الرئة الحديدية

في عام 1670، ابتكر العالم الإنجليزي جون مايو فكرة التهوية الخارجية بالضغط السلبي. بنى مايو نموذجًا يتكون من منفاخ ومثانة لسحب الهواء وطرده. ^{[ 13 ]} وصف الطبيب البريطاني جون دالزيل أول جهاز تهوية بالضغط السلبي عام 1832. ووُصفت استخدامات ناجحة لأجهزة مماثلة بعد بضع سنوات. شملت النماذج الأولية جهاز "سبيروفور" يعمل يدويًا بمنفاخ، صممه الدكتور وويليز من باريس (1876)، ^{[ 14 ]} وصندوقًا خشبيًا محكم الإغلاق صممه خصيصًا لعلاج شلل الأطفال الدكتور ستيوارت من جنوب إفريقيا (1918). كان صندوق ستيوارت مغلقًا عند الخصر والكتفين بالطين، ويعمل بمنفاخ بمحرك. ^{[ 15 ]}

مع ذلك، طُوِّر أول جهاز من هذه الأجهزة على نطاق واسع عام 1928 على يد فيليب درينكر ولويس شو من الولايات المتحدة. ^{[ 16 ]} اخترع فيليب درينكر (1894-1972) ولويس أغاسيز شو الابن، أستاذا الصحة المهنية في كلية هارفارد للصحة العامة ، جهاز الرئة الحديدية، الذي كان يُشار إليه غالبًا في بداياته باسم "جهاز تنفس درينكر". ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} كان الجهاز يعمل بمحرك كهربائي مزود بمضخات هواء من مكنستين كهربائيتين. تُغير مضخات الهواء الضغط داخل صندوق معدني مستطيل محكم الإغلاق، ساحبةً الهواء من وإلى الرئتين. ^{[ 20 ]} كان أول استخدام سريري لجهاز تنفس درينكر على إنسان في 12 أكتوبر 1928، في مستشفى بوسطن للأطفال في الولايات المتحدة. ^{[ 18 ] [ 21 ]} كانت المريضة فتاة تبلغ من العمر ثماني سنوات، كانت على وشك الموت نتيجة فشل تنفسي ناجم عن شلل الأطفال. ^{[ 19 ]} ساهم تعافيها المذهل في أقل من دقيقة من وضعها في الحجرة في انتشار الجهاز الجديد. ^{[ 22 ]}

تم اختراع جهاز التنفس الصناعي "بوث"، وهو جهاز تهوية يعمل بضغط سلبي، عام 1937 عندما تسبب وباء شلل الأطفال في أستراليا في حاجة ماسة إلى المزيد من أجهزة التهوية لتعويض شلل الجهاز التنفسي. ورغم فعالية نموذج "درينكر" وإنقاذه للأرواح، إلا أن انتشاره الواسع أعاقه حجمه الكبير ووزنه الثقيل (حوالي 340  كيلوغرامًا  ) وضخامته وارتفاع سعره. فقد بلغ سعر الجهاز المخصص للبالغين حوالي 2000 دولار أمريكي في الولايات المتحدة عام 1930 ( ما يعادل 39000 دولار أمريكي عام 2025 )، وحوالي 1500 جنيه إسترليني في أوروبا في منتصف خمسينيات القرن الماضي ( ما يعادل 34000 دولار أمريكي عام 2025 ). وبلغت تكلفة الجهاز الواحد الذي تم توصيله إلى ملبورن عام 1936 حوالي 2000 جنيه إسترليني ( ما يعادل 216000 دولار أمريكي عام 2022 ). ونتيجة لذلك، كان عدد أجهزة "درينكر" في أستراليا وأوروبا قليلًا. ^{[ 30 ]}

