Pulmón de acero
Un pulmón de hierro es un tipo de ventilador de presión negativa (NPV), un respirador mecánico que encierra la mayor parte del cuerpo de una persona y varía la presión del aire en el espacio cerrado, para estimular la respiración. Ayuda a respirar cuando se pierde el control de los músculos o cuando el trabajo respiratorio excede la capacidad de la persona. La necesidad de este tratamiento puede resultar de enfermedades como la poliomielitis y el botulismo y ciertos venenos (por ejemplo, barbitúricos, tubocurarina).
El uso de pulmones de acero está en gran medida obsoleto en la medicina moderna, ya que se han desarrollado terapias de respiración más modernas y debido a la erradicación de la poliomielitis en la mayor parte del mundo. Sin embargo, en 2020, la pandemia de COVID-19 reavivó cierto interés en el dispositivo como un sustituto barato y fácilmente producible de los ventiladores de presión positiva, que se temía que fueran superados en número por los pacientes que posiblemente necesitarían respiración asistida artificial temporal.
El pulmón de acero es un gran cilindro horizontal diseñado para estimular la respiración en pacientes que han perdido el control de sus músculos respiratorios. La cabeza del paciente queda expuesta fuera del cilindro, mientras que el cuerpo está sellado por dentro. La presión de aire dentro del cilindro se cicla para facilitar la inhalación y la exhalación. Dispositivos como los respiradores Drinker, Emerson y Both son ejemplos de pulmones de hierro, que pueden ser accionados manual o mecánicamente. Las versiones más pequeñas, como el ventilador de coraza y el ventilador de chaqueta, encierran solo el torso del paciente. La respiración en los humanos ocurre a través de la presión negativa, donde la caja torácica se expande y el diafragma se contrae, lo que hace que el aire entre y salga de los pulmones.
El concepto de ventilación con presión negativa externa fue introducido por John Mayow en 1670. El primer dispositivo ampliamente utilizado fue el pulmón de hierro, desarrollado por Phillip Drinker y Louis Shaw en 1928. Inicialmente utilizado para el tratamiento del envenenamiento por gas de carbón, el pulmón de hierro ganó fama por tratar la insuficiencia respiratoria causada por la poliomielitis a mediados del siglo XX. John Haven Emerson presentó una versión mejorada y más asequible en 1931. El respirador Both, una alternativa más económica y liviana al modelo Drinker, se inventó en Australia en 1937. El filántropo británico William Morris financió la producción de los respiradores Both-Nuffield, donándolos a los hospitales de toda Gran Bretaña y el Imperio Británico. Durante los brotes de polio de las décadas de 1940 y 1950, los pulmones de acero llenaron las salas de los hospitales y ayudaron a los pacientes con diafragmas paralizados en su recuperación.
Los programas de vacunación contra la polio y el desarrollo de ventiladores modernos casi han erradicado el uso de pulmones de hierro en el mundo desarrollado. Los sistemas de ventilación de presión positiva, que inyectan aire en los pulmones del paciente a través de la intubación, se han vuelto más comunes que los sistemas de presión negativa como los pulmones de hierro. Sin embargo, la ventilación con presión negativa es más similar a la respiración fisiológica normal y puede ser preferible en raras ocasiones. A partir de 2008, alrededor de 30 pacientes en los EE. UU. todavía usaban pulmones de hierro. En respuesta a la pandemia de COVID-19 y la escasez de ventiladores modernos, algunas empresas desarrollaron prototipos de versiones nuevas y fáciles de producir del pulmón de hierro.
Diseño y función

El pulmón de acero suele ser un gran cilindro horizontal, en el que se coloca a una persona, con la cabeza sobresaliendo de un orificio en el extremo del cilindro, de modo que toda la cabeza (hasta la laringe) queda fuera del cilindro., expuestos al aire ambiente, y el resto de su cuerpo sellado dentro del cilindro, donde la presión del aire sube y baja continuamente para estimular la respiración.
Para hacer que el paciente inhale, se bombea aire fuera del cilindro, lo que provoca un ligero vacío, lo que hace que el tórax y el abdomen del paciente se expandan (extrayendo aire del exterior del cilindro, a través del cuerpo del paciente). s nariz o boca expuesta, en sus pulmones). Luego, para que el paciente exhale, el aire dentro del cilindro se comprime ligeramente (o se permite que se iguale a la presión ambiental de la habitación), lo que hace que el tórax y el abdomen del paciente colapsen parcialmente, forzando el aire fuera de los pulmones, ya que el paciente exhala el aliento a través de su boca y nariz expuestas, fuera del cilindro.
