مروحة

جهاز التنفس الاصطناعي هو نوع من أجهزة التنفس ، وهو فئة من التقنيات الطبية التي توفر التهوية الميكانيكية عن طريق إدخال وإخراج الهواء القابل للتنفس من الرئتين ، لتزويد المريض الذي يعاني من صعوبة في التنفس أو يعاني من قصور في التنفس، بالأنفاس. قد تكون أجهزة التنفس الاصطناعي أجهزة محوسبة يتم التحكم فيها بواسطة معالج دقيق ، ولكن يمكن أيضًا تهوية المرضى باستخدام قناع صمام يدوي بسيط . تُستخدم أجهزة التنفس الاصطناعي بشكل رئيسي في طب العناية المركزة ، والرعاية المنزلية ، وطب الطوارئ (كوحدات مستقلة)، وفي التخدير (كمكون من مكونات جهاز التخدير ).

تُسمى أجهزة التنفس الاصطناعي أحيانًا "أجهزة التنفس"، وهو مصطلح كان شائع الاستخدام لها في خمسينيات القرن الماضي (وخاصة "جهاز التنفس بيرد" ). ومع ذلك، يستخدم المصطلحات الطبية المعاصرة كلمة " جهاز تنفس " للإشارة إلى قناع الوجه الذي يحمي مرتديها من المواد الخطرة المحمولة جوًا. ^{[ 1 ]}

في أبسط صورها، تتكون أجهزة التنفس الاصطناعي الحديثة ذات الضغط الإيجابي من خزان هواء قابل للانضغاط أو توربين، وإمدادات للهواء والأكسجين ، ومجموعة من الصمامات والأنابيب، ودائرة "مريض" قابلة للاستخدام لمرة واحدة أو قابلة لإعادة الاستخدام. يُضغط خزان الهواء هوائيًا عدة مرات في الدقيقة لتوصيل هواء الغرفة، أو في معظم الحالات، خليط من الهواء والأكسجين، إلى المريض. في حال استخدام توربين، يدفع التوربين الهواء عبر جهاز التنفس الاصطناعي، مع صمام تحكم في التدفق لضبط الضغط بما يتناسب مع احتياجات المريض. عند تحرير الضغط الزائد، يزفر المريض تلقائيًا بفضل مرونة الرئتين ، ويُطلق هواء الزفير عادةً عبر صمام أحادي الاتجاه داخل دائرة المريض يُسمى مشعب المريض.

قد تُجهز أجهزة التنفس الاصطناعي بأنظمة مراقبة وإنذار لبيانات المريض (مثل الضغط والحجم والتدفق) ووظائف الجهاز (مثل تسرب الهواء، وانقطاع التيار الكهربائي، والعطل الميكانيكي)، بالإضافة إلى بطاريات احتياطية، وخزانات أكسجين، وجهاز تحكم عن بُعد. ويُستبدل النظام الهوائي حاليًا بمضخة توربينية يتم التحكم بها بواسطة الحاسوب .

ضغوط جهاز التنفس الصناعي مُعلّمة

تُتحكم أجهزة التنفس الاصطناعي الحديثة إلكترونيًا بواسطة نظام صغير مُدمج ، مما يسمح بضبط خصائص الضغط والتدفق بدقة وفقًا لاحتياجات كل مريض على حدة. كما تُسهم إعدادات جهاز التنفس الاصطناعي المُحسّنة في جعل عملية التنفس أكثر راحةً وتحملاً للمريض. في كندا والولايات المتحدة، يتولى أخصائيو العلاج التنفسي مسؤولية ضبط هذه الإعدادات، بينما يتولى فنيو الأجهزة الطبية الحيوية مسؤولية صيانتها. أما في المملكة المتحدة وأوروبا، فتتولى ممرضات العناية المركزة إدارة تفاعل المريض مع جهاز التنفس الاصطناعي .

تتكون دائرة المريض عادةً من ثلاث أنابيب بلاستيكية متينة وخفيفة الوزن، مفصولة حسب وظيفتها (مثل هواء الشهيق، وضغط المريض، وهواء الزفير). وبناءً على نوع التهوية المطلوبة، قد يكون طرف المريض من الدائرة غير جراحي أو جراحي.

