История развития искусственной вентиляции легких (ИВЛ)

Механическая вентиляция лёгких — это спасительная терапия, положившая начало современным отделениям интенсивной терапии. Её корни уходят почти на пять веков назад — к трудам Андреаса Везалия. Эта статья представляет собой краткий обзор истории механической вентиляции, начиная с древности и до сегодняшнего дня. Одним из важнейших достижений последних десятилетий стало внедрение стратегий, защищающих лёгкие, что основано на понимании ятрогенных (вызванных лечением) повреждений, таких как вентилятор-индуцированное повреждение лёгких (VILI). Эти стратегии значительно улучшили клинические исходы у пациентов с дыхательной недостаточностью.

 

Механическая вентиляция лёгких — от Галена до Везалия

Механическая вентиляция лёгких — это жизнеобеспечивающая терапия при острой дыхательной недостаточности. Это одна из ключевых процедур в отделениях интенсивной терапии. Интерес к ней значительно вырос за последние 15 лет после публикации в New England Journal of Medicine важной статьи от ARDSNet, где подчёркивалось значение щадящей вентиляции лёгких.

Хотя осознание необходимости защиты лёгких кажется чем-то новым, есть захватывающие свидетельства, уходящие на сотни лет назад, которые связывают искусственную вентиляцию с повреждением лёгких.

От Галена до Везалия

Гален — выдающийся греческий врач II века н.э. — внёс огромный вклад в развитие анатомии и понимание болезней. Однако его исследования основывались на вскрытии животных, а не людей, и он ошибочно предполагал, что анатомия человека и животного идентична. Он также считал, что дыхание нужно для того, чтобы сердце билось, т.е. что само дыхание обеспечивает циркуляцию.

Почти 1500 лет не было значительного прогресса в понимании вентиляции, — неудивительно, что этот период назвали Тёмными веками.

Ситуация изменилась с приходом Андреаса Везалия в середине XVI века. Везалий родился в Брюсселе, а в возрасте 23 лет стал профессором анатомии в Падуе. Он вызвал гнев церкви за вскрытие человеческих тел, и его выводы противоречили учениям Галена. В 1543 году он опубликовал фундаментальный труд De Humani Corporis Fabrica, где, вероятно, впервые была дана современная концепция положительной вентиляции:

«Чтобы вернуть животное к жизни, необходимо вскрыть трахею, вставить в неё полую тростинку или трубку, и вдувать воздух, чтобы лёгкие наполнились и снова начали дышать».

Это фактически описание трахеотомии с последующей ИВЛ, как это делается в реанимации сегодня. Однако этот метод был забыт почти на сто лет.

 

Роберт Гук и научный эксперимент

В 1667 году английский учёный Роберт Гук, разносторонне одарённый философ, физик и биолог (он же ввёл термин «клетка»), решил проверить учение Галена о том, что дыхание необходимо для кровообращения.

Он провёл поразительный эксперимент на собаке: сделал разрез грудной клетки и подключил меха, создавая постоянный поток воздуха в лёгкие через дыхательное горло. Воздух выходил через отверстия в груди.

«Пока мехи нагнетали воздух, собака лежала спокойно, её глаза были живыми, сердце билось. Но как только поток прекращался — она начинала умирать в судорогах, и снова оживала при возобновлении вентиляции.»

Таким образом, Гук впервые доказал, что дыхание и кровообращение — это независимые процессы. Он завершает статью фразой, которая напоминает современные заявки на гранты:

«Я скоро проведу ещё ряд экспериментов, надеясь окончательно раскрыть истинную функцию дыхания и понять, какую пользу это может принести человечеству».

 

Вентиляция с отрицательным давлением

(конец XIX века — 1950-е годы)

В конце XIX века начали появляться первые устройства вентиляции, основанные на физиологических принципах, близких к современным. Суть заключалась в том, чтобы создавать отрицательное (ниже атмосферного) давление вокруг тела пациента, тем самым помогая вдыханию за счёт расширения грудной клетки.

1864 — Пионер: Альфред Джонс

Альфред Джонс изобрёл одно из первых устройств с отрицательным давлением. Пациент сидел в герметичной коробке, охватывающей тело с шеи до ног (см. рис. 2 в оригинале). Механический плунжер снижал давление внутри коробки, и это вызывало вдох — обратное движение вызывало выдох.

Интересно, что в своём патенте Джонс утверждал, что его аппарат может лечить паралич, невралгию, импотенцию, астму, бронхит, диспепсию и даже глухоту.

1876 — Альфред Вуайе и «спирофор»

Француз Альфред Вуайе создал спирофор — более функциональный прототип железного лёгкого. Он предлагал разместить эти устройства вдоль реки Сены для помощи утопающим. Спирофор имел металлический рычаг, который ложился на грудную клетку и фиксировал объём вдоха.

