How do ventilators work? - Alex Gendler

المترجم: Hussain Laghabi المدقّق: Shimaa Nabil

In the 16th century, Flemish physician Andreas Vesalius

في القرن ال16، وصف عالم التشريح الفلمنكي أندرياس فيساليوس

described how a suffocating animal could be kept alive

كيف يمكن لحيوان على وشك الاختناق أن يبقى على قيد الحياة

by inserting a tube into its trachea and blowing air to inflate its lungs.

عن طريق إيلاج أنبوب داخل قصبته الهوائية وضخِّ الهواء لنفخ رئتيه.

In 1555, this procedure didn’t warrant much acclaim.

وسنة 1555 لم يتلقّى هذا الإجراء الكثير من الاستحسان،

But today, Vesalius’s treatise is recognized

لكن اليوم، فإن دراسة فيسيالوس تعرف

as the first description of mechanical ventilation—

بالوصف الأول للتّهوية الميكانيكية؛

a crucial practice in modern medicine.

وهو إجراء حيوي في الطِّب الحديث.

To appreciate the value of ventilation,

لتقدير قيمة التَّهوية،

we need to understand how the respiratory system works.

فإن علينا فهم آلية عمل الجهاز التنفسي.

We breathe by contracting our diaphragms, which expands our chest cavities.

نحن نتنفس بتقلُّص حجابنا الحاجز، مما يساعد على توسّع تجويف الصّدر،

This allows air to be drawn in, inflating the alveoli—

وهذا ما يسمح باستنشاق الهواء، واتنفاخ الحويصلات الرِّئوية؛

millions of small sacs inside our lungs.

فتدخل ملايين من الحويصلات الصغيرة إلى الرِّئتين.

Each of these tiny balloons is surrounded by a mesh of blood-filled capillaries.

كل من هذه الكريّات الصّغيرة محاطة بشبكة من الشُّعيرات الدّموية الممتلئة.

This blood absorbs oxygen from the inflated alveoli

حيث يقوم الدَّم بامتصاص الأكسجين من الحويصلات الرّئوية المنتفخة،

and leaves behind carbon dioxide.

تاركًا خلفه ثاني أكسيد الكربون.

When the diaphragm is relaxed,

وعندما يكون الحجاب الحاجز مرتخيًا،

the CO2 is exhaled alongside a mix of oxygen and other gases.

فإن ثاني أكسيد الكربون ينبعث إلى جانب مزيج من الأكسجين وغازات أخرى.

When our respiratory systems are working correctly,

عندما تعمل أجهزتنا التَّنفسية بشكل صحيح،

this process happens automatically.

فإن هذه العملية تحدث بشكل تلقائيّ،

But the respiratory system can be interrupted by a variety of conditions.

لكن يمكن للجهاز التّنفسي أن يُعرقل من قبل عدّة عوامل.

Sleep apnea stops diaphragm muscles from contracting.

توقف التَّنفس أثناء النَّوم يؤدي إلى توقف تقلّصات في عضلات الحجاب الحاجز.

Asthma can lead to inflamed airways which obstruct oxygen.

الرَّبو يمكن أن يؤدي إلى التهاب المجاري الهوائية، وبالتالي عرقلة الأكسجين.

And pneumonia, often triggered by bacterial or viral infections,

والتهاب الرّئة النّاجم عن الإصابات البكتيرية أو الفيروسية،

attacks the alveoli themselves.

تهاجم الحويصلات الرّئوية ذاتها.

Invading pathogens kill lung cells,

غزو مسبّبات الأمراض يؤدي إلى موت خلايا الرّئة

triggering an immune response that can cause lethal inflammation

محفزة استجابةً مناعية قد تتسبّب في التهابات قاتلة

and fluid buildup.

وتراكم السّوائل.

All these situations render the lungs unable to function normally.

كل هذه الحالات تجعل الرّئتين غير قادرتين على العمل بشكل عاديّ.

But mechanical ventilators take over the process,

لكن التّهويات الميكانية تتولى الأمر؛

getting oxygen into the body when the respiratory system cannot.

بإدخال الأكسجين إلى الجسم عند عجز الجهاز التّنفسي.

These machines can bypass constricted airways,

هذه الآلات بإمكانها تجاوز الشعب الهوائية

and deliver highly oxygenated air to help damaged lungs diffuse more oxygen.

وإيصال هواء غنيّ بالأكسجين لمساعدة الرّئة المتضررة على توزيع المزيد من الأكسجين.

There are two main ways ventilators can work—

هناك طريقتان أساسيتان تعمل بهما أجهز التنفس الاصطناعية،

pumping air into the patient’s lungs through positive pressure ventilation,

إما ضخّ الهواء داخل رئتي المريض، بواسطة ضغط الهواء الإيجابي

or allowing air to be passively drawn in through negative pressure ventilation.

أو السّماح للهواء بالانجذاب إلى الدّاخل بشكل سلبيّ، بواسطة ضغط الهواء الإيجابي.

In the late 19th century,

في أواخر القرن ال 19،

ventilation techniques largely focused on negative pressure,

ركزت تقنيات التنفس الصناعي على الضغط السّلبي،

which closely approximates natural breathing

والتي تحاكي تقريباً التّنفس الطبيعي،

and provides an even distribution of air in the lungs.

وتوفر توزيعًا متساويًا للهواء في الرئتين.

To achieve this, doctors created a tight seal around the patient’s body,

لتحقيق ذلك، قام الأطباء بابتكار قفل ضيِّق حول جسم المريض،

either by enclosing them in a wooden box or a specially sealed room.

إمَّا بوضعها داخل صندوق خشبيّ، أو داخل غرفة خاصة مغلقة.

Air was then pumped out of the chamber,

ثم يتم بعدها ضخُّ الهواء خارج الغرفة؛

decreasing air pressure, and allowing the patient’s chest cavity

لتقليل ضغط الهواء والسّماح للتجويف الصّدري للمريض

to expand more easily.

بالتوسّع بسهولة أكثر.

In 1928, doctors developed a portable, metal device

في عام 1928، قام الأطباء بتطوير عبوة معدنية متنقلة

with pumps powered by an electric motor.

مزودة بمضخات، تعمل بواسطة محرّك كهربائي.

This machine, known as the iron lung,

تعرف هذه الآلة ب "الرٌئة المعدنية"،

became a fixture in hospitals through the mid-20th century.

والتي أصبحت شيئًا أساسيًا في المستشفيات في منتصف القرن العشرين.

However, even the most compact negative pressure designs

مع ذلك فحتى تصاميم الضّغط السّلبي الأكثر فعالية،

heavily restricted a patient’s movement

تقيّد حركة المريض بشكل كبير،

and obstructed access for caregivers.

وتعرقل الحصول على الرِّعاية الطبّية،

This led hospitals in the 1960’s to shift towards positive pressure ventilation.

مما أدى لتحول المستشفيات عام 1960 للتنفس بواسطة الضغط الإيجابي.

For milder cases, this can be done non-invasively.

بالنّسبة للحالات المعتدلة، فإنه من الممكن تحقيق ذلك دون الحاجة لتدخل جراحيّ.

Often, a facemask is fitted over the mouth and nose,

فعادة يتم تثبيت قناع على الأنف والفم

and filled with pressurized air which moves into the patient’s airway.

ويملأ بالهواء المضغوط، الذي ينتقل إلى المجاري الهواية للمريض.

But more severe circumstances

لكن بالنسبة للحالات المقعدة،

require a device that takes over the entire breathing process.

فذلك يتطلب جهازًا يسيطر على عملية التنفس بالكامل.

A tube is inserted into the patient’s trachea

يتم إيلاج أنبوب داخل قصبة المريض،

to pump air directly into the lungs,

لضخّ الهواء مباشرة نحو الرّئتين

with a series of valves and branching pipes

بواسطة مجموعة من الصَّمامات والأنابيب المتفرعة،

forming a circuit for inhalation and exhalation.

التي تشكل دورة للشّهيق والزّفير.

In most modern ventilators,

في أحدث أجهزة التّنفس الصناعي،

an embedded computer system

يسمح نظام الكمبيوتر المدمج

allows for monitoring the patient’s breathing and adjusting the airflow.

بمراقبة تنفس المريض وضبط تدفق الهواء.

These machines aren’t used as a standard treatment,

هذه الآلات لا تستخدم كعلاج موحد،

but rather, as a last resort.

بل كملاذ أخير.

Enduring this influx of pressurized air requires heavy sedation,

إن التّدفق المستمر لهذا الهواء المضغوط يستلزم تخديرًا قويًا

and repeated ventilation can cause long-term lung damage.

ويمكن للتهوية الميكانيكية المستمرة، أن تتسبب بأضرار على المدى البعيد.

But in extreme situations,

لكن في الحالات الخطرة،

ventilators can be the difference between life and death.

يمكن أن تكون التنفس الصناعي الحدّ الفاصل بين الحياة والموت.

And events like the COVID-19 pandemic

وقد أظهرت أحداث مثل كوفيد-19،

have shown that they’re even more essential than we thought.

أنّها أكثر أهمية ممّا ظننا.

Because current models are bulky, expensive,

لأن النّماذج الحالية ضخمة ومكلفة،

and require extensive training to operate, most hospitals only have a few in supply.

وتتطلب تدريبات مكثّفة للعمل عليها، ومعظم المشافي لا تملك سوى القليل من الإمدادات

This may be enough under normal circumstances,

قد تكون كافية في الظروف العادية،

but during emergencies, this limited cache is stretched thin.

لكن في الحالات الطّارئة، فإن هذا المخزون المحدود يُستغل بشكل يفوق قدرة الاستيعاب.

The world urgently needs more low-cost and portable ventilators,

إن العالم بحاجة ماسة لمزيد من أجهزة التّنفس الصناعي المتنقلة والرخيصة،

as well as a faster means of producing and distributing

بالإضافة إلى طرق أسرع لإنتاج وتوزيع

this life-saving technology.

هذه التقنية المنقذة للأرواح.