Исследователи Массачусетского технологического института создают имплантируемый робот-вентилятор

Брианна Весслинг | 20 декабря 2022 г.

Эллен Рош с мягким имплантируемым аппаратом искусственной вентиляции легких, разработанным ею и ее командой. | Источник: Массачусетский технологический институт, М. Скотт Брауэр.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали мягкий роботизированный имплантируемый аппарат искусственной вентиляции легких, который может усиливать естественные сокращения диафрагмы.

Имплантируемый аппарат искусственной вентиляции легких состоит из двух мягких трубок, похожих на баллоны, которые имплантируются так, чтобы располагаться над диафрагмой. При надувании с помощью внешнего насоса трубки действуют как искусственные мышцы, которые толкают диафрагму вниз и помогают легким расширяться. Трубки можно надувать, чтобы они соответствовали естественному ритму диафрагмы.

Диафрагма расположена чуть ниже грудной клетки. Он толкает вниз, создавая вакуум, в который легкие расширяются, чтобы они могли втянуть воздух, а затем расслабляется, чтобы выпустить воздух.

Трубки в аппарате ИВЛ аналогичны приводам МакКиббена — своего рода пневматическому устройству. Команда прикрепила трубки к грудной клетке по обе стороны от диафрагмы так, чтобы устройство лежало на мышце спереди назад. Используя тонкую внешнюю магистраль, команда подключила трубки к небольшому насосу и системе управления.

Этот мягкий аппарат искусственной вентиляции легких был разработан Эллен Рош, доцентом кафедры машиностроения и сотрудником Института медицинской инженерии и науки Массачусетского технологического института, и ее коллегами. Исследовательская группа создала экспериментальную концепцию аппарата искусственной вентиляции легких.

«Это доказательство концепции нового способа вентиляции», — сказал Рош MIT News. «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».

По мнению компании «Рош», ключом к максимизации объема работы, выполняемой имплантируемой помпой, является дополнительный толчок диафрагмы вниз, когда она естественным образом сокращается. Это означает, что команде не нужно было пытаться точно имитировать движение диафрагмы, а просто создать устройство, способное дать этот толчок.

Имплантируемый аппарат искусственной вентиляции легких состоит из двух трубок, расположенных поперек диафрагмы. | Источник: Массачусетский технологический институт

Рош и ее команда протестировали систему на анестезированных свиньях. После имплантации устройства они контролировали уровень кислорода у свиней и использовали ультразвуковую визуализацию для наблюдения за функцией диафрагмы. В целом команда обнаружила, что аппарат искусственной вентиляции легких увеличивает количество воздуха, которое легкие свиней могут всасывать при каждом вдохе. Устройство работало лучше всего, когда сокращения диафрагмы и искусственных мышц работали синхронно, позволяя легким свиней вводить в три раза больше воздуха, чем они могли бы без посторонней помощи.

Команда надеется, что ее устройство сможет помочь людям, борющимся с хроническими дисфункциями диафрагмы, которые могут быть вызваны БАС, мышечной дистрофией и другими нервно-мышечными заболеваниями, параличом и повреждением диафрагмального нерва.

В исследовательскую группу вошли Рош, бывшая аспирантка Массачусетского технологического института Люси Ху, Маниша Сингх, Диего Кеведо Морено, Жан Боннемейн из университетской больницы Лозанны в Швейцарии, а также Моссаб Саид и Николай Васильев из Бостонской детской больницы.