膈肌位于肋骨的正下方,通过有节奏的收缩和放松使我们能够呼吸。当它收缩时,它也会变平,形成一个真空,将空气吸入肺部。当它放松时,它恢复到默认的圆顶状,将空气推回外面。
在传统的外部呼吸机中,空气通过面罩或气管切开术(脖子上的一个孔,进入气管)被强制送入肺部。相比之下,植入式呼吸机通过帮助膈肌收缩,将空气吸入。
植入物的形式是两根柔软的充气管,从前到后横卧在膈肌顶部的两侧,并固定在肋骨底部。一条细线从每根管子的一端伸出身体,进入一个小型泵/控制单元。可以想象,后者可以被整合到一个特殊的腰带或背包中(甚至可能也被植入),使病人能够保持移动。
植入式呼吸器由两条可充气的软管(绿色)组成,在此看到的是一个模型隔膜(白色)
医生可以根据病人的呼吸速度进行编程,泵反复将空气送入管道--使它们充气--然后暂停再让它们放气并恢复到较窄的状态。当管子变大时,它们向下压膜片,帮助它变平并形成真空,将空气吸进去。放气过程完成后,它们就允许隔膜重新向上移动并将空气推出。
当植入式呼吸器在隔膜受损的猪身上进行测试时,发现它增加了它们每次呼吸时可以吸入的空气量。当泵与横膈膜的自然收缩完全同步时,效果尤其明显,因为猪能够吸入的空气量是它们在没有任何帮助的情况下的三倍。
首席科学家Ellen Roche副教授说:"这是一种新的通气方式的概念证明,在将其植入人类之前,还有很长的路要走。但令人激动的是,我们可以证明我们可以用可植入的东西来增强通气。
关于这项研究的论文最近发表在《自然-生物医学工程》杂志上。