اختراعات مهم تاریخ

دستگاه تنفس مصنوعی

US44198A
آلفرد جونز

انسان برای زنده ماندن، قبل از هر چیزی به اکسیژن نیاز دارد. شش‌های انسان، در هر دقیقه طی عمل دم و بازدم،  ۱۲ تا ۱۶ بار پر و خالی می‌شوند و به وی زندگی می‌بخشند. ماهیچه‌هایی که میان دنده‌های انسان قرار دارند، به همراه دیافراگم، با تغییر حالت خود موجب جذب هوا به داخل شش‌ها و خروج آن می‌شوند. در برخی مواقع، افراد در اثر بیماری، در حین عمل جراحی و یا در شرایط خاص دیگر، نمی‌توانند عمل طبیعی دم و بازدم را به خوبی انجام دهند. دستگاه تنفس مصنوعی، امکان زنده نگه‌داشتن افرادی که به هر دلیل، دچار از کارافتادگی سیستم تنفسی شده‌اند را فراهم می‌نماید؛ کاری که امروزه با دمیدن هوا به داخل ریه‌های بیمار انجام می‌گیرد، ولی دستگاه‌های اولیه، این مهم را به‌واسطه افزایش و کاهش فشار روی سینه بیمار انجام می‌دادند. امروزه این دستگاه‌ها، از ملزومات تمامی بخش‌های مراقبتی ویژه بیمارستان‌ها، مانند «ICU»ها و «CCU»ها بوده و در واقع با اختراع آن‌ها، واحدهای مراقبتی ویژه در بیمارستان‌ها به وجود آمد.

اهمیت دستگاه تنفس مصنوعی در مراقبت و درمان بیماران، کاملاً روشن است؛ از طرفی اختراع این دستگاه، در کاهش نرخ بسیار بالای مرگ‌ومیر ناشی از فلج اطفال طی سال‌های شیوع آن، تأثیر زیادی داشت. تا قبل از کشف واکسن فلج اطفال، افراد زیادی به این بیماری که عامل آن ویروسی به نام پولیو بود، مبتلا می‌شدند. یکی از پیامدهای این بیماری، از کارافتادن عضلات سیستم تنفسی بود که باعث مرگ فرد مبتلا می‌شد. در واقع در دهه‌های اول قرن بیستم که فلج اطفال به‌شدت شیوع پیدا کرد، آمار مرگ‌ومیر مربوط به این بیماری، بسیار وحشتناک بود و دلیل عمده آن، از کارافتادن سیستم تنفسی فرد مبتلا بود.

در طول تاریخ، روش‌ها و سازوکارهای مختلفی برای کمک به تنفس افرادی که خود به‌تنهایی قادر به این کار نیستند، مورد استفاده قرارگرفته است. البته این راهکارها، کارایی چندانی نداشته و برخی بسیار ساده‌انگارانه بودند؛ ولی در هر حال، این راهکارهای نه چندان مؤثر، آخرین امید بیماران برای زنده ماندن بودند. به عنوان مثال، در قرن هفدهم یک محقق انگلیسی به نام جان مایو «John Mayow»، با استفاده از ایده فشار منفی جهت هوارسانی به بیمار که سازوکاری شبیه به دم آهنگری یا دستگاه موسیقی آکاردئون داشت، سیستمی به منظور کمک به تنفس توسعه داد. در اواخر قرن نوزدهم، دستگاه‌های تهویه مکانیکی، بر پایه اصول فیزیولوژی توسعه داده شد. در این دستگاه‌ها، فشار هوا به اطراف بدن بیمار اعمال می‌شد، تا جایگزین و یا کمک‌رسانی برای ماهیچه‌های تنفسی باشند. این دستگاه‌ها، شکل و سازوکاری عجیب داشتند و با دستگاه‌های امروزی بسیار متفاوت بودند. دستگاه، دارای یک محفظه فلزی بود که بیمار درون آن قرار می‌گرفت و فقط سرخود را از آن خارج می‌کرد و با استفاده از یک پیستون یا پمپ، فشار به داخل محفظه اعمال می‌شد.

اگر به تاریخچه ثبت اختراع در حوزه تنفس مصنوعی برگردیم، بر اساس اطلاعات موجود، اولین دستگاه تنفس مصنوعی، در سال ۱۸۶۴ میلادی، توسط آلفرد جونز «Alfred Jones» اختراع شد و پتنتی به شماره «US44198A»، به آن تعلق گرفت. در این دستگاه، بیمار درون جعبه‌ای می‌نشست که به‌طور کامل بدن وی را از گردن به پایین، در خود جای می‌داد؛ تمامی جعبه و اطراف گردن بیمار، درزگیری می‌شد؛ با افزایش فشار جعبه به‌واسطه فشاری که به قفسه سینه و شش‌ها وارد می‌شد، عمل بازدم صورت می‌گرفت و به‌واسطه کاهش فشار جعبه، فشار از روی سینه و شش‌های بیمار برداشته می‌شد و عمل دم برای وی صورت می‌گرفت. جالب است که جونز، دستگاه خود را بسیار ویژه می‌دانست و آن را شفابخش بسیاری از بیماری‌ها، ازجمله فلج، نورالژی یا درد در امتداد یک عصب، ضعف بدن، آسم، برونشیت و سوءهاضمه و حتی ناشنوایی معرفی نموده است. شاید به خاطر همین کارکردهای واهی که کارکرد اصلی دستگاه را به حاشیه برده است، امروزه جونز را به‌عنوان اولین مخترع دستگاه تنفسی، یا حداقل کسی که ایده آن را مطرح نموده است، نمی‌شناسند.

