11 апреля 2020

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

Рассказываем, что такое аппараты искусственной вентиляции легких (ИВЛ), каких типов они бывают и как разные компании и волонтеры помогают справиться с их нехваткой во время пандемии COVID-19.

Эта статья — адаптация материала The Conversation.

Дыхание — один из основополагающих и жизненно важных процессов, происходящих в большинстве организмов на нашей планете. Дышит практически все живое: люди, животные, растения и даже микроорганизмы. Дыхание обеспечивает обмен веществ и энергии в организме, поддерживает гомеостаз.

Вирус SARS-CoV-2 угнетает дыхательную систему человека, поэтому медики прибегают к использованию специальных инструментов и механизмов, чтобы кислород и дальше поступал в организм. В легких случаях течения COVID-19 пациентам помогают так называемые неинвазивные способы вентиляции легких — маска или мешок Амбу (ниже расскажем, что это).

При тяжелом течении болезни, когда у пациента наблюдается острый респираторный дистресс-синдром, требуется инвазивная форма поддержки. В таких случаях вентиляция легких происходит через искусственные дыхательные пути. Интубационная трубка, прикрепленная к аппарату ИВЛ, вводится через рот или нос пациента (и идет вниз по трахее) или через отверстие в шее.

Аппараты искусственной вентиляции легких критически необходимы тяжелым пациентам с коронавирусом. Они помогают дышать, закачивая кислород в легкие. До пандемии COVID-19 аппараты ИВЛ использовали для лечения пациентов с пневмонией, травмами головного мозга и инсультом, а также во время операций и для реанимации новорожденных.

Не дышите

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.

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.

Дышите

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 Украине аппарат ИВЛ можно купить по цене от 300 тысяч до миллиона гривен и выше, в зависимости от типа, функций устройства, предназначения и страны-производителя. Для сравнения, цены на мешки Амбу варьируются от 1500 до 4500 гривен.   

Тем не менее из-за мировой нехватки аппаратов искусственной вентиляции легких бизнесмены, изобретатели и волонтеры проектируют и создают собственные конструкции ИВЛ. Многие утверждают, что конкретно их устройство эффективное и простое в производстве. 

В основе их дизайна — мешок Амбу. Новое оборудование производят фирмы, сфера деятельности которых не связана с медициной: пылесосная компания Dyson, автогоночная Triple 8 Racing, аэрокосмическая Virgin Orbit и производящие бытовую и садовую технику Gtech.

Их автоматизированные конструкции поставляют кислород и выкачивают углекислый газ через определенные промежутки времени, а не по методу NAVA.  

Есть и более сложные новые аналоги традиционного оборудования. Например, аппарат ИВЛ Milano (MVM), который для обеспечения дыхания пациента кислородом использует систему централизованного кислородоснабжения больницы. Это значительно упрощает работу устройства, так как ему не нужен двигатель, который будет качать воздух. Над созданием MVM работали больше сотни ученых и исследователей со всего мира. Аппаратом можно управлять через беспроводную связь. 

Однако пока новые аппараты разрабатываются, медики, которые каждый день борются с коронавирусом, довольствуются тем, что у них есть. Будем надеяться, что коллективные усилия инженеров, врачей, волонтеров и бизнесменов помогут нам всем вдохнуть полной грудью и вне стен дома, когда пандемия закончится.

Коллажи — Александр Лоскутов.

Комментарии