Второе дыхание: Как работает аппарат ИВЛ и как он помогает в борьбе с коронавирусом

Искусственная вентиляция легких применяется в тяжелых случаях заболевания COVID-19, при котором поражаются нижние дыхательные пути. Таким больным требуется срочное подключение к аппарату ИВЛ. Спрос на подобные устройства в условиях пандемии сегодня сильно превышает предложение.

В начале пандемии даже были споры и очень острые, когда одни страны «перебивали цены» и буквально из-под носа «уводили» ИВЛ.

Разбираемся, как работают аппараты искусственной вентиляции легких и почему их так остро не хватает при пандемии коронавируса. Об этом мы сделали обзор ряда специализированных изданий.

История ИВЛ

Восстановление и поддержка дыхательных процессов волновали еще древних врачевателей и ученых. В классических трактатах содержатся теории дыхания и описания первых попыток искусственной вентиляции легких. Известно, что в XVI веке европейские реформаторы медицины Парацельс и Везалий применяли вентиляцию легких в своих практиках. С XVII века для поддержки дыхания использовались аппараты, устроенные на основе мехов для раздувания огня. К сожалению, такая вентиляция часто приводила к разрыву легких. Параллельно развиваются более щадящие мануальные методы вентиляции посредством наружного воздействия на грудную клетку.

Во второй половине XIX – начале XX века на волне научно-технического прогресса появляются новые методики и устройства для ИВЛ. В частности, в 1907 году был разработан мобильный респиратор Pulmotor «патефонного» типа, который применялся в горноспасательных работах. Однако ученые пришли к выводу, что экспираторные методы ИВЛ, основанные на активном вдувании воздуха в дыхательные пути, не физиологичны и могут приводить к негативным последствиям: изменению легочной механики, атрофии легочных мышц, недостаточному притоку крови к сердцу. Как следствие, появился новый тип устройств – камера с отрицательным давлением, в которую помещался пациент и из которой периодически откачивался воздух. Возникающий вакуум оказывал присасывающее воздействие на грудную клетку, создавая отрицательное давление в дыхательных путях и таким образом обеспечивая дыхание.

scale_1200.jpeg
Пациенты, пораженные полиомиелитом, в аппаратах Энгстрёма, 1953 г. Фото: wikimedia.org

Как это часто бывает в медицине, ее развитию способствуют нерадостные события. Так, толчком для создания первого поколения современных аппаратов ИВЛ стали эпидемия полиомиелита 1940-50 гг. и Вторая мировая война, когда военные технологии активно использовались гражданскими медиками. В 1960-70-е годы компактные экспираторные приборы становятся основным типом аппаратов для ИВЛ. В это время в СССР начат выпуск серии аппаратов ИВЛ «РО». Они выпускались как с ручным, так и с автоматическим приводом, были просты в работе и эффективны.

Второе поколение аппаратов ИВЛ отличалось расширенными функциями мониторинга дыхания и появлением новых режимов работы. Для третьего поколения характерно широкое использование микропроцессоров, которые помогли эффективнее управлять устройствами. Сегодня медики имеют дело с аппаратами ИВЛ четвертого поколения. Кроме большого спектра режимов работы и широкого арсенала мониторинга параметров, их системы отклика отличаются высокой чувствительностью на дыхательную попытку пациента, то есть внимательно следят за тем, когда больной начнет дышать самостоятельно.

Последний шанс на спасение

Искусственная вентиляция легких – крайняя мера, необходимая в том случае, если дыхательная система человека не справляется самостоятельно. Известно, что без питания кислородом человек может прожить до 7 минут, дальше наступают необратимые изменения в мозге, остановка сердца и смерть. Аппарат ИВЛ замещает функцию дыхания и позволяет организму направить силы на восстановление. Очень часто подключение к аппарату ИВЛ является последним шансом на спасение пациента.

Аппарат работает следующим образом. С помощью компрессора под давлением в легкие подается воздух, в обратном направлении – из легких − выводится углекислый газ. Специальные устройства увлажняют входящую смесь и корректируют ее температуру. Также при наличии жидкости в легких она откачивается.

