Un pulmón de acero es un tipo de ventilador de presión negativa , 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] [ citas excesivas ] 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 ser resultado de 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 [4] y debido a la erradicación de la polio en la mayor parte del mundo. [5] Sin embargo, en 2020, la pandemia de COVID-19 reavivó cierto interés en el dispositivo como un sustituto barato y de fácil producción para los ventiladores de presión positiva , que se temía que fueran superados en número por los pacientes que potencialmente necesitaran respiración artificial asistida temporal. [6] [7] [8] [ citas excesivas ]
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 está 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 acero, que pueden accionarse de forma manual o mecánica. Las versiones más pequeñas, como el respirador de coraza y el respirador de chaqueta, encierran solo el torso del paciente. La respiración en los 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 con presión negativa externa fue introducido por John Mayow en 1670. El primer dispositivo ampliamente utilizado fue el pulmón de acero, desarrollado por Philip Drinker y Louis Shaw en 1928. Inicialmente utilizado para el tratamiento de la intoxicación por gas de carbón , el pulmón de acero ganó fama para tratar la insuficiencia respiratoria causada por la polio a mediados del siglo XX. John Haven Emerson presentó 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 toda Gran Bretaña y el Imperio Británico. Durante los brotes de polio de las décadas de 1940 y 1950, los pulmones de acero llenaron las salas de los hospitales, ayudando 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 con presión positiva , que insuflan aire en los pulmones del paciente a través de la intubación, se han vuelto más comunes que los sistemas de presión negativa como los pulmones de acero. Sin embargo, la ventilación con presión negativa es más similar a la respiración fisiológica normal y puede ser preferible en condiciones poco frecuentes. A partir de 2024 [actualizar], después de la muerte de Paul Alexander , solo una paciente en los EE. UU., Martha Lillard , todavía usa un pulmón de acero. En respuesta a la pandemia de COVID-19 y la escasez de respiradores modernos, algunas empresas desarrollaron prototipos de versiones nuevas y fácilmente producibles del pulmón de acero.
El pulmón de acero es típicamente 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 la cabeza (hasta la laringe) queda fuera del cilindro, expuesta al aire ambiente, y el resto del cuerpo queda sellado dentro del cilindro, donde la presión del aire sube y baja continuamente para estimular la respiración. [2]
Para que el paciente inhale, se bombea aire fuera del cilindro, lo que genera un ligero vacío que hace que el pecho y el abdomen del paciente se expandan (extrayendo aire desde el exterior del cilindro, a través de la nariz o la boca expuestas del paciente, hacia los pulmones). Luego, para que el paciente exhale, el aire dentro del cilindro se comprime ligeramente (o se deja que se iguale a la presión ambiental de la habitación), lo que hace que el pecho y el abdomen del paciente colapsen parcialmente, lo que obliga a que el aire salga de los pulmones, mientras el paciente exhala el aire a través de la boca y la nariz expuestas, fuera del cilindro. [2]
Entre los ejemplos de este dispositivo se incluyen el respirador Drinker, el respirador Emerson y el respirador Both. Los pulmones de acero pueden funcionar de forma manual o mecánica, pero normalmente lo hacen mediante un motor eléctrico conectado a un diafragma de bombeo flexible (normalmente situado en el extremo opuesto del cilindro, frente a la cabeza del paciente). [9] También se desarrollaron pulmones de acero más grandes, del tamaño de una habitación, que permitían la ventilación simultánea de varios pacientes (cada uno con la cabeza sobresaliendo de unas aberturas selladas en la pared exterior), con suficiente espacio en el interior para que una enfermera o un terapeuta respiratorio estuvieran dentro de la habitación sellada, atendiendo a los pacientes. [9]
Las versiones más pequeñas y para un solo paciente del pulmón de acero incluyen el llamado respirador de coraza (llamado así por la coraza , una armadura corporal que cubre el torso ). El respirador de coraza encierra solo el torso del paciente, o el pecho y el abdomen, pero por lo demás funciona esencialmente igual que el pulmón de acero original de tamaño completo. Una variación liviana del respirador de coraza es el respirador de chaqueta o respirador de 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. [6] [10] [11] [ citas excesivas ]
Los humanos, como la mayoría de los mamíferos, respiran mediante respiración con presión negativa : [12] 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 toda la capacidad de controlar los músculos involucrados, la respiración se vuelve difícil o imposible.
