Buchauszug: Wie die Eiserne Lunge die Polio-Behandlung veränderte

Im Jahr 1928 erfanden zwei Amerikaner ein großes Atemgerät aus Metall, das zum Synonym für die Behandlung von Polio werden sollte.

Der begleitende Artikel ist ein Auszug und eine Adaption von „The Autumn Ghost: How the Battle Against a Polio Epidemic Revolutionized Modern Medical Care“ von Hannah Wunsch

In den 1920er Jahren wurde die Welt jedes Jahr in verschiedenen Städten und Ländern von Polio bedroht. Niemand konnte vorhersagen, wo es einschlagen würde oder wie viele davon fallen würden. Dieses Virus, das im vorigen Jahrhundert kaum Krankheiten verursacht hatte, verbreitete nun Schrecken und hinterließ Lähmungen und Tod. Ärzte hatten wenig zu bieten – Bettruhe war das Mantra der damaligen Zeit.

Am verheerendsten war es, als das Virus die Nerven angriff, die die für die Atmung notwendigen Muskeln kontrollierten. Kinder würden nach Luft schnappen. James L. Wilson, ein Assistenzarzt (Arzt in Ausbildung) in Harvard in den 1920er Jahren, beschrieb den Horror der Betreuung von Poliopatienten, die nicht atmen konnten: „Von all den Erfahrungen, die der Arzt machen muss, kann keine belastender sein als diese.“ „Beobachten Sie die Atemlähmung bei einem an Kinderlähmung erkrankten Kind“, schrieb er. „Mit zunehmender Kraft alle verfügbaren Hilfsmuskeln des Nackens, der Schulter und des Kinns einsetzen, schweigend, keinen Atem zum Sprechen verschwendend, mit großen Augen und verängstigt, fast bis zum letzten Atemzug bei Bewusstsein.“

Lange bevor die paralytische Polio im späten 19. Jahrhundert aufkam, führten alle möglichen Probleme dazu, dass Menschen nicht mehr atmeten. Lungenentzündung kam natürlich sehr häufig vor. Aber auch Ertrinkungen und andere Unfälle wie Gasvergiftungen kamen vor. Es bestand großes Interesse daran, Wege zu finden, Opfer von Ertrinkungen und anderen plötzlichen Ereignissen, die zum Tod führten, wiederzubeleben.

Normalerweise saugt der Körper Luft in die Lunge, wenn das Zwerchfell in den Bauch drückt, und die Rippen dehnen sich mithilfe der Brustmuskulatur aus. Dadurch entsteht ein Unterdruck im Brustkorb, der die Lunge dazu zwingt, sich auszudehnen, um den Hohlraum mit Luft zu füllen, die durch den Mund oder die Nase, durch die Stimmbänder, die Luftröhre und die Bronchien hinunter und in die Alveolen, das Gewebe der Lunge, strömt aus winzigen Luftbläschen. In den Alveolen diffundieren Gase zwischen Luft und Blut. Sauerstoff aus der Luft gelangt in den Blutkreislauf und Kohlendioxid, der Abfall des Körpers, gelangt aus dem Blut in die Luft.

Beim Ausatmen entspannt sich der Körper. Die Lunge möchte von Natur aus zurückspringen, wie ein Ballon, nachdem der Knoten, der die Luft festhält, gelöst wurde. Das Zwerchfell bewegt sich wieder nach oben, die Muskeln der Brustwand entspannen sich und die Rippen kehren in ihre natürliche Ruheposition zurück. Die Luft wird aus der Luftröhre durch Mund und Nase zurückgedrückt.

Als sich ein gewisses Verständnis der Anatomie und Physiologie entwickelte, wurde klar, dass es zwei Möglichkeiten gab, Luft in die Lunge zu bringen: Erhöhen des Unterdrucks um die Lunge, so dass die Lunge durch äußere Kräfte geöffnet wird, wie es bei normaler Atmung geschieht, oder Drücken Sie Luft oder ein anderes Gas mit Überdruck direkt in die Lunge, als würden Sie einen Ballon aufblasen – ein Ansatz, der als „unnatürlich“ gilt.

