Железные лёгкие

Как правило, «Железные лёгкие» представляют собой горизонтально ориентированный цилиндр, в который помещают человека так, чтобы снаружи осталась только голова. Голова и шея вплоть до голосовых связок открыты и свободно контактируют с окружающей средой, а тело находится в герметичной камере, где попеременно повышается и понижается давление, таким образом стимулируя дыхание^[4][12][13].

Для осуществления вдоха из цилиндра частично откачивается воздух и создаётся вакуум, что приводит к расширению грудной клетки и брюшной полости. За счёт этого наружный воздух втягивается в лёгкие через нос и рот. Чтобы стимулировать последующий выдох, воздух внутри камеры или слегка сжимается, или его давление выравнивается с давлением снаружи аппарата. Грудная клетка и брюшная полость сокращаются, выталкивая воздух из лёгких, и пациент выдыхает^{[3][4][12][13]}.

Примерами подобных барокамер могут служить респираторы Дринкера, Эмерсона и Бота. Аппараты могут как обслуживаться вручную, так и работать автоматически. Обычно они работают от электродвигателя, соединённого с гибким мембранным насосом у задней стенки камеры. Кроме того, существуют более вместительные образцы «Железных лёгких», занимающие целые комнаты, где могут находиться сразу несколько пациентов. В таких машинах у каждого человека есть индивидуальное отверстие для головы, а внутри герметичной комнаты отведено достаточно места для медсестры или респираторного терапевта.

Среди более компактных разновидностей аппарата выделяется так называемый «панцирный» аппарат искусственной вентиляции лёгких (англ. cuirass ventilator), названный так по аналогии с панцирной нагрудной бронёй. Такой прибор закрывает только торс пациента, или грудь и живот, но в принципе работы ничем не отличается от полноразмерной камеры. Облегчённым вариантом панцирного аппарата ИВЛ считается его модель, изготовленная из гибкого, нервущегося материала (резины или пластика) и натянутая на металлический или пластиковый каркас над грудью человека, подобно плащу или куртке^{[3][8][14][15]}.

В 1670 году английский учёный Джон Мейоу выдвинул идею об искусственной вентиляции лёгких^[16]. Мейоу сконструировал прототип машины, состоящей из мехов и специальной камеры для нагнетания и откачивания воздуха. Первый полноценный аппарат для вентиляции лёгких под отрицательным давлением был описан британским врачом Джоном Диелом в 1832 году. Свидетельства об успешном использовании подобных устройств появились несколькими годами позже. Первые прототипы включали в себя ручной аппарат «Спирофор», разработанный парижским врачом Южэном Вуайе в 1876 году^[17], и герметичный деревянный ящик, созданный специально для лечения полиомиелита врачом Стюартом из Южной Африки в 1918-ом. Ящик Стюарта герметизировался в области талии и плеч с помощью глины и приводился в действие посредством работы мехов и мотора^[18].

Самым известным и прибыльным в производстве устройством стал аппарат Филипа Дринкера и Луиса Шоу, профессоров промышленной санитарии в Гарвардской школе общественного здравоохранения, появившийся в 1928 году в США^{[19][20][21][22][23]}. Машина приводилась в действие электродвигателем с воздушными насосами от двух пылесосов. Воздушные компрессоры изменяли давление внутри изолированной прямоугольной металлической камеры^[24]. Изначально этот аппарат предназначался для лечения отравления угольным газом, но свою известность получил именно как средство борьбы с полиомиелитом^[20].

Первое клиническое испытание респиратора Дринкера на человеке состоялось 12 октября 1928 года в Бостонской детской больнице в США^[21][25]. Испытуемой стала восьмилетняя девочка, находящаяся в критическом состоянии из-за острой дыхательной недостаточности, вызванной полиомиелитом^[23]. Признаки значительного улучшения состояния ребёнка проявились уже через пару минут после её помещения в камеру. Этот успех сыграл большую роль в популяризации нового устройства^[22].

Датский физиолог Август Крог наблюдал работу респиратора Дринкера во время поездки в Нью-Йорк в 1931 году. Вернувшись в Копенгаген, он сконструировал собственную версию этого устройства, ставшую первым датским аппаратом ИВЛ, предназначенным для клинических целей. Устройство Крога отличалось от респиратора Дринкера тем, что его мотор работал от воды из городских трубопроводов. Крог также построил уменьшенную модель этого респиратора для лечения младенцев^[26].