تعتمد الطرق غير الجراحية، مثل الضغط الموجب المستمر في مجرى الهواء (CPAP) والتهوية غير الجراحية ، المناسبة للمرضى الذين يحتاجون إلى جهاز تنفس صناعي فقط أثناء النوم والراحة، بشكل أساسي على استخدام قناع أنفي. أما الطرق الجراحية فتتطلب التنبيب ، والذي يكون عادةً عبر قنية فغر الرغامي في حالات الاعتماد طويل الأمد على جهاز التنفس الصناعي ، حيث يُعد هذا الإجراء أكثر راحةً وعمليةً للرعاية طويلة الأمد من التنبيب الحنجري أو الأنفي.

• 
  تُستخدم أنظمة التهوية ذات الدائرة المغلقة لتزويد المريض بهواء غني _{بالأكسجين .}
• 
  تُستخدم أجهزة التنفس ذات الدائرة المفتوحة لتوفير هواء محيط طبيعي بنسبة أكسجين طبيعية _للمريض .
• 
  على المستوى الفسيولوجي، تعمل أجهزة التنفس الصناعي على تجديد الهواء وتبادل الأكسجين _{وثاني أكسيد} الكربون الحرج إلى الحويصلات الهوائية الرئوية .

يبدأ تاريخ التهوية الميكانيكية بإصدارات مختلفة لما سُمّي لاحقًا بالرئة الحديدية ، وهو نوع من أجهزة التنفس غير الغازية ذات الضغط السلبي، والذي استُخدم على نطاق واسع خلال أوبئة شلل الأطفال في القرن العشرين بعد طرح جهاز التنفس "درينكر" عام 1928، والتحسينات التي أدخلها جون هافن إيمرسون عام 1931، ^{[ 5 ]} وجهاز التنفس "بوث" عام 1937. وتشمل الأشكال الأخرى لأجهزة التنفس غير الغازية، والتي استُخدمت أيضًا على نطاق واسع لمرضى شلل الأطفال، التهوية ثنائية الطور ، والسرير الهزاز ، وأجهزة الضغط الإيجابي البدائية نوعًا ما. ^{[ 5 ]}

في عام ١٩٤٩، طوّر جون هافن إيمرسون جهازًا مساعدًا ميكانيكيًا للتخدير بالتعاون مع قسم التخدير في جامعة هارفارد . وبدأ استخدام أجهزة التنفس الاصطناعي على نطاق واسع في التخدير والعناية المركزة خلال خمسينيات القرن العشرين. وقد حفّز تطويرها كلٌّ من الحاجة إلى علاج مرضى شلل الأطفال والاستخدام المتزايد لمرخيات العضلات أثناء التخدير. تعمل هذه الأدوية على شلّ المريض وتحسين ظروف الجراحة للجراح، ولكنها تشلّ أيضًا عضلات التنفس. وفي عام ١٩٥٣، أنشأ بيورن آجي إبسن ما أصبح أول وحدة عناية مركزة طبية/جراحية في العالم تستخدم مرخيات العضلات والتهوية المُتحكَّم بها. ^{[ ٦ ]}

في المملكة المتحدة، كان طرازا إيست رادكليف وبيفر من أوائل الأمثلة على ذلك. استخدم الأول ترس محور دراجة ستورمي-آرتشر لتوفير نطاق من السرعات، بينما استخدم الثاني محرك ماسحة زجاج أمامي للسيارة لتشغيل المنفاخ المستخدم لنفخ الرئتين. ^{[ 7 ]} مع ذلك، شكلت المحركات الكهربائية مشكلة في غرف العمليات آنذاك، إذ كان استخدامها يُشكل خطر انفجار في وجود مواد تخدير قابلة للاشتعال مثل الإيثر وسيكلوبروبان . في عام 1952، طور روجر مانلي من مستشفى وستمنستر في لندن جهاز تنفس صناعي يعمل بالغاز بالكامل ، وأصبح الطراز الأكثر شيوعًا في أوروبا. تميز بتصميم أنيق، وأصبح مفضلًا لدى أطباء التخدير الأوروبيين لأربعة عقود، قبل ظهور الطرازات التي تعمل بالإلكترونيات. كان الجهاز مستقلًا عن الطاقة الكهربائية ولم يُسبب أي خطر انفجار. طُورت وحدة مارك 1 الأصلية لتصبح مانلي مارك 2 بالتعاون مع شركة بليز، التي صنعت آلافًا من هذه الوحدات. كان مبدأ تشغيله بسيطًا للغاية، حيث يُستخدم تدفق الغاز الداخل لرفع وحدة منفاخ مُثقّلة، والتي تسقط بشكل متقطع بفعل الجاذبية، دافعةً غازات التنفس إلى رئتي المريض. ويمكن تغيير ضغط النفخ عن طريق تحريك الثقل المتحرك أعلى المنفاخ. كما يمكن ضبط حجم الغاز المُوَصَّل باستخدام منزلق منحني، يحد من حركة المنفاخ. ويمكن أيضًا ضبط الضغط المتبقي بعد اكتمال الزفير، باستخدام ذراع صغير مُثقّل يظهر أسفل يمين اللوحة الأمامية. كانت هذه وحدة متينة، وشجع توفرها على إدخال تقنيات التهوية بالضغط الإيجابي في الممارسة التخديرية الأوروبية السائدة.