طلبت وزارة الصحة في جنوب أستراليا من الأخوين إدوارد ودون بوث من مدينة أديلايد تصميم جهاز تنفس صناعي منخفض التكلفة يُعرف باسم "الرئة الحديدية". ^{[ 31 ]} قام المهندس الطبي الحيوي إدوارد بوث بتصميم وتطوير جهاز تنفس صناعي مصنوع من الخشب الرقائقي، يعمل بطريقة مشابهة لجهاز درينكر، مع إضافة تصميم ثنائي الصمام يسمح بالوصول المؤقت إلى جسم المريض. ^{[ 30 ]} كان جهاز التنفس الصناعي من بوث أرخص بكثير في التصنيع (100 جنيه إسترليني فقط) من جهاز درينكر، كما أنه أخف وزنًا ويمكن تصنيعه ونقله بسرعة أكبر. ^{[ 30 ] [ 32 ]} ونظرًا للطلب الكبير على هذه الأجهزة، كان المرضى يستخدمونها غالبًا في غضون ساعة من إنتاجها. ^{[ 33 ]}

أثناء زيارته للندن عام ١٩٣٨ خلال وباء شلل الأطفال، أنتج بوث أجهزة تنفس إضافية هناك، ما لفت انتباه ويليام موريس (اللورد نوفيلد) ، وهو مصنّع سيارات بريطاني وفاعل خير. أعجب نوفيلد بالتصميم، فموّل إنتاج حوالي ١٧٠٠ جهاز في مصنعه للسيارات في كولي ، وتبرع بها للمستشفيات في جميع أنحاء بريطانيا والإمبراطورية البريطانية. ^{[ ٣٣ ]} وسرعان ما أصبح بالإمكان إنتاج أجهزة التنفس من طراز بوث-نوفيلد بالآلاف بتكلفة تُعادل ثلث تكلفة التصميم الأمريكي تقريبًا. ^{[ ٣١ ]} وبحلول أوائل الخمسينيات، كان هناك أكثر من ٧٠٠ جهاز تنفس صناعي من طراز بوث-نوفيلد في المملكة المتحدة، مقابل ٥٠ جهازًا فقط من طراز درينكر. ^{[ ٣٤ ]}

• 
  جهاز تنفس صناعي من نوع "بوث" يُستخدم لعلاج مريض في المستشفى العسكري الأسترالي رقم 110 عام 1943
• 
  يعرض متحف ثاكراي للطب في ليدز جهاز التنفس الصناعي نوفيلد . وتظهر الصور عملية التجميع في مصنع موريس للسيارات. ^{[ 35 ]}

امتلأت أجنحة المستشفيات بصفوف من أجهزة التنفس الاصطناعي في ذروة تفشي شلل الأطفال في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين، لمساعدة الأطفال، وبعض البالغين، المصابين بشلل الأطفال البصلي وشلل الأطفال البصلي النخاعي. وكان مريض شلل الأطفال المصاب بشلل في الحجاب الحاجز يقضي عادةً أسبوعين داخل جهاز التنفس الاصطناعي أثناء فترة النقاهة. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

تفاوتت نتائج علاج مرضى شلل الأطفال باستخدام أجهزة التنفس الاصطناعي (الرئة الحديدية) تبعًا لشدة حالتهم ومدة العلاج: ^{[ 38 ]} احتاج معظم المرضى إلى الرئة الحديدية لبضعة أسابيع أو أشهر فقط. مع ذلك، واجهت فئة قليلة مصابة بشلل دائم في عضلات الصدر ملازمة الرئة الحديدية مدى الحياة. غالبًا ما كان تعلم التنفس مجددًا خارج الرئة الحديدية عملية صعبة ومخيفة للمرضى. تمكن معظمهم تدريجيًا من تقوية عضلات الصدر من خلال العلاج، مما سمح لهم بقضاء فترات زمنية متزايدة خارج الجهاز. استطاع بعض المرضى التعافي التام وإنهاء العلاج. في الحالات الشديدة، ظهرت مضاعفات مميتة، لا سيما الالتهاب الرئوي الاستنشاقي واضطراب مركز التنفس المركزي. في أواخر القرن العشرين، نجحت برامج التطعيم في القضاء شبه التام على حالات شلل الأطفال الجديدة في العالم المتقدم. نتيجة لذلك ، ومع تطور أجهزة التنفس الاصطناعي الحديثة ، والاستخدام الواسع النطاق للتنبيب الرغامي وفغر الرغامي ، اختفت الرئة الحديدية تقريبًا من الطب الحديث. في عام 1959، كان 1200 شخص يستخدمون أجهزة التنفس الاصطناعي في الولايات المتحدة، ولكن بحلول عام 2004 انخفض هذا العدد إلى 39 شخصًا فقط. ^{[ 36 ]} وبحلول عام 2014، لم يتبق سوى 10 أشخاص يستخدمون جهاز التنفس الاصطناعي. ^{[ 39 ]}

