Opracowanie i udoskonalenia jej metod na przestrzeni wieków w pełni potwierdzają słuszność powiedzenia, iż potrzeba jest matką wynalazku

Starożytni Egipcjanie wierzyli, że Izyda przywróciła życie Ozyrysowi, dmuchając mu bezpośrednio w usta. Wiele wskazuje na to, że rzymski lekarz Galen zainteresowany istotą procesów oddechowych u zwierząt był blisko stworzenia teoretycznych podstaw sztucznego oddychania, które było już wykonywane przez położne, gdy nowo narodzone dziecko nie mogło zaczerpnąć samodzielnie powietrza w płuca.

Komora niskiego ciśnienia

Ryc. 1. Andrzej Wesaliusz, który pokazał sztuczną wentylację u psów.

Pierwsze wiadomości dotyczące mechanicznej wentylacji sięgają czasów renesansu. Pochodzą one od Andrzeja Wesaliusza (ryc. 1), który przedstawił sposób wykonania sztucznej wentylacji płuc u zwierząt. Za prekursora w tej dziedzinie uważa się jednak Roberta Hooke’a (1635-1703), który na posiedzeniu Królewskiego Towarzystwa Naukowego w 1667 roku na przykładzie psa wentylowanego przy użyciu dwóch skórzanych miechów udowodnił eksperymentalnie skuteczność sztucznej wentylacji. Opracowanie efektywnej metody doprowadzenia powietrza do płuc wiązało się z początkami chirurgii klatki piersiowej i wieloma nieudanymi próbami pokonania odmy opłucnej niweczącej działanie chirurga jako powikłanie pooperacyjne.

Wprowadzenie sztucznej wentylacji w torakochirurgii było tym trudniejsze, iż wiązało się z trwającym nieodmiennie wiele wieków przekonaniem, jakoby interwencje chirurgiczne w obrębie klatki piersiowej i serca były sprzeczne z kanonem sztuki lekarskiej.

Poszukiwania bezpiecznej metody wentylacji podjął się chirurg Jan Mikulicz-Radecki (1850-1905). Niezadowalające wyniki doświadczeń na zwierzętach wykonanych z zastosowaniem intubacji dotchawiczej skłoniły Mikulicza-Radeckiego do dalszych poszukiwań. Opracowanie skutecznej metody wentylacji pozwalającej na bezpieczne otwarcie klatki piersiowej zlecił on swojemu asystentowi Ferdinandowi Sauerbruchowi (1875-1951) (ryc. 2).

Ryc. 2. Ferdinand Sauerbruch, który zaprojektował wentylacyjną komorę niskiego ciśnienia.

Sauerbruch, bazując na wynikach eksperymentów francuskich lekarzy Theodore’a Tuffiera (1857-1929) i Louisa Halliona (1862-1940), zaprojektował wentylacyjną komorę niskiego ciśnienia. Została ona publicznie przedstawiona na Kongresie Chirurgów Niemieckich w Berlinie 6 czerwca 1904 roku. Rozmiary skonstruowanego urządzenia pozwalały na jednoczesne przebywanie wewnątrz pacjenta i operującego go lekarza.

W 1838 roku, a więc 66 lat wcześniej, szkocki fizyk John Dalziel przedstawił pomysł podobnej niskociśnieniowej komory. Pacjent umieszczony był w niej w pozycji siedzącej. Pozostająca na zewnątrz głowa chorego unieruchomiona była w specjalnym kołnierzu przypominającym olbrzymią uszczelkę. Ujemne ciśnienie wewnątrz komory utrzymywano za pomocą ręcznej pompki.

Ratunek w epidemii

Ryc. 3. Eugène Joseph Woillez, który skonstruował pierwsze pracujące stale żelazne płuco.

Kolejnym wartym uwagi rozwiązaniem technicznym, które odegrało znaczącą rolę w rozwoju wentylacji mechanicznej, były żelazne płuca. Już w 1864 roku Amerykanin Alfred F. Jones opatentował pierwsze urządzenie, które można uznać za protoplastę współczesnego żelaznego płuca. Dekadę później francuski lekarz Eugène Joseph Woillez (ryc. 3) skonstruował pierwsze stale pracujące żelazne płuco, które nazwał „Spirophore”. Odtąd pojawia się coraz więcej rozwiązań technicznych, a wielu konstruktorów patentuje swoje wynalazki.

Żelazne płuca znalazły szerokie zastosowanie podczas światowej epidemii poliomyelitis w latach 1930-1960. W dziecięcym szpitalu w Bostonie zainstalowano egzemplarz mieszczący w swoim wnętrzu jednocześnie czworo dzieci. W szpitalu w Californii w 1953 roku funkcjonowało pomieszczenie mieszczące jednocześnie ponad 35 pięć żelaznych płuc ustawionych rzędami w sposób umożliwiający kontakt personelu medycznego z każdym pacjentem zamkniętym w nim. W Kopenhadze w samym 1952 roku spośród 3 tys. chorych ponad 300 wymagało zastosowania sztucznej wentylacji.

