換気器の進化：命を救う技術の理解

要約

機械式換気器は、さまざまな状態によって通常の呼吸ができなくなった場合に、呼吸器系を支援する現代医療において重要な実践である。1960年代に陽圧換気が登場して以来、COVID-19パンデミックのような極端な状況においてさらに重要性が高まっている。しかし、現在のモデルは大型で高価であり、運用には多大な訓練が必要である。本記事では、16世紀のアンドレアス・ヴェサリウスによる最初の機械換気の説明から最新の携帯型モデルまで、機械換気器の歴史と進化を探究し、より低コストでアクセスしやすい換気器の緊急需要について考察する。

呼吸器系の理解

機械換気器の価値を理解するには、まず呼吸器系の働きを理解する必要がある。呼吸をするとき、横隔膜が収縮し、空気を吸い込んで肺内の数百万の小さな袋である肺胞を膨らませる。これらの小さな風船は、血液で満たされた毛細血管の網で囲まれている。この血液は、膨らんだ肺胞から酸素を吸収し、二酸化炭素を残す。横隔膜が緩むと、CO2は酸素や他の気体と混ざって呼気として排出される。呼吸器系が正常に機能している場合、このプロセスは自動的に行われる。

呼吸器系の妨害要因

しかし、睡眠時無呼吸症、喘息、肺炎などのさまざまな状態によって呼吸器系が妨害されることがある。これらの状態により、肺は通常のように機能しなくなる。侵入する病原体は肺細胞を殺し、致命的な炎症や液体の蓄積を引き起こす免疫反応を引き起こすことがある。このような状況では、呼吸器系が機能しない場合に、機械換気器が酸素を体内に送り込むプロセスを引き継ぐ。

機械換気の導入 – 負圧換気

19世紀末には、換気技術は負圧に焦点を当てていた。医師たちは、負圧が自然な呼吸に近いものであり、肺内の空気の均等な分布を提供すると仮説を立てた。これを実現するために、医師たちは患者の体を密閉するような緊密なシールを作成し、木製の箱や特別に密閉された部屋に入れた。次に、室内の空気をポンプで排出し、空気圧を下げて患者の胸腔をより簡単に膨張させた。1928年には、鉄肺として知られる電動ポンプで駆動されるポータブルな金属製装置が開発された。鉄肺は20世紀中ごろまで病院において重要な役割を果たしていた。しかし、最もコンパクトな負圧設計でも、患者の移動を制限し、介護者のアクセスを妨げることが多かった。

陽圧換気

1960年代には、病院は軽度の症例に対しては陽圧換気にシフトし、圧力のかかったマスクを着用することで非侵襲的に行うことができた。しかし、より深刻な状況では、管を患者の気管に挿入し、吸入と呼気のための回路を形成するバルブや分岐パイプを備えたデバイスが必要となる。

現代の機械換気器

ほとんどの現代の換気器は、埋め込み型コンピューターシステムにより、患者の呼吸を監視し、気流を調整することができる。しかし、これらの機械は標準治療として使用されるのではなく、最後の手段として使用される。この圧力の高い空気の流入には強い鎮静が必要であり、繰り返しの換気は長期的な肺の損傷を引き起こす可能性がある。