تُعد نقص أجهزة التنفس الصناعي واحدة من أكثر الحاجات الطارئة التي تواجهها المستشفيات الآن بعد تفشي فيروس كورونا، فيمكن لتلك الأجهزة الحفاظ على حياة الكثير من المرضى وإبقائهم على قيد الحياة من خلال المساعدة في عملية التنفس الحيوية، إلا أن الجهاز الواحد تصل تكلفته إلى 30.000 دولار.
معهد MIT يساهم بحل
لذلك يعمل الآن فريق بحثي من المهندسين والأطباء والتقنيين وغيرهم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بكامبريدج المعروف بـ MIT على تطبيق بديل آمن وغير مكلف يمكن استخدامه في حالات الطوارىء، ويمكن تصميمه سريعًا حول العالم. ففي 12 مارس شُكل فريق لتصميم جهاز باسم ( MIT E-Vent) كرد فعل سريع لجائحة كورونا من المتخصصين للاتفاق على تصميم جهاز تنفس صناعي بتكلفة 100 دولار فقط.
آلية عمل جهاز التنفس الصناعي الخاص بمعهد MIT
يتناسب الجهاز المصمم مع جهاز التنفس اليدوي وهو عبارة عن كيس نفخ ذاتي يستخدم لتوفير هواء للتنفس للمرضى من خلال الضغط عليه باليد، فيحمل الهواء بضغط إيجابي داخل الرئتين، وتمتلك المستشفيات منها بالفعل، إلا أنه يصعب الاستمرار بضغطها لفترة طويلة حيث من يفعل ذلك يكن الطبيب أو التمريض، لذلك طور المعهد ضواغط ميكانيكية مدفوعة من خلال محرك صغير لدفع الهواء باستمرار خلال أنبوب موضوع في مجرى التنفس للمريض. ولكن كان من المهم جدًا أن لا يتسبب هذا النظام التشغيلي بإتلاف الكيس المرن وأن يكون قابلًا للتحكم فيه، لأن الخطأ غير المتوقع فيه قد يكون مميتًا. كما أشار المعهد البحثي على التفكير بجميع العوامل الطبية التي يقوم عليها طريقة التنفس الصناعي خاصة في الأجهزة منخفضة التكلفة، فهي تتطلب عناية كبيرة من قبل الأطباء المتخصصين لضبط المعايير الفردية اللازمة لكل مريض مثل حجم الهواء المدي لإتمام عملية الشهيق بالضغط اللازم، بالإضافة إلى دعم إيجابي في نهاية التنفس لإتمام الزفير، وإن لم تكن تلك الضوابط في الحسبان فقد تتسبب في إصابات خطيرة أو حدوث حالات وفاة.
لم تكن تلك المرة الأولى لمعهد MIT لصناعة جهاز تنفس صناعي يدوي لاستخدامه في حالات الطوارىء حيث قدم أول جهاز محمول منه لحالات الانعاش اليدوي من قبل طلاب عام 2010، لكنه لم يتجاوز مرحلة النموذج الأولي، توالت أيضًا التصميمات من فرق بحثية أخرى، والآن تعمل الفرق معًا في المعهد على التصميم النهائي.
أعلن الفريق البحثي عن انتاج أربع مجموعات من المواد والتي سوف تنشر على الموقع الخاص بهم كمصدر متاح وهي عبارة عن: أقل جهاز تنفس صناعي آمن يعتمد على الارشادات السريرية، تصميم تقني مرجعي لتلبيه الأحد الأدنى من المتطلبات، استراتيجيات التحكم المرجعي وتصميم الإلكترونيات ودعم الأفكار، نتائج الاختبارات على النماذج الحيوانية. تقدم تلك المواد بهدف تزويد من لهم القدرة على تصنيع الأجهزة في البدء، كما يمكن للأطباء تقديم خبراتهم عبر المشاركة على الموقع. وكضمان للجودة فرض المعهد حقوق للاستخدام لتصنيع الجهاز التنفسي وهو أن لا يستخدم أي من إشعارات أو علامات المعهد التجارية على الأجهزة إلا بعد موافقة مسبقة مكتوبة.
