Історія апарату штучної вентиляції легень

90 років тому апарати ШВЛ були такі ж численні в лікарнях і так само відомі населенню. Причиною «популярності» ШВЛ став смертельно небезпечний РНК-вірус – збудник поліомієліту.

Взагалі-то способів примусового дихання тільки два, і обидва настільки ж давні, скільки існує Homo sapiens. Якщо, як вважають вчені антропологи, людині вроджено властива емпатія (співчуття), то наші предки не могли не намагатися допомогти родичу, що задихається, вдихнути і видихнути. Як саме, збагнути було нескладно. Предки взагалі були дуже кмітливими людьми, інакше не вижили б.

Перший спосіб – вдмухування повітря в рот або ніс потерпілого за допомогою свого рота.

Другий - штучне дихання: руки постраждалого піднімають і заводять назад, за його голову, потім, згинаючи їх у ліктях, притискають до грудей, тобто імітують природний вдих і вихід. За рахунок підняття ребер та сплощення діафрагми в грудній клітці створюється негативний тиск, і в легені починається притік повітря ззовні, при опусканні ребер відпрацьоване повітря виштовхується назовні.

Відповідно, коли справа дійшла до механічних апаратів ШВЛ, ті, які працювали за першим принципом, отримали назву апаратів позитивного тиску (у зарубіжній медичній літературі (positive pressure ventilator – PPV), другі – негативного тиску (negative pressure ventilator – NPV).

Зрозуміло також, що перший метод створити технічно набагато простіше, і першими були апарати типу PPV — у вигляді міхів, якими роздмухують вогонь, або дихальних подушок. Такими апаратами ШВЛ користувалися в античній, середньовічній медицині, в Новий час і тепер. Тепер, зрозуміло, це високотехнологічні апарати, де контролюється тиск та об'єм повітря на вдиху (щоб не травмувати легені), з пасивним видихом хворого, з перемиканням на активний видих (тобто зі створенням негативного тиску), з позитивним тиском наприкінці видиху та іншими тонкощами більш менш успішної імітації природного дихання.

Загалом різновидів апаратів ШВЛ типу PPV зараз багато, а кількість їх моделей у продажу кілька десятків. Але їхній розквіт припав на повоєнні роки, коли з'явилися необхідні для них технології електронного управління та контролю. До цього вони мало чим відрізнялися від шкіряного міха Парацельса для вдмухування повітря в легені при асфіксії. High tech ШВЛ до цього були негативного тиску, по суті це були буквально дихальні протези, що дозволяють людині дихати природним шляхом - розширенням грудної клітки під час вхиху та видиху при її спадінні.

Це були чисто механічні пристрої. Та й вакуум тут не був потрібний, перепад тиску в легенях людини при вдиху та видиху порівняно невеликий — близько 7 мм ртутного стовпа, тобто приблизно 1% від атмосферного тиску. Перші патенти на такі апарати з'явилися ще XVIII столітті. Принцип їхньої дії був простий і зрозумілий навіть невченій людині. Пацієнта поміщали у герметичну камеру, з якої стирчала тільки його голова, потім у камері знижували тиск, грудна клітка у пацієнта розширювалася.

Тиск скидався, грудна клітка опускалася. Такі ж апарати кірасного типу одягалися тільки на груди хворого, вони були металеві і справді сильно скидалися на військову кірасу.

Проблема тут була лише у безперервності дії апарату. Хтось чи щось мав регулювати в ритмі дихання тиск усередині апарату. Робили це спочатку вручну, намагалися пристосувати паровий двигун і навіть водяне колесо. Але зрозуміло, що апарат ШВЛ з паровим двигуном навряд чи міг увійти у вжиток звичайної лікарні.

Прорив стався межі XIX і XX ст. після появи доступних електромоторів. Перший серійний апарат ШВЛ NPV-типу працював від двох стандартних двигунів пилососа. Його конструктором був доктор Філіп Дрінкер із Медичної школи Гарвардського університету в Бостоні.

