Zobacz też:inne znaczenia.
Respirator (sztucznepłuco) – urządzeniemedyczne wspomagające lub zastępujące mięśnie pacjenta w wykonywaniu pracy oddechowej[1]. Maszyna umożliwia sztuczne,wymuszoneoddychanie, wykorzystywane w sytuacjach ustania czynności oddechowej (w wyniku urazu, choroby lub zastosowanialeków blokujących przewodnictwonerwowo-mięśniowe), bądź celem jej ułatwienia (gdy pacjent wprawdzie oddycha samodzielnie, lecz czynność ta jest utrudniona lub ze względu na stan pacjenta nie zaspokaja zapotrzebowania organizmu na tlen).
Projekty urządzenia działającego jak respirator sporządził w XV wiekuLeonardo da Vinci[2]. Natomiast pierwszego opisu wentylacji przerywanym ciśnieniem dokonałAndreas Vesalius w 1555 roku[3].
Pierwszy działający respirator był wynalazkiemJeana-François Pilâtre de Roziera, dokonanym na początku lat 80. XVIII wieku[4]. Model ten wykorzystał następnie z powodzeniem na potrzebypruskiego górnictwaAlexander von Humboldt, był on używany od 1799 roku.Pierwszy powszechny respirator znany jako „żelazne płuca” skonstruowaliPhilip Drinker iLouis Shaw zUniwersytetu Harvarda w Cambridge kołoBostonu w 1928 roku[5][a], który pracował na zasadzie wytwarzania ujemnego ciśnienia[3] dookoła klatki piersiowej[6].
Urządzenie to wyglądało jak duża metalowa skrzynia zamykana na klapę. Pacjent był umieszczony w środku - na zewnątrz wystawała mu tylko głowa. Szczelność aparatu zapewniały gumowe uszczelki przylegające ściśle do szyi pacjenta. Zmieniającciśnienie wewnątrz urządzenia przy pomocy dwóch domowych odkurzaczy powodowano wymuszone podnoszenie lub ściskanie klatki piersiowej, co u pacjentówsparaliżowanych było jedyną szansą na podtrzymanie oddechu.
Pierwsza osobą żyjącą w żelaznym płucu był Frederick B. Snite junior, syn amerykańskiego magnata kolejowego. W roku 1936 wPekinie nabawił się polio i wracał do Stanów Zjednoczonych w respiratorze. Snite, znany jako "człowiek w żelaznym płucu" zrobił wiele, żeby respirator stał się dostępny dla ludzi nie tak bogatych jak on sam. Zmarł 12 listopada 1954 roku w wieku czterdziestu czterech lat[7].
Inspiracją do zbudowania respiratorów stosowanych obecnie, to jest takich, które wykorzystują w wentylacji przerywane ciśnienie dodatnie, była epidemiachoroby Heinego-Medina w Danii w 1952 roku. Z uwagi na brak wystarczającej ilości respiratorów ich rolę pełnili studenci, którzy zostali zatrudnieni do prowadzenia przewlekłej wentylacji pacjentów[6][b].
Nowoczesne respiratory pozwalają wtłaczać gazy oddechowe do płuc przezrurkę intubacyjną lubtracheotomijną, a wszystkie funkcje urządzenia są kontrolowane elektronicznie za pomocąmikroprocesorów.
W 2020 roku opracowano projekt respiratora, który udostępniono za darmo (na zasadach open source i open hardware). Głównym powodem rozpoczęcia tego przedsięwzięcia, stało się nagłe zwiększenie zapotrzebowania na respiratory. W krajach, gdzie w przebiegupandemii wirusa SARS-COV-2 doszło do masowych zachorowań naCOVID-19, dla dziesiątków tysięcy chorych respirator stał się sprzętem medycznym ratującym życie. Systemy ochrony zdrowia na świecie nie są przygotowane na tak znaczny wzrost zapotrzebowania, w tak krótkim czasie. Przykładowo rezerwa strategiczna Stanów Zjednoczonych wynosi zaledwie 10 tysięcy respiratorów, a liczba chorych może w ciągu kilku tygodni wzrosnąć do kilkudziesięciu tysięcy.Open Source Ventilator Project[8] jest opracowywany przez naukowców z całego świata[9][10][11].
W marcu 2020 polscy naukowcy zInstytutu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN z zespołu kierowanego przez prof. Marka Darowskiego opracowali urządzenieVentil, które pozwala na podłączenie dwóch pacjentów do jednego respiratora[12][13].