1929 — Классические железные лёгкие

Первое массовое использование железного лёгкого произошло в 1929 году в Бостоне, когда Дринкер и Шоу разработали усовершенствованный аппарат. Он стал широко применяться для лечения полиомиелита.

Проблемы железных лёгких

Одной из серьёзных проблем была недоступность тела пациента для ухода, поскольку оно находилось внутри герметичной капсулы. Для решения этой задачи были разработаны:

• Комната-вентилятор (Peter Lord): Пациент лежал с головой вне герметичной комнаты, где давление менялось с помощью массивных поршней. Медперсонал мог входить внутрь, чтобы ухаживать за пациентом.
• Групповые вентиляционные залы (James Wilson): Позволяли лечить сразу несколько пациентов в одной камере. Такой зал использовался, например, в Детской больнице Бостона во время эпидемий.

1926 — Пневматическая камера Вильгельма Шваке

Одна из самых необычных моделей — камера Шваке, созданная в Германии. Она предназначалась для синхронизации с дыханием пациента, и автор утверждал, что отрицательное давление на коже помогает выводить из организма газы, что звучит крайне сомнительно по современным меркам.

Положительная вентиляция

(1950-е годы — настоящее время)

Эпидемия полиомиелита стала переломным моментом в истории механической вентиляции. До этого момента такие устройства применялись редко и с ограниченным успехом. Но в 1952 году всё изменилось.

 

1952 — Копенгагенская катастрофа

В 1951 году в Копенгагене прошла международная конференция по полиомиелиту. Спустя год в городе вспыхнула тяжёлая эпидемия, вероятно, из-за привоза вируса участниками конференции. В разгар вспышки в инфекционную больницу Бледдамс поступало до 50 пациентов в день, многие из них с параличом дыхательных мышц.

Уровень смертности был катастрофическим — более 80%.

Врачи считали, что пациенты умирали от почечной недостаточности, вызванной системной виремией. Однако Бьорн Ибсен, анестезиолог, обучавшийся в Бостоне, выдвинул другую гипотезу: он считал, что пациенты умирают от дыхательной недостаточности.

Он предложил делать трахеостомию и применять положительную вентиляцию через мешок Амбу. Главный врач сначала отказался от этой идеи, но, увидев, что смертность снижается, согласился.

Результат: смертность упала с 87% до 40% — почти сразу!

Рождение отделений интенсивной терапии (ICU)

Во время эпидемии не хватало аппаратной вентиляции, и более 70 пациентов одновременно вентилировались вручную волонтёрами — в основном студентами, которые в сумме отработали 165 000 часов ручной вентиляции.

Чтобы упростить координацию ухода, всех пациентов собрали в одно помещение. Так появилось первое в мире отделение интенсивной терапии.

Сдвиг фокуса: от вентиляции к оксигенации

Ранее механическая вентиляция применялась для замены дыхательных мышц. Но с развитием технологий появилась возможность отслеживать газы крови, что привело к фокусу на коррекции оксигенации — особенно у пациентов с тяжёлыми поражениями лёгких, как при остром респираторном дистресс-синдроме (ARDS).

Прорывы в терапии

• Положительное давление в конце выдоха (PEEP) стало применяться для уменьшения ателектазов и улучшения оксигенации.
• Несмотря на долгую историю использования PEEP, идеальные уровни остаются предметом споров.
• Развитие технологий привело к созданию новых режимов ИВЛ:
  • Intermittent Mandatory Ventilation
  • High-Frequency Ventilation
  • Proportional Assist Ventilation (PAV)
  • Neurally Adjusted Ventilatory Assist (NAVA)

Многие из этих режимов фокусируются на синхронизации с дыханием пациента и позволяют ему частично или полностью управлять вентиляцией.

Поддержка диафрагмы

Смещение к более «мягкой» ИВЛ также связано с пониманием явления дисфункции диафрагмы, вызванной вентилятором — длительная пассивная вентиляция ослабляет дыхательные мышцы.

Эволюция механической вентиляции и осознание её вреда

Вред от вентиляции — не новая идея

Идея о том, что вентиляция может быть вредной, существует с XVIII века. В 1744 году Джон Фотергилл описал случай успешной реанимации угольщика, находившегося без дыхания и пульса. Врач Тоссак вдувал воздух в его лёгкие через рот, зажав нос. Пациент вскоре ожил и через 4 часа пошёл домой.

Фотергилл замечал:

«Некоторые предлагали использовать меха вместо дыхания человека, но если есть кто-то, готовый “благотворительно дышать” в лёгкие, это предпочтительнее, поскольку сила дыхания одного человека безопасна для лёгких другого. С мехами — такой уверенности нет».

Этот вывод делает Фотергилла первым предшественником концепции VILI — повреждения лёгких, вызванного вентиляцией.

