L’oxygène est un élément essentiel pour assurer la survie de l’être humain. Certaines personnes malades se trouvent cependant dans l’incapacité d’inspirer de l’oxygène, et l’être humain a inventé les respirateurs artificiels. Avec une utilisation qui remonte aux époques bibliques, découvrons comment a été inventé l’appareil.

Plus de 4 millions de personnes dans le monde sont actuellement affectées par le coronavirus et près de 300 000 personnes ont déjà trouvé la mort à cause de cette maladie. Dans les cas graves de Covid-19, l’utilisation de respirateur artificiel est essentielle afin d’assurer la survie des malades. Ces appareils sont ainsi devenus des éléments clés pour lutter contre la pandémie. Ce qu’il faut savoir, c’est que les respirateurs artificiels ont fait un long chemin pour devenir les appareils plus ou moins accessibles qu’ils sont aujourd’hui. En effet, bien que la production de respirateurs artificiels soit plus facile actuellement, ces appareils restent des produits non courants, puisqu’ils sont strictement utilisés dans le milieu hospitalier et dans la prise en charge de patients atteints de maladies graves.

En temps normal, la ventilation mécanique est surtout utilisée en soins intensifs. Et si l’utilisation moderne de cet appareil n’est pas énormément répandue, cela l’était encore moins dans le passé, notamment dans la période ayant suivi sa création. Cela date notamment du début du XVIIe siècle, et à cette époque c’était un appareil artisanal qui se servait de soufflets de forgerons pour envoyer directement de l’air dans les poumons du patient. Si c’est la première utilisation connue d’un respirateur artificiel, des documentations écrites, notamment de la Bible, suggèrent cependant que la ventilation mécanique est utilisée depuis fort longtemps, a rapporté le magazine Time.

Des poumons d’acier utilisés au Rancho Los Amigos Hospital © Food and Drugs Administration / Wikipedia

L’invention des premiers appareils de ventilation mécanique moderne

En ce qui concerne les premiers respirateurs artificiels modernes largement utilisés, ils ont été inventés par Philip Drinker et Louis Agassiz Shaw, deux scientifiques de l’université de Harvard, au début du XXe siècle. Certes, les appareils qu’ils ont inventés ne ressemblent pas exactement aux systèmes de ventilation mécanique qui sont actuellement utilisés, mais les principes de base sont les mêmes. À l’époque, ces respirateurs artificiels étaient appelés des « poumons d’acier » et c’étaient des engins très impressionnants. Les photos de ces appareils montrent notamment d’énormes boîtes métalliques rectangulaires dans lesquelles les patients étaient placés. Seule leur tête était alors en dehors de l’engin.

Mais bien que ces poumons d’acier semblaient effrayants, c’étaient en fait des formes de ventilation mécanique non invasive. Ces respirateurs fonctionnaient en faisant varier la pression de l’air dans l’espace clos, pour stimuler la respiration. La machine était ainsi un respirateur à pression négative actionnée par un moteur électrique avec des pompes à air à deux aspirateurs. Si l’utilisation des poumons de fer est actuellement obsolète, cet appareil a sauvé beaucoup de vies à l’époque de l’épidémie de poliomyélite à la fin des années 1920. À cette époque, la première utilisation clinique du respirateur artificiel de Drinker sur un être humain a eu lieu en 1928 au Boston Children’s Hospital aux États-Unis.

L’appareil avait été utilisé pour venir en aide à une fillette de huit ans. Celle-ci était dans un état critique suite à une insuffisance respiratoire due à la polio. Après seulement quelques minutes dans le poumon d’acier, une nette amélioration de son état a été observée, et cela a largement popularisé le nouveau dispositif. Étant donné le succès rencontré par le respirateur, de nouvelles variantes de l’appareil n’ont pas tardé à être inventées. Parmi les nouvelles versions les plus populaires du poumon de fer à l’époque, nous pouvons citer celui de l’inventeur John Emerson. Il avait réussi à raffiner l’appareil de Drinker et a permis d’en réduire le coût de près de la moitié.