ما هي أجهزة التنفس الصناعي؟ ولماذا يُعد تصنيعها تحديًا؟
تسبب فيروس كورونا المستجد في خلق أزمة حادة في نقص أجهزة التنفس الصناعي حيث يلقى الالاف من الأشخاص يوميًا حتفهم بسبب عدم توفر القدر الكافي من هذه الأجهزة. وفي إطار توفير القدر الكافي من أجهزة التنفس الصناعي سارعت شركات السيارات العملاقة مثل «فورد –Ford» و «جنرال موتورز –General Motors» و «تسلا –Tesla» في تخصيص خطوط إنتاج في مصانعها لتصنيع هذه الأجهزة، في حين قامت شركة «ميدترونك – Medtronic» المتخصصة في إنتاج الأجهزة الطبية بإسقاط كافة الحقوق الملكية والفكرية عن منتجات أجهزة التنفس الصناعي التي تمتلكها وجعلها متاحة للجميع من أجل البدء في إنتاج هذه الأجهزة لسد النقص الحاد التي تعاني منه المستشفيات والدور الصحية. في هذا المقال سنتعرف على كيفية عمل أجهزة التنفس الصناعي ولماذا يُعد هذه الأجهزة أمرًا بالغ التعقيد.
كيفية عمل أجهزة التنفس الصناعي
هي عبارة عن أجهزة ميكانيكية-كهربية تُستخدم لإمداد الأكسجين للمرضى الذين يعانون من أمراض تنفسية مزمنة تؤثر على الرئتين، بما في ذلك الالتهاب الرئوي. قبل أن يوصل جهاز التنفس الصناعي للمريض يقوم الأطباء بعملية تسمى «التنبيب–intubation» حيث يتم ربط جهاز التنفس الصناعي بالمجاري الهوائية للرئة عن طريق الفم أو الأنف وذلك بعد تخديره من أجل إرخاء عضلاته. وفي بعض الحالات الخطيرة أو طويلة المدى، يتم توصيل أنبوب التنفس مباشرة بالقصبة الهوائية من خلال ثقب صغير في الرقبة يتم فتحه بعملية جراحية. بعد ذلك يُربط أنبوب التنفس بجهاز ضخ الهواء ويقوم الطاقم الطبي بضبط المعدل الذي يدفع الأكسجين إلى الرئتين وضبط مزيج الأكسجين المناسب. يحتاج جهاز التنفس الصناعي إلى الكهرباء لتشغيله وتشغيل المستشعرات المرتبطة به، ويمكن أن يعمل بعض الأنواع على البطارية.
كيفية عمل أجهزة التنفس الصناعي
شركات السيارات العملاقة تدخل في خط الإنتاج
في إطار السعي لمواكبة الطلب المتزايد على أجهزة التنفس الصناعي قامت شركات السيارات العملاقة بالبدء في تصنيع أجهزة التنفس الصناعي بعدما صرح الرئيس ترامب باستخدام قانون الإنتاج الدفاعي. أعلنت شركة جنرال موتورز عن تعاون مشترك مع شركة «فينتك –Ventec Life Systems» المتخصصة بإنتاج أجهزة التنفس وذلك لرفع الطاقة الإنتاجية لشركة فينتك إلى تصنيع أكثر من 10000 جهاز تنفس في الشهر، حيث سيتم إنتاج بعض الأجهزة في مقر شركة جنرال موتورز في ولاية إنديانا ومن المتوقع تسليم الدفعة الأولى من هذه الأجهزة خلال شهر إبريل. أما شركة فورد فأعلنت من جانبها بأنها تعمل مع شركة «جنرال إلكتريك للرعاية الصحية –GE Healthcare» وذلك لزيادة الطاقة الإنتاجية لأجهزة التنفس حيث تخطط شركة فورد إلى إنتاج 50000 جهاز تنفس في غضون المائة يوم القادمة وذكر نائب الرئيس ومسؤول خطوط الإنتاج لشركة فورد «جيم بومبيك –Jim Baumbick» أن الشركة حولت اهتمامها لتقنيات الرعاية الصحية وعقدت اتفاقات مع بعض الموردين لتوريد بعض مكونات أجهزة التنفس حتى لا تواجه شركة جنرال إلكتريك للرعاية الصحية اختناقات في سلسة التوريد الخاصة بها.
تسعى شركة فورد إلى تصنيع خمسين ألف جهاز تنفس خلال المائة يوم القادمة
مبادرة شركة ميدترونك
أعلنت شركة ميدترونك الرائدة في مجال تصنيع الأجهزة الطبية عن تخليها عن كافة الحقوق الملكية والفكرية لجاهز التنفس الاصطناعي الخاص بها ونشرت على موقع الالكتروني الدوائر الالكترونية وملفات المواصفات القياسية وملفات التصميم والتجميع وأيضًا ملفات اختبارات الجودة أثناء التصنيع. وذكرت بأن بقية الملفات سيتم رفعها على الموقع بالتدريج وحثت بقية الشركات على البدء بإنتاج أجهزة التنفس الصناعي. ومن جانبها، صرحت شركة مدترونيك إنها عززت بالفعل إنتاجها من أجهزة التنفس الصناعي بزيادة 40٪ أسبوعيًا منذ يناير، وذلك من خلال وضع خطوط التجميع الخاصة بها على جدول زمني يعمل على مدار 24 ساعة. وتخطط الشركة لزيادة الإنتاج بنسبة 200٪ أخرى على مدى الأسابيع القليلة القادمة من خلال مضاعفة عدد العاملين في خطوط الإنتاج الحالية.
