Un pulmón de hierro es un tipo de ventilador de presión negativa (NPV), un respirador mecánico que encierra la mayor parte del cuerpo de una persona y varía la presión del aire en el espacio cerrado para estimular la respiración. [1] [2] [3] [4] Ayuda a respirar cuando se pierde el control muscular o el trabajo respiratorio excede la capacidad de la persona. [1] La necesidad de este tratamiento puede deberse a enfermedades como la polio y el botulismo y ciertos venenos (por ejemplo, barbitúricos , tubocurarina ).
El uso de pulmones de acero está en gran medida obsoleto en la medicina moderna a medida que se han desarrollado terapias respiratorias más modernas [5] y debido a la erradicación de la polio en la mayor parte del mundo. [6] Sin embargo, en 2020, la pandemia de COVID-19 reavivó cierto interés en el dispositivo como un sustituto barato y fácilmente producible de los ventiladores de presión positiva , que se temía que fueran superados en número por los pacientes que potencialmente necesitaban respiración asistida artificialmente temporalmente. [7] [8] [9] [10]
El pulmón de acero es un gran cilindro horizontal diseñado para estimular la respiración en pacientes que han perdido el control de sus músculos respiratorios. La cabeza del paciente queda expuesta fuera del cilindro, mientras que el cuerpo está sellado en el interior. La presión del aire dentro del cilindro se cicla para facilitar la inhalación y la exhalación. Dispositivos como los respiradores Drinker, Emerson y Both son ejemplos de pulmones de hierro, que pueden funcionar de forma manual o mecánica. Las versiones más pequeñas, como el ventilador de coraza y el ventilador de chaqueta, encierran sólo el torso del paciente. La respiración en los seres humanos se produce a través de presión negativa, donde la caja torácica se expande y el diafragma se contrae, lo que hace que el aire entre y salga de los pulmones.
El concepto de ventilación externa con presión negativa fue introducido por John Mayow en 1670. El primer dispositivo ampliamente utilizado fue el pulmón de hierro, desarrollado por Philip Drinker y Louis Shaw en 1928. Inicialmente utilizado para el tratamiento de intoxicaciones por gas de carbón , el pulmón de hierro ganó fama para tratar Insuficiencia respiratoria causada por la polio a mediados del siglo XX. John Haven Emerson introdujo una versión mejorada y más asequible en 1931. El respirador Both, una alternativa más barata y ligera al modelo Drinker, se inventó en Australia en 1937. El filántropo británico William Morris financió la producción de los respiradores Both-Nuffield, donándolos. a hospitales de Gran Bretaña y el Imperio Británico. Durante los brotes de polio de las décadas de 1940 y 1950, los pulmones de hierro llenaron las salas de los hospitales y ayudaron a los pacientes con diafragmas paralizados en su recuperación.
Los programas de vacunación contra la polio y el desarrollo de respiradores modernos casi han erradicado el uso de pulmones de acero en el mundo desarrollado. Los sistemas de ventilación de presión positiva , que soplan aire a los pulmones del paciente mediante intubación, se han vuelto más comunes que los sistemas de presión negativa como los pulmones de hierro. Sin embargo, la ventilación con presión negativa es más similar a la respiración fisiológica normal y puede ser preferible en condiciones excepcionales. En 2024 [actualizar], después de la muerte de Paul Alexander , el único paciente en los EE. UU., Martha Lillard todavía usa pulmones de acero. En respuesta a la pandemia de COVID-19 y a la escasez de ventiladores modernos, algunas empresas desarrollaron prototipos de versiones nuevas y fáciles de producir del pulmón de hierro.
El pulmón de hierro suele ser un gran cilindro horizontal en el que se coloca a una persona, con la cabeza sobresaliendo de un orificio en el extremo del cilindro, de modo que toda su cabeza (hasta la laringe) queda fuera del cilindro, expuesta al ambiente. aire y el resto de su cuerpo sellado dentro del cilindro, donde la presión del aire sube y baja continuamente para estimular la respiración. [1] [2] [3] [11] [12]
Para hacer que el paciente inhale, se bombea aire fuera del cilindro, lo que genera un ligero vacío, lo que hace que el pecho y el abdomen del paciente se expandan (extrayendo aire del exterior del cilindro, a través de la nariz o la boca expuestas del paciente, hacia sus pulmones). Luego, para que el paciente exhale, el aire dentro del cilindro se comprime ligeramente (o se permite que se iguale a la presión ambiental de la habitación), lo que provoca que el pecho y el abdomen del paciente colapsen parcialmente, lo que expulsa el aire de los pulmones a medida que el paciente exhala. a través de su boca y nariz expuestas, fuera del cilindro. [1] [2] [3] [11] [12]
Ejemplos del dispositivo incluyen el respirador Drinker, el respirador Emerson y el respirador Both. Los pulmones de hierro pueden funcionar de forma manual o mecánica, pero normalmente funcionan mediante un motor eléctrico conectado a un diafragma de bombeo flexible (comúnmente opuesto al extremo del cilindro desde la cabeza del paciente). [2] También se desarrollaron pulmones de hierro más grandes, "del tamaño de una habitación", que permitían la ventilación simultánea de varios pacientes (cada uno con la cabeza sobresaliendo de aberturas selladas en la pared exterior), con suficiente espacio en el interior para que una enfermera o un terapeuta respiratorio estuvieran presentes. dentro de la habitación cerrada, atendiendo a los pacientes. [2]
Las versiones más pequeñas del pulmón de hierro para un solo paciente incluyen el llamado ventilador de coraza (llamado así por la coraza , una armadura corporal que cubre el torso ). El ventilador de coraza encierra sólo el torso, o el pecho y el abdomen del paciente, pero por lo demás funciona esencialmente igual que el pulmón de hierro original de tamaño completo. Una variación liviana del ventilador de coraza es el ventilador de chaqueta o poncho o impermeable , que utiliza un material flexible e impermeable (como plástico o caucho) estirado sobre un marco de metal o plástico sobre el torso del paciente. [1] [7] [13] [14]
Los humanos, como la mayoría de los mamíferos, respiramos mediante respiración con presión negativa : [15] la caja torácica se expande y el diafragma se contrae, expandiendo la cavidad torácica . Esto hace que la presión en la cavidad torácica disminuya y los pulmones se expandan para llenar el espacio. Esto, a su vez, hace que la presión del aire dentro de los pulmones disminuya (se vuelve negativa, en relación con la atmósfera), y el aire fluye hacia los pulmones desde la atmósfera: inhalación . Cuando el diafragma se relaja ocurre lo contrario y la persona exhala . Si una persona pierde parte o la totalidad de la capacidad de controlar los músculos involucrados, la respiración se vuelve difícil o imposible.
En 1670, al científico inglés John Mayow se le ocurrió la idea de la ventilación externa con presión negativa. Mayow construyó un modelo que consta de fuelles y una vejiga para aspirar y expulsar aire. [16] El primer ventilador de presión negativa fue descrito por el médico británico John Dalziel en 1832. Unos años más tarde se describió el uso exitoso de dispositivos similares. Los primeros prototipos incluían un "Spirophore" accionado manualmente por fuelle diseñado por el Dr. Woillez de París (1876), [17] y una caja de madera hermética diseñada específicamente para el tratamiento de la polio por el Dr. Stueart de Sudáfrica (1918). La caja de Stueart estaba sellada en la cintura y los hombros con arcilla y accionada por un fuelle motorizado. [18]
Sin embargo, el primero de estos dispositivos que se utilizó ampliamente fue desarrollado en 1928 por Phillip Drinker y Louis Shaw de los Estados Unidos. [19] El pulmón de hierro, a menudo denominado en los primeros días como el "respirador Drinker", fue inventado por Philip Drinker (1894-1972) y Louis Agassiz Shaw Jr., profesores de higiene industrial en la Escuela de Salud Pública de Harvard . [20] [21] [22] [23] La máquina estaba impulsada por un motor eléctrico con bombas de aire de dos aspiradoras. Las bombas de aire cambiaron la presión dentro de una caja metálica rectangular hermética, introduciendo y sacando aire de los pulmones. [24] El primer uso clínico del respirador Drinker en un ser humano fue el 12 de octubre de 1928, en el Boston Children's Hospital en los EE. UU. [21] [25] El sujeto era una niña de ocho años que estaba casi muerta como resultado de una insuficiencia respiratoria debido a la polio. [23] Su dramática recuperación en menos de un minuto después de ser colocada en la cámara ayudó a popularizar el nuevo dispositivo. [22]
El fabricante de Boston Warren E. Collins comenzó la producción del pulmón de hierro ese año. [26] [27] Aunque inicialmente se desarrolló para el tratamiento de víctimas de intoxicación por gas de carbón, se utilizó más famosamente a mediados del siglo XX para el tratamiento de la insuficiencia respiratoria causada por la polio. [20]
El fisiólogo danés August Krogh , al regresar a Copenhague en 1931 de una visita a Nueva York donde vio la máquina Drinker en uso, construyó el primer respirador danés diseñado para fines clínicos. El dispositivo de Krogh se diferenciaba del de Drinker en que su motor funcionaba con agua de las tuberías de la ciudad. Krogh también fabricó una versión con respirador infantil. [28]
En 1931, John Haven Emerson (1906-1997) introdujo un pulmón de hierro mejorado y menos costoso. [29] [30] El pulmón de hierro de Emerson tenía una cama que podía deslizarse dentro y fuera del cilindro según fuera necesario, y el tanque tenía ventanas de portal que permitían a los asistentes alcanzar y ajustar las extremidades, las sábanas o las compresas calientes. [24] Drinker y la Universidad de Harvard demandaron a Emerson, alegando que había infringido los derechos de patente . Emerson se defendió argumentando que esos dispositivos que salvan vidas deberían estar disponibles gratuitamente para todos. [24] Emerson también demostró que todos los aspectos de las patentes de Drinker habían sido publicados o utilizados por otros en épocas anteriores. Dado que una invención debe ser nueva para ser patentable, la publicación/uso previo de la invención significaba que no era nueva y, por lo tanto, no patentable. Emerson ganó el caso y las patentes de Drinker fueron declaradas inválidas.