Viele Menschen experimentierten im 18. und frühen 20. Jahrhundert mit beiden Optionen, ohne großen Erfolg. Eine Reihe von Versuchen von Wissenschaftlern im frühen 19. Jahrhundert erzeugten künstlichen Unterdruck, indem sie den Körper in eine Kiste oder ein Rohr einschlossen und ihn mit einem Blasebalg oder einer Pumpe abdichteten, um dann Luft aus der Kammer zu entfernen und den für die Kraftübertragung notwendigen Unterdruck zu erzeugen Der Brustkorb dehnt sich aus und die Lunge öffnet sich. Keines dieser Geräte erreichte große Zugkraft, da sie unhandlich waren, anfällig für Undichtigkeiten waren und eine kontinuierliche Bedienung des Blasebalgs oder der Pumpe durch jemanden erforderlich war.

Dann begannen Kinder an Polio zu sterben.

Der erste große Durchbruch bei der Versorgung von Poliopatienten kam von einer unerwarteten Quelle: einem Professor für Arbeitshygiene an der Harvard School of Public Health. Philip Drinker hatte nicht vor, die Versorgung von Poliopatienten zu ändern. Was Drinker am meisten interessierte, waren Probleme wie Luftverschmutzung in Fabriken und Arbeitsunfälle.

Drinker wurde am 12. Dezember 1894 in Haverford, Pennsylvania, geboren, dem Jahr des ersten großen Polio-Ausbruchs in den USA. Er studierte Chemieingenieurwesen an der Lehigh University, bevor er 1917 in die Armee eintrat. Er war im Ausland stationiert, um an der Vorbereitung zu arbeiten Er beschäftigte sich mit der Beschichtung von Flugzeugrümpfen und war nach dem Krieg als Wirtschaftsingenieur tätig, wobei er sich auf das Verständnis der mit der Luftverschmutzung in Fabriken und Werften verbundenen Gesundheitsprobleme und die Entwicklung von Ansätzen zur Verbesserung der Sicherheit der Arbeitsumgebung konzentrierte.

Im Jahr 1921 nahm Drinker eine Stelle als Dozent für angewandte Physiologie an der Harvard Medical School an und wurde 1923 Dozent für Beatmung und Beleuchtung an der neuen School of Public Health in Harvard.

In den frühen 1920er Jahren starben in den USA jedes Jahr mehr als 2.000 Menschen an „Vergiftungen durch Gase und Dämpfe“. Deshalb wurde Drinker 1926 in eine neu gebildete Kommission am Rockefeller Institute berufen, die mit der Verbesserung der Wiederbelebungsmethoden nach Gasvergiftungen und Elektroschocks beauftragt war. Diese Arbeit wurde von den Consolidated Gas and Electric Companies of New York unterstützt, die ein begründetes Interesse an der Verbesserung dieser Technologie hatten.

Ungefähr zur gleichen Zeit tüftelte Philip Drinkers Bruder Cecil zusammen mit einem Kollegen, Louis Agassiz Shaw Jr., an einer Methode, um die Atmung verschiedener Tiere, darunter auch der Katze, zu messen. Sie platzierten ein anästhesiertes Tier in einem Plethysmographen – einer Metallbox, an der ein Spirometer befestigt war, das den Druck misst, und ein Gerät zur Messung von Volumenänderungen.

Eine von Shaws Fragen, die er 1928 in einer Veröffentlichung beantwortete, war, ob Katzen und Säugetiere im Allgemeinen durch ihre Haut atmen könnten. August Krogh hatte 1904 gezeigt, dass Tauben, Schildkröten, Frösche und Aale Sauerstoff über die Haut aufnehmen und Kohlendioxid abgeben – ein Phänomen, das als Hautatmung bezeichnet wird. Aale erledigten dies so effizient, dass sie keine Kiemen benötigten, aber bei Schildkröten und Tauben war der Gasaustausch viel zu gering, um sie am Leben zu erhalten. Säugetiere wurden noch nicht untersucht.

