Вентилятори 101 Що вони роблять і як вони працюють в порожній день

Лікування найсерйозніших випадків COVID-19 вимагає використання вентиляторів. Ми всі чули про це, а також про те, що цих пристроїв не вистачає. Але існує не один тип вентилятора, і цей тип апарата не є єдиним варіантом, коли мова йде про допоміжне дихання, яке використовується в лікуванні. Інформація - це сила, і краще розуміння цієї теми допоможе нам усім краще зрозуміти ситуацію.

Нещодавно ми писали про групу Facebook, орієнтовану на вентилятори з відкритим кодом та інші технології, які можуть допомогти в пандемії COVID-19. Відбулася підтримка, і хоча громада чудова, коли справа доходить до побудови речей, зрозуміло, що нам усім потрібна додаткова інформація про проблеми, з якими зараз стикаються лікарі, та те, як існуюче обладнання було розроблене для їх вирішення.

Однак це довга і складна тема, тож ідіть за тим, що залишилось від ваших карантинних закусок, і давайте копати.

Поглиблюючись, давайте розглянемо одну загальну точку плутанини в термінології: респіратори - це маски, призначені для захисту власника, як-от захист медичних працівників від вдихання частинок, що несуть коронавірус, тоді як вентилятори - це пристрої, які використовуються пацієнтами, щоб допомогти їм нормально дихати.

Як працюють наші легені

Наша дихальна система робить дві речі; він вводить кисень в організм, і він виганяє вуглекислий газ з організму. Він робить це, забираючи повітря з атмосфери і пропускаючи його через все менші та менші структури легенів, закінчуючись капілярами; це крихітні «жилки», які здатні пропускати окремі молекули в кров і з них.

Найпростіший спосіб уявити цю дихальну систему як перевернуте дерево: великий стовбур (трахея) знову і знову гілкується (бронхіоли), закінчуючись крихітними листками (альвеолами), які виконують газоперенос. Альвеоли - це крихітні структури, схожі на грона винограду, покриті капілярами. Капіляри дифузують молекули O2 у кров, де вони переносяться клітинами крові, і виводять CO2. Цей механізм зумовлений різницею тиску між концентраціями O2 та CO2 у клітинах крові порівняно з повітрям. Важливою частиною є площа поверхні, оскільки чим більше площа капілярної поверхні доступна для здійснення переносу газу, тим краще, саме тому в легенях є багато крихітних кульок замість двох гігантських порожнин.

Передача газу сприяє диханню (вдиху та видиху). Організму потрібно постійно виганяти багате вуглекислим повітрям повітря і вводити свіже повітря, багате киснем, і це робиться шляхом зміни об’єму легенів. Діафрагма (під легенями) та міжреберні м’язи (між ребрами) виконують роботу з розширення легенів. Це збільшує об’єм легенів і повітря надходить, щоб заповнити цей об’єм у кожній з малих альвеол. Експірація - це переважно пасивний процес; м’язи розслабляються і повертаються до свого природного стану, подібно до розтягнутої гумки, що повертається до свого природного стану. Активний видих вимагає зусиль з боку додаткових м’язів.

У внутрішній частині цієї системи є маленькі волоски, що називаються війками та клітинами, що продукують слиз. Їх робота полягає в тому, щоб захоплювати відходи та сторонні частинки, які були вдихані, і виштовхувати їх вгору та назовні, де вони переходять у стравохід та травну систему.

Є багато речей, які можуть викликати проблеми з цією делікатною системою. Якщо гілки заблоковані, скажімо, із занадто великою кількістю слизу, тоді для перенесення газу доступна менша площа поверхні, і людина не може отримати достатньо повітря з такою ж кількістю дихання. Якщо бронхіоли або капіляри стають жорсткими (наприклад, від куріння) або рубцями, тоді стає важко вичавити повітря. Якщо легені пошкоджуються, альвеоли можуть руйнуватися і площа легені зменшується, тому дифузія погіршується. Якщо легені запалюються, дихальні шляхи звужуються, і стає важко пропустити досить великий об’єм повітря в легені та з них для перенесення газів. Якщо людина дихає занадто швидко і рухається багато повітря, або занадто повільно, і не рухає достатньо повітря, тоді його концентрація газів у крові виходить з ладу. Занадто багато вуглекислого газу в крові і організм стає кислим, що є проблемою, яку потім повинні вирішити інші органи.

У цій системі можуть трапитися інші проблеми, наприклад, мозок не отримує правильних сигналів про кількість вуглекислого газу та кисню в крові, або мозок забудькувато про те, щоб тілу дихати. Це не те, що відбувається з COVID-19.

Чому дихання стає проблемою

CDC має хороший посібник з клінічного ведення пацієнтів, який надає статистичні дані про те, як проявляється захворювання та які види допомоги їм потрібні. У пацієнтів, у яких спостерігаються найгірші симптоми COVID-19, проблемами є пневмонія (інфекція, що призводить до наповнення легенів рідиною), задишка (утруднене або затруднене дихання) та гострий респіраторний дистрес-синдром (ARDS). Простіше кажучи, пацієнти не можуть дихати досить добре.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:New_Pneumonia_cartoon.jpg

Пацієнт бореться з диханням, тому що пневмонія викликає надмірну продукцію слизу та клітинну інфекцію, заповнюючи альвеоли та перекриваючи гілки та зменшуючи площу поверхні, доступну для газопереносу. Доступні альвеоли все ще працюють, але їх недостатньо для підтримки пацієнта. Результатом є утруднене дихання та недостатня передача газів, що може призвести до смерті.

За даними ВООЗ, приблизно 14% інфікованих потребують госпіталізації та кисневої підтримки, а 5% - госпіталізації. Дивлячись на Бергамо, Італія, що 14% усього населення є переважними лікарнями, тоді як у місцях, які краще підготовлені або де крива вирівняна, система охорони здоров’я підкреслюється менше.

Лікарі в Італії припускають, що лікарні стають епіцентрами для передачі вірусів, і, якщо це можливо, можна надавати перевагу домашній допомозі, тим більше, що вони не мають усіх необхідних ресурсів. Це те, що змушує спільноту "зроби сам" шукати шляхи швидкого розвитку деяких із цих ресурсів.

Як ми забезпечуємо допоміжне дихання

Існує три основні способи допомогти людям, яким важко потрапляти O2 у кров та CO2:

Відкрийте їх дихальні шляхи, щоб збільшити площу поверхні
Збільшити вміст кисню в повітрі
Полегшіть їм дихання у великих обсягах повітря

Оскільки повітря становить 78% азоту, 1% аргону та 21% кисню (зі слідами інших газів), є багато можливостей для поліпшення передачі газу за рахунок збільшення відсотка кисню. Двоокис вуглецю дифундує набагато легше, ніж кисень, тому ЗВИЧАЙНО не представляє проблеми вивести CO2. Вдома це робиться за допомогою кисневого концентратора або доставлених резервуарів. У лікарні це роблять із центральним O2.