En 1670, el científico inglés John Mayow ideó la ventilación externa con presión negativa. Mayow construyó un modelo que consistía en fuelles y una vejiga para aspirar y expulsar aire. [13] El primer respirador con 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 "espiróforo" accionado por fuelle y operado manualmente, diseñado por el Dr. Woillez de París (1876), [14] 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 fuelles accionados por motor. [15]
El primero de estos dispositivos que se utilizó ampliamente fue desarrollado en 1928 por Phillip Drinker y Louis Shaw de los Estados Unidos. [16] El pulmón de acero, 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 . [17] [18] [19] [ citas excesivas ] La máquina estaba impulsada por un motor eléctrico con bombas de aire de dos aspiradoras. Las bombas de aire cambiaban la presión dentro de una caja metálica rectangular y hermética, haciendo entrar y sacar aire de los pulmones. [20] 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. [18] [21] El sujeto era una niña de ocho años que estaba casi muerta como resultado de una insuficiencia respiratoria debido a la polio. [19] Su espectacular recuperación en menos de un minuto tras ser colocada en la cámara ayudó a popularizar el nuevo dispositivo. [22]
Ese mismo año, el fabricante bostoniano Warren E. Collins comenzó a producir el pulmón de acero. [23] [24] Aunque inicialmente se desarrolló para el tratamiento de las víctimas de intoxicación por gas de carbón, su uso más conocido se produjo a mediados del siglo XX para el tratamiento de la insuficiencia respiratoria causada por la polio. [17]
El fisiólogo danés August Krogh , al regresar a Copenhague en 1931 de una visita a Nueva York donde vio la máquina Drinker en funcionamiento, 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 para respirador infantil. [25]
En 1931, John Haven Emerson (1906-1997) introdujo un pulmón de acero mejorado y menos costoso. [26] [27] El pulmón de acero 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. [20] Drinker y la Universidad de Harvard demandaron a Emerson, alegando que había infringido los derechos de patente . Emerson se defendió argumentando que tales dispositivos salvavidas deberían estar disponibles gratuitamente para todos. [20] Emerson también demostró que todos los aspectos de las patentes de Drinker habían sido publicados o utilizados por otros en tiempos anteriores. Dado que una invención debe ser novedosa para ser patentable, la publicación/uso previo de la invención significaba que no era novedosa y, por lo tanto, no patentable. Emerson ganó el caso y las patentes de Drinker fueron declaradas inválidas. [ cita requerida ]
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 un dispositivo propio 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 tenía poliomielitis. A pesar de este éxito, Henderson fue reprendido por usar en secreto las instalaciones del hospital para construir la máquina. [28] [29]
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. Una máquina para adultos costaba alrededor de 2000 dólares en los EE. UU. en 1930 (equivalente a 36 000 dólares en 2023) y alrededor de 1500 libras esterlinas en Europa a mediados de la década de 1950 (equivalente a 50 000 dólares en 2023). El costo de una enviada a Melbourne en 1936 fue de 2000 libras australianas (equivalente a 216 000 dólares en 2022). En consecuencia, había pocos dispositivos Drinker en Australia y Europa. [30]
El Departamento de Salud de Australia del Sur pidió a los hermanos Edward y Don Both de Adelaida que crearan un "pulmón de acero" económico. [31] 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 bivalvo que permitía el acceso temporal al cuerpo del paciente. [30] Mucho más barato de fabricar (solo £ 100) que la máquina Drinker, el respirador Both también pesaba menos y podía construirse y transportarse más rápidamente. [30] [32] Tal era la demanda de las máquinas que a menudo los pacientes las usaban una hora después de su producción. [33]
En 1938, Both visitó Londres durante otra epidemia de polio y fabricó allí respiradores adicionales que atrajeron la atención de William Morris (Lord Nuffield), un fabricante de automóviles y filántropo 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 todas partes de Gran Bretaña y el Imperio Británico. [33] Pronto, los respiradores Both-Nuffield pudieron producirse por miles a aproximadamente una decimotercera parte del costo del diseño estadounidense. [31] A principios de la década de 1950, había más de 700 pulmones de acero Both-Nuffield en el Reino Unido, pero solo 50 dispositivos Drinker. [34]
En el auge de los brotes de polio de los años 1940 y 1950, las salas de los hospitales estaban llenas de pulmones de acero que ayudaban a niños y algunos adultos con polio bulbar y polio bulboespinal. Un paciente de polio con el diafragma paralizado normalmente pasaba dos semanas dentro de un pulmón de acero mientras se recuperaba. [36] [37]
Los programas de vacunación contra la polio prácticamente han erradicado los nuevos casos de poliomielitis en el mundo desarrollado. Debido a esto, al desarrollo de respiradores modernos y al uso generalizado de la intubación traqueal y la traqueotomía , el pulmón de acero ha desaparecido casi por completo de la medicina moderna. En 1959, 1200 personas usaban respiradores de tanque en los Estados Unidos, pero en 2004 esa cifra había disminuido a solo 39. [36] En 2014, solo quedaban 10 personas con un pulmón de acero. [38]
Los sistemas de ventilación con presión positiva son ahora más comunes que los de presión negativa. Los respiradores con presión positiva funcionan insuflando aire en los pulmones del paciente mediante intubación a través de las vías respiratorias; se utilizaron por primera vez en el Hospital Blegdams de Copenhague, Dinamarca, durante un brote de polio en 1952. [39] [40] Resultó un éxito y en 1953 había reemplazado al pulmón de acero en toda Europa. [41]
El respirador 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 al utilizar pulmones de acero en pacientes con parálisis respiratoria podría ser tan alta como 80% a 90%, la mayoría de los pacientes se ahogan en su propia saliva porque sus músculos de deglución se han paralizado, o por parada de órganos debido a acidosis debido al dióxido de carbono acumulado en el torrente sanguíneo debido a las vías respiratorias obstruidas. Al utilizar los respiradores de presión positiva en lugar de pulmones de acero, el equipo del hospital de Copenhague pudo reducir la tasa de mortalidad eventualmente hasta el 11%. [42] La primera paciente tratada de esta manera fue una niña de 12 años llamada Vivi Ebert, que tenía polio bulbar.