Shaw sperrte die Katze mit herausgestrecktem Kopf ein. Anschließend konnte er messen, wie viel Luft beim Atmen der Katze in die Lunge ein- und ausströmte, indem er auf einen U-förmigen Schlauch blickte, der zur Hälfte mit Wasser gefüllt war. Als die Katze einatmete, änderte sich der Wasserstand und sie konnten berechnen, wie viel Luft in die Lunge der Katze gelangt war. Da der Plethysmograph den Körper der Katze abdichtete, konnte Shaw auch feststellen, ob das Gas über die Haut der Katze und nicht nur über die Lunge ausgetauscht wurde, indem er das Gas in der Box entnahm. Er kam zu dem Schluss, dass Katzen ihre Haut nicht zum Atmen nutzten.

Drinker beobachtete diese Experimente und schien sich möglicher Anwendungen auf den Menschen und seine Atmung bewusst zu sein. Er führte sein eigenes Experiment durch, indem er eine Katze mit Curare lähmte, sie in der Box versiegelte und dann mit einer Spritze von Hand Luft ein- und auspumpte, um die Katze einige Stunden lang am Leben zu halten. Indem er Luft aus der Kiste zog, erzeugte er einen Unterdruck, wie es andere vor ihm getan hatten, und saugte Luft durch die Luftröhre der Katze in die Lunge. Als er Luft zurück in die Box drückte, erhöhte sich der Druck erneut. Die Lunge könnte zusammen mit dem Brustkorb zurückweichen, was dazu führen würde, dass die Katze ausatmet.

Fasziniert begannen Drinker und Shaw weiter zu basteln, indem sie Katzen für ihre Experimente verwendeten und zeigten, dass sie solche gelähmten Tiere auf unbestimmte Zeit am Leben erhalten konnten, indem sie für sie atmeten.

Nachdem er herausgefunden hatte, dass er eine gelähmte Katze viele Stunden lang am Leben halten konnte, reiste Drinker nach New York, um dies seinen „Freunden von der Gasgesellschaft“ zu erzählen. Er bat sie, ihm „etwas Geld zu geben, um eine mannsgroße Maschine zu bauen, die groß genug wäre“, um ihn zu tragen, und sie sagten „sicher“.

Laut seiner Schwester nahm Drinker das Geld mit nach Hause und begann damit, „einen Blechschmied zu bitten, eine Kiste anzufertigen, die groß genug für einen Mann war. In einem Schrank in der Schule befanden sich eine Reihe gebrauchter Staubsauger, die von einem Hersteller im Bundesstaat New York entsorgt worden waren.“ Industrieventilatoren. Mit zwei dieser saubereren Motoren und einer großzügigen Menge Klebeband baute Phil eine Pumpe und befestigte sie an der Box.“ Um einen Patienten in den Tank zu schieben, verwendeten sie den „Creeper“ eines Werkstattmechanikers, das mit Rädern versehene Brett, das eine Person unter das Chassis eines Autos schiebt.

Nachdem sie ihre Experimente an Katzen beendet hatten und die menschengroße Version fertiggestellt war, machten Drinker und Shaw mit dem Experimentieren an sich selbst weiter: Zuerst ging Drinker selbst in die Kiste und dann Louis Freni, ein Leichenschauhausarbeiter in Harvard, der ihnen assistierte.

Drinker war kein Arzt und kannte sich mit Poliopatienten nicht aus – ursprünglich dachte er darüber nach, verunfallte Arbeiter wiederzubeleben. Doch im gleichen Zeitraum, in dem er mit Katzen experimentierte, wandte sich Kenneth D. Blackfan, der Chefarzt des damaligen Kinderkrankenhauses Boston, an Drinker, um ihm bei der Pflege von Frühgeborenen zu helfen.