El primer pulmón de acero del Reino Unido fue diseñado en 1934 por Robert Henderson, un médico de Aberdeen . Henderson había visto una demostración del respirador Drinker a principios de la década de 1930 y construyó su propio dispositivo a su regreso a Escocia. Cuatro semanas después de su construcción, el respirador Henderson se utilizó para salvar la vida de un niño de 10 años de New Deer , Aberdeenshire, que padecía poliomielitis. A pesar de este éxito, Henderson fue reprendido por utilizar en secreto instalaciones hospitalarias para construir la máquina. [31] [32]
El respirador Both, un ventilador de presión negativa, se inventó en 1937, cuando la epidemia de poliomielitis en Australia creó una necesidad inmediata de más máquinas de ventilación para compensar la parálisis respiratoria. Aunque el modelo Drinker fue eficaz y salvó vidas, su uso generalizado se vio obstaculizado por el hecho de que las máquinas eran muy grandes, pesadas (alrededor de 750 libras o 340 kg), voluminosas y caras. En Estados Unidos, una máquina para adultos costaba alrededor de 2.000 dólares en 1930, y 2.000 libras esterlinas entregadas en Melbourne en 1936. El coste en Europa a mediados de la década de 1950 era de alrededor de 1.500 libras esterlinas. En consecuencia, había pocos dispositivos Drinker en Australia y Europa. [33]
El Departamento de Salud de Australia del Sur pidió a los hermanos de Adelaide, Edward y Don Both, que crearan un "pulmón de hierro" económico. [34] El ingeniero biomédico Edward Both diseñó y desarrolló un respirador de gabinete hecho de madera contrachapada que funcionaba de manera similar al dispositivo Drinker, con la adición de un diseño de dos válvulas que permitía el acceso temporal al cuerpo del paciente. [33] Mucho más barato de fabricar (sólo £ 100) que la máquina bebedora, el respirador Both también pesaba menos y podía construirse y transportarse más rápidamente. [33] [35] Tal era la demanda de las máquinas que a menudo eran utilizadas por los pacientes dentro de una hora de producción. [36]
Al visitar Londres en 1938 durante otra epidemia de polio, ambos produjeron allí respiradores adicionales que atrajeron la atención de William Morris (Lord Nuffield), un filántropo y fabricante de motores británico. Nuffield, intrigado por el diseño, financió la producción de aproximadamente 1700 máquinas en su fábrica de automóviles en Cowley y las donó a hospitales de toda Gran Bretaña y el Imperio Británico. [36] Pronto, los respiradores Both-Nuffield pudieron producirse por miles a aproximadamente una decimotercera parte del costo del diseño estadounidense. [34] A principios de la década de 1950, había más de 700 pulmones de hierro Both-Nuffield en el Reino Unido, pero sólo 50 dispositivos bebedores. [37]
Filas de pulmones de hierro llenaron las salas de los hospitales en el momento álgido de los brotes de polio de las décadas de 1940 y 1950, ayudando a niños, y a algunos adultos, con polio bulbar y polio bulboespinal. Un paciente de polio con un diafragma paralizado normalmente pasaría dos semanas dentro de un pulmón de hierro mientras se recupera. [38] [39]
Los programas de vacunación contra la polio prácticamente han erradicado nuevos casos de poliomielitis en el mundo desarrollado. Debido a esto, el desarrollo de ventiladores modernos y el uso generalizado de la intubación traqueal y la traqueotomía , el pulmón de hierro ha desaparecido prácticamente de la medicina moderna. En 1959, 1200 personas utilizaban respiradores de tanque en los Estados Unidos, pero en 2004 ese número había disminuido a solo 39. [38] En 2014, solo 10 personas se quedaron con un pulmón de acero. [40]
Los sistemas de ventilación con presión positiva son ahora más comunes que los sistemas de presión negativa. Los ventiladores de presión positiva funcionan soplando aire hacia los pulmones del paciente mediante intubación a través de las vías respiratorias; se utilizaron por primera vez en el Hospital Blegdams, Copenhague, Dinamarca, durante un brote de polio en 1952. [1] [41] [42] Resultó un éxito y en 1953 había reemplazado al pulmón de acero en toda Europa. [43]
El ventilador de presión positiva tiene la ventaja de que las vías respiratorias del paciente pueden despejarse y el paciente puede estar en una posición semisentada en la fase aguda de la polio. La tasa de mortalidad por el uso de pulmones de acero en pacientes con parálisis respiratoria podría llegar al 80% al 90%; la mayoría de los pacientes se ahogarían en su propia saliva porque sus músculos para tragar estaban paralizados o por el cierre de órganos debido a la acidosis debida al dióxido de carbono acumulado. en el torrente sanguíneo debido a la obstrucción de las vías respiratorias. Al utilizar ventiladores de presión positiva en lugar de pulmones de hierro, el equipo del hospital de Copenhague pudo reducir la tasa de mortalidad hasta el 11%. [44] El primer paciente tratado de esta manera fue una niña de 12 años llamada Vivi Ebert, que tenía polio bulbar.
