (tutaj link: https://docs.google.com/document/d/1FNPwrQjB1qW1330s5-S_-VB0vDHajMWKieJRjINCNeE/preview?fbclid=IwAR3ugu1SGMsacwKi6ycAKJFOMduInSO4WVM8rgmC4CgMJY6cKaGBNR14mpM