Blackfan hatte erkannt, dass Frühgeborene ihre Temperatur nicht regulieren konnten, die mit der Umgebungsluft schwankte, was ihr Sterberisiko erhöhte. Er wusste, dass es ihnen helfen würde, zu überleben, wenn man diese Säuglinge auf einer konstanten Temperatur hielt. Als Vorläufer moderner Inkubatoren entwarf Drinker „konditionierte Kindergärten“, in denen die Lufttemperatur streng kontrolliert werden konnte, und beschaffte Ventilatoren, Gebläse und andere benötigte Geräte über seine Beziehungen zu verschiedenen Gas- und Elektrizitätsunternehmen.

Drinker wurde häufig gerufen, um Anpassungen an diesen Treibhäusern vorzunehmen. Bei einem dieser Besuche erwähnten Blackfan und sein Kollege James Gamble, dass sie Hilfe für Kinder im Endstadium einer Atemlähmung durch Polio benötigten. „Mit einigen Bedenken“ ging Drinker zur Kinderkrankenstation. Er sah, wie „einige dieser unglücklichen Kinder starben“ und beschrieb es als „erschütternde Erfahrung“. Seine Schwester schrieb: „Er konnte die kleinen blauen Gesichter und das schreckliche Keuchen nach Luft nicht vergessen.“

Und so verlagerten sich Drinkers Pläne unerwartet von der Wiederbelebung vergaster und durch Stromschläge getöteter Arbeiter auf Poliopatienten. Er und Shaw führten weitere Tests durch, um herauszufinden, wie sie ihren Tank gut abdichten und wie viel Unterdruck sie aufbringen müssen, um die Lungen gleichmäßig aufzusaugen.

Sie stellten auch fest, dass es schnell zu heiß wurde, wenn das Gehäuse im Metalltank versiegelt war und die Pumpe nicht lief, und sie eine Möglichkeit brauchten, das Innere der Maschine abzukühlen. Sie montierten ein kleines Gebläse an der Box, die den Körper enthalten sollte, und zirkulierten die Luft durch eine Eisdose, die die Luft sowohl entfeuchtete als auch kühlte. Trotz all dieser Raffinesse verwendeten sie als Testpersonen „normale Männer und Frauen, die zufällig aus dem Laborpersonal im Gebäude ausgewählt wurden“.

Die neue Maschine war endlich zu ihrer Zufriedenheit fertig und sie testeten sie am 13. Oktober 1928 an einem Patienten. Bertha Richard war 8 Jahre alt und lebte mit ihrem Vater Alexander, einem Bauarbeiter, und ihrer Mutter Madeline in Waltham , Massachusetts. Sie war seit drei Tagen krank und hatte Fieber, Kopfschmerzen und Steifheit im Nacken und Rücken.

Als sie am Freitag, dem 12. Oktober, ins Kinderkrankenhaus Boston eingeliefert wurde, war ihr linker Arm schwach und sie hatte Schwierigkeiten beim Atmen. Sie erhielt eine Wirbelsäulenpunktion, ein Verfahren, das zur Bestätigung der Polio-Diagnose eingesetzt wurde. Da der Kinderarzt Charles McKhann wusste, dass Bertha kaum eine Überlebenschance hatte, rief er Drinker und Shaw an. Sie rollten ihr neues Gerät zum Kinderkrankenhaus und ließen es im Zimmer des kleinen Mädchens zurück; Sie schalteten es neben ihrem Bett ein, damit sie sich an das Geräusch gewöhnen konnte – die frühe Pumpe war sehr laut.

Am Nachmittag des 13. Oktober verschlechterte sich Berthas Atmung, und um 16 Uhr wurde sie in das Gerät gesetzt, hauptsächlich um es zu testen, um sicherzustellen, dass es funktionierte, und um sie daran zu gewöhnen. Sie hat es gut gemacht. Sie nahmen sie mit, da sie das Gefühl hatten, dass sie es noch nicht wirklich brauchte. Aber Bertha verschlechterte sich offensichtlich; Zuerst waren ihre Brust- und Nackenmuskeln gelähmt, bald auch ihr Zwerchfell. Um 6 Uhr morgens hatte sie Schwierigkeiten zu atmen, und die verräterischen blauen Lippen und Finger zeigten einen Sauerstoffmangel in ihrem Körper.