أصبحت أنظمة التهوية ذات الضغط الإيجابي أكثر شيوعًا من أنظمة الضغط السلبي. تعمل أجهزة التهوية ذات الضغط الإيجابي عن طريق ضخ الهواء إلى رئتي المريض عبر أنبوب التنفس ؛ وقد استُخدمت لأول مرة في مستشفى بليدجامز ، كوبنهاغن، الدنمارك، خلال تفشي شلل الأطفال عام 1952. ^{[ 40 ] [ 41 ]} وقد حققت نجاحًا، وبحلول عام 1953 حلت محل جهاز الرئة الحديدية في جميع أنحاء أوروبا. ^{[ 42 ]}

يتميز جهاز التنفس ذو الضغط الإيجابي بإمكانية فتح مجرى الهواء لدى المريض، كما يسمح بوضعه في وضعية شبه جلوس خلال المرحلة الحادة من شلل الأطفال. وقد تصل نسبة الوفيات عند استخدام أجهزة التنفس الاصطناعي التقليدية (الرئة الحديدية) لمرضى شلل الجهاز التنفسي إلى 80% أو 90%، حيث يموت معظم المرضى إما غرقًا في لعابهم نتيجة شلل عضلات البلع، أو بسبب توقف وظائف الأعضاء نتيجة الحماض الناجم عن تراكم ثاني أكسيد الكربون في مجرى الدم بسبب انسداد مجرى الهواء. وباستخدام أجهزة التنفس ذات الضغط الإيجابي بدلًا من أجهزة التنفس الاصطناعي التقليدية، تمكن فريق مستشفى كوبنهاغن من خفض نسبة الوفيات إلى 11% في نهاية المطاف. ^{[ 42 ]} وكانت أول مريضة عولجت بهذه الطريقة فتاة تبلغ من العمر 12 عامًا تُدعى فيفي إيبرت، مصابة بشلل الأطفال البصلي.

أصبح استخدام جهاز التنفس الصناعي (الرئة الحديدية) محدوداً في العلاج التنفسي الحديث . فمعظم المرضى المصابين بشلل عضلات التنفس يستخدمون أجهزة التنفس الاصطناعي الحديثة التي تدفع الهواء إلى مجرى الهواء بضغط إيجابي. وتتميز هذه الأجهزة بفعاليتها عموماً، كما أنها لا تحد من حركة المرضى أو قدرة مقدمي الرعاية على فحصهم بنفس القدر الذي يفعله جهاز التنفس الصناعي.

على الرغم من مزايا أنظمة التهوية الإيجابية، فإن التهوية السلبية تُعدّ أقرب إلى التنفس الفسيولوجي الطبيعي، وتؤدي إلى توزيع أكثر طبيعية للهواء في الرئتين. وقد تكون مفضلة في بعض الحالات النادرة، ^{[ 1 ]} مثل متلازمة نقص التهوية المركزي ، حيث يؤدي فشل مراكز التنفس في النخاع المستطيل في قاعدة الدماغ إلى فقدان المرضى السيطرة اللاإرادية على التنفس. وقد سُجّلت حالة واحدة على الأقل لمريضة شلل أطفال، ديان أوديل ، كانت تعاني من تشوه في العمود الفقري، مما جعل استخدام أجهزة التنفس الاصطناعي ممنوعًا . ^{[ 43 ]}

ذكرت جوان هيدلي من منظمة الصحة الدولية لمرضى شلل الأطفال أنه حتى 28 مايو/أيار 2008، كان حوالي 30 مريضًا في الولايات المتحدة لا يزالون يستخدمون جهاز التنفس الصناعي. ^{[ 44 ]} وتشير التقديرات إلى أن 19 مريضًا كانوا يعيشون في منازلهم في هيوستن . ^{[ 45 ]}

