How do ventilators work? - Alex Gendler

Translator: Ali Alizadeh Reviewer: Masoud Motamedifar

In the 16th century, Flemish physician Andreas Vesalius

در قرن شانزدهم، پزشک فلاندری آندریاس وسالیوس

described how a suffocating animal could be kept alive

راه‌حلی ارائه کرد که چگونه حیوانی را که درحال خفه‌شدن است می‌توان زنده نگه داشت

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

با قراردادن لوله‌ای در نای آن و دمیدن هوا به داخل آن جهت پرشدن شش‌های حیوان از هوا.

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

در سال ۱۵۵۵، این روش آنچنان جواب نداد.

But today, Vesalius’s treatise is recognized

ولی امروزه، رساله وسالیوس

as the first description of mechanical ventilation—

به عنوان اولین تعریف از هوارسانی مکانیکی شناخته می‌شود-

a crucial practice in modern medicine.

اقدامی مهم در عرصه پزشکی مدرن.

To appreciate the value of ventilation,

برای درک‌ ارزش هوارسانی،

we need to understand how the respiratory system works.

باید بفهمیم که دستگاه تنفسی چگونه کار می‌کند.

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

ما با انقباض دیافراگم نفس می‌کشیم، که باعث افزایش حجم قفسه سینه ما می‌شود.

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

این عمل موجب واردشدن هوا به قفسه سینه، و پر‌شدن مجاری آلوئولی از هوا می‌شود-

millions of small sacs inside our lungs.

آلوئولی میلیون‌ها کیسه کوچک داخل شش‌هایمان هستند.

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

هر کدام از این کیسه‌های هوایی کوچک بادکنکی توسط شبکه‌ای از مویرگ خونی احاطه شده‌اند.

This blood absorbs oxygen from the inflated alveoli

این شبکه خونی اکسیژن را از کیسه هوایی آلوئولی جذب می‌کند

and leaves behind carbon dioxide.

و کربن دی اکسید را برجای می‌گذارد.

When the diaphragm is relaxed,

زمانی‌که دیافراگم منبسط می‌شود،

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

کربن دی اکسید از میان ترکیبی از اکسیژن و گازهای دیگر از طریق بازدم خارج می‌شود.

When our respiratory systems are working correctly,

هنگامی‌ که دستگاه تنفسی ما به درستی کار می‌کند،

this process happens automatically.

این فرایند به صورت خودکار انجام می‌گیرد.

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

اما عملکرد دستگاه تنفسی می‌تواند توسط شرایطی گوناگون دچار اختلال شود.

Sleep apnea stops diaphragm muscles from contracting.

آپنه خواب موجب توقف عملکرد انقباض ماهیچه‌های دیافراگم می‌شود.

Asthma can lead to inflamed airways which obstruct oxygen.

آسم باعث می‌شود که مجاری تنفسی متورم شوند که مانع ورود اکسیژن می‌شوند.

And pneumonia, often triggered by bacterial or viral infections,

و ذات الریه، اغلب ناشی از عفونت‌های ویروسی و باکتریایی است،

attacks the alveoli themselves.

که کیسه‌های‌ هوایی را تحت تاثیر قرارمی‌دهند.

Invading pathogens kill lung cells,

پاتوژن‌های مهاجم سلول‌های شش را از بین می‌برند.

triggering an immune response that can cause lethal inflammation

صورت‌گرفتن واکنش ایمنی ممکن است موجب التهاب کشنده

and fluid buildup.

و افزایش مایعات در شش شود.

All these situations render the lungs unable to function normally.

تمام این حالت‌ها شش‌ها را در وضعیتی قرار می‌دهند که نتوانند به درستی کار کنند.

But mechanical ventilators take over the process,

ولی دستگاه‌های تنفسی مصنوعی کار تنفس رسانی را بر عهده می‌گیرند،

getting oxygen into the body when the respiratory system cannot.

اکسیژن را وارد بدن می‌کنند وقتی که دستگاه تنفسی بدن قادر به این کار نباشند.

These machines can bypass constricted airways,

این دستگاه‌ها می‌توانند از مجاری هوایی باریک عبور کرده،

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

هوای با اکسیژن زیاد را وارد شش‌های معیوب کند تا در پخش بیشتر اکسیژن کمک کند.

There are two main ways ventilators can work—

دو روش اصلی وجود دارند تا دستگاه‌های تنفسی مصنوعی بتوانند عمل کنند-

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

پمپاژ کردن هوا به شش بیمار از طریق فشار مثبت دستگاه،

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

یا بگذاریم تا هوا آزادانه از طریق فشار منفی دستگاه وارد شود.