Los ejemplos del dispositivo incluyen el respirador Drinker, el respirador Emerson y el respirador Both. Los pulmones de hierro pueden accionarse manual o mecánicamente, pero normalmente funcionan con un motor eléctrico conectado a un diafragma de bombeo flexible (comúnmente opuesto al extremo del cilindro de la cabeza del paciente). "del tamaño de una habitación" más grande También se desarrollaron pulmones de hierro, lo que permite la ventilación simultánea de varios pacientes (cada uno con la cabeza sobresaliendo de las aberturas selladas en la pared exterior), con suficiente espacio interior para que una enfermera o un terapeuta respiratorio estén dentro de la habitación sellada, atendiendo a los pacientes.
Las versiones más pequeñas del pulmón de hierro para un solo paciente incluyen el llamado ventilador de coraza (llamado así por la coraza, una armadura corporal que cubre el torso). El ventilador de coraza encierra solo el torso o el pecho y el abdomen del paciente, pero por lo demás funciona esencialmente igual que el pulmón de hierro original de tamaño completo. Una variación ligera del respirador de coraza es el respirador de chaqueta o poncho o impermeable, que utiliza un material flexible e impermeable (como plástico o goma) estirada sobre un marco de metal o plástico sobre el torso del paciente.
Método y uso

Los humanos, como la mayoría de los mamíferos, respiramos con una respiración de presión negativa: la caja torácica se expande y el diafragma se contrae, expandiendo la cavidad torácica. Esto hace que la presión en la cavidad torácica disminuya y los pulmones se expandan para llenar el espacio. Esto, a su vez, hace que la presión del aire dentro de los pulmones disminuya (se vuelve negativa, en relación con la atmósfera), y el aire fluye hacia los pulmones desde la atmósfera: inhalación. Cuando el diafragma se relaja, sucede lo contrario y la persona exhala. Si una persona pierde parte o la totalidad de la capacidad de controlar los músculos involucrados, la respiración se vuelve difícil o imposible.
Invención y primeros usos
Desarrollo inicial

En 1670, al científico inglés John Mayow se le ocurrió la idea de la ventilación con presión negativa externa. Mayow construyó un modelo que constaba de fuelles y una vejiga para aspirar y expulsar el aire. El primer ventilador de presión negativa fue descrito por el médico británico John Dalziel en 1832. Unos años más tarde se describió el uso exitoso de dispositivos similares. Los primeros prototipos incluían un "Spirophore" diseñado por el Dr. Woillez de París (1876), y una caja de madera hermética diseñada específicamente para el tratamiento de la poliomielitis por el Dr. Stueart de Sudáfrica (1918). La caja de Stuart estaba sellada en la cintura y los hombros con arcilla y accionada por fuelles accionados por motor.
Tanque Bebedor y Shaw
Sin embargo, el primero de estos dispositivos que se usó ampliamente fue desarrollado en 1928 por Phillip Drinker y Louis Shaw de los Estados Unidos. Philip Drinker (1894-1972) y Louis Agassiz Shaw Jr., profesores de higiene industrial en la Harvard School of Public Salud. La máquina funcionaba con un motor eléctrico con bombas de aire de dos aspiradoras. Las bombas de aire cambiaron la presión dentro de una caja de metal hermética rectangular, introduciendo y sacando aire de los pulmones. El primer uso clínico del respirador Drinker en un ser humano fue el 12 de octubre de 1928 en el Boston Children's Hospital en los EE. UU. El sujeto era una niña de ocho años que estaba casi muerta como resultado de una insuficiencia respiratoria debido a la poliomielitis. Su espectacular recuperación, en menos de un minuto después de ser colocada en la cámara, ayudó a popularizar el nuevo dispositivo.
Variaciones
El fabricante de Boston, Warren E. Collins, comenzó la producción del pulmón de hierro ese año. Aunque inicialmente se desarrolló para el tratamiento de víctimas de envenenamiento por gas de carbón, su uso más famoso fue a mediados del siglo XX para el tratamiento de la insuficiencia respiratoria causada por la poliomielitis.
El fisiólogo danés August Krogh, al regresar a Copenhague en 1931 de una visita a Nueva York donde vio la máquina Drinker en uso, construyó el primer respirador danés diseñado para fines clínicos. El dispositivo de Krogh se diferenciaba del de Drinker en que su motor funcionaba con agua de las tuberías de la ciudad. Krogh también hizo una versión de respirador infantil.
