Дыхание жизни. История аппаратов ИВЛ

За время, прошедшее с начала пандемии Covid-19, почти все из нас так или иначе вспомнили о существовании отделений реанимации и интенсивной терапии, многие не раз всуе упоминали сатурацию и искусственную вентиляцию легких. Участники интернет-баталий за время прошлой весны успели стать диванными экспертами в области медицинской техники, респираторной поддержки и даже стратегий протективной вентиляции. Нехватка аппаратов, спонтанные детонации, «чудесные» изобретения из спичек и желудей, и умопомрачительные идеи о вентиляции нескольких больных одним вентилятором — аппарат ИВЛ прочно вошел в информационное поле прошлого года. Если Человеком года 2020 по версии журнала Time стал врач, то Девайсом года, если бы была такая номинация, определенно бы стал аппарат ИВЛ.

Искусственная вентиляция легких является одним из «китов», на которых держится интенсивная терапия, и остается краеугольным камнем лечения дыхательной недостаточности. Именно об истории ИВЛ пойдет речь в данной статье.

Как водится в медицине, почти все, что используется в лечении, в той или иной мере было описано либо у Гиппократа, либо у Галена, либо у древних египтян. В случае с искусственной вентиляцией легких мы имеем самое настоящее бинго — почти у всех античных авторов от медицины (и даже в Библии!) так или иначе встречается искусственное дыхание как методом «рот в рот», так и с помощью разрезов трахеи, различных трубок и канюль из тростника и камыша. Трубки устанавливались в трахею либо посредством интубации (проведение трубки в трахею через рот), либо посредством трахеостомии (трубка проводилась в трахею через искусственное отверстие, выполненное ниже голосовых связок). Уже тогда людям была интуитивно понятна идея о необходимости замещения функции дыхания в случаях удушения или утопления. Гален, известный римский врач и философ греческого происхождения, в своих трудах описывавший в эксперименте искусственное дыхание у животных, решающим фактором поддержания жизни в организме полагал именно движение легких во время дыхания.


«И вошел Елисей в дом, и вот, ребенок умерший лежит на постели его. И вошел, и запер дверь за собою, и помолился Господу. И поднялся и лег над ребенком, и приложил свои уста к его устам, и свои глаза к его глазам, и свои ладони к его ладоням, и простерся на нем, и согрелось тело ребенка. И встал, и прошел по горнице взад и вперед; потом опять поднялся и простерся на нем. И чихнул ребенок раз семь, и открыл ребенок глаза свои...» 4 Царств 4:32–37


В своем «Трактате о воздухе» Гиппократ подробно описал интубацию трахеи

Средние Века не были богаты на открытия как в медицине в целом, так и, в частности, в области искусственной вентиляции легких. Ученые Запада и Востока пусть не преумножили, но сохранили знания Античности и применяли их по мере своего понимания анатомии и физиологии человека. В «Каноне врачебной науки» Авиценны описаны уже золотые и серебряные канюли для проведения трахеостомии. В то же время, в европейских трудах XIII века трахеостомия названа «полуубийством и скандалом хирургии», что, вероятно, связано с несовершенством оперативной техники и непростой анатомией трахеи.

Вслед за Средневековьем, законсервировавшим достижения Античности, настала Эпоха Возрождения, ознаменованная новыми открытиями и идеями, в том числе и в анатомии и физиологии дыхания. Андреас Везалий, профессор анатомии Падуанского университета, автор фундаментального произведения De Humani Corporis Fabrica (О строении человеческого тела) не оставил без внимания эту проблему. В уникальном труде, принесшем своему создателю чин лейб-медика при Карле V, помимо, собственно, строения человеческого тела, описан эксперимент по оживлению животных посредством искусственной вентиляции легких:

Чтобы к животному возвратилась жизнь, надо сделать отверстие в стволе дыхательного горла, куда вставить трубку из камыша или тростника и дуть в неё, дабы лёгкое поднялось и доставляло животному воздух.

Виновник данного абзаца на фоне произведенного им опыта

Также Везалию приписывают успешную реанимацию посредством искусственного дыхания, обернувшуюся, впрочем, печально для профессора. Чудесное оживление произошло во время… вскрытия одного испанского дворянина. Труп последнего вдруг начал подавать признаки жизни, но Везалий не растерялся и своими действиями спас человека. Дворянин впоследствии оправился от полученных ран, однако сам ученый оказался под следствием Инквизиции по обвинению в убийстве. В качестве покаяния Везалию и его семье было назначено паломничество в Иерусалим, однако, это путешествие стало для великого анатома последним. На обратном пути ученый в результате кораблекрушения оказался на греческом острове Занте, где и умер при невыясненных обстоятельствах в 1564 году.