In the late 19th century,

در اواخر قرن نوزدهم،

ventilation techniques largely focused on negative pressure,

شیوه‌های کار دستگاه تنفس مصنوعی به طور گسترده روی فشار منفی متمرکز شدند،

which closely approximates natural breathing

که تقریبا مثل همان نفس کشیدن طبیعی است

and provides an even distribution of air in the lungs.

و پخش هوای یکنواختی در شش‌ها را مهیا می‌کنند.

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

برای انجام‌دادنش، دکترها محفظه‌ای درزگیری شده اطراف بدن بیمار ساختند،

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

یا آن‌ها در میان جعبه چوبی یا در یک اتاق محبوس می‌گذاشتند.

Air was then pumped out of the chamber,

سپس هوا را از داخل محفظه خارج کردند،

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

تا فشار هوا را کاهش دهند، و بگذارند تا حجم قفسه سینه بیمار

to expand more easily.

به راحتی افزایش یابد.

In 1928, doctors developed a portable, metal device

در سال ۱۹۲۸، دکترها دستگاهی قابل حمل، فلزی را طراحی کردند

with pumps powered by an electric motor.

همراه با پمپ‌هایی که با نیروی الکتریکی کار می‌کردند.

This machine, known as the iron lung,

این ماشین، به عنوان شش آهنی شناخته می‌شد،

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

یکی از تجهیزات ثابت بیمارستان‌ها در اواسط قرن بیستم شد.

However, even the most compact negative pressure designs

با این حال، حتی کوچک‌ترین طرح‌های دستگاه با فشار منفی

heavily restricted a patient’s movement

حرکت‌های بیمار را خیلی محدود می‌کرد

and obstructed access for caregivers.

و مانع دسترسی کامل مراقبین می‌شد.

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

اشکالات این طرح باعث شد تا بیمارستان‌ها در سال ۱۹۶۰ رو به دستگاه فشار مثبت آورند.

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

برای شرایط معمولی‌تر، تنفس رسانی به صورت عادی صورت می‌پذیرد.

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

اغلب، یک ماسک صورت دور دهان و دماغ زده می‌شود،

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

و حاوی هوای فشرده است که وارد مجاری هوایی بیمار می‌شود.

But more severe circumstances

ولی در شرایط حادتر

require a device that takes over the entire breathing process.

به دستگاهی نیاز است تا فرآیند تنفس را کاملا بر عهده گیرد.

A tube is inserted into the patient’s trachea

لوله‌ای درون نای بیمار قرار داده می‌شود

to pump air directly into the lungs,

تا هوا را مستقیما داخل شش‌ها پمپاژ کنند،

with a series of valves and branching pipes

همراه با تعدادی شیر و لوله‌های منشعب‌ شده

forming a circuit for inhalation and exhalation.

جریان گردشی از هوا برای دم و بازدم را شکل می‌دهد.

In most modern ventilators,

در بیشتر دستگاه‌های تنفسی جدید،

an embedded computer system

یک سیستم کامپیوتری الحاق‌شده

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

نظارت بر تنفس بیمار و تنظیم جریان هوا را ممکن می‌سازد.

These machines aren’t used as a standard treatment,

از این دستگاه‌ها به عنوان درمان استاندارد استفاده نمی‌شوند،

but rather, as a last resort.

بلکه بیشتر، به عنوان آخرین اقدام است.

Enduring this influx of pressurized air requires heavy sedation,

تحمل وارد شدن حجم زیادی از هوای فشرده‌شده نیازمند تسکین‌کننده زیاد است،

and repeated ventilation can cause long-term lung damage.

و استفاده مداوم از دستگاه تنفس مصنوعی در دراز مدت موجب صدمه به شش می‌شود.

But in extreme situations,

ولی در شرایط دشوار،

ventilators can be the difference between life and death.

دستگاه‌های تنفس مصنوعی می‌تواند تفاوت بین مرگ و زندگی باشند.

And events like the COVID-19 pandemic

و واقعه‌هایی مثل بیماری فراگیر کروناویروس

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

نشان داده‌اند که آن‌ها حتی ضروری‌تر از چیزی هستند که ما فکر می‌کردیم.

Because current models are bulky, expensive,

چون مدل‌های فعلی بزرگ، گران‌قیمت هستند،

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

و نیازمند آموزش بیشتری برای کارکردن هستند، اکثر بیمارستان‌ها اندکی از آن‌ها را دارند.

This may be enough under normal circumstances,

ممکن‌است که در شرایط عادی کافی باشند،

but during emergencies, this limited cache is stretched thin.

ولی در وضعیت‌های اضطراری، این دستگاه‌های حیاتی محدود مداوم استفاده می‌شوند.

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

جهان شدیدا به دستگاه‌های تنفس مصنوعی ارزان‌تر و قابل حمل بیشتری نیاز دارد،

as well as a faster means of producing and distributing

و هم‌چنین تولید و پخش سریع‌تر

this life-saving technology.

این فناوری زندگی-بخش.