En 1931, John Haven Emerson (1906–1997) introdujo un pulmón de hierro mejorado y menos costoso. El pulmón de hierro de Emerson tenía una cama que podía deslizarse hacia adentro y hacia afuera del cilindro según fuera necesario, y el tanque tenía ventanas de portal que permitían a los asistentes alcanzar y ajustar extremidades, sábanas o compresas calientes. Drinker y la Universidad de Harvard demandaron a Emerson, alegando que había infringido los derechos de patente. Emerson se defendió argumentando que tales dispositivos para salvar vidas deberían estar disponibles gratuitamente para todos. Emerson también demostró que todos los aspectos de las patentes de Drinker habían sido publicados o utilizados por otros en épocas anteriores. Dado que una invención debe ser nueva para ser patentable, la publicación/uso previo de la invención significaba que no era nueva y, por lo tanto, no patentable. Emerson ganó el caso y las patentes de Drinker fueron declaradas inválidas.
El primer pulmón de acero del Reino Unido fue diseñado en 1934 por Robert Henderson, un médico de Aberdeen. Henderson había visto una demostración del respirador Drinker a principios de la década de 1930 y construyó su propio dispositivo a su regreso a Escocia. Cuatro semanas después de su construcción, el respirador Henderson se utilizó para salvar la vida de un niño de 10 años de New Deer, Aberdeenshire, que padecía poliomielitis. A pesar de este éxito, Henderson fue reprendido por utilizar en secreto las instalaciones del hospital para construir la máquina.
Ambos respiradores

El respirador Both, un ventilador de presión negativa, se inventó en 1937 cuando la epidemia de poliomielitis en Australia creó una necesidad inmediata de más máquinas de ventilación para compensar la parálisis respiratoria. Aunque el modelo Drinker fue eficaz y salvó vidas, su uso generalizado se vio obstaculizado por el hecho de que las máquinas eran muy grandes, pesadas (alrededor de 750 lbs o 340 kg), voluminosas y caras. En los EE. UU., una máquina para adultos costaba alrededor de $ 2000 en 1930 y £ 2000 entregada en Melbourne en 1936. El costo en Europa a mediados de la década de 1950 era de alrededor de £ 1500. En consecuencia, había pocos dispositivos Drinker en Australia y Europa.
El Departamento de Salud de Australia Meridional pidió a los hermanos Edward y Don Both de Adelaide que crearan un "pulmón de acero" económico. El ingeniero biomédico Edward Both diseñó y desarrolló un respirador de gabinete hecho de madera contrachapada que funcionaba de manera similar al dispositivo Drinker, con la adición de un diseño de dos válvulas que permitía el acceso temporal al cuerpo del paciente. Mucho más barato de fabricar (solo £ 100) que la máquina Drinker, el respirador Both también pesaba menos y podía construirse y transportarse más rápidamente. Tal era la demanda de las máquinas que a menudo los pacientes las usaban una hora después de la producción.

Al visitar Londres en 1938 durante otra epidemia de polio, ambos produjeron allí respiradores adicionales que atrajeron la atención de William Morris (Lord Nuffield), un filántropo y fabricante de automóviles británico. Nuffield, intrigado por el diseño, financió la producción de aproximadamente 1700 máquinas en su fábrica de automóviles en Cowley y las donó a hospitales en todas partes de Gran Bretaña y el Imperio Británico. Pronto, los respiradores Both-Nuffield pudieron producirse por miles a aproximadamente una treceava parte del costo del diseño estadounidense. A principios de la década de 1950, había más de 700 pulmones de hierro Both-Nuffield en el Reino Unido, pero solo 50 dispositivos Drinker.
Epidemia de poliomielitis

Hileras de pulmones de acero llenaron las salas de los hospitales en el punto álgido de los brotes de polio de las décadas de 1940 y 1950, ayudando a los niños, y algunos adultos, con polio bulbar y polio bulboespinal. Un paciente de polio con un diafragma paralizado normalmente pasaría dos semanas dentro de un pulmón de hierro mientras se recupera.
Desarrollo y uso modernos
Los programas de vacunación contra la poliomielitis prácticamente han erradicado nuevos casos de poliomielitis en el mundo desarrollado. Debido a esto, y al desarrollo de los ventiladores modernos y al uso generalizado de la intubación traqueal y la traqueotomía, el pulmón de acero ha desaparecido en su mayoría de la medicina moderna. En 1959, 1200 personas usaban respiradores de tanque en los Estados Unidos, pero para 2004 ese número había disminuido a solo 39. Para 2014, solo 10 personas se quedaron con un pulmón de hierro.