أحدث طرح جهاز التنفس الطبي "بيرد يونيفرسال" من تصميم فورست بيرد في الولايات المتحدة عام 1955 ثورةً في مجال التهوية الميكانيكية، حيث أصبح هذا الجهاز الصغير ذو الصندوق الأخضر قطعةً مألوفةً من المعدات الطبية. ^{[ 8 ]} وقد بيع الجهاز تحت اسم "بيرد مارك 7 ريسبيراتور" وكان يُعرف بشكل غير رسمي باسم "بيرد". كان الجهاز يعمل بالهواء المضغوط ، وبالتالي لم يكن بحاجة إلى مصدر طاقة كهربائية للتشغيل.

في عام ١٩٦٥، طُوِّر جهاز التنفس الطارئ للجيش بالتعاون مع مختبرات هاري دايموند (التي أصبحت الآن جزءًا من مختبر أبحاث الجيش الأمريكي ) ومعهد والتر ريد لأبحاث الجيش . اعتمد تصميمه على مبدأ تضخيم السوائل للتحكم في وظائف الهواء المضغوط. سمح تضخيم السوائل بتصنيع جهاز التنفس بالكامل دون أجزاء متحركة، مع قدرته على أداء وظائف الإنعاش المعقدة. ^{[ ٩ ]} أدى التخلص من الأجزاء المتحركة إلى زيادة موثوقية الأداء وتقليل الصيانة. ^{[ ١٠ ]} يتكون القناع من كتلة من بولي (ميثيل ميثاكريلات) (المعروف تجاريًا باسم لوسيت )، بحجم علبة كروت تقريبًا، مع قنوات مصنعة وغطاء مثبت بالأسمنت أو البراغي. ^{[ ١١ ]} ساهم تقليل الأجزاء المتحركة في خفض تكاليف التصنيع وزيادة المتانة. ^{[ ١٠ ]}

سمح تصميم مُضخِّم السوائل ثنائي الاستقرار لجهاز التنفس بالعمل كمساعد تنفسي ومتحكم في آنٍ واحد. إذ يمكنه الانتقال تلقائيًا بين وضعيتي المساعد والمتحكم، بناءً على احتياجات المريض. ^{[ 11 ] [ 10 ]} كما سمح الضغط الديناميكي وتدفق الغاز النفاث المضطرب من الشهيق إلى الزفير لجهاز التنفس بالتزامن مع تنفس المريض. ^{[ 12 ]}

شهدت بيئات العناية المركزة حول العالم ثورةً في عام 1971 مع طرح أول جهاز تنفس صناعي من طراز SERVO 900 (من إنتاج شركة Elema-Schönander)، والذي صممه بيورن جونسون . كان جهازًا صغيرًا وهادئًا وفعالًا للتنفس الاصطناعي، مزودًا بنظام التغذية الراجعة SERVO الشهير الذي يتحكم في الإعدادات وينظم تدفق الهواء. ولأول مرة، أصبح الجهاز قادرًا على توفير الحجم المحدد بدقة في تقنية التحكم في حجم الهواء.