Тільки доктором Дрінкер був не медицини, а інженером-хіміком з докторським ступенем (PhD), тобто кандидатом технічних наук по-нашому, і викладав студентам медикам, що спеціалізувалися в галузі суспільної гігієни, ази промислової вентиляції та освітлення. Він закінчив інженерний факультет Ліхайського університету в Пенсільванії, президентом якого був його батько, а потім його дядько (брат батька) професор Медичної школи Гарварда прилаштував його на факультет громадського охорони здоров'я.

Батько Філіпа Дрінкера, крім президентства в Ліхайському університеті, був ще генеральним соліситором залізниць у долині Ліхай, тобто представляв інтереси у верховному суді штату мережі залізниць, які насамперед обслуговували вугільні шахти Пенсільванії з високоякісним антрацитом. Тому навряд чи випадково його син займався проблемою отруєння гірників шахтними газами та сконструював для особливо тяжких пацієнтів із отруєнням сірчистим газом апарат ШВЛ у вигляді герметичного металевого ящика з регульованим тиском усередині.

Апарат Дрінкера був дуже доречним для іншої, набагато більш численної категорії хворих — жертв поліомієліту. Поліовірус вражає спинний мозок та центральну нервову систему, в останніх випадках він може викликати незворотний параліч міжреберних м'язів та м'язів діафрагми, тобто хворий при абсолютно здорових легенях не може ні вдихнути, ні видихнути.

З 1916 року, коли спалах поліомієліту вперше досяг у США рівня епідемії національного масштабу, майже кожен рік у тій чи іншій частині країни виникали його епідемічні спалахи.

Сестра Філіпа Дрінкера Катрін, професійний літератор, що спеціалізувалась на біографічній прозі, у своїй книзі «Сімейний портрет» (Family Portrait) розповідає, як в один із осінніх днів 1928 року її брат, викликаний для консультації з вентиляції до дитячої лікарні Бостона, побачив там паралізовану поліовірусом діафрагму. Вражений виглядом приречених на швидку й болісну смерть крихіток із синіми обличчями він повернувся додому і сів за креслення апарату, який міг їх урятувати.

В історії науки і техніки, і особливо медицини, багато подібних апокрифічних історій. І в цьому випадку інженер Дрінкер цілком міг побачити і навіть напевно бачив хворих на поліомієліт дітей у бостонській лікарні, і, як у будь-якої нормальної людини, у нього, напевно, при їхньому вигляді стислося серце. Але реальнішою здається все ж таки викладена вище версія його сина Філіпа Дрінкера-молодшого, так само як і його батько - інженера. Найімовірніше, Дрінкер просто запропонував лікарям дитячої лікарні випробувати його апарат для шахтарів на хворих дітях.

Ті погодилися, і в жовтні 1928 року в апарат ШВЛ Дрінкера помістили восьмирічну дівчинку з паралічем дихального центру в безнадійному, як вважали лікарі, стані.

Вона вижила, щоправда, жити відтепер могла лише всередині апарату Дрінкера. Наступного 1929 року в The Journal of the American Medical Association була опублікована стаття Дрінкера і лікаря-педіатра Чарлза Макханна «Застосування нового апарату для тривалої підтримки штучного дихання при фатальному випадку поліомієліту» (The Use of New Apparatus : A Fatal Case of Poliomyelitis). У тому ж році Consolidated Gas Co купила у Гарварда один екземпляр апарату Дрінкера та подарувала його нью-йоркській лікарні Бельв'ю.

Знайшовся і інвестор: Consolidated Gas Company of New York вклалася у випуск «залізної легені» (iron lung), як прозвали апарат Дрінкера.

Сам Дрінкер в 1931 році оформив заявку на патент на свій апарат, і в 1933 році отримав патент США №1906 844, 1933.