Reemplazo
Los sistemas de ventilación de presión positiva ahora son más comunes que los sistemas de presión negativa. Los ventiladores de presión positiva funcionan soplando aire en los pulmones del paciente a través de la intubación a través de las vías respiratorias; se utilizaron por primera vez en el Hospital Blegdams, Copenhague, Dinamarca, durante un brote de polio en 1952. Resultó un éxito y pronto reemplazó al pulmón de hierro en toda Europa.
El pulmón de acero ahora tiene un lugar marginal en la terapia respiratoria moderna. La mayoría de los pacientes con parálisis de los músculos respiratorios usan ventiladores mecánicos modernos que empujan aire hacia las vías respiratorias con presión positiva. Éstos son generalmente eficaces y tienen la ventaja de no restringir a los pacientes. movimientos o cuidadores' capacidad de examinar a los pacientes tan significativamente como lo hace un pulmón de hierro.
Uso continuado
A pesar de las ventajas de los sistemas de ventilación positiva, la ventilación con presión negativa es una aproximación más fiel a la respiración fisiológica normal y da como resultado una distribución más normal del aire en los pulmones. También puede ser preferible en ciertas condiciones raras, como el síndrome de hipoventilación central, en el que la falla de los centros respiratorios medulares en la base del cerebro hace que los pacientes no tengan control autónomo de la respiración. Al menos un paciente de poliomielitis informado, Dianne Odell, tenía una deformidad de la columna que hacía que el uso de ventiladores mecánicos estuviera contraindicado.
Hoy en día, al menos unos pocos pacientes todavía usan las máquinas más antiguas, a menudo en sus hogares, a pesar de la dificultad ocasional de encontrar piezas de repuesto.
Joan Headley de Post-Polio Health International dijo que al 28 de mayo de 2008, alrededor de 30 pacientes en los EE. UU. todavía usaban un pulmón de hierro. Esa cifra puede ser incorrectamente baja; Houston solo tenía 19 pacientes con pulmón de hierro viviendo en casa en 2008.
Martha Mason de Lattimore, Carolina del Norte, murió el 4 de mayo de 2009, después de pasar 60 de sus 72 años en un pulmón de acero.
El 30 de octubre de 2009, June Middleton de Melbourne, Australia, quien había sido ingresada en el Libro Guinness de los Récords como la persona que pasó más tiempo en un pulmón de hierro, murió a los 83 años. habiendo pasado más de 60 años en su pulmón de hierro.
En 2013, las organizaciones Post-Polio Health International (PHI) estimaron que solo entre seis y ocho usuarios de pulmones de hierro se encontraban en los Estados Unidos; a partir de 2017 su director ejecutivo no conocía ninguno. Sin embargo, luego surgieron informes de prensa de al menos tres (quizás los últimos tres) usuarios de tales dispositivos, lo que despertó el interés entre los miembros de la comunidad makerspace como Naomi Wu en la fabricación de los componentes obsoletos, particularmente las juntas. Uno es el abogado jubilado Paul Alexander, de 77 años, de Dallas.
En 2021, los programas de la Radio Pública Nacional Radio Diaries y All Things Considered dieron un reportaje sobre Martha Lillard, una de las dos últimas estadounidenses en dependencia del uso diario de un pulmón de hierro, que había estado usando desde 1953. En su entrevista de audio, informó que tenía problemas para obtener piezas de repuesto para que su máquina funcionara correctamente.
Pandemia de COVID-19
A principios de 2020, como reacción a la pandemia de COVID-19, para abordar la escasez global urgente de ventiladores modernos (necesarios para pacientes con COVID-19 grave y avanzado), algunas empresas desarrollaron prototipos de nuevas versiones fácilmente producibles del pulmón de acero. Estos desarrollos incluyeron:
- a compact, torso-sized "exovent" desarrollado por un equipo en el Reino Unido, que incluyó la Universidad de Warwick, el Royal National Throat Nose and Ear Hospital, el Marshall Aerospace and Defence Group, el Imperial College Healthcare NHS Trust, junto con equipos de médicos clínicos, académicos, fabricantes, ingenieros y científicos ciudadanos;
- a full-size iron lung developed in the United States by a team led by Hess Services, Inc., of Hays, Kansas.
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