I vecchi “polmoni di ferro” potrebbero sostituire gli attuali ventilatori

Il concetto alla base di questi dispositivi è abbastanza semplice. Il componente principale di un polmone di ferro è una camera, solitamente un tubo metallico (da cui la parte “di ferro” nel suo nome) che può adattarsi al corpo di un paziente dal collo in giù. Questo agisce come uno spazio chiuso in cui la pressione può essere modificata per aiutare i pazienti a respirare. L’altro componente principale del dispositivo è mobile e cambia effettivamente la pressione all’interno del tubo. Di solito, questo si presenta sotto forma di un diaframma di gomma collegato a un motore elettrico, sebbene siano state utilizzate altre fonti di energia, incluso il lavoro manuale.

I pazienti vengono posti all’interno di un polmone di ferro, con solo la testa e parte del collo (dalla laringe in su) lasciati fuori dal cilindro. Una membrana è posta intorno al collo per garantire che il cilindro sia sigillato. Successivamente, il diaframma viene ripetutamente retratto e contratto per alternare tra bassa e alta pressione all’interno della camera. Poiché la testa e le vie aeree del paziente sono lasciate all’esterno del cilindro, quando la pressione è bassa al suo interno, l’aria si muove all’interno dei polmoni del paziente. Quando la pressione aumenta all’interno del cilindro, l’aria viene espulsa.

L’intero processo rispecchia il modo in cui i nostri corpi gestiscono la respirazione. I nostri muscoli del diaframma attingono ai polmoni, aumentando il loro volume interno, che attira l’aria dall’esterno. Per espirare, il muscolo del diaframma preme sui polmoni, spingendo fuori l’aria. I polmoni di ferro funzionano più o meno allo stesso modo, ma si espandono e contraggono i polmoni insieme al resto della cavità toracica dall’esterno del corpo.

Questo processo è noto come respirazione a pressione negativa; nei polmoni viene generata una pressione bassa (“negativa”) per aspirare aria. La maggior parte dei ventilatori moderni funziona a pressione positiva: generano un’alta pressione all’interno del dispositivo per spingere l’ aria nei polmoni del paziente.

Un vantaggio di tali ventilatori è che i pazienti possono utilizzarli senza essere sedati o intubati. Da un lato, questo alleggerisce la pressione sulle forniture mediche di cui ogni paziente ha bisogno; dall’altro, abbatte i rischi associati all’uso di anestetici – come reazioni allergiche o overdose – e il rischio di lesioni meccaniche a seguito di intubazione.

Epidemie, pandemie

I polmoni di ferro hanno visto i loro massimi livelli di utilizzo nei paesi sviluppati durante le epidemie di poliomielite degli anni ’40 e ’50. Uno dei sintomi più letali della poliomielite è la paralisi muscolare, che può rendere impossibile la respirazione dei pazienti. I casi peggiori vedrebbero i pazienti che necessitano di ventilazione fino a diverse settimane. All’epoca, i polmoni di ferro erano l’unica opzione disponibile per la ventilazione meccanica e salvavano innumerevoli vite.

Con il progredire della tecnologia, tuttavia, i polmoni di ferro sono caduti in disuso. Erano macchine ingombranti e intimidatorie, difficili da trasportare e immagazzinare nonostante la loro affidabilità e semplicità meccanica. Con ventilatori più compatti, l’avvento dell’intubazione diffusa e tecniche come le tracheostomie, tali dispositivi sono rapidamente diminuiti in numero e utilizzo. Da un’altezza stimata di circa 1.200 dispositivi polmonari in ferro negli Stati Uniti negli anni ’40 e ’50, si stima che meno di 30 siano ancora in uso oggi

Ci sono ovvi paralleli tra quelle epidemie di poliomielite del passato e l’odierna pandemia di COVID-19 per quanto riguarda la necessità di ventilazione. A causa di ciò, macchine come il polmone di ferro sono state suggerite come possibile opzione di trattamento per i pazienti COVID-19. Nella maggior parte dei casi, tali dispositivi possono aiutare, ma non in tutti.

