Żelazne płuco. Czym jest, jak działa i dlaczego ratowało życie chorym na polio?

Z tego artykułu dowiesz się, że: 

• Żelazne płuco było urządzeniem do mechanicznego wspomagania oddychania, wykorzystywanym przede wszystkim u pacjentów z porażeniem mięśni oddechowych.
• Jego działanie polegało na wytwarzaniu zmian ciśnienia wokół klatki piersiowej, które umożliwiały wykonywanie wdechów i wydechów.
• Szczególne znaczenie miało podczas epidemii polio, zanim upowszechniły się szczepienia i współczesne metody wentylacji.
• Niektórzy pacjenci korzystali z urządzenia przez dziesięciolecia, jednak obecnie stosuje się je niezwykle rzadko. 

Żelazne płuco – co to jest i jak wygląda? 

Żelazne płuco to rodzaj respiratora podciśnieniowego, który wspomaga lub zastępuje pracę mięśni oddechowych. Urządzenie ma postać dużej, szczelnej, cylindrycznej komory wykonanej z metalu, umieszczonej na specjalnym stelażu. 

Pacjent leży wewnątrz komory, natomiast jego głowa pozostaje na zewnątrz. Szczelny kołnierz wokół szyi umożliwia wytwarzanie odpowiedniego ciśnienia bez ograniczania dostępu do twarzy i dróg oddechowych. 

Ze względu na charakterystyczny wygląd urządzenie bywa określane jako metalowe płuco. Nazwa ta nie oznacza jednak, że zastępuje ono naturalne płuca. Jego zadaniem jest umożliwienie przepływu powietrza przez drogi oddechowe, gdy pacjent nie może samodzielnie poruszać klatką piersiową. 

Czytaj też:
Zaburzenia oddychania – przyczyny, rodzaje, leczenie

Jak działa żelazne płuco? 

Aby zrozumieć zasadę działania urządzenia, warto przypomnieć, jak przebiega naturalne oddychanie.

Podczas wdechu przepona kurczy się i obniża, a klatka piersiowa zwiększa swoją objętość. Powoduje to spadek ciśnienia w pęcherzykach płucnych, dzięki czemu powietrze napływa do płuc. Żelazne płuco wykorzystuje podobny mechanizm, ale zmiany ciśnienia wytwarza mechanicznie. Specjalna pompa naprzemiennie obniża i przywraca ciśnienie wewnątrz komory otaczającej ciało pacjenta.

Cykl pracy urządzenia obejmuje dwa etapy: 

1. wdech – obniżenie ciśnienia w komorze powoduje rozszerzenie klatki piersiowej i napływ powietrza do płuc,
2. wydech – powrót ciśnienia do wartości atmosferycznej umożliwia sprężyste zmniejszenie objętości klatki piersiowej i usunięcie powietrza z płuc. 

W przeciwieństwie do większości współczesnych respiratorów urządzenie nie wtłacza powietrza bezpośrednio do dróg oddechowych. Wytwarza warunki umożliwiające wykonywanie ruchów oddechowych mimo osłabienia lub porażenia mięśni. 

Dlaczego żelazne płuco stosowano podczas epidemii polio? 

Największe znaczenie urządzenie zyskało w pierwszej połowie XX wieku, szczególnie podczas epidemii poliomyelitis, czyli choroby Heinego-Medina. Polio jest zakaźną chorobą wirusową, która może prowadzić do uszkodzenia neuronów ruchowych. W ciężkich przypadkach dochodzi do porażenia mięśni kończyn, a niekiedy również przepony i innych mięśni odpowiedzialnych za oddychanie.  Pacjent może wówczas zachować świadomość, ale nie być w stanie wykonać skutecznego wdechu. Bez wspomagania wentylacji rozwija się niewydolność oddechowa, stanowiąca bezpośrednie zagrożenie życia.

Żelazne płuco pozwalało utrzymać oddychanie do czasu poprawy funkcji mięśni lub zapewniało długotrwałe wsparcie pacjentom z nieodwracalnym porażeniem. Szczególnie ważne było to w okresie, gdy nie dysponowano jeszcze powszechnie dostępnymi, nowoczesnymi respiratorami. 

Rozwój urządzenia wiąże się z pracami Philipa Drinkera i Louisa Shawa pod koniec lat 20. XX wieku. W kolejnych dekadach stało się ono symbolem walki z epidemiami polio. Przełom przyniosło dopiero wprowadzenie skutecznych szczepionek przeciw poliowirusowi, które doprowadziły do znacznego ograniczenia liczby zachorowań i ciężkich powikłań.

W jakich innych chorobach stosowano żelazne płuco? 

Choć urządzenie kojarzy się przede wszystkim z polio, mogło być wykorzystywane także w innych stanach przebiegających z osłabieniem lub porażeniem mięśni oddechowych.