جهاز التنفس الصناعي مفتوح المصدر هو جهاز مصمم لحالات الكوارث، ويُصنع باستخدام تصميم مرخص ترخيصًا مجانيًا، ويفضل أن تكون مكوناته وأجزاؤه متاحة مجانًا. قد تتراوح التصاميم والمكونات والأجزاء بين الهندسة العكسية الكاملة والابتكارات الجديدة كليًا، وقد تكون المكونات عبارة عن تعديلات لمنتجات موجودة رخيصة الثمن، وقد تُطبع الأجزاء الخاصة التي يصعب العثور عليها أو باهظة الثمن بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بدلًا من استيرادها. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

خلال جائحة كوفيد-19 في الفترة 2019-2020 ، تمّ النظر في أنواع مختلفة من أجهزة التنفس الاصطناعي. وقد حدثت وفيات ناجمة عن كوفيد-19 عندما عانى المصابون بحالات شديدة من متلازمة الضائقة التنفسية الحادة ، وهي التهاب واسع النطاق في الرئتين يُضعف قدرة الرئتين على امتصاص الأكسجين وطرد ثاني أكسيد الكربون. يحتاج هؤلاء المرضى إلى جهاز تنفس اصطناعي فعّال لمواصلة التنفس.

من بين أجهزة التنفس الاصطناعي التي يُحتمل استخدامها لعلاج مرضى كوفيد-19، برزت العديد من المخاوف. تشمل هذه المخاوف مدى توفرها حاليًا، ^{[ 17 ] [ 18 ]} وتحدي إنتاج المزيد منها بتكلفة أقل، وفعاليتها، ^{[ 19 ]} وتصميمها الوظيفي ، وسلامتها، ^{[ 20 ] [ 21 ]} وسهولة نقلها، ^{[ 22 ]} ومدى ملاءمتها للرضع، ^{[ 23 ]} وإمكانية استخدامها لعلاج أمراض أخرى، وتدريب المشغلين. ^{[ 24 ]} إن استخدام أفضل مزيج ممكن من أجهزة التنفس الاصطناعي يُمكن أن يُنقذ أكبر عدد من الأرواح.

على الرغم من عدم طرحها رسميًا كمصدر مفتوح، فقد طُوّر جهاز التنفس الصناعي Ventec V+ Pro في أبريل 2020 كجهد مشترك بين شركتي Ventec Life Systems وجنرال موتورز ، لتوفير إمداد سريع من 30,000 جهاز تنفس صناعي قادر على علاج مرضى كوفيد-19. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

بدأ جهد تصميم عالمي كبير خلال جائحة فيروس كورونا 2019-2020 بعد بدء مشروع Hackaday ، ^{[ 27 ]} من أجل الاستجابة لنقص أجهزة التنفس الصناعي المتوقع الذي يتسبب في ارتفاع معدل الوفيات بين المرضى ذوي الحالات الحرجة.

في 20 مارس 2020، بدأت هيئة الخدمات الصحية الأيرلندية ^{[ 28 ]} بمراجعة التصاميم. ^{[ 29 ]} ويجري تصميم نموذج أولي واختباره في كولومبيا . ^{[ 30 ]}

أعلنت شركة أوربيكوم البولندية عن نجاح اختبار ^{[ 31 ]} لجهاز نموذجي مفتوح المصدر مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد يُدعى "فينتيل إيد". ويصفه مصنّعوه بأنه جهاز يُستخدم كحل أخير عند عدم توفر المعدات الطبية المتخصصة. التصميم متاح للعموم. ^{[ 32 ]} ويتطلب النموذج الأولي الأول من "فينتيل إيد" هواءً مضغوطًا للتشغيل.

في 21 مارس 2020، بدأ معهد نيو إنجلاند للأنظمة المعقدة (NECSI) في الاحتفاظ بقائمة استراتيجية لتصاميم المصادر المفتوحة قيد التطوير. ^{[ 33 ] [ 34 ]} يراعي مشروع NECSI القدرة التصنيعية، والسلامة الطبية، والحاجة إلى علاج المرضى في مختلف الحالات، وسرعة التعامل مع القضايا القانونية والسياسية، واللوجستيات والإمداد. ^{[ 35 ]} يضم فريق NECSI علماء من جامعتي هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وغيرهم ممن لديهم فهم للأوبئة، والطب، والأنظمة، والمخاطر، وجمع البيانات. ^{[ 35 ]}