По следам открытий Эпохи Возрождения известный английский естествоиспытатель и изобретатель Роберт Гук, подаривший миру понятие «клетка» и сделавший немало открытий в области физики, также проводил исследования в области физиологии дыхания и искусственной вентиляции. Представленный им в 1664 году на заседании Королевского Научного Общества эксперимент (во многом аналогичный опыту Везалия) доказал, что важным для поддержания жизни является не просто движение легких, но постоянный поток свежего воздуха и газообмен в легких. Открытие Роберта Гука привело к росту интереса к искусственной вентиляции — исследователи и изобретатели один за другим на протяжении XVII-XVIII вв. предлагали различные конструкции портативных наборов для реанимации, в основе которых лежал принцип вентиляции с положительным давлением — с помощью мехов, аналогичных кузнечным, надлежало вдувать (хе-хе) воздух в легкие пациента. Открытие кислорода Джозефом Пристли и его роли в жизнедеятельности живых организмов Антуаном Лавуазье лишь усилило интерес к искусственной вентиляции легких.

Было написано множество руководств по спасению утопающих и внезапно умерших, оживлению «мнимо умерших» новорожденных. Среди них встречались подлинные бриллианты, предлагавшие вентилировать утопающих табачным дымом, и проводить им табачные клизмы, дабы высушить внутренности и лучше стимулировать кровообращение и дыхание. Позднее рекомендации стали более умеренными. В их числе — изданная в Санкт-Петербурге в 1799 г. «Краткая книжка для народа, содержащая лёгкое и удобопонятное наставление, как с усопшими, замерзшими, удавившимися, упадшими в обморок, повесившимися или кажущимися быть мёртвыми, поступать надлежит». Данное руководство предписывало «стараться, чтобы впустить ему (то есть пострадавшему) в лёгкое опять воздух посредством вдыхания изо рта в рот или помощью раздувательного мешочка».


Бравые американские реаниматоры

Как бы то ни было, любой метод лечения имеет свои осложнения, и ИВЛ – не исключение. В начале XIX века были зафиксированы случаи разрыва легких и напряжённого пневмоторакса (скопление воздуха в плевральной полости) на фоне проведения искусственного дыхания. И несмотря на довольно простое и элегантное решение данной проблемы — французский врач Леруа д’Этьйоль присоединил к мехам простую советскую линейку для регуляции вдыхаемого объема — интерес мирового врачебного сообщества к вентиляции посредством вдувания воздуха в легкие пациента несколько охладел. Вместе с этим, по мере все большего накопления знаний об анатомии и физиологии дыхательной системы, прогрессивное человечество пришло к мысли, что для физиологичного возмещения функции внешнего дыхания, нужно не вдувать в легкие воздух, а замещать работу дыхательной мускулатуры по созданию отрицательного давления в грудной полости. Так появилась вентиляция с отрицательным давлением.


Tank Ventilator Альберта Джонса

Одним из первых аппаратов, работавших по данному принципу стал Tank Ventilator созданный Альбертом Джонсом в 1864 году. Он представлял собой герметичную емкость, в который помещался пациент таким образом, что вне «цистерны» оставалась лишь голова. Затем в аппарате создавался относительный вакуум, посредством которого затем имитировался дыхательный цикл. По заверениям своего создателя аппарат лечил почти все болезни, от паралича и астмы до невралгии и даже глухоты. Дальнейшие усовершенствования конструкции привели к прототипу устройства класса «железное легкое». Его автор, парижский врач Альфред Войе, предложил устроить целую сеть таких устройств вдоль Сены для спасения утопающих. Существенным недостатком таких устройств, за исключением сложности и дороговизны, было отсутствие постоянного доступа к телу пациента и, как следствие, серьезные трудности в уходе за больным. В попытках преодолеть данный недостаток были сооружены целые помещения, в которых с помощью системы гигантских поршней создавалось перемежающееся отрицательное давление. Это позволяло не только осуществлять уход и лечение, но даже проводить операции! Однако, постройка и обслуживание таких помещений требовали невероятных финансовых затрат, а потому широкого распространения они не получили.