Sie wurde wieder in die Maschine gesteckt. Dieses Mal erhöhten Drinker und McKhann den Druck auf minus 30 cm Wassersäule, so dass die Maschine bei jedem Zyklus so viel Unterdruck in der Kammer um ihren Körper erzeugte und die Lunge aufsaugte. Als der Druck wieder auf Null fiel und dann auf einen Überdruck (15 cm Wassersäule) anstieg, kollabierten die Lungen wieder, was dazu führte, dass sie ausatmete. In nur 15 Minuten verbesserte sie sich dramatisch. Als sie sprechen konnte, bat sie um Eis.

Drinker war so erleichtert, dass er anfing zu weinen. Bertha wurde kurzzeitig aus der Maschine genommen und wieder in ihr eigenes Bett gelegt, aber um 16 Uhr desselben Tages war sie wieder im Beatmungsgerät. Sie beschrieb, dass sie in der Maschine „größer atmen“ könne.

Die Bewohner saßen abwechselnd Tag und Nacht bei ihr. Trotz der Maschine überkam sie eine Lungenentzündung und sie starb am 19. Oktober um 20 Uhr im Alter von nur 8 Jahren, 7 Monaten und 10 Tagen. Sie war 122 Stunden lang mit Unterstützung ihrer Atmung in dem neuen Gerät gewesen.

Dennoch wurde das Experiment als Erfolg gewertet. Bevor die Lungenentzündung einsetzte, als das Problem lediglich die Lähmung durch Kinderlähmung war, hatte sich Bertha in der Maschine wohl gefühlt und konnte atmen und sogar sprechen.

Einer der nächsten Patienten war Barrett Hoyt, ein Harvard-Student. Er war stellvertretender Manager der Universitäts-Eishockeymannschaft und Student, nur ein Jahr vor Abschluss seines Studiums, als er am 13. September 1929 mit Kinderlähmung in das nahegelegene Peter Bent Brigham Hospital eingeliefert wurde. Er keuchte und würgte, als er ins Krankenhaus gebracht wurde Riesenrohr; Innerhalb weniger Minuten sagte er einfach: „Ich atme.“

Barrett, von dem Drinker später beschrieb, dass er eine „lange Belagerung in der Maschine“ erlebt hatte, erholte sich schließlich. Drinker und Shaw veröffentlichten ihre sorgfältigen Beobachtungen zur Konstruktion und Verwendung des neuen Geräts im Journal of Clinical Investigation.

Plötzlich war Atemversagen kein Todesurteil mehr. Ihre Version eines Unterdruck-Atemgeräts fand in der medizinischen Fachwelt großen Anklang. Andere Krankenhäuser begannen, die Geräte zu nutzen, und die New York Times und andere Zeitungen begannen, über einzelne Patienten zu berichten, die mit dem neuen Beatmungsgerät versorgt wurden, und Einzelheiten darüber zu geben, wie es ihnen erging. Die Maschine erregte die Fantasie der Öffentlichkeit.

Aus dem Beatmungsgerät von Drinker und Shaw wurde das Beatmungsgerät von Drinker-Collins, oft abgekürzt als Beatmungsgerät von Drinker, wodurch der arme Shaw aus dem Rampenlicht geriet. In der New York Times als „mechanische Lunge“ und dann als „Metalllunge“ bezeichnet, blieb letztendlich der Name „Eiserne Lunge“ hängen, ein Begriff, der am 1. Oktober 1930 plötzlich in den USA auftauchte, als eine Zahl In vielen Zeitungen erschien der Associated Press-Artikel über das „Trinker-Atemschutzgerät, allgemein bekannt als ‚Eiserne Lunge‘“, das per Lastwagen von Harvard nach Maine gebracht wurde und „dem die Rettung des Lebens von Norman Hibbard aus Bridgton zugeschrieben wird“.

Das Monster-Metallgerät sollte zum Synonym für die Behandlung von Polio werden. Das Verhältnis zwischen Mensch und Maschine hatte sich unwiderruflich verändert.

