Инженеры Массачусетского технологического института разработали мягкий имплантируемый аппарат искусственной вентиляции легких

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике по лицензии Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Для многих из нас акт дыхания является естественным. За кулисами наша диафрагма — куполообразная мышца, расположенная прямо под грудной клеткой — работает как медленный и устойчивый батут, нажимая вниз, создавая вакуум, позволяющий легким расширяться и втягивать воздух, а затем расслабляясь, когда воздух выталкивается наружу. . Таким образом, диафрагма автоматически контролирует объем наших легких и является основной мышцей, отвечающей за нашу способность дышать.

Но когда функция диафрагмы нарушена, инстинкт дыхания становится трудоемкой задачей. Хроническая дисфункция диафрагмы может возникнуть у людей с БАС, мышечной дистрофией и другими нервно-мышечными заболеваниями, а также у пациентов с параличом и повреждением диафрагмального нерва, который стимулирует сокращение диафрагмы.

Новая экспериментальная разработка инженеров Массачусетского технологического института направлена ​​на то, чтобы однажды улучшить функцию жизнеобеспечения диафрагмы и улучшить емкость легких у людей с дисфункцией диафрагмы.

Команда Массачусетского технологического института разработала мягкий роботизированный имплантируемый аппарат искусственной вентиляции легких, который усиливает естественные сокращения диафрагмы. В основе системы лежат две мягкие баллоноподобные трубки, которые можно имплантировать так, чтобы они располагались над диафрагмой. При надувании с помощью внешнего насоса трубки действуют как искусственные мышцы, давя на диафрагму и помогая легким расширяться. Трубки можно надувать с частотой, соответствующей естественному ритму диафрагмы.

Исследователи продемонстрировали имплантируемый аппарат искусственной вентиляции легких на моделях животных и показали, что в случаях нарушения функции диафрагмы система способна значительно улучшить объем воздуха, который могут всасывать легкие.

Еще предстоит проделать большую работу, прежде чем такую ​​имплантируемую систему можно будет использовать для лечения людей с хронической дисфункцией диафрагмы. Но предварительные результаты открывают новый путь в технологии вспомогательного дыхания, который исследователи стремятся оптимизировать.

«Это доказательство концепции нового способа вентиляции», — говорит Эллен Рош, доцент кафедры машиностроения и сотрудник Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института. «Биомеханика этой конструкции ближе к нормальному дыханию по сравнению с аппаратами ИВЛ, которые нагнетают воздух в легкие, где у вас есть маска или трахеостома. Прежде чем это будет имплантировано человеку, предстоит пройти долгий путь. Но здорово, что мы смогли показать, что можем дополнить вентиляцию чем-то имплантируемым».

Рош и ее коллеги опубликовали свои результаты сегодня в журнале Nature Biomedical Engineering. Среди ее соавторов в Массачусетском технологическом институте первый автор и бывшая аспирантка Люси Ху, а также Маниша Сингх и Диего Кеведо Морено; вместе с Жаном Боннеманом из университетской больницы Лозанны в Швейцарии, а также Моссабом Саидом и Николаем Васильевым из Бостонской детской больницы.

Мягкое давление

Разработанная командой команда имплантируемого аппарата искусственной вентиляции легких возникла на основе предыдущей работы компании «Рош» над вспомогательным устройством для сердца. Будучи аспирантом Гарвардского университета, Рош разработала сердечный рукав, предназначенный для обертывания вокруг сердца, чтобы снизить давление и обеспечить поддержку во время работы органа.

Сейчас в Массачусетском технологическом институте она и ее исследовательская группа обнаружили, что аналогичная мягкая роботизированная помощь может быть применена к другим тканям и мышцам.

«Мы подумали: какая еще большая мышца работает циклично и поддерживает жизнь? Диафрагма», — говорит Рош.

Команда начала изучать конструкции имплантируемого аппарата ИВЛ задолго до начала пандемии Covid-19, когда количество случаев использования обычных аппаратов ИВЛ резко возросло. Эти аппараты искусственной вентиляции легких создают положительное давление, при котором воздух проталкивается через центральные дыхательные пути пациента и попадает в легкие.