لماذا يعد تصنيع أجهزة التنفس تحديًا ؟
في حقيقية الأمر، ليس بالأمر الهين صناعة جهاز تنفس صناعي. يجب أن يمتاز جهاز التنفس بالموثوقية عالية وأن يتم معايراة كل المستشعرات المرتبطة بالجهاز باستمرار لضمان أن تعطي قراءات صحيحة لحالة ضغط الهواء والحرارة ومعدل تدفق الأكسجين وأيضًا يجب أن تكون المعالجات المستخدمة في الجهاز على قدر عالي من الكفاءة والأداء حيث أن وجود خطأ صغير في التعليمات التي يصدرها المعالج قد يودي بحياة المريض. يجب الإشارة بأنه ليست كل أجهزة التنفس متشابهة فبعضها أكثر تعقيدًا من البعض الآخر. ففي حالة إذا كانت رئتي المريض ب «فيروس كورونا المستجد –COVID-19» متدهورة، فقد يتطلب أجهزة تنفس متطورة تصل تكلفتها إلى 50000 دولار. وينبغي أن تُصَمّم هذه الأجهزة بدقة للمرضى ويجب تشغيلها من قبل أخصائيين طبيين ذوي قدر عالي من التدريب.
ظهرت مؤخرًا محاولات لتصميم جهاز تنفس صطناعي بأقل تكلفة وذللك اعتمادًا على طريقة قديمة تسمى«أنبوبة أمبو –Ambue bag» . تُستخدم أنبوبة أمبو لإمداد المرضى بالاكسجين يدويًا بالضغط عليها من قبل شخص من الكادر الطبي . الطريقة الجديدة هي بدلًا من ضغطها يدويًا ، يتم ضغط أنبوبة أمبو بطريقة آلية باستخدام محركات خاصة. لكن هذه ليست موثوقة، فالتنفس الصناعي ليس مجرد إدخال الهواء لرئتي المريض، بل هناك عوامل هامة يجب أخذها بعين الاعتبار . من أهم هذه العوامل هي الأضرار الجانبية لعملية التنفس الميكانيكي. ففي عملية التنفس الطبيعي أثناء الشهيق ، ينخفض الحجاب الحاجز، وهو عضلة تشبه القبة وتقع بين الصدر وتجويف البطن. يتسبب ذلك في توسيع القفص الصدري وينخفض الضغط داخل الرئتين -يتناسب الحجم عكسيًا مع الضغط-، ونتيجةً لذلك يُسحب الهواء إلى الداخل وذلك لأن الضغط داخل الرائتين أقل من ضغط الهواء الجوي. وفي أثناء الزفير يرتخي الحجاب الحاجز وتنكمش الرئتان طبيعيًّا، ومن ثم يندفع الهواء برفق إلى الخارج. أما طريقة التنفس الميكانيكية فلا تعمل بهذا المبدأ فهي تقوم فقط بإجبار الهواء إلى الدخول لرئتي المريض، إذا لم يتم التحكم بهذه العملية بدقة، سيؤدي ضغط الهواء القوي إلى الضغط على الحجاب الحاجز والإضرار بالمريض بشكل كبير. بالاضافة إلى ذلك تقوم أجهزة التنفس الميكانيكية بإمداد المريض بالأكسجين في كل الأوقات بغض النظر عن حوجته لذلك فمثلًا النموذج الصناعي المقدم من «MIT» يوفرمن 5 إلى 30 نفسًا في الدقيقة الواحدة ويعتبر مفيد في بعض الحالات وليس كلها .أما أجهزة التنفس الصناعي المتقدمة ذات الكفاءة العالية فهي تمد الهواء إلى المريض فقط عند حوجته وبالمعدل المناسب. حيث تقوم بتشغيل أو إطفاء إمداد الأكسجين بناءً على حالة المريض وتتم عملية التشغيل والأطفاء اعتمادًا على طرق عدة أهمها هي قياس معدل تفقد الهواء إلى الرئتين بواسطة مستشعر كهربي .
استخدام أنبوبة أمبو بشكل آلي لصناعة جهاز تنفس منخفض التكلفة