Nieinwazyjna wentylacja ujemnym ciśnieniem za pomocą żelaznych płuc nie mogła jednak uchronić przed śmiercią chorych z opuszkową postacią poliomyelitis. Skuteczna okazała się wówczas wentylacja dodatnim ciśnieniem workiem samorozprężalnym przez tracheostomię. Studenci medycyny, pielęgniarki i wolontariusze dzień i noc wentylowali ręcznie chorych, ratując im życie. Śmiertelność w postaci opuszkowej polio spadła wówczas z 90 do 20 proc. Był to ponad wszelką wątpliwość punkt zwrotny w historii medycyny.

Polskie doświadczenia

W Polsce pierwsza fala epidemii choroby Heinego-Medina wystąpiła w 1951 roku. Ze względów epidemicznych zaszła konieczność zorganizowania wydzielonego oddziału. W Warszawie dzieci ze zdiagnozowaną chorobą leczono w Klinice Chorób Zakaźnych Wieku Dziecięcego przy ul. Działdowskiej, którą kierował prof. Jan Bogdanowicz. Dorosłych leczono w wydzielonym pawilonie szpitala przy ul. Kasprzaka 17. Zaburzenia oddechowe u dzieci wymagające zastosowania oddechu wspomaganego towarzyszyły najczęściej porażeniom czterokończynowym, tzw. quadriplegiom. Warszawski szpital dysponował wówczas aparatem pancerzowym oraz żelaznymi płucami. Urządzenia miały szereg wad i nie każde dziecko mogło z nich korzystać. Pacjenci leczeni w żelaznych płucach tworzyli często grupę „kalek płucnych” całkowicie uzależnionych od sztucznej wentylacji. W celu uniknięcia stałej zależności stosowano u wentylowanych osób coraz dłuższe przerwy w pracy aparatów, dążąc do całkowitego odstawienia wspomagania oddechu. Niestety, nie w każdym przypadku było to możliwe. Bywały okresy, kiedy wszystkie dostępne w szpitalu aparaty były zajęte. W takiej sytuacji w przypadku przyjęcia kolejnego chorego wymagającego wentylacji lekarz postawiony był przed koniecznością podjęcia trudnej decyzji. Po 1958 roku żelazne płuca zastąpiono bardziej nowoczesnymi aparatami oddechowymi opartymi na zasadzie działania ciśnienia dodatniego. Oddział otrzymał kolejne urządzenia – poliomaty i spiromaty. Łącznie w latach 1952-1957 ośrodek przy ul. Działdowskiej w Warszawie leczył rocznie od 150 do 250 przypadków poliomyelitis.

Kolejne generacje urządzeń

Aparatura generująca ciśnienie dodatnie była kolejnym etapem udoskonalania metod wentylacji mechanicznej. Z biegiem lat powstawały kolejne generacje urządzeń. Pierwsze modele dostępne w latach 40. i 50. XX wieku cechowała jedynie opcja wentylacji kontrolowanej objętością. Oddech nie mógł być jeszcze wówczas inicjowany przez pacjenta. Respirator miał po prostu zadaną objętość oddechową i częstotliwość. Tłokowy respirator Morcha umieszczany pod łóżkiem pacjenta nie był nawet zaopatrzony w monitor. Respirator Engstroöm miał już podwójny obwód, mógł więc być jednocześnie używany do podania wziewnego anestetyku. Jego możliwości monitorowania były także ograniczone do ciśnienia w drogach oddechowych i objętości oddechowej. Dopływ gazu był skorelowany ze stosunkiem czasowym wdechu do wydechu 1:2. Aparat, podobnie jak poprzedni, nie reagował na zmiany w oddechu własnym pacjenta. Pooperacyjny respirator Emerson posiadał już ustawialny stosunek wdechu do wydechu. Miał jednak tylko jeden obwód, a więc nie nadawał się do podania anestetyku. Pierwsza generacja respiratorów nie podawała wartości PEEP (dodatnie ciśnienie końcowowydechowe). Jej użycie wygasło we wczesnych latach 70. wraz z wprowadzeniem do użycia respiratora Puritan Bennett MA1. Druga generacja miała wiele różnic w stosunku do pierwszej, ale najbardziej odróżniającą cechą była możliwość synchronizacji pracy aparatu z oddechem własnym pacjenta. Była to też pierwsza grupa aparatów z alarmami wysokiego ciśnienia w drogach oddechowych, wysokiej częstości oddechów i za niskiej objętości oddechowej. Przykładem tego typu respiratorów był Servo 900C i Ohio 560. Kolejne udoskonalenie to koncepcja wentylacji respiratorem w obiegu zamkniętym, co pozwalało na lepszą kontrolę monitorowanych parametrów.