Баротравма и волютравма

• 1829: д’Этиоль показал, что использование мехов может привести к пневмотораксу и смерти.
• В 1837 году Общество спасения утопающих в Англии исключило меха и метод «рот в рот» из официальных рекомендаций, что затормозило развитие вентиляции.

Механическая вентиляция изначально применялась:

• У пациентов с нормальными лёгкими, при нарушении работы дыхательных мышц (например, при полиомиелите или в коме).
• В таких случаях использовались низкие давления, и риск травмы был минимален.

Но когда стали использовать вентиляцию у пациентов с тяжёлыми повреждениями лёгких (например, при ARDS), стало очевидно, что высокие давления вызывают повреждения.

 

1940-е: Исследования Маклина и Маклина

Они обнаружили, что при высоком давлении лёгкие могут разрываться, и воздух проходит по бронхолёгочным оболочкам, вызывая пневмоторакс — это и есть баротравма.

 

1960–1980-е: Опасность высоких объёмов

• Было показано, что высокие объёмы вдоха (VT) и низкий PEEP приводят к ателектазам и гипоксии.
• Из-за страха перед кислородной токсичностью, врачи стали использовать очень большие дыхательные объёмы — что, как мы теперь знаем, вредно.
• В 1970-х пациенты с ARDS получали VT ≈ 22 мл/кг (!), и 40% из них развивали тяжёлую баротравму.
  
  

Волютравма и биотравма

Что такое волютравма?

• Термин предложен Дрейфусом и Соумоном.
• Показывает, что не давление как таковое, а чрезмерное растяжение лёгких вызывает повреждение.

Пример: музыканты, играющие на духовых инструментах, создают высокое давление, но не получают травм — значит, дело именно в объёме растяжения.

Биотравма

В 1997 году Слатски и соавторы описали биотравму — это не только механическое повреждение, но и воспалительная реакция:

• Повреждение лёгких запускает выброс цитокинов и других медиаторов.
• Это может привести к воспалению во всём организме, повреждению почек, печени и другим органам.
• У многих пациентов с ARDS причиной смерти является не гипоксия, а многоорганная недостаточность — следствие биотравмы.

Стратегии защиты лёгких при вентиляции

Осознание того, что механическая вентиляция может быть вредной, кардинально изменило подход к лечению пациентов. Раньше основной целью было как можно быстрее нормализовать газы крови, что часто требовало агрессивной ИВЛ: высоких давлений, больших объёмов, частой интубации.

Сейчас же целью стало свести к минимуму вред, даже если это означает допустимые отклонения в уровнях кислорода и углекислого газа.

Неинвазивная вентиляция (NIV)

Была доказана эффективность NIV у пациентов с обострением ХОБЛ. Преимущества:

1. Избежание интубации и её осложнений (инфекции, повреждение трахеи, седация).
2. Сохранение частичной самостоятельной вентиляции при поддержке положительного давления.

Однако NIV лучше работает при вентиляторной недостаточности, но малоэффективна при гипоксии (как при ARDS).

Если интубация всё же необходима:

• У пациентов со status asthmaticus применяется контролируемая гиповентиляция, чтобы избежать авто-PEEP (описано Пепе и Марини в 1982 г.).
• Применяется стратегия разрешённой гиперкапнии (переносимая высокая CO₂), впервые описанная Хиклингом в 1990-х для ARDS.
  
  

Решающая веха: ARDSNet (2000)

В 2000 году ARDSNet опубликовала результаты рандомизированного клинического исследования, в котором показали:

Снижение смертности при использовании низкого дыхательного объёма (6 мл/кг) по сравнению с традиционным (12 мл/кг):
Смертность снизилась с 40% до 31%.

Другие доказанные стратегии:

• Высокий PEEP — помогает уменьшить коллапс альвеол.
• Положение на животе (prone positioning) — улучшает вентиляцию и кровоток.
• Кратковременный паралич (нейромышечная блокада) — снижает рассогласование дыхания и снижает повреждение.
  
  

Применение за пределами ARDS

Щадящие стратегии вентиляции показали пользу не только у пациентов с ARDS, но и:

• В отделениях интенсивной терапии без ARDS — для профилактики его развития.
• Во время операций под наркозом — снижает послеоперационные осложнения.
• У пациентов с смертью мозга — для поддержания качества лёгких перед трансплантацией.
  
  

Будущее механической вентиляции

Цитата Йоги Берры как нельзя лучше подходит к этому разделу:

«Трудно делать прогнозы… особенно о будущем».

Тем не менее, рассмотрим несколько направлений, которые, вероятно, будут играть ключевую роль в развитии респираторной терапии.

1. Постоянный поток (constant flow ventilation)

Чтобы снизить риск VILI (вентилятор-индуцированного повреждения лёгких), можно устранить циклические колебания давления и объёма, вызывающие перерастяжение и ателектазы.