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In caso di gravi infezioni da COVID-19, i tessuti dei polmoni stessi sono pesantemente colpiti. Un accumulo di liquido nei polmoni può fisicamente impedire all’aria di raggiungere gli alveoli (le strutture polmonari in cui i gas vengono scambiati tra il sangue e l’ambiente). Mentre i polmoni di ferro possono eseguire i movimenti necessari per respirare anche per i pazienti che non sono in grado di farlo da soli, non possono generare una pressione sufficiente per spingere l’aria attraverso i tessuti colpiti da un’infezione da COVID-19. “I polmoni di ferro non funzioneranno per i pazienti affetti da gravi infezioni da COVID-19”, spiega Douglas Gardenhire, Professore associato clinico e Presidente di terapia respiratoria presso il Dipartimento di terapia respiratoria della Georgia State University (GSU). “La polio ha interrotto la connessione tra cervello e diaframma e sebbene alcuni pazienti con polio avessero la polmonite, non era il problema principale. Per la maggior parte, i polmoni stessi non hanno avuto alcun cambiamento nelle loro caratteristiche dinamiche”.

“La polmonite da COVID-19 modifica fisicamente la composizione dei polmoni”, aggiunge Robert Murray, un assistente Professore clinico presso la GSU. “Il consolidamento del fluido nei polmoni non risponderà con la bassa pressione generata dal polmone di ferro. I polmoni di un paziente COVID-19 saranno un mix eterogeneo di tessuto polmonare normale e consolidato che renderà molto difficile la ventilazione meccanica”.

Ancora un’alternativa

Sebbene i pazienti con gravi infezioni da COVID-19 potrebbero non trarre beneficio dal polmone di ferro, ci sono casi in cui il dispositivo può rivelarsi utile. Un documento ( Chandrasekaranm, Shaji , 2021 ) spiega che c’è ancora bisogno di ventilatori a pressione negativa negli ospedali moderni, specialmente per i pazienti che hanno subito lesioni polmonari indotte dal ventilatore. L’uso di ventilatori a pressione negativa, specialmente in combinazione con un casco per ossigeno, può anche svolgere un ruolo nel ridurre il numero di infezioni limitando la diffusione di virus attraverso materiali contaminati nei casi in cui le risorse sono ridotte.

Mentre il concetto viene mantenuto, tuttavia, i dispositivi attuali stanno ricevendo un aggiornamento. Un esempio è il dispositivo prodotto dall’ente benefico britannico Exovent , che mira a essere un polmone di ferro più portatile. L’obiettivo finale di Exovent è fornire un dispositivo salvavita che imporrà meno limiti alle attività che i pazienti possono intraprendere. Un miglioramento apparentemente semplice, ad esempio, è che i pazienti possono usare le mani per toccarsi il viso anche mentre il dispositivo Exovent è in funzione. È anche possibile mangiare o bere durante l’utilizzo del dispositivo.

Il ventilatore di Exovent è stato progettato prima dell’epidemia di coronavirus per aiutare i milioni di persone che soffrono di problemi respiratori, inclusa la polmonite, in tutto il mondo. Tuttavia, i suoi progettisti sono fiduciosi che, insieme ai caschi per ossigeno, possa aiutare i pazienti che si stanno riprendendo da un’infezione da coronavirus, un processo che li lascia con difficoltà respiratorie per mesi.

Tutto considerato, i polmoni di ferro hanno fatto un’enorme differenza per la vita di innumerevoli pazienti in passato e continuano a servirne molti. Sebbene la maggior parte di essi oggi sembrino dispositivi arcaici, gli ingegneri stanno lavorando per aggiornarli e migliorarli per i giorni nostri. E, tra i moderni ventilatori, sembra esserci ancora un ruolo – e una necessità – per dispositivi come i polmoni di ferro.

Fonte:ZMEScience