Historia de los respiradores artificiales

Pulmón de acero Emerson Usado por Barton Hebert afecto de  poliomielitis desde finales de los  años 50 hasta su muerte en 2003 Centers of Disease Control  and Prevention Museum (1)

En plena pandemia de COVID19 uno de los aparatos médicos que ha cobrado un gran protagonismo son los respiradores, ya que una de las complicaciones más temidas en esta enfermedad es la afectación de los pulmones que puede producir una notable disnea que puede incluso conducir a la muerte. Respirar es desde luego una necesidad vital, ya que sin esta función no es posible la vida. 

Recordemos brevemente como es la función respiratoria. Cada vez que inspiramos, el aire llega hasta los alveolos pulmonares, donde los capilares sanguíneos toman el oxígeno, indispensable para nuestras células. Al mismo tiempo, la sangre deja ir el CO2 que las células eliminan como un producto de rechazo y que los pulmones expulsan con la espiración. Un intercambio que se efectúa unas 500 millones de veces de promedio durante nuestra vida. 

Los pulmones están siempre colgados de una pared que los sostiene tanto durante la inspiración como durante la espiración. Con su peso, cada pulmón tira hacia dentro de la caja torácica. En reposo, la presión interna de los pulmones es igual a la del ambiente exterior. Para conseguir que el aire fluya hacia el interior de los pulmones y así poder respirar, basta con que se forme una depresión y aprovechar así la característica de los gases (el aire es una mezcla de gases) a ir desde una zona de alta presión a otra de presión menor. 

La depresión necesaria se forma por acción de los músculos intercostales, que hacen expander la caja torácica y del diafragma, una estructura similasr a una cúpula que se encuentra inmediatamente por debajo de los pulmones. Se contrae hacia abajo, tirando de los pulmones al mismo tiempo que la caja torácica tira también de ellos hacia el exterior. Con este movimiento combinado los tejidos pulmonares se dilatan y se expanden los pulmones. Como que hay una relación inversa entre volumen y presión  (si aumenta el volumen disminuye la presión), la presión interior de los pulmones disminuye al expandirse éstos y favorece la entrada del aire del exterior, ya que ahí la presión es más alta. 

Es fascinante contemplar un mecanismo tan sofisticado y complejo, que además se realiza sin el mínimo esfuerzo cognsciente por nuestra parte. Como tantos procesos fisiológicos de nuestro cuerpo nos cuesta mucho más comprenderlo que hacerlo. 

Tal vez por esta complejidad la Historia de la Medicina necesitó mucho tiempo para llegar a construir una máquina para ayudarnos a respirar, cuando algo no funciona bien, como es el caso de la acción de un agente infeccioso como el coronavirus SARS-CoV2. Actualmente muchos enfermos de COVID19 necesitan respiradores artificiales para sobrevivir, esperando que su organismo consiga desembarazarse del virus y que mejoren sus neumonías.

Aunque hay algunos antecedentes que hacen remontar los primeros intentos de ventilación asistida al médico Andrea Vesalio (1543), el primer aparato se atribuye a la empresa alemana Dräger, que diseñó el Pulmotor, un respirador mecánico a presión positiva dotado de un cilindro de oxígeno o aire comprimido que permitía su funcionamiento. El paciente recibía el gas mediante una mascarilla naso-bucal. Este aparato fue usado como dispositivo de reanimación para bomberos y policías, pero no fue incorporado a los hospitales.

Hacia 1928 se inventó una máquina a la que se le denominó  Iron Lung (pulmón de acero), una forma de ventilación no invasiva con presión negativa que tuvo un gran uso durante la epidemia de la poliomielitis. 

En 1949, John Emerson desarrolló un respirador mecánico ideado para la anestesia con la colaboración del departamento de anestesia de la Universidad de Harvard. Los ventiladores mecánicos se comenzaron a utilizar cada vez más para la anestesia y los cuidados intensivos durante la década de 1950. La necesidad de tratar a los pacientes con polio y el uso cada vez mayor de de los respiradores durante la anestesia, fue un bbuen motivo para potenciar el desarrollo de los respiradores médicos. Las drogas anestésicas permiten una gran mejoría las condiciones de intervenciones quirúrgicas, pero también paralizan los músculos respiratorios impidiendo la respiración, por lo que era necesaria la ventilación forzada o artificial.

Respirador mecánico de Eat-Radcliffe

Pero los anestésicos más comunes entonces eran el éter y el ciclopropano, sustancias muy inflamables, por lo que los motores eléctricos necesarios para la activación de los fuelles de ventilación planteaban un problema en los quirófanos de la época.  

En 1952, Roger Manley, del Westminster Hospital de Londres, ideó un ventilador que funcionaba totalmente por medio de gas comprimido, y se convirtió en el modelo más popular en Europa durante cuatro décadas, hasta la introducción de modelos electrónicos. La máquina no necesitaba energía eléctrica, y no tenía ningún riesgo de explosión. 

El prototipo original Mark I, fue perfeccionado por la empresa Blease, que creó el Manley Mark II, y fabricó miles de estas unidades. Su funcionamiento es sencillo: el flujo de gas de entrada se utiliza para levantar una unidad de fuelle, que vuelve a su posición inicial por la gravedad, forzando la entrada de los gases en los pulmones del paciente. La presión de la inflación se regula desplazando el peso móvil en la parte superior del fuelle. El volumen de gas introducido puede ajustarse mediante un control deslizante, que limita el recorrido del fuelle. La presión residual al finalizar la espiración también se podía regular por un cursor, visible en la parte inferior derecha del panel frontal. Era un aparato bastante resistente y su disponibilidad sirvió para posibilitar la introducción de técnicas de ventilación con presión positiva, que fue la tendencia principal en la práctica anestésica europea.

A partir de 1971 se introdujeron modelos cada vez más perfeccionados, con sistemas de retroalimentación, ventilación y microprocesadores. También se introdujeron respiradores para niños a partir de 1975.