How do ventilators work? - Alex Gendler

Translator: Natthaphan-on K Reviewer: Sakunphat Jirawuthitanant

In the 16th century, Flemish physician Andreas Vesalius

ในศตวรรษที่ 16 แอนเดรียส เวซาเลียส แพทย์ชาวเฟลมิช

described how a suffocating animal could be kept alive

อธิบายวิธีการช่วยชีวิตสัตว์ที่หายใจไม่ได้

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

โดยการใส่ท่อเข้าไปในหลอดลม และเป่าลมเข้าไปเพื่อทำให้ปอดพองตัว

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

ในปี 1555 กระบวนการนี้ ไม่ได้รับความสนใจมากนัก

But today, Vesalius’s treatise is recognized

แต่ทุกวันนี้ บทความของเวซาเลียส กลายเป็นที่ยอมรับ

as the first description of mechanical ventilation—

ในฐานะการบรรยายแรก เกี่ยวกับเครื่องช่วยหายใจ

a crucial practice in modern medicine.

ซึ่งเป็นสิ่งที่สำคัญในการแพทย์แผนปัจจุบัน

To appreciate the value of ventilation,

เพื่อที่จะเข้าใจถึงความสำคัญ ของเครื่องช่วยหายใจ

we need to understand how the respiratory system works.

เราต้องเข้าใจก่อนว่าระบบหายใจ ทำงานอย่างไร

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

เราหายใจโดยการหดกะบังลม ซึ่งไปขยายช่องอกของเรา

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

ทำให้อากาศถูกดึงเข้ามา และเกิดการพองของถุงลม

millions of small sacs inside our lungs.

ซึ่งเป็นถุงเล็กๆ นับล้านถุงในปอดของเรา

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

ถุงลมเล็กๆ เหล่านี้ถูกล้อมรอบด้วยเส้นเลือดฝอย ที่กระจายตัวเป็นตาข่าย

This blood absorbs oxygen from the inflated alveoli

เลือดในเส้นเลือดฝอยจะดูดซับ ออกซิเจนจากถุงลมที่พองตัว

and leaves behind carbon dioxide.

และทิ้งคาร์บอนไดออกไซด์ไว้

When the diaphragm is relaxed,

เมื่อกะบังลมเกิดการคลายตัว

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

คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมา พร้อมกับออกซิเจนและแก๊สอื่นๆ

When our respiratory systems are working correctly,

เมื่อระบบหายใจของเราทำงานอย่างถูกต้อง

this process happens automatically.

กระบวนการเหล่านี้จะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ

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

แต่ระบบหายใจก็อาจหยุดทำงานได้ จากอาการหลายอย่าง

Sleep apnea stops diaphragm muscles from contracting.

โรคหยุดหายใจขณะหลับ หยุดการหดตัวของกะบังลม

Asthma can lead to inflamed airways which obstruct oxygen.

โรคหอบหืดสามารถนำไปสู่การอักเสบ ของทางเดินหายใจซึ่งขัดขวางออกซิเจน

And pneumonia, often triggered by bacterial or viral infections,

และโรคปอดอักเสบซึ่งส่วนมากถูกกระตุ้น โดยการติดเชื้อของแบคทีเรียหรือไวรัส

attacks the alveoli themselves.

จะเข้าไปโจมตีถุงลมโดยตรง

Invading pathogens kill lung cells,

เชื้อโรคที่เข้ามาจะฆ่าเซลล์ปอด

triggering an immune response that can cause lethal inflammation

กระตุ้นให้เกิดการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน ซึ่งก่อให้เกิดอาการอักเสบขั้นรุนแรงได้

and fluid buildup.

และเกิดการคั่งของน้ำในปอด

All these situations render the lungs unable to function normally.

เหตุการณ์เหล่านี้ทำให้ปอด ไม่สามารถทำงานได้อย่างปกติ

But mechanical ventilators take over the process,

แต่เครื่องช่วยหายใจจะเข้าไปควบคุมกระบวนการ

getting oxygen into the body when the respiratory system cannot.

นำออกซิเจนเข้ามาในร่างกาย เมื่อระบบหายใจไม่สามารถทำได้

These machines can bypass constricted airways,

เครื่องจักรเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยง ทางเดินหายใจที่คับแคบ

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

และลำเลียงอากาศที่มีออกซิเจนสูงเพื่อให้ปอด ที่ได้รับความเสียหายได้รับออกซิเจนมากขึ้น

There are two main ways ventilators can work—

เครื่องช่วยหายใจ มีวิธีการทำงานอยู่หลักๆ 2 วิธี

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

คือสูบอากาศเข้าไปในปอดของผู้ป่วย ผ่านเครื่องช่วยหายใจแรงดันบวก

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

หรือการปล่อยให้อากาศไหลเข้าไป ผ่านเครื่องช่วยหายใจแรงดันลบ

In the late 19th century,

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19

ventilation techniques largely focused on negative pressure,

เครื่องช่วยหายใจที่เป็นที่สนใจ คือชนิดแรงดันลบ

which closely approximates natural breathing

ซึ่งมีความใกล้เคียงกับการหายใจโดยธรรมชาติ

and provides an even distribution of air in the lungs.

