Многие пациенты с дегенеративными нервно-мышечными заболеваниями вроде бокового амиотрофического склероза или разного рода мышечных дистрофий теряют способность к самостоятельному дыханию, поскольку их диафрагма не в состоянии полноценно выполнять свои функции. Исследователи из МТИ разработали имплантируемый аппарат ИВЛ, который предложит таким больным кардинально новый способ восполнения утерянного функционала диафрагмы.
Диафрагма – это куполообразная мышца, разделяющая грудную и брюшную полости. Её ритмичное сокращение и расслабление играет ключевую роль в форсировании естественной вентиляции лёгких. Активное сокращение диафрагмы при вдохе заставляет лёгкие втягивать воздух, а при выдохе она пассивно расслабляется, возвращаясь в исходное спокойное состояние и выталкивая воздух из лёгких. Традиционный аппарат ИВЛ работает за счёт принудительного нагнетания газовой смеси в лёгкие через маску или трахеостому. Тем временем разработанный в МТИ имплантируемый инструмент использует поток воздуха для усиления сокращений диафрагмы и стимуляции естественного поступления воздуха в лёгкие пациента.
Имплантируемый аппарат ИВЛ представляет собой две мягкие и пластичные полые трубки, которые устанавливают поверх куполов диафрагмы парасаггитально, то есть параллельно плоскости двусторонней симметрии тела (между передней и задней частями грудной клетки). Трубки фиксируют в ближайших к концам мышцы рёберных дугах и подсоединяют к тонким воздуховодам, которые выводят наружу, подключая к небольшому насосу и блоку управления. По словам учёных, наружные части устройства ИВЛ можно интегрировать в некое подобие пояса или рюкзака, чтобы пациент мог сохранять подвижность.
По словам профессора Эллен Роше, аппарат можно запрограммировать таким образом, чтобы он отслеживал естественный темп дыхания пациента и управлял потоком воздуха, поступающего в имплантированные трубки. При нагнетании воздуха трубки увеличиваются в диаметре и давят на диафрагму, помогая ей опуститься и наполнить лёгкие воздухом. После каждого «вдоха» аппарат делает паузу, во время которой трубки сдуваются и позволяют диафрагме прийти в расслабленное состояние. На данном этапе исследования учёные доказали эффективность подобной системы ИВЛ на свиньях с нарушением функции диафрагмы (под наркозом). Интеграция аппарата позволила увеличить глубину каждого вдоха животных, тем самым повышая объём поступающего в лёгкие воздуха. Эффект был наиболее выраженным, когда учёным удалось максимально синхронизировать работу насоса с естественным сокращением диафрагмы. При таких условиях свиньи вдыхали втрое больше воздуха.
Профессор Роше и её коллеги сумели доказать перспективность концепта, который предусматривает не полную имитацию работы диафрагмы, но поддержку её естественных сокращений. В процессе разработки имплантируемого аппарата ИВЛ учёные узнали много нового о биомеханике процесса дыхания и способах её поддержки. Теперь команде предстоит долгая работа по оптимизации всех аспектов системы, которая в будущем позволит применять подобные системы для респираторной поддержки пациентов с хронической дисфункцией диафрагмы. Прежде всего исследователи планируют заняться уменьшением размеров всех компонентов. К примеру, исследователи не исключают, что в будущем внешние элементы системы можно будет сделать достаточно компактными и надёжными для помещения внутри грудной клетки по примеру уже существующих имплантируемых насосов для вспомогательного кровообращения.