Máy thở hoạt động như thế nào?

Vào thế kỷ 16, bác sĩ Andreas Vesalius đã mô tả cách cứu sống một con vật bằng cách chèn ống khí quản và thổi không khí vào để kích thích phổi hô hấp. Dù lúc đó nghiên cứu của ông không được sự quan tâm nhưng ngày nay, Vesalius được công nhận là mô tả đầu tiên về thông khí cơ học, một thực hành quan trọng trong y học hiện đại. Để biết được giá trị của thông khí cơ học, chúng ta cần hiểu hệ thống hô hấp hoạt động như thế nào?

Cách mà hệ hô hấp hoạt động

Chúng ta thở bằng cách co thắt cơ hoành, mở rộng khoang ngực. Điều này cho phép không khí được hút vào, thổi phồng hàng triệu quả bóng nhỏ gọi là phế nang bên trong phổi của chúng ta. Mỗi quả bóng này được bao quanh bởi một lưới các mao mạch đầy máu. Máu hấp thụ oxy từ đây và để lại carbon dioxide. Khi cơ hoành được thư giãn, CO₂ được thở ra cùng với hỗn hợp oxy còn lại và các khí khác. Khi hệ thống hô hấp của chúng ta hoạt động bình thường, quá trình này sẽ tự động xảy ra.

Chúng ta thở bằng cách co thắt cơ hoành, mở rộng khoang ngực.

Nhưng hệ thống hô hấp có thể bị gián đoạn khi gặp trục trặc như ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn, hen suyễn có thể dẫn đến viêm làm tắc nghẽn đường thở. Nặng nhất là viêm phổi xảy ra do nhiễm trùng bởi vi khuẩn hoặc virus, các mầm bệnh xâm nhập sẽ tiêu diệt các tế bào phổi khiến cơ thể kích hoạt phản ứng miễn dịch, cuộc chiến này có thể gây viêm nhiễm chết người. Tất cả những tình huống này làm cho phổi không thể hoạt động bình thường.

Cách hoạt động của máy thở

Máy thở đảm nhận quá trình đưa oxy vào cơ thể khi hệ hô hấp không thể tự lấy oxy từ môi trường bằng cách vượt qua đường dẫn khí bị tắc nghẽn để cung cấp trực tiếp không khí có oxy cao giúp phổi bị tổn thương khuếch tán nhiều oxy hơn. Máy thở hoạt động theo 2 cách chính đó là bơm khí vào phổi bệnh nhân thông qua thông khí áp lực dương hoặc cho phép không khí được hút thụ động vào phổi thông qua thông khí áp lực âm.

Máy thở đảm nhận quá trình đưa oxy vào cơ thể khi hệ hô hấp không thể tự lấy oxy từ bên ngoài

Vào cuối thế kỷ 19, các kỹ thuật chủ yếu tập trung vào thông khí áp lực âm, gần đúng với nhịp thở tự nhiên và cung cấp sự phân phối không khí đều trong phổi. Để đạt được điều này, các bác sĩ đã tạo ra một hộp gỗ đặc biệt. Không khí sau đó được bơm ra khỏi hộp, giảm áp suất không khí và cho phép khoang ngực của bệnh nhân mở rộng dễ dàng hơn.

Năm 1928, các bác sĩ đã phát triển một thiết bị kim loại với máy bơm chạy bằng động cơ điện. Cỗ máy này, được gọi là phổi sắt, đã trở thành vật cố định trong các bệnh viện trong suốt giữa thế kỷ 20. Tuy nhiên, ngay cả những thiết bị thông khí áp lực âm nhỏ gọn nhất cũng hạn chế rất nhiều sự di chuyển của bệnh nhân và gây cản trở người chăm sóc. Điều này khiến các bệnh viện từ năm 1960 chuyển sang hướng thông khí áp lực dương.

Đối với các trường hợp nhẹ, có thể thực hiện không xâm lấn bằng cách đặt mặt nạ dưỡng khí trên miệng và mũi chứa đầy không khí điều áp di chuyển vào đường thở của bệnh nhân. Những trường hợp nghiêm trọng hơn đòi hỏi một thiết bị đảm nhận toàn bộ quá trình thở, một ống dài được đưa vào khí quản để bơm không khí trực tiếp vào phổi, với một loạt các van và hệ thống ống dẫn tạo thành một mạch để hít vào và thở ra.

Trong hầu hết các máy thở hiện đại, một hệ thống máy tính cho phép theo dõi nhịp thở của bệnh nhân

Trong hầu hết các máy thở hiện đại, một hệ thống máy tính cho phép theo dõi nhịp thở của bệnh nhân và điều chỉnh luồng khí và đây cũng coi là giải pháp cuối cùng. Việc duy trì dòng khí điều áp này đòi hỏi phải dùng thuốc an thần nặng và thông khí lặp đi lặp lại có thể gây tổn thương phổi lâu dài. Nhưng trong những tình huống cực đoan, máy thở sẽ là yếu tố quyết định giữa sự sống và cái chết. Và khi những đại dịch nổ ra như Covid-19 đã cho thấy máy thở thậm chí cần thiết hơn chúng ta nghĩ.

Các mô hình máy thở hiện tại khá cồng kềnh, đắt tiền và đòi hỏi quá trình đào tạo để sử dụng thành thạo, hầu hết các bệnh viện chỉ có số lượng ít để cung cấp. Điều này có thể đủ trong các trường hợp bình thường, nhưng trong trường hợp khẩn cấp thì không. Thế giới rất cần nhiều máy thở cầm tay với chi phí thấp, cũng như một phương tiện nhanh hơn để sản xuất và phân phối công nghệ cứu sinh này.