در سال ۱۸۷۶ میلادی، آلفرد ویلز «Alfred Woillez»، پس از بهبود دستگاه جونز، آن را اسپیروفور نام‌گذاری نمود. اسپیروفور، در کنار رودخانه سن فرانسه قرار داده شد و در احیای افرادی که به آب سقوط می‌کردند، استفاده می‌شد. با این وجود، دستگاه‌های ولز و جونز، عملکرد آن‌چنان بالایی نداشت که در همه‌گیر شدن استفاده از آن‌ها کمک نماید.

 سال‌ها بعد، دو پروفسور از مدرسه پزشکی هاروارد، به‌نام‌های فیلیپ درینکر «Philip Drinker» و لوئیس آگاسیز شاو «Louis Agassiz Shaw»، با حمایت‌های مالی یک شرکت تولیدکننده بنزین در نیویورک که در پی یافتن درمانی برای از کارافتادن دستگاه تنفسی در اثر مسمومیت با زغال‌سنگ یا گاز بود، پروژه‌ای برای ساخت دستگاه تنفس مصنوعی آغاز نمودند. تلاش‌های این دو نتیجه داد و اگرچه سازوکاری مشابه با دستگاه‌های قبلی داشت، اما اولین دستگاه تنفس مصنوعی بود که به‌خوبی عمل می‌کرد و به‌صورت انبوه مورد استفاده قرار گرفت. اختراع این دستگاه، هم‌زمان با شیوه بیماری فلج اطفال بود. فلج اطفال، تا قبل از توسعه واکسن آن توسط جوناس سالک، باعث مرگ افراد زیادی شد. این دستگاه که با نام شش آهنی شناخته می‌شد، به‌طور گسترده‌ای برای کمک به مبتلایان به بیماری پولیو یا فلج اطفال، مورد استفاده قرار گرفت. بیمارانی که سیستم تنفسی آن‌ها به‌طور موقت از کار می‌افتاد، معمولاً یک تا دو هفته درون دستگاه بودند، تا توانایی تنفس بدون نیاز به دستگاه را به دست آورند. با این وجود، بیمارانی که به دچار فلج دائم دچار شده بودند، در سالیان باقی عمر خود، به این دستگاه وابسته بودند. درینکر، در یکم دسامبر سال ۱۹۳۱ میلادی، موفق به اخذ پتنتی به شماره «US1834580» برای دستگاه شش آهنی خود شد.

 

 

یکی از مشکلات دستگاه شش آهنی، این بود که با توجه به‌قرارگیری کل بدن بیمار درون محفظه فلزی، پزشکان و پرستاران را در انجام سایر اقدامات درمانی، با مشکل مواجه می‌ساخت. برای حل این مسئله، ایده اتاق تنفسی پیتر لورد «Peter Lord» مطرح گردید؛ به این منظور، بیمار در اتاق تنفسی دراز می‌کشید، ولی سر وی خارج از اتاق قرار می‌گرفت. یک پیستون قوی و بزرگ، عمل کم‌وزیاد کردن فشار اتاق که باعث ورود و خروج هوا به شش‌های بیمار می‌شد را انجام می‌داد. اتاق تنفسی، دارای دری بود که پرسنل درمانی به‌راحتی می‌توانستند وارد آن شده و به بیمار رسیدگی نمایند. لازم به ذکر است که پیتر در سال ۱۹۰۸ میلادی، پتنتی به شماره «US899225» برای ایده اتاق تنفسی دریافت نموده بود. با این وجود، هزینه بسیار بالا، از معایب اتاق تنفسی بود و با توجه به این مسئله، فردی به نام «جیمز ویلسون» اتاق تنفسی ساخت که چندین بیمار داخل آن باشند و تحت درمان قرار گیرند. در واقع، می‌توان این اتاق‌ها را شکل اولیه بخش‌های «ICU» امروزی در بیمارستان‌ها دانست.

بعد از معرفی شش آهنی، مخترعی به نام جان امرسون «John Emerson»، این دستگاه را به‌طور قابل ملاحظه‌ای بهبود داد. دستگاه وی، بسیار سبک‌تر بود و از کارایی بهتری نیز برخوردار بود. امرسون، توانست قیمت این دستگاه را به‌شدت پایین آورد و موجب این شد که بیمارستان‌ها و بیماران زیادی از آن بهره‌مند شوند. وی اقدام به تولید و عرضه دستگاه خود نمود که در پی آن، درینکر شکایتی علیه وی به دادگاه ارائه کرد. با این وجود، نظر دادگاه بر این بود که قسمت‌هایی که در دستگاه درینکر استفاده شده است، قبلاً توسط افراد دیگری ثبت‌شده بود و در نتیجه، رأی به بی‌اعتباری پتنت درینکر داده شد.

شایان ذکر است که امرسون، درینکر و شاو، تأثیر بزرگی در زندگی انسان‌ها داشتند. در سال‌های شیوع فلج اطفال که یکی از کشنده‌ترین بیماری‌های تاریخ بود و تا زمانی که واکسن و درمانی برای آن توسعه‌نیافته بود، اختراع این دستگاه‌ها، خود باعث نجات جان میلیون‌ها انسان شد، به‌طوری‌که نرخ بالای مرگ‌ومیر ناشی از فلج اطفال طی آن سال‌ها، به‌شدت پایین آمد.