El pulmón de acero ocupa ahora un lugar marginal en la terapia respiratoria moderna . La mayoría de los pacientes con parálisis de los músculos respiratorios utilizan ventiladores mecánicos modernos que impulsan aire hacia las vías respiratorias con presión positiva. Estos suelen ser eficaces y tienen la ventaja de no restringir los movimientos de los pacientes ni la capacidad de los cuidadores para examinarlos de manera tan significativa como lo hace un pulmón de acero. [ cita requerida ]
A pesar de las ventajas de los sistemas de ventilación positiva, la ventilación con presión negativa es una aproximación más fiel a la respiración fisiológica normal y da como resultado una distribución más normal del aire en los pulmones. También puede ser preferible en ciertas afecciones poco frecuentes, [1] como el síndrome de hipoventilación central , en el que la falla de los centros respiratorios medulares en la base del cerebro da como resultado que los pacientes no tengan control autónomo de la respiración. Al menos un paciente de polio reportado, Dianne Odell , tenía una deformidad espinal que hizo que el uso de ventiladores mecánicos estuviera contraindicado . [43]
Hoy en día, al menos unos pocos pacientes siguen utilizando las máquinas más antiguas, a menudo en sus casas, a pesar de la dificultad ocasional de encontrar piezas de repuesto. [44]
Joan Headley, de Post-Polio Health International, dijo que al 28 de mayo de 2008, unos 30 pacientes en los EE. UU. todavía utilizaban un pulmón de acero. [45] Esa cifra puede ser incorrectamente baja; sólo en Houston había 19 pacientes con pulmón de acero que vivían en sus casas en 2008. [46]
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. [47]
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 acero, murió a los 83 años, después de haber pasado más de 60 años en su pulmón de acero. [48]
En 2013, la organización Post-Polio Health International (PHI) estimó que en Estados Unidos solo había entre seis y ocho usuarios de pulmones de acero; en 2017, su director ejecutivo no sabía de ninguno. Sin embargo, luego surgieron informes de prensa sobre al menos tres (quizás los últimos tres) [49] usuarios de dichos dispositivos, [50] lo que despertó el interés de quienes pertenecen a la comunidad de makerspace, como Naomi Wu [51], en la fabricación de los componentes obsoletos, en particular las juntas. [52] [53]
En 2021, los programas Radio Diaries y All Things Considered de la National Public Radio dieron un reportaje sobre Martha Lillard, una de las últimas estadounidenses que dependen 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 obtener piezas de repuesto para mantener su máquina funcionando correctamente. [54]
El 11 de marzo de 2024, Paul Alexander, de Dallas, Texas, Estados Unidos, murió a la edad de 78 años. Había estado confinado en un pulmón de acero durante 72 años desde los seis años, más que cualquier otra persona, y era el último hombre que vivía en un pulmón de acero. Con su muerte, Martha Lillard es la única persona en los EE. UU. conocida por usar un pulmón de acero. [55]
A principios de 2020, en respuesta a la pandemia de COVID-19 y para abordar la urgente escasez mundial de respiradores modernos (necesarios para pacientes con COVID-19 avanzado y grave ), algunas empresas desarrollaron prototipos de versiones nuevas y fácilmente producibles del pulmón de acero. Estos desarrollos incluyeron:
![Exposición del pulmón de acero de Both-Nuffield en el Museo de Medicina Thackray de Leeds. Las fotografías muestran el montaje en la fábrica de motores Morris.[35]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/08/Iron_lung_on_display_at_Thackray_Museum_of_Medicine.jpg/1280px-Iron_lung_on_display_at_Thackray_Museum_of_Medicine.jpg)