El pulmón de acero ocupa actualmente un lugar marginal en la terapia respiratoria moderna . La mayoría de los pacientes con parálisis de los músculos respiratorios utilizan ventiladores mecánicos modernos que empujan el aire hacia las vías respiratorias con presión positiva. Generalmente son eficaces y tienen la ventaja de no restringir los movimientos de los pacientes ni la capacidad de los cuidadores para examinarlos tan significativamente como lo hace un pulmón de hierro. [ cita necesaria ]
A pesar de las ventajas de los sistemas de ventilación positiva, la ventilación con presión negativa es una aproximación más real a la respiración fisiológica normal y da como resultado una distribución más normal del aire en los pulmones. También puede ser preferible en ciertas condiciones raras, [1] como el síndrome de hipoventilación central , en el cual la falla de los centros respiratorios medulares en la base del cerebro hace que los pacientes no tengan control autónomo de la respiración. Al menos un paciente con polio reportado, Dianne Odell , tenía una deformidad en la columna que hacía que el uso de ventiladores mecánicos estuviera contraindicado . [45]
Hoy en día, al menos unos pocos pacientes todavía utilizan las máquinas más antiguas, a menudo en sus hogares, a pesar de la dificultad ocasional de encontrar piezas de repuesto. [46]
Joan Headley, de Post-Polio Health International, dijo que hasta el 28 de mayo de 2008, unos 30 pacientes en Estados Unidos todavía utilizaban un pulmón de hierro. [47] Esa cifra puede ser incorrectamente baja; Sólo en Houston había 19 pacientes con pulmón de acero que vivían en sus casas en 2008. [48]
Martha Mason de Lattimore , Carolina del Norte , murió el 4 de mayo de 2009, después de pasar 61 de sus 72 años en un pulmón de acero. [49]
El 30 de octubre de 2009, June Middleton de Melbourne, Australia, que había sido inscrita en el Libro Guinness de los Récords como la persona que pasó más tiempo en un pulmón de hierro, murió a los 83 años, después de haber pasado más de 60 años en su pulmón de hierro. . [50]
En 2013, las organizaciones Post-Polio Health International (PHI) estimaron que solo había entre seis y ocho usuarios de pulmón de acero en los Estados Unidos; en 2017, su director ejecutivo no sabía de ninguno. Sin embargo, luego surgieron informes de prensa de al menos tres (quizás los últimos tres) [51] usuarios de tales dispositivos, [52] despertando el interés entre aquellos en la comunidad makerspace como Naomi Wu [53] en la fabricación de componentes obsoletos. , particularmente las juntas. [54] [55]
En 2021, los programas Radio Diaries y All Things Considered de la Radio Pública Nacional dieron un informe sobre Martha Lillard, una de las últimas estadounidenses que quedan dependiendo del uso diario de un pulmón de acero, que había estado usando desde 1953. En su entrevista de audio, Informó que estaba teniendo problemas para conseguir piezas de repuesto para mantener su máquina funcionando correctamente. [56]
El 11 de marzo de 2024, Paul Alexander de Dallas, Texas, Estados Unidos, murió a la edad de 78 años. Había estado confinado a un pulmón de acero durante 72 años desde que tenía seis años, más tiempo que nadie, y fue el último hombre vivo. en un pulmón de hierro. Con su muerte, Martha Lillard es la única persona en Estados Unidos que se sabe que utiliza un pulmón de acero. [57]
A principios de 2020, en respuesta a la pandemia de COVID-19, para abordar la urgente escasez mundial de ventiladores modernos (necesarios para pacientes con COVID-19 avanzado y grave ), algunas empresas desarrollaron prototipos de versiones nuevas y fáciles de producir del pulmón de hierro. Estos desarrollos incluyeron:
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