В 1931 году американский изобретатель Джон Хейвен Эмерсон усовершенствовал «Железные лёгкие», сделав их более повсеместно доступными для медицинских учреждений^[27][28]. В аппарате Эмерсона присутствовала подвижная кровать, которую при необходимости можно было выдвигать и задвигать обратно в цилиндр, а также в камере имелись особые окна, сквозь которые обслуживающий персонал мог следить за положением конечностей пациента, менять простыни и грелки^[24]. Однако Дринкер подал на Эмерсона в суд за нарушение патентных прав на устройство. В ответ Эмерсон заявил, что подобные системы реанимации должны находиться в свободном публичном доступе^[24]. Также Эмерсон предоставил свидетельства того, что каждая отдельная деталь респиратора Дринкера уже была ранее опубликована как патент или применялась другими конструкторами. Поскольку для сохранения патента изобретение должно было быть новым, ранее зарегистрированные детали делали его непатентоспособным, и Эмерсон выиграл дело, а патентные права Дринкера были признаны недействительными.

Первые английские «Железные лёгкие» были построены в 1934 году Робертом Хендерсоном, врачом из Абердина. Хендерсон увидел презентацию респиратора Дринкера в начале 1930-х годов и, как и Крог, впоследствии собрал свой аналог. Через четыре недели после сборки респиратор Хендерсона спас жизнь 10-летнему мальчику в Нью-Дире. Однако, несмотря на медицинский успех, Хендерсон столкнулся с формальными проблемами, так как для постройки аппарата он использовал больничные помещения без согласия администрации^[29][30].

Респиратор Бота был изобретён в 1937 году в Австралии. В то время в стране бушевала эпидемия полиомиелита, и больницы крайне нуждались в особом оборудовании. Хотя респиратор Дринкера уже была доказан эффективным и спас много жизней, его огромные размеры и большой вес (около 340 кг) делали его слишком громоздким и дорогим, чтобы устанавливать подобные во всех медицинских учреждениях. В США в 1930 году полноразмерный аппарат стоил около 2000 долларов, а в Мельбурне в 1936 году — 2000 фунтов. К середине 1950-х в Европе стоимость респиратора удалось снизить лишь до 1 500 фунтов. Таким образом, в Австралии и Европе респираторы Дринкера пользовались меньшей популярностью^[31].

Министерство здравоохранения Южной Австралии поручило братьям Эдварду и Дону Ботам придумать недорогой аналог «Железных лёгких»^[32]. Эдвард Бот, известный инженер и биомедик, спроектировал корпус из фанеры, работавший по принципу респиратора Дринкера, с возможностью для врачей иметь доступ к телу пациента за счёт особой двустворчатой конструкции^[31]. Подобный прибор должен был обойтись больницам всего в 100 фунтов стерлингов, а также весил гораздо меньше и был куда более мобилен^[31][33]. Респираторы Бота оказались настолько простыми в использовании, что пациента могли поместить туда всего через час после изготовления аппарата^[34].

Бот презентовал свои респираторы в Лондоне в 1938 году. Там на его изобретения обратил внимание британский промышленник и меценат Уильям Моррис, 1-й виконт Наффилд. Моррису понравилась идея изобретателя, и он профинансировал производство около 1700 аппаратов на своём автомобильном заводе в Коули, затем передав их в больницы по всей Британской империи^[34]. Вскоре респираторы Бот-Наффилда были поставлены на производственный поток по цене примерно в 13 раз дешевле, чем их американский аналог^[32]. К началу 1950-х годов в Великобритании насчитывалось всего 50 респираторов Дринкера и свыше 700 «Железных лёгких» конструкции Бота-Наффилда^[35].

В разгар эпидемии полиомиелита в 1940-x и 1950-х годах, врачи заполняли больничные палаты целыми рядами «Железных лёгких» для пациентов с бульбарной и бульбо-спинальной формами полиомиелита. Среди пациентов были как дети, так и взрослые. Больные полиомиелитом с парализованной диафрагмой обычно проводили около двух недель на восстановлении в «Железных лёгких»^[36][37].