Первое «Железное легкое»

В первой половине XX века параллельно развивались как вентиляция с положительным давлением, так и с отрицательным. В 1907 году немецкая компания Dräger создала аппарат Pulmotor, представлявший собой первый полностью автоматизированный аппарат ИВЛ в комплекте с кислородным баллоном и лицевой маской. Он работал по принципу часового механизма и ритмично выдавал равные порции кислородно-воздушной смеси. В силу того, что аппарат помещался в сравнительно небольшом чемодане, он быстро снискал популярность у горных спасателей. Также вентиляция с положительным давлением нашла свое применение в области анестезиологии, где посредством соединения ручного мешка, вентилятора и испарителя был получен наркозный аппарат, без которого сегодня невозможно представить ни одну операционную. Уделом вентиляции с отрицательным давлением все также оставалось широкое поле болезней и расстройств дыхательной системы. «Железные легкие» конструкции Drinker&Shaw и Emerson охватывали широкий спектр заболеваний от параличей дыхательной мускулатуры до бронхиальной астмы.


Dräger Pulmotor


Железное легкое Эмерсона

50-е годы XX века ознаменовались разгаром эпидемии полиомиелита. Как и сегодня, большинство случаев заболевания протекали в среднетяжелой, легкой или даже бессимптомной формах, однако масштабы распространения инфекции привели к критическому увеличению числа тяжелых форм болезни. Подробно с хрониками эпидемии и героическими усилиями советских и американских вирусологов, симптомами и патогенезом заболевания можно ознакомиться в статье за авторством Екатерины Ульяновой (ссылка представлена в конце статьи) или же на сайте Всемирной Организации Здравоохранения, а мы, тем временем, вернемся к постели больного. В тяжелых случаях вирус полиомиелита поражает ядра спинного и продолговатого мозга, что приводит к параличу дыхательной мускулатуры — пациент не может дышать. В условиях эпидемии число таких больных оказалось критическим для здравоохранения того времени — имеющихся в наличии «железных легких» не хватало для всех больных. Сложившаяся ситуация вынудила медицинское сообщество вернуться к вентиляции с положительным давлением в силу ее относительной простоты и дешевизны. Стали появляться новые аппараты ИВЛ с PPV (positive pressure ventilation), стремительно налаживалось их производство, однако нехватка аппаратов все еще ощущалась очень остро. Показательным является пример Копенгагена, где почти 1500 студентов-медиков, сменяя друг друга, в течение 19 недель осуществляли вентиляцию легких вручную с помощью мешков Амбу (при этом не отрываясь от занятий!).


Массовое применение «железных легких» во время эпидемии полиомиелита

По мере течения эпидемии, развития технологий и накопления клинического опыта быстро стало ясно, что вентиляция с положительным давлением, несмотря на нефизиологичный принцип ее работы, во многом выигрывает у «железных легких» — гораздо проще контролировать параметры дыхания, обеспечивать проходимость дыхательных путей и осуществлять общий уход за больным. Также важной особенностью новых устройств стало применение положительного давления в конце выдоха (ПДКВ, PEEP), позволившее предотвращать неизбежное спадение и повреждение легочных альвеол в ходе вентиляции. Аппараты ИВЛ с положительным давлением показали себя безопаснее и эффективнее своих «коллег по цеху». Да, старые проблемы никуда не делись, более того, к ним добавились новые — помимо повреждающего действия объема, потока и давления при вентиляции остро встала проблема кооперации с пациентом. Однако, аппараты второго поколения имели не только более тонкие инструменты для управления дыханием, но и возможность зафиксировать дыхательную попытку пациента и помочь ей. Стали появляться отделения и центры занимающиеся исключительно искусственной вентиляцией легких — именно они стали началом того, что сейчас мы называем Отделением Реанимации и Интенсивной Терапии.


Bird Mk7, один из первых аппаратов с PPV

На сегодняшний день искусственная вентиляция легких — одна из важнейших и самых высокотехнологичных отраслей реанимации и интенсивной терапии. Современные аппараты ИВЛ решают огромный спектр задач: от вспомогательной респираторной поддержки до полноценной инвазивной вентиляции легких в соответствии с имеющимися на данный момент представлениями о физиологии дыхания, новейшими системами обратной связи «пациент–вентилятор» и стратегиями защиты легких от вентилятор-ассоциированного повреждения. Несмотря на ряд проблем, опыт нынешней пандемии SARS-CoV-2 показал огромные возможности ИВЛ по восполнению функции внешнего дыхания и многократно доказал, что аппарат ИВЛ —устройство, спасающее жизни.


Иллюстрация, показывающая, что у идеи подключить к одному ИВЛ нескольких пациентов есть определённые трудности

Будьте здоровы :)

Автор: Павел Завгородний