بدأ مركز باكن للأجهزة الطبية بجامعة مينيسوتا تعاونًا مع شركات مختلفة لطرح بديل لأجهزة التنفس الاصطناعي في السوق، يعمل كجهاز روبوتي أحادي الذراع ، ويغني عن الحاجة إلى التهوية اليدوية في حالات الطوارئ. طُوّر جهاز كوفنتور في فترة وجيزة جدًا، وحصل على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية في 15 أبريل 2020، بعد 30 يومًا فقط من ابتكاره. صُمم جهاز التنفس الاصطناعي الميكانيكي للاستخدام من قبل متخصصين طبيين مدربين في وحدات العناية المركزة ، وهو سهل التشغيل. يتميز بتصميم صغير الحجم، وتكلفة تصنيعه وتوزيعه منخفضة نسبيًا، إذ لا تتجاوز تكلفته 4% من تكلفة جهاز التنفس الاصطناعي التقليدي. إضافةً إلى ذلك، لا يتطلب هذا الجهاز الأكسجين المضغوط أو الهواء المضغوط، كما هو معتاد. قامت شركة بوسطن ساينتيفيك بتصنيع الدفعة الأولى منه ، ومن المقرر إتاحته مجانًا للجمهور عبر الإنترنت دون أي رسوم. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

أدت جائحة كوفيد-19 إلى نقص في السلع والخدمات الأساسية ، بدءًا من معقمات الأيدي والكمامات وصولًا إلى الأسرة وأجهزة التنفس الاصطناعي. وقد شهدت دولٌ حول العالم نقصًا في أجهزة التنفس الاصطناعي. ^{[ 38 ]} علاوة على ذلك، فرضت أربع وخمسون حكومة، من بينها العديد من الحكومات في أوروبا وآسيا، قيودًا على صادرات الإمدادات الطبية استجابةً لجائحة فيروس كورونا. ^{[ 39 ]}

تختلف قدرات إنتاج وتوزيع أجهزة التنفس الاصطناعي ، الغازية وغير الغازية، من بلد لآخر. ففي المرحلة الأولى من الجائحة، كثّفت الصين إنتاجها من أجهزة التنفس الاصطناعي، وحصلت على تبرعات كبيرة من الشركات الخاصة، وزادت بشكل ملحوظ وارداتها من الأجهزة الطبية على مستوى العالم. ونتيجة لذلك، راكمت الصين مخزونًا كبيرًا من أجهزة التنفس الاصطناعي في ووهان طوال فترة الجائحة. أما أوروبا الغربية والولايات المتحدة، اللتان تتفوقان على الصين في قدراتهما الإنتاجية، فقد عانتا من نقص في الإمدادات بسبب تفشي المرض المفاجئ والمتفرق في قارتي أمريكا الشمالية وأوروبا. وأخيرًا، عانت آسيا الوسطى وأفريقيا وأمريكا اللاتينية ، التي تعتمد بشكل شبه كامل على استيراد أجهزة التنفس الاصطناعي، من نقص حاد في الإمدادات.

واجه واضعو السياسات الصحية تحديات جسيمة في تقدير عدد أجهزة التنفس الاصطناعي المطلوبة والمستخدمة خلال الجائحة. وعندما لا تتوفر بيانات محددة عن أجهزة التنفس الاصطناعي، تُجرى التقديرات أحيانًا بناءً على عدد أسرّة العناية المركزة المتاحة، والتي غالبًا ما تحتوي على أجهزة تنفس اصطناعي. ^{[ 40 ]}

• التهوية الاصطناعية
• الرئة الحديدية (جهاز تهوية الخزان)
• جهاز التنفس الصناعي براغ-بول
• جهاز تهوية سائل
• أجهزة مفتوحة المصدر
• العلاج التنفسي
• جهاز التنفس الصناعي عالي التردد من SensorMedics
• تجربة بالونين
• قائمة مصنعي أجهزة التنفس الصناعي
• روبرت مارتنسن
• جوزيف ستودارت

• الوسائط المتعلقة بأجهزة التنفس الاصطناعي على ويكيميديا ​​كومنز
• تعريف كلمة " جهاز التنفس الصناعي " في قاموس ويكشنري