После внедрения в развитых странах программ вакцинации против полиомиелита, новых случаев заболевания этим вирусом практически не наблюдалось. Кроме того, на смену барокамерам с отрицательным давлениям пришли более продвинутые аппараты ИВЛ, а медики стали чаще применять интубацию трахеи и трахеостомию. В современной медицине «Железные лёгкие» почти не используются, и количество находящихся на этом типе лечения пациентов сокращается с каждым годом. Так в 1959 году в США «Железными лёгкими» пользовались 1200 человек, а к 2004 году их число сократилось до 39^[36]. В 2014 году «Железные лёгкие» поддерживали жизни всего 10 больных^[38].

В настоящее время гораздо большее распространение имеют системы вентиляции лёгких с положительным давлением, нежели системы с отрицательным. Аппараты ИВЛ с положительным давлением работают путём нагнетания воздуха в лёгкие пациента с помощью интубации через дыхательные пути. Подобная схема впервые была использована в больнице Blegdam в Копенгагене, во время эпидемии полиомиелита 1952 года^[3][39][40]. Эти аппараты оказались очень успешными, и вскоре заменили «Железные лёгкие» по всей Европе.

В современной терапии «Железные лёгкие» не имеют широкого применения. Большинству пациентов с параличом дыхательных мышц сейчас предоставляются новейшие аппараты ИВЛ с положительным давлением, которые, помимо повышенной эффективности, не ограничивают медперсонал в возможности контролировать состояние больных.

Несмотря на то, что у систем с положительным давлением гораздо больше преимуществ, искусственная вентиляция лёгких под отрицательным давлением является более приближённой к нормальному физиологическому дыханию и, соответственно, способствует более естественному распределению воздуха в лёгких. Также использование «Железных лёгких» может быть предпочтительней в некоторых отдельных случаях^[3], как при СЦВГ — синдроме центральной гиповентиляции (когда отказ медуллярных дыхательных центров в основании мозга приводит к тому, что у пациентов отсутствует вегетативный контроль над дыханием). У одной из пациенток с полиомиелитом, американки Дианы Оделл, была диагностирована деформация позвоночника, из-за чего использование других аппаратов ИВЛ было противопоказано^[41].

По словам Джоан Хедли из некоммерческой организации Post-Polio Health International, в мае 2008 года в США насчитывалось около 30 пациентов с «Железными лёгкими»^[42]. Однако эта цифра может быть меньше фактической, так как только в Хьюстоне в 2008 году была информация о 19 людях, использовавших «Железные лёгкие» дома^[43].

Пациентка Марта Мейсон (Латтимор, штат Северная Каролина) умерла 4 мая 2009 года в возрасте 72 лет. Из них она 61 год провела в «Железных лёгких»^[44].

30 октября 2009 года умерла 83-х летняя Джун Миддлтон из Мельбурна. Она лежала в «Железных лёгких» более 60 лет и попала в Книгу рекордов Гиннесса как человек, пребывавший в этом аппарате самое долгое время^[45].

В 2013 году организация Post-Polio Health International сообщала о восьми пациентах, до сих пор находящихся в «Железных лёгких». На 2017 год в прессе остались сведения о трёх выживших людях^[46][47].

В 2021 году несколько программ National Public Radio были посвящены Марте Лиллард, одной из последних граждан США, пользующихся «Железными лёгкими» круглосуточно. Аппарат Марты Лиллард был в работе начиная с 1953 года. В своём интервью она рассказала, что ей становится всё труднее находить запчасти для ремонта устройства^[48].

11 марта 2024 года в возрасте 78 лет погиб Пол Александер. Он был прикован к аппарату 72 года, начиная с шестилетнего возраста, и стал последним человеком с «Железными лёгкими» в мире^[49].

В 2020 году, в связи с начавшейся пандемией COVID-19, некоторые компании предоставили прототипы новых, несложных в производстве модификаций «Железных лёгких». Эти разработки должны были решить проблему дефицита современных аппаратов ИВЛ, необходимых для пострадавших с тяжёлой прогрессирующей формой COVID-19. Среди них выделяются:

• «Экзовент» — компактное устройство, закрывающее только торс пациента, разработанное в Великобритании командой исследователей, куда входили представители Уорикского университета, Королевской национальной отоларингологической больницы, компаний Marshall Aerospace и Imperial College Healthcare NHS Trust, а также группа профессиональных врачей, учёных, предпринимателей и инженеров^[8][50];
• Полноразмерные «Железные лёгкие» от компании Hess Services, Inc. из Канзаса^[10][11]