67.png
Общая схема работы аппарата ИВЛ

 

Вентиляция может выполняться двумя способами: неинвазивным и инвазивным. В первом случае воздух подается через плотно прилегающую маску. Такая вентиляция показана пациентам с более легкими симптомами. При инвазивном способе в трахею через рот или нос вводится интубационная трубка. Это довольно болезненная процедура, поэтому часто она сопровождается анестезией. Кроме того, пациент, подключенный к респиратору, не может ни есть, ни пить, ни разговаривать. Питание при этом подается через специальную трубку.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса и возможности современных приборов работать в автоматическом режиме, аппарат ИВЛ может использоваться только квалифицированным медперсоналом. Поэтому покупка аппарата ИВЛ в личное пользование – довольно бессмысленная затея. Его обладателю придется также нанимать соответствующий штат медиков. И нужно понимать, что сам по себе аппарат не лечит. Он лишь дает возможность пройти тяжелый этап болезни, чтобы время и лекарственная терапия восстановили естественное дыхание.

Таким образом, основная функция аппарата ИВЛ — закачка насыщенного кислородом воздуха в легкие и выведение углекислого газа. Это и есть вентиляция, или, как еще говорят, воздухообмен.

Один из основных и самых простых типов аппаратов ИВЛ — мешок Амбу. Это незаменимый ручной инструмент для бригад скорой помощи, экстренных служб и отделений интенсивной терапии. Мешок Амбу легкий, компактный и простой в использовании. Изобретен в 50-х годах  датским профессором Хеннингом Рубеном и немецким инженером Хольгером Хессе. С помощью мешка Амбу они хотели предотвратить эпидемию полиомиелита.

В тяжелых случаях, когда необходим стабильный и контролируемый воздухообмен, медики используют механические и автоматизированные аппараты ИВЛ.

Они состоят из компьютеризированной коробки, расположенной на верхней части передвижной тележки. У аппарата множество экранов, циферблатов, кабелей для передачи данных, шнуров питания и газовых трубок.

Воздух для аппарата ИВЛ может подаваться из центральной системы газоснабжения медицинского учреждения, баллона сжатого воздуха, индивидуального мини-компрессора или кислородного концентратора.

Image Title

Современные аппараты ИВЛ — сложное и высокотехнологичное оборудование, которое позволяет обеспечить превосходный уровень ухода за пациентом. Они регулируют следующие функции:

  • длительность подачи воздуха;
  • количество и частоту поступающего воздуха;
  • концентрацию кислорода в воздухе (обычно около 21%, но в некоторых случаях процент кислорода увеличивается);
  • температуру и влажность воздуха.

Один из самых современных методов синхронизации аппарата ИВЛ с дыханием пациента — нейроконтролируемая респираторная поддержка (NAVA — Neurally Adjusted Ventilatory Assist). Технологию разработали в 2007 году.

Принцип работы следующий: датчик устройства устанавливается в желудочный зонд и вводится в организм, аппарат фиксирует нервные импульсы, идущие от дыхательного центра головного мозга по диафрагмальному нерву к диафрагме.

Таким образом оборудование синхронизируется с дыхательным центром мозга, подавая кислород, когда легкие получают из него соответствующую команду. То есть аппарат полностью ориентируется на импульсы, подаваемые мозгом: когда нужно дышать, когда — не дышать.

Постоянный прирост пациентов с COVID-19 приводит к острой нехватке аппаратов ИВЛ по всему миру. Врачам приходится буквально делить один аппарат на несколько больных. Одна из нью-йоркских больниц, например, подключила к одному аппарату ИВЛ сразу двух пациентов.

Исследования показывают, что такая методика может быть опасной для пациентов. Поэтому часть распределителей, которые сейчас массово печатают владельцы 3D-принтеров, может оказаться не только бесполезной, но и вредной.

Для создания настоящих аппаратов ИВЛ необходим огромный опыт в исследованиях, проектировании и производстве такого оборудования. Нужна гарантия надежности, исправности и соответствия строгим нормативным требованиям.

Все это жизненно важно, потому что аппараты ИВЛ часто используются в критических ситуациях, когда ошибка или отказ оборудования может привести к смерти пациента. Поэтому механические аппараты ИВЛ стоят достаточно дорого.

В то же время, одно из серьезных осложнений от вируса COVID-19, с которым столкнулся весь мир – это быстрое развитие тяжелой пневмонии, при котором возникает острая дыхательная недостаточность. Такого больного нужно как можно быстрее подключить к аппарату искусственной вентиляции легких, иначе существует риск летального исхода. Еще раз повторим: подключение к аппарату ИВЛ требуется только самым тяжелым больным, находящимся на грани жизни и смерти.

Аппараты ИВЛ не являются чем-то уникальным и сегодня достаточно распространены. Ими оснащаются отделения интенсивной терапии, реанимационные, машины и вертолеты скорой помощи. Но в условиях пандемии резкий рост количества больных с острыми формами пневмонии привел к тому, что во всем мире возникла нехватка и аппаратов ИВЛ, и специалистов по работе с ними.

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться