How do ventilators work? - Alex Gendler

翻訳: Rina Sato 校正: Eriko Tsukamoto

In the 16th century, Flemish physician Andreas Vesalius

16世紀 フラマン人医師の アンドレアス・ヴェサリウスは

described how a suffocating animal could be kept alive

呼吸困難な動物を 延命する方法を説明しました

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

気管にチューブを挿入し 肺に空気を送る方法です

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

1555年 この治療法は それほど評価されていませんでした

But today, Vesalius’s treatise is recognized

しかし今日ではヴェサリウスの論文は

as the first description of mechanical ventilation—

人工呼吸器に関する 最初の記述として認められています

a crucial practice in modern medicine.

現代医学では 非常に重要な医療処置です

To appreciate the value of ventilation,

人工呼吸器の価値を 理解するためには

we need to understand how the respiratory system works.

どのように呼吸器系が動くのか 知っておく必要があります

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

横隔膜を収縮し 胸腔を広げることで 私たちは呼吸しています

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

こうすることで空気を取り込み 肺胞が膨らみます

millions of small sacs inside our lungs.

何百万もの空気嚢が 肺の中にあるのです

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

これらの小さな風船は 血液で満たされた毛細血管に囲まれています

This blood absorbs oxygen from the inflated alveoli

この血液は膨張した肺胞から 酸素を吸収し

and leaves behind carbon dioxide.

二酸化炭素を残します

When the diaphragm is relaxed,

横隔膜が緩んだ時に

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

二酸化炭素は酸素やその他のガスと共に 吐き出されます

When our respiratory systems are working correctly,

呼吸器系が正常に動いている場合

this process happens automatically.

このプロセスは自動的に起こります

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

しかし、呼吸器系はさまざまな状況で 遮断され得るのです

Sleep apnea stops diaphragm muscles from contracting.

睡眠時無呼吸吸症候群は 横隔膜の筋肉の収縮を止めます

Asthma can lead to inflamed airways which obstruct oxygen.

ぜんそくは酸素を遮断する 気道の炎症を起こし得ます

And pneumonia, often triggered by bacterial or viral infections,

また バクテリアやウイルス感染が よく引き起こす肺炎は

attacks the alveoli themselves.

肺胞自体を攻撃します

Invading pathogens kill lung cells,

侵入した病原体は肺細胞を破壊し

triggering an immune response that can cause lethal inflammation

致命的な炎症の発症ともなる 免疫反応を引き起こし

and fluid buildup.

胸水が溜まります

All these situations render the lungs unable to function normally.

こういった状況で 肺は正常に機能できなくなります

But mechanical ventilators take over the process,

しかし 人工呼吸器は このプロセスの代わりとなって

getting oxygen into the body when the respiratory system cannot.

呼吸器系が機能しない時に 酸素を体内に取り込みます

These machines can bypass constricted airways,

こういった機械は 狭窄した気道を避けて

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

損傷した肺がより酸素を拡散できるように 酸素の豊富な空気を運びます

There are two main ways ventilators can work—

人工呼吸器の動作方法は主に２つあります—

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

陽圧換気療法によって患者の肺に 空気を送る方法

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

または陰圧換気療法によって 空気を吸い込ませる方法です

In the late 19th century,

19世紀末期

ventilation techniques largely focused on negative pressure,

人工呼吸器の技術として 広く陰圧換気療法が注目されていました

which closely approximates natural breathing

自然な呼吸に近く

and provides an even distribution of air in the lungs.

均等に肺に空気を行き渡らせられます

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

このために医者は患者の体の周りを

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

木箱か密室で覆って密閉しました

Air was then pumped out of the chamber,

空気は密閉空間から吸い出されて

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

気圧が下がり 患者の胸腔を

to expand more easily.

より簡単に広げられます

In 1928, doctors developed a portable, metal device

1928年 医師たちは 可動式の金属製器具を開発しました

with pumps powered by an electric motor.

これには電気モータで動くポンプが ついています

This machine, known as the iron lung,

この機械は鉄の肺として知られており

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

20世紀半ばにかけて 病院の必需品となりました

However, even the most compact negative pressure designs

しかし これは最もコンパクトな 陰圧式の設計とはいえ

heavily restricted a patient’s movement

患者の行動を厳しく制限し

and obstructed access for caregivers.

介護者の接触を妨げました

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

このため 1960年代には 陽圧換気療法への移行が病院で進みました

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

軽症の場合 非侵襲的に処置できます

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

口と鼻にフェイスマスクを装着し

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

圧縮空気で満たすことで 患者の気道に空気を送ります

But more severe circumstances

しかし重症の場合には

require a device that takes over the entire breathing process.

呼吸プロセス全体を引き継ぐ器具が 必要です

A tube is inserted into the patient’s trachea

チューブが患者の器官に挿入され

to pump air directly into the lungs,

直接肺へと空気が送り込まれます

with a series of valves and branching pipes

バルブと分岐したパイプで

forming a circuit for inhalation and exhalation.

吸入と排出ができるように 循環できる形を作ります

In most modern ventilators,

最新の人工呼吸器には

an embedded computer system

コンピューターシステムが組み込まれており

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

患者の呼吸を監視し 空気の流れを調節できるようになりました

These machines aren’t used as a standard treatment,

こういった機械は 標準的治療法として使われておらず

but rather, as a last resort.

むしろ最終手段とされています

Enduring this influx of pressurized air requires heavy sedation,

圧縮空気の流入に耐えるには きつい鎮静薬の投与が必要で

and repeated ventilation can cause long-term lung damage.

人工呼吸器の繰り返しは 長期的な肺の損傷にも繋がりかねません

But in extreme situations,

しかし 極限状況では

ventilators can be the difference between life and death.

人工呼吸器は 生と死を左右するものとなり得るのです

And events like the COVID-19 pandemic

そしてCOVID-19の パンデミックのような状況は

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

私たちの想像以上にこれが 不可欠であることを示しています

Because current models are bulky, expensive,

なぜならば現在のモデルは 大きく 高価で

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

操作には厳しい訓練が求められ ほとんどの病院に少ししかないからです

This may be enough under normal circumstances,

通常の状況であれば これで十分かもしれませんが

but during emergencies, this limited cache is stretched thin.

緊急事態では限られた呼吸器が うまく行き渡りません

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

より安価で携帯しやすい人工呼吸器が 世界で至急必要とされています

as well as a faster means of producing and distributing

この命を救う技術を 迅速に生産し

this life-saving technology.

流通させる方法も