توفيت مارثا ماسون من لاتيمور ، بولاية كارولاينا الشمالية ، في 4 مايو/أيار 2009، بعد أن قضت 61 عامًا من عمرها البالغ 72 عامًا في جهاز التنفس الصناعي. ^{[ 46 ]} وفي 30 أكتوبر/تشرين الأول من العام نفسه، توفيت جون ميدلتون من ملبورن، أستراليا، التي سُجّلت في موسوعة غينيس للأرقام القياسية كأطول شخص قضى وقتًا في جهاز التنفس الصناعي، عن عمر يناهز 83 عامًا، بعد أن قضت أكثر من 60 عامًا في جهاز التنفس الصناعي. ^{[ 47 ]}

في عام 2013، قدّرت منظمة الصحة الدولية لمرضى ما بعد شلل الأطفال أن ما بين ستة إلى ثمانية مرضى في الولايات المتحدة كانوا لا يزالون يستخدمون جهاز التنفس الصناعي. ^{[ 48 ]} وبحلول عام 2017، انخفض هذا العدد إلى ثلاثة. ^{[ 49 ]} وللمساعدة في استمرار تشغيل هذه الأجهزة، درس بعض الشخصيات في مجتمع ورش العمل الإبداعية، بمن فيهم نعومي وو، إمكانية طباعة قطع الغيار ثلاثية الأبعاد، مثل الحشيات. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

في عام 2021، سلط برنامجا "يوميات الراديو" و" كل شيء يؤخذ في الاعتبار" التابعان للإذاعة الوطنية العامة الضوء على مارثا ليلارد ، إحدى آخر الأمريكيين الذين يعتمدون على استخدام جهاز التنفس الصناعي يوميًا، والذي كانت تستخدمه منذ عام 1953. وفي مقابلتها، ذكرت أنها تواجه صعوبات في الحصول على قطع غيار للحفاظ على عمل جهازها بشكل صحيح. ^{[ 52 ]}

في 11 مارس 2024، توفي بول ألكسندر من دالاس، تكساس، الولايات المتحدة الأمريكية، عن عمر يناهز 78 عامًا. كان يستخدم جهاز التنفس الصناعي لمدة 72 عامًا منذ أن كان في السادسة من عمره. ^{[ 53 ]} وقد اعترفت موسوعة غينيس للأرقام القياسية بألكسندر كأطول مريض يستخدم جهاز التنفس الصناعي قبل وفاته. ^{[ 54 ]} وبعد أكثر من عامين، توفيت مارثا ليلارد، آخر مريضة شلل أطفال في الولايات المتحدة لا تزال تستخدم جهاز التنفس الصناعي، في 26 يونيو 2026 عن عمر يناهز 78 عامًا. ^{[ 54 ]}

في أوائل عام 2020، واستجابةً لجائحة كوفيد-19، ولمعالجة النقص العالمي الحاد في أجهزة التنفس الاصطناعي الحديثة (اللازمة للمرضى المصابين بحالات متقدمة وشديدة من كوفيد-19 )، طورت بعض الشركات نماذج أولية لإصدارات جديدة سهلة الإنتاج من جهاز التنفس الصناعي. وشملت هذه التطورات ما يلي:

• تم تطوير جهاز "exovent" صغير الحجم بحجم الجذع بواسطة فريق في المملكة المتحدة، والذي ضم جامعة وارويك ، والمستشفى الملكي الوطني للأنف والأذن والحنجرة ، ومجموعة مارشال للفضاء والدفاع ، ومؤسسة إمبريال كوليدج للرعاية الصحية التابعة لهيئة الخدمات الصحية الوطنية ، إلى جانب فرق من الأطباء السريريين والأكاديميين والمصنعين والمهندسين وعلماء المواطنين ^{[ 5 ] [ 55 ].}
• رئة حديدية كاملة الحجم تم تطويرها في الولايات المتحدة بواسطة فريق بقيادة شركة Hess Services, Inc. من هايز، كانساس ^{[ 6 ] [ 7 ]}