Illustration de l’usage du Pulmotor © Internet Archive Book Images / Flickr

L’évolution du respirateur artificiel : « un voyage remarquable »

Pendant les trente prochaines années, ce seront ainsi les respirateurs à pression négative qui seront utilisés pour venir en aide aux patients atteints de problèmes respiratoires graves. Ce ne sera qu’en 1960 que ce type d’appareil sera remplacé par des respirateurs à pression positive. Ces derniers fonctionnaient en forçant l’air dans les poumons d’un patient. Cela pouvait se faire de manière non invasive avec des masques nasaux ou faciaux pour des problèmes respiratoires moins graves. Mais il était également devenu possible d’insérer de manière invasive des tubes dans les voies respiratoires d’un patient atteint de problèmes respiratoires graves.

Le Pulmotor a notamment été l’un des premiers appareils de ventilation à pression positive moderne à avoir été inventé. Il a été créé et breveté en 1907 par l’homme d’affaires et inventeur allemand Johann Heinrich Dräger et son fils Bernhard. Son utilisation n’a cependant été vulgarisée que dans les années 1940 et avec une version améliorée de l’appareil. Le succès du Pulmotor était notamment lié à la poliomyélite, mais aussi à la demande croissante en ventilation mécanique liée à la Seconde Guerre mondiale. Le Pulmotor était un appareil transportable qui déboursait de l’oxygène à travers un masque facial jusqu’à ce qu’une pression définie soit atteinte dans les poumons, moment auquel il passait à l’expiration.

Pour en arriver aux respirateurs artificiels qui sont actuellement utilisés dans nos hôpitaux, ces appareils sont encore passés par un grand nombre de modifications. « En seulement 50 ans, nous sommes passés de dispositifs relativement mécaniques et totalement mécaniques qui ne pouvaient fournir qu’une ventilation volumique déclenchée par la machine à des systèmes contrôlés par microprocesseur hautement évolué capable de toute forme de support ventilatoire imaginable », a notamment écrit Robert Kacmarek, directeur des soins respiratoires au Massachusetts General Hospital et professeur d’anesthésiologie à la Harvard Medical School, dans un article publié en 2011 dans la revue Respiratory Care.

Le « Beaver II », un respirateur portable datant des années 1950 © Medical Photographic Library / Wikimedia Commons

Les respirateurs artificiels des temps modernes et à l’ère du Covid-19

Actuellement, un grand nombre de machines pour ventilation artificielle est disponible sur le marché. Ces appareils sont notamment dotés de microprocesseurs, ce qui permet un meilleur suivi de l’état du patient grâce à la mise à disposition de courbes respiratoires. Ce genre de données est devenu essentiel dans les soins intensifs, notamment pour réguler la quantité de gaz insufflé au patient selon ses besoins. Allant des plus simples aux plus complexes, nous disposons même de petits respirateurs portables – ou plus précisément des concentrateurs d’oxygène portables ou oxygène portatif – pour les patients atteints de maladies chroniques qui doivent porter ces appareils au quotidien.

Malgré tout, leur nombre reste insuffisant face à une pandémie, comme c’est le cas en ce moment. Pour pallier ce problème, de nombreuses entreprises et autres inventeurs ont développé de nouveaux modèles de respirateurs artificiels à moindre coût. Cela est notamment possible en détournant les unités de production de certaines entreprises qui ne sont pas du domaine de la santé. Cela a notamment été le cas de la NASA avec son respirateur nommé VITAL (Ventilator Intervention Technology Accessible Locally) qui a été spécialement conçu pour faire face à la pandémie de Covid-19. Il y a également la conception de modèles open source de respirateurs qui peuvent être fabriqués, par exemple, avec l’impression 3D et des pièces peu coûteuses. Par ailleurs, l’open source permet d’apporter des améliorations des modèles déjà disponibles.  

— Dan Race / Shutterstock.com

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