Do schorzeń, w których może wystąpić konieczność mechanicznego wspomagania oddychania, należą: 

• zespół Guillaina-Barrégo – choroba, w której uszkodzenie nerwów obwodowych może prowadzić do narastającego osłabienia mięśni,
• stwardnienie zanikowe boczne (SLA) – postępująca choroba neuronów ruchowych, która z czasem może obejmować mięśnie oddechowe,
• miastenia – szczególnie w przebiegu przełomu miastenicznego, gdy dochodzi do znacznego osłabienia mięśni,
• urazy rdzenia kręgowego – zwłaszcza uszkodzenia w odcinku szyjnym, zaburzające unerwienie przepony,
• botulizm – zatrucie toksyną botulinową, które może powodować porażenie mięśni. 

Współcześnie w takich sytuacjach wykorzystuje się przede wszystkim nowoczesne metody wentylacji mechanicznej, dobierane do stanu pacjenta i przyczyny niewydolności oddechowej. 

Żelazne płuco a współczesny respirator – czym się różnią? 

Zarówno historyczne urządzenie, jak i nowoczesny respirator mają wspólny cel: zapewnienie odpowiedniej wentylacji płuc.

Różnią się jednak sposobem działania: 

• żelazne płuco wykorzystuje wentylację podciśnieniową, natomiast większość współczesnych respiratorów działa na zasadzie wentylacji dodatnim ciśnieniem. Oznacza to, że dostarczają powietrze do dróg oddechowych przez maskę, rurkę intubacyjną lub rurkę tracheostomijną,
• nowoczesne urządzenia umożliwiają precyzyjne dostosowanie parametrów oddechowych, monitorowanie stanu pacjenta i stosowanie różnych trybów wentylacji. Są również znacznie mniejsze, co ułatwia ich wykorzystanie zarówno w szpitalach, jak i podczas opieki domowej. 

Warto przy tym odróżnić respirator od urządzeń określanych jako sztuczne płuco. Przykładem technologii wspomagającej wymianę gazową jest ECMO, czyli pozaustrojowe utlenowanie krwi. W odróżnieniu od respiratora metoda ta umożliwia natlenianie krwi i usuwanie z niej dwutlenku węgla poza organizmem. 

Czy żelazne płuco jest nadal używane? 

Obecnie żelazne płuco ma przede wszystkim znaczenie historyczne. Rozwój respiratorów dodatniociśnieniowych, skuteczniejsze metody leczenia niewydolności oddechowej oraz szczepienia przeciw polio sprawiły, że urządzenie niemal całkowicie wycofano z praktyki klinicznej. Nie oznacza to jednak, że sama koncepcja wentylacji podciśnieniowej została zapomniana. Jej zasady wykorzystywano również w innych konstrukcjach urządzeń wspomagających oddychanie. 

Historia żelaznego płuca przypomina, jak ogromne znaczenie dla medycyny miało opracowanie metod mechanicznego wspomagania oddechu. Urządzenie, które dziś może wydawać się nieporęczne i przestarzałe, przez dziesięciolecia stanowiło dla wielu pacjentów jedyną możliwość przeżycia ciężkiej niewydolności oddechowej.

FAQ – Najczęściej zadawane pytania o żelazne płuco

Czym jest żelazne płuco?

Żelazne płuco to rodzaj respiratora podciśnieniowego, który wspomagał oddychanie u osób z porażeniem lub osłabieniem mięśni oddechowych. Miało postać szczelnej, metalowej komory obejmującej ciało pacjenta z wyjątkiem głowy.

Jak działa żelazne płuco?

Urządzenie naprzemiennie obniżało i przywracało ciśnienie wewnątrz komory. Dzięki temu klatka piersiowa rozszerzała się i kurczyła, umożliwiając wdech oraz wydech.

Dlaczego żelazne płuco stosowano u chorych na polio?

Polio mogło prowadzić do porażenia przepony i innych mięśni oddechowych, uniemożliwiając pacjentom samodzielne oddychanie. Żelazne płuco zapewniało im wentylację i zwiększało szanse na przeżycie.

Czy żelazne płuco było tym samym co respirator?

Żelazne płuco było rodzajem respiratora, ale działało inaczej niż większość współczesnych urządzeń. Wykorzystywało podciśnienie wokół klatki piersiowej, podczas gdy nowoczesne respiratory najczęściej dostarczają powietrze do płuc pod dodatnim ciśnieniem.

Czy żelazne płuco jest nadal używane?

Obecnie urządzenie stosuje się niezwykle rzadko. Zostało niemal całkowicie zastąpione przez nowoczesne respiratory i inne metody wspomagania oddychania.

Czy pacjent mógł żyć w żelaznym płucu przez wiele lat?

Tak. Niektórzy pacjenci z trwałym porażeniem mięśni oddechowych korzystali z żelaznego płuca przez dziesięciolecia, ponieważ urządzenie zapewniało im stałe wspomaganie oddychania.

W jakich chorobach oprócz polio stosowano żelazne płuco?

Żelazne płuco mogło być wykorzystywane również u osób z innymi schorzeniami powodującymi osłabienie lub porażenie mięśni oddechowych, np. w przebiegu zespołu Guillaina-Barrégo, miastenii czy urazów rdzenia kręgowego.

Przeczytaj również:
Badania czynnościowe układu oddechowego