Wentylację mechaniczną płuc można uzyskać przez wytworzenie ujemnego ciśnienia wokół ciała pacjenta z wyjątkiem głowy i szyi („żelazne płuca”) lub dodatniego ciśnienia bezpośrednio w płucach za pomocą rurki dotchawiczej[14][c].
Wszystkie respiratory wymagają zasilania, które ze względu na formę pozwala podzielić je na dwie grupy elektryczne i pneumatyczne[1]. Respiratory elektryczne mogą działać z wykorzystaniem prądu przemiennego bezpośrednio z sieci energetycznej lub pośrednio przez przetwornik obniżający napięcie i zamieniający je na prąd stały[1]. Dodatkowo respiratory elektryczne coraz częściej wyposaża się w akumulator pozwalający na nieprzerwaną pracę w przypadku utraty źródła zasilania nawet przez 1 godzinę[1]. Respiratory pneumatyczne to urządzenia, które wykorzystują energię zmagazynowaną w sprężonym gazie[1]. Źródła sprężonego powietrza i tlenu są powszechnie dostępne na oddziałach intensywnej terapii[1]. Zaletą tych układów jest możliwość pracy bez dostępu do źródła energii elektrycznej lub gdy jego obecność jest niepożądana[1]. Spotykane są również rozwiązania wymagające obu źródeł zasilania elektrycznego i pneumatycznego jednocześnie[15].
Ze względu na zmienne kontrolne respiratory mogą być regulatorem ciśnienia, objętości lub przepływu[16]. Czasami z powodu zmian mechaniki płuc wpływających jednocześnie na ciśnienie i objętość jedyną formą kontroli jest określenie czasu wdechu i wydechu[17].
Faza wdechu najczęściej inicjowana jest przez generator czasowozmienny[18]. Wszystkie respiratory mierzą przynajmniej jedną z wartości: ciśnienia, objętości, przepływu lub czasu, która po osiągnięciu pewnej ustalonej wartości rozpoczyna cykl[19]. Najczęściej tą zmienną jest czas, chociaż w niektórych przypadkach wskazane jest zastosowanie cyklu sterowanego ciśnieniem generowanym spontanicznym wysiłkiem wdechowym pacjenta[20][21].
Faza wydechu, która najczęściej jest procesem biernym[21] i odbywa się samoistnie do atmosfery[22], może być inicjowana na trzy sposoby:
Głównym mechanicznym elementem respiratora jest kompresor i silnik[26]. Wyróżnia się trzy rodzaje kompresorów: tłok i cylinder, miechy oraz turbina[27]. Silnikiem jest każdy element, który wytwarza ruch[27].
O zastosowaniu klinicznym decyduje mechanika respiratora, zasilanie, mechanizmy regulacyjne i monitorujące[43].
Kliniczne wykorzystanie respiratorów ma miejsce nasalach operacyjnych,oddziałach intensywnej terapii i oddziałachneonatologicznych[24].
Obecnie respirator jest podstawowym elementemaparatu do znieczulenia (respirator anestezjologiczny)[15]. Dostarcza on gazy i pary z aparatu przez układy oddechowe do pacjenta[44]. Każdy respirator, który działa na zasadzie wytwarzania dodatniego ciśnienia, można przystosować do celów anestezjologicznych przez przerobienie układu na okrężny i wyposażeniu w zastawkę ciśnieniową umożliwiającą odpływ nadmiaru gazu[45] przez odpowiedni bierny lub aktywny system eliminacji gazu[46].
Większość pacjentów pozaintubowaniu jestwentylowana mechanicznie[47].
Głównym powikłaniem związanym z mechaniczną wentylacją jestzapalenie płuc[48]. Obserwuje się 1% stopień zachorowalności na oddziałach intensywnej opieki, lecz w przypadku gdy stosowana jest wentylacja mechaniczna wskaźnik ten może nawet być dwudziestokrotnie większy[48]. W przypadku wykorzystywania respiratorów starego typu zaobserwowano, że główny rozpylacz był siedliskiem i źródłembakterii Gram-ujemnych, który zakażałpęcherzyki płucne chorego[49]. Obecnie głównym czynnikiem ryzyka jestrurka intubacyjna[49].
Zaburzenia wukładzie krążenia:
Uszkodzeniapłuc:
Długotrwała wentylacja mechaniczna ma negatywny wpływ na pracęnerek, których praca ulega tym większemu zaburzeniu im wyższe ciśnienia są stosowane w wentylacji mechanicznej[51].
| Informacje w projektach siostrzanych |
 Definicje słownikowe wWikisłowniku |
