Η φυσική αναπνοή τεντώνει ορισμένα μέρη του πνεύμονα έως και 25% ενώ οι ίδιες περιοχές εκτείνονται έως και 60% όταν ένας ασθενής είναι σε νοσοκομειακό αναπνευστήρα.
Μια καινοτόμος έρευνα ασχολήθηκε με ένα μακροχρόνιο ερώτημα στην πνευμονική ιατρική σχετικά με το εάν οι σύγχρονοι αναπνευστήρες τεντώνουν υπερβολικά τον πνευμονικό ιστό. Διαπιστώνεται ότι πράγματι το κάνουν. Αυτά τα ευρήματα αιχμής δημοσιεύθηκαν στο American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine από ερευνητές του University of California και δείχνουν σημαντικές διαφορές μεταξύ του τρόπου με τον οποίο αναπνέουμε εκ φύσεως και του τρόπου με τον οποίο οι αναπνευστήρες μας κάνουν να αναπνέουμε. Τα αποτελέσματα είναι σημαντικά, ιδιαίτερα στο πλαίσιο της πανδημίας COVID-19 και της βιασύνης για την κατασκευή περισσότερων αναπνευστήρων.
«Χρησιμοποιώντας νέες τεχνικές, παρατηρήσαμε ότι οι αναπνευστήρες μπορούν να υπερεκτείνουν ορισμένες περιοχές των πνευμόνων», δήλωσε η Mona Eskandari, επίκουρη καθηγήτρια μηχανολογίας που ηγήθηκε της έρευνας. Τα αποτελέσματα παρέχουν μια εξήγηση για την επιδείνωση της υγείας των πνευμόνων που βιώνουν οι ασθενείς όσο περισσότερο χρόνο είναι συνδεδεμένοι σε αυτά τα μηχανήματα, ειδικά σε περίπτωση ασθένειας.
Το εργαστήριο bMECH της Eskandari πρωτοστάτησε σε μια τεχνική μελέτη πνευμόνων. Σε έναν ειδικά κατασκευασμένο αναπνευστήρα που σχεδιάστηκε, οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια μίμηση τόσο της φυσικής όσο και της τεχνητής αναπνοής. Στη συνέχεια, παρατήρησαν τους πνεύμονες που εμπλέκονταν και στους δύο τύπους αναπνοής χρησιμοποιώντας πολλαπλές κάμερες που συλλέγουν γρήγορες εικόνες υψηλής ανάλυσης, μια μέθοδο που ονομάζεται “συσχέτιση ψηφιακής εικόνας”. «Η ρύθμιση μας επιτρέπει να μιμούμαστε τόσο τη φυσιολογική όσο και την τεχνητή αναπνοή στον ίδιο πνεύμονα με το διακόπτη ενός κουμπιού», εξήγησε η Eskandari. «Ο μοναδικός συνδυασμός του αναπνευστήρα μας με τη συσχέτιση ψηφιακής εικόνας μας δίνει πρωτοφανείς γνώσεις για τον τρόπο με τον οποίο συγκεκριμένες περιοχές των πνευμόνων λειτουργούν σε συντονισμό με το σύνολο».
Χρησιμοποιώντας αυτή την καινοτόμο μέθοδο για τη διασύνδεση των δύο συστημάτων, οι ερευνητές συνέλεξαν στοιχεία που αποδεικνύουν ότι η φυσική αναπνοή τεντώνει ορισμένα μέρη του πνεύμονα έως και 25% ενώ οι ίδιες περιοχές εκτείνονται έως και 60% όταν είναι στον αναπνευστήρα.
Οι επιστήμονες παραδοσιακά μοντελοποιούν τους πνεύμονες σαν μπαλόνια ή αυτό που αναφέρουν ως δοχεία πίεσης με λεπτό τοίχωμα, όπου η ώθηση του αέρα προς τα μέσα και η έξοδος του αέρα θεωρείται ότι είναι μηχανικά ισοδύναμες. Για να εξηγήσουν αυτό που παρατήρησαν στη μελέτη τους, οι ερευνητές προτείνουν την απομάκρυνση από τα μοντέλα δοχείων πίεσης με λεπτό τοίχωμα και αντί αυτού προς τα μοντέλα με παχύ τοίχωμα. Σε αντίθεση με τη θεωρία των δοχείων πίεσης με λεπτό τοίχωμα, ένα μοντέλο με παχύ τοίχωμα λαμβάνει υπόψη τα διαφορετικά επίπεδα πίεσης στους αεραγωγούς που προκύπτουν από τους αναπνευστήρες τα οποία σπρώχνουν τον αέρα, σε σύγκριση με τη φυσική αναπνοή η οποία τραβάει τον αέρα μέσα. Αυτό βοηθά να εξηγηθεί πώς οι αεραγωγοί εμπλέκονται περισσότερο και πώς ο αέρας κατανέμεται πιο ομοιόμορφα στους πνεύμονες κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής αναπνοής.
Οι γιγάντιοι σιδερένιοι αναπνευστήρες που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια της επιδημίας πολιομυελίτιδας στα τέλη της δεκαετίας του 1940, λειτουργούσαν περισσότερο σαν ανθρώπινη θωρακική κοιλότητα, εκτείνοντας τον πνεύμονα όπως θα γινόταν με φυσικό τρόπο. Δημιουργούσαν ένα φαινόμενο κενού που τραβάει τον αέρα στους πνεύμονες. Αν και αυτή η δράση είναι πιο ήπια για τους πνεύμονες, αυτά τα ογκώδη συστήματα εμπόδιζαν την εύκολη πρόσβαση στην παρακολούθηση άλλων οργάνων κατά τη νοσοκομειακή περίθαλψη. Οι σύγχρονοι αναπνευστήρες διευκολύνουν τους φροντιστές, ωστόσο σπρώχνουν τον αέρα στους πνεύμονες χωρίς να κατανέμεται ομοιόμορφα, τεντώνοντας υπερβολικά ορισμένα μέρη του και προκαλώντας επιδείνωση της υγείας των πνευμόνων με την πάροδο του χρόνου. Αν και είναι απίθανο τα νοσοκομεία να επιστρέψουν στα μοντέλα σιδήρου, είναι πιθανό τα σύγχρονα μηχανήματα να μπορούν να τροποποιηθούν για να μειωθούν οι τραυματισμοί των πνευμόνων.
«Τώρα που γνωρίζουμε για την υπερβολική καταπόνηση όταν ο αέρας διοχετεύεται στους πνεύμονες, το ερώτημα για εμάς είναι πώς μπορούμε να βελτιώσουμε τις στρατηγικές αερισμού μιμούμενοι τη φυσική αναπνοή», είπε η Eskandari.
Περισσότερες πληροφορίες: Positive- and Negative-Pressure Ventilation Characterized by Local and Global Pulmonary Mechanics. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 2022.