และมีการกระจายของอากาศ ในปอดอย่างเท่าเทียมกัน

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

เพื่อทำสิ่งนี้ แพทย์ได้สร้างผนึก ที่แน่นหนารอบๆตัวผู้ป่วย

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

โดยการล้อมพวกเขาไว้ในกล่องไม้ หรือห้องที่ถูกปิดผนึกอย่างดี

Air was then pumped out of the chamber,

หลังจากนั้นอากาศก็ถูกสูบออกจากห้อง

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

ทำให้ความดันอากาศลดลง ส่งผลให้ช่องอกของผู้ป่วย

to expand more easily.

ขยายตัวได้ง่ายขึ้น

In 1928, doctors developed a portable, metal device

ในปี 1928 แพทย์ได้พัฒนา อุปกรณ์พกพาได้จากโลหะ

with pumps powered by an electric motor.

พร้อมเครื่องสูบที่ทำงานด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า

This machine, known as the iron lung,

เครื่องจักรเครื่องนี้ซึ่ง เป็นที่รู้จักในชื่อปอดเหล็ก

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

กลายเป็นสิ่งที่ติดตั้งอยู่ในโรงพยาบาล ตลอดช่วงกลางศตวรรษที่ 20

However, even the most compact negative pressure designs

อย่างไรก็ตาม แม้กระทั่งเครื่องช่วยหายใจ แรงดันลบที่กะทัดรัดที่สุด

heavily restricted a patient’s movement

ก็จำกัดการเคลื่อนไหวของผู้ป่วยอย่างมาก

and obstructed access for caregivers.

และขัดขวางการเข้าถึงของผู้ดูแลผู้ป่วย

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

ด้วยเหตุนี้โรงพยาบาลในช่วงทศวรรษที่ 1960 จึงหันมาสนใจเครื่องช่วยหายใจแรงดันบวกแทน

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

สำหรับกรณีที่ไม่รุนแรง การช่วยหายใจ สามารถทำได้โดยไม่ต้องใส่ท่อช่วยหายใจ

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

โดยส่วนใหญ่จะใช้หน้ากากที่ครอบจมูกและปาก

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

แล้วอัดอากาศเข้าไป ซึ่งอากาศก็จะ เดินทางไปยังทางเดินหายใจของผู้ป่วย

But more severe circumstances

แต่ในกรณีที่มีความรุนแรง

require a device that takes over the entire breathing process.

เราจำเป็นจะต้องใช้อุปกรณ์ ที่ควบคุมกระบวนการหายใจทั้งหมด

A tube is inserted into the patient’s trachea

ท่อจะถูกใส่เข้าไปในหลอดลมของผู้ป่วย

to pump air directly into the lungs,

เพื่อสูบอากาศเข้าไปในปอดโดยตรง

with a series of valves and branching pipes

พร้อมกับชุดของลิ้นเปิดปิดและท่อแขนงต่างๆ

forming a circuit for inhalation and exhalation.

ที่ทำให้เกิดวงจารการหายใจเข้าและออก

In most modern ventilators,

ในเครื่องช่วยหายใจที่ทันสมัยส่วนมาก

an embedded computer system

ระบบคอมพิวเตอร์ฝังตัว

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

ซึ่งใช้ประมวลผลการหายใจของผู้ป่วย และปรับระดับการไหลของอากาศ

These machines aren’t used as a standard treatment,

เครื่องมือเหล่านี้ไม่ได้ถูกใช้ ในการรักษาโดยทั่วไป

but rather, as a last resort.

แต่ค่อนข้างจะเป็นทางออกสุดท้ายมากกว่า

Enduring this influx of pressurized air requires heavy sedation,

การทนต่อแรงดันอากาศที่อัดเข้ามา จำเป็นต้องทำให้เกิดการลดลงของการรับรู้

and repeated ventilation can cause long-term lung damage.

และการใช้เครื่องช่วยหายใจซ้ำๆ อาจทำให้เกิดความเสียหายต่อปอดในระยะยาว

But in extreme situations,

แต่ในสถานการณ์ที่ร้ายแรงที่สุด

ventilators can be the difference between life and death.

เครื่องช่วยหายใจอาจเป็นสิ่งชี้เป็นชี้ตาย

And events like the COVID-19 pandemic

และในเหตุการณ์อย่างการแพร่ระบาด ของเชื้อ COVID-19

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

ทำให้เราเห็นว่าอุปกรณ์เหล่านี้ มีความสำคัญมากกว่าที่เราคิดเสียอีก

Because current models are bulky, expensive,

แต่เนื่องจากแบบในปัจจุบัน มีความเทอะทะ มีราคาแพง

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

และต้องมีผ่านการฝึกเพื่อเรียนรู้การใช้งาน โรงพยาบาลส่วนใหญ่จึงมีเครื่องมือนี้ไม่มาก

This may be enough under normal circumstances,

ซึ่งอาจจะเพียงพอภายใต้สถานการณ์ปกติ

but during emergencies, this limited cache is stretched thin.

แต่ภาวะฉุกเฉิน ทำให้อุปกรณ์ ที่มีจำนวนน้อยยิ่งขาดแคลน

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

โลกของเราต้องการเครื่องช่วยหายใจ ที่มีราคาถูกและเคลื่อนย้ายได้อย่างเร่งด่วน

as well as a faster means of producing and distributing

รวมถึงวิธีที่รวดเร็วขึ้น ในการผลิตและแจกจ่าย

this life-saving technology.

เทคโนโลยีที่ช่วยชีวิตของเรา