Obwohl die Eiserne Lunge ein Wunderwerk der Technik war, stellte Wilson fest, dass die Pflege großer darin eingeschlossener Patienten wie Barrett Hoyt besonders schwierig sei. Der Patient wurde auf einen schmalen Tisch gelegt und wie ein Gebäckblech in den Ofen in die Röhre geschoben. Zu diesem Zeitpunkt waren sie, da ihr Kopf an einem Ende herausragte, vollständig umschlossen, um die nötige Abdichtung zu gewährleisten, so dass das Pflegepersonal keinen einfachen Zugang zum Körper des Patienten hatte.

Um einen Patienten zu baden, waren sechs Personen nötig. Das Klinikteam musste die Maschine anhalten, die Person herausziehen und sich so schnell wie möglich bewegen, um die Aufgabe zu erledigen, bevor der Patient blau anlief und vor seinen Augen langsam erstickte. Sobald sie fertig waren, schoben sie den Patienten wieder hinein und starteten die Maschine erneut.

Und dann war da noch der Lärm. Die von der Electric Blower Company gelieferten Pumpen, die die Beatmungsgeräte antreiben, waren zuverlässig, aber „ihr Lärm ist ein Nachteil bei der Arbeit im Krankenhaus“, stellten Drinker und Shaw in ihrer ersten Arbeit fest.

Wilson wurde damit beauftragt, das ursprüngliche Design zu verbessern, insbesondere die Zugänglichkeit für die Patienten. Er ging zur Atlantic Avenue in Boston und kaufte einige Bullaugen, die angeschweißt und mit Gummimanschetten versehen waren. Eine Krankenschwester oder ein Arzt könnte die Bullaugen öffnen, ihre Hände hineinstecken, um sie abzudichten, und sich um den Patienten kümmern, ohne den Unterdruck und die rhythmische Atmung zu verlieren.

Es war immer noch umständlich, aber eine große Verbesserung. Spätere Versionen wurden aus der Automobilindustrie geplündert; Britische Modelle enthielten Teile des Morris Minor-Wagens, darunter den Tankdeckel, um das Ein- und Ausblasen von Schläuchen zu ermöglichen, und ein Lenkrad, um die eiserne Lunge (und den Patienten darin) wie ein Brathähnchen zu drehen.

Im Jahr 1928 gab es keinen Impfstoff gegen Kinderlähmung, und es war noch immer wenig bekannt, wie die Krankheit übertragen wurde. Fälle waren unvermeidlich und Krankenhäuser auf der ganzen Welt verzeichneten einen stetigen Zustrom von Poliopatienten. Mit der Eisernen Lunge könnten Ärzte endlich etwas tun, um den natürlichen Krankheitsverlauf zu ändern. Jetzt könnten Menschen überleben, die an einer Atemlähmung gestorben wären.

Beide Erfinder führten anschließend renommierte Arbeiten über Industriegifte (Philip Drinker) und Druckluftkrankheiten – die Biegungen – beim Tiefseetauchen (Louis Agassiz Shaw) durch. Aber weil das von ihnen erfundene Beatmungsgerät im wahrsten Sinne des Wortes ein Lebensretter war, waren die beiden Männer immer für diese „verdammte Maschine“, wie Drinker es nannte, bekannt.

Barrett Hoyt, der vier Wochen in der Eisernen Lunge und ein Jahr im Kampf gegen Polio verbracht hatte, schloss sein Studium 1930 ein Jahr zu spät in Harvard ab. Anschließend arbeitete er viele Jahre lang für die Liberty Mutual Insurance Company in Boston und war sogar fähig Golf spielen. Er starb 1972. Diese „verdammte Maschine“ bescherte ihm noch 44 Jahre Leben.

Hannah Wunsch ist Intensivmedizinerin und Forscherin am Sunnybrook Health Sciences Center. Sie ist Professorin für Anästhesiologie und Intensivmedizin an der University of Toronto sowie Inhaberin des Canada Research Chair. Sie lebt in Toronto, Ontario und Woods Hole, Massachusetts.

Hannah Wunsch

Dieser Artikel wurde ursprünglich am 19. Mai 2023 von The Undark veröffentlicht.