التكنولوجيا التي تم تطويرها في التخنيون سوف تحمي الممرات الهوائية للأطفال المبتسرين الذين يحتاجون إلى التهوية

باحثون في كلية الهندسة الطبية الحيوية يشيرون لأول مرة إلى أضرار نفاث الهواء الخارج من أنبوب التنفس

من المتوقع أن يؤدي نموذج اصطناعي جديد للممرات الهوائية للأطفال المبتسرين، والتجارب التي أجريت عليه، إلى تقليل الضرر الذي يلحق بالأطفال الذين يتنفسون. أجرى البحث المنشور في مجلة Interface للجمعية الملكية طالب الدكتوراه إليرام نوف والبروفيسور جوشوا شنيتمان من كلية الهندسة الطبية الحيوية في التخنيون والبروفيسور داني وايزمان، مدير وحدة حديثي الولادة في مركز الكرمل الطبي.

أكثر من 10% من الأطفال في العالم يولدون قبل الأوان. هؤلاء الأطفال بشكل عام، والأطفال المبتسرون بشكل خاص، يكونون محدودين في وظائفهم في جوانب مختلفة، حيث لم يكن لدى الأجهزة في أجسامهم الوقت الكافي للتطور بشكل صحيح. أحد هذه الأجهزة هو الجهاز التنفسي، الذي لا يصل إلى وظيفته الكاملة إلا في مرحلة متأخرة من التطور الجنيني. ولهذا السبب تتميز الولادة المبكرة في كثير من الحالات بضيق في التنفس، ويرجع ذلك جزئيًا إلى عدم وجود مادة دهنية فريدة من نوعها، وهي مادة خافضة للتوتر السطحي، والتي تمنع انهيار ناديا الرئة وتجعل التنفس أسهل.

ولحسن الحظ، يعرف الطب الحديث كيفية التعامل مع هذه المشكلة وإنقاذ الأطفال المبتسرين، وذلك بشكل أساسي عن طريق إعطاء مادة خافضة للتوتر السطحي خارجية مدمجة في جهاز التنفس باستخدام جهاز تنفس - جهاز تنفس يتدفق الهواء إلى القصبة الهوائية للطفل من خلال أنبوب يتم إدخاله عبر الفم. .

ومع ذلك، فإن استخدام جهاز التنفس الصناعي في شكله الحالي لا يخلو من المشاكل. أحد الآثار الجانبية المحتملة للتنفس المبكر هو تلف أنسجة الرئة. لا يوجد توحيد في عملية التنفس، حيث أن كل طفل يحتاج إلى تعديل شخصي لبيانات التنفس الاصطناعي - نسبة الأكسجين في الهواء المحقون، وحجم الهواء، والضغط، والمعدل، والمزيد. يبذل الأطباء قصارى جهدهم لتكييف هذه البيانات مع احتياجات الطفل وتقليل الضرر الذي يلحق به، ومع ذلك، يتعرض العديد من الأطفال للأذى في هذه العملية، وهو أمر ضروري لإنقاذ حياتهم.

وهنا يأتي دور النموذج الفريد الذي طوره باحثو التخنيون. وبعد نشاط بحثي مطول على مستوى النموذج الرياضي، طوّر نوف والبروفيسور شنيتمان نموذجًا فيزيائيًا، مصنوعًا من السيليكون، يحاكي - بحجم ثلاثي الأبعاد وحقيقي - الجهاز التنفسي العلوي في جسم طفل خديج.

وفوجئ الباحثون باكتشاف ظاهرة لم تذكر على الإطلاق في الأدبيات الطبية، وهي خروج تيار من الهواء من الأنبوب الذي يتم إدخاله في فم الطفل الخديج. يقول نوف: "حتى الآن، كانوا يعلمون أن الأنبوب يمكن أن يصيب الأنسجة الرقيقة بشكل مباشر، لكنهم لم يأخذوا في الاعتبار تأثير تدفق الهواء على الإطلاق". "في الدراسة الحالية، اكتشفنا لأول مرة أنه بسبب موقعها، تمارس هذه النفاثة قوى احتكاك قوية على الأنسجة الظهارية - طبقة الخلايا التي تبطن الجهاز التنفسي العلوي. قد تسبب هذه القوى أضرارًا، بما في ذلك الالتهاب، وهو خطر حقيقي للولادة المبكرة."

وقام الباحثون بفحص النتيجة المذكورة في نموذج السيليكون واكتشفوا أن الطائرة تمارس ضغطًا على أنسجة الرئة مما قد يسبب ضررًا كبيرًا لها. وفي مواصلة البحث، يعتزمون زرع خلايا بيولوجية حية على الأنسجة وفحص تأثير النفث عليها.

لكن الخبر السار هو أنه من خلال النتائج، قدم الباحثون توصيات بشأن بيانات التهوية المطلوبة. في تقديرهم، فإن ضبط بيانات التهوية وفقًا لتكوين التدفق في الجهاز التنفسي للطفل قد يمنع الأضرار الموصوفة هنا ويحسن فرص هؤلاء الأطفال في تطوير نظام تنفسي طبيعي.

تتوافق هذه الاستنتاجات مع الاتجاه العام في قسم الخدج في كلية الطب في رمبام - الاتجاه نحو تقليل التدخل الجراحي في العلاج وتقليل استخدام التهوية الغازية قدر الإمكان.

وفقًا للدكتور ليرون بورنشتاين، كبير الأطباء في قسم العناية المركزة لحديثي الولادة والأطفال الخدج في رامبام، "مع التقدم في الطب، أصبحنا الآن قادرين على علاج الأطفال المبتسرين الأصغر سنًا والأمراض الأكثر تعقيدًا. ومع ذلك، لا تزال مراضة الجهاز التنفسي عاملاً مهمًا في وفيات ومراضة الأطفال الخدج. التكنولوجيا المقدمة في هذه المقالة - إنشاء نموذج لمنطقة معينة من الرئة ودراسة القوى التي تمارس على الأنسجة بواسطة نفاث الهواء الناتج عن التهوية الغازية - يمكن أن تقدمنا ​​في فهم الآليات التي تؤدي إلى تلف التهوية الذي نحدثه نريد منع وتطوير تقنيات تهوية أكثر لطفاً ومناسبة للأطفال المبتسرين".

ولد البروفيسور جوزيه شنيتمان في فرنسا ونشأ في الولايات المتحدة الأمريكية وسويسرا. في صيف عام 2010، حصل على درجة الدكتوراه من ETH زيورخ، وهاجر إلى إسرائيل وانضم إلى كلية التخنيون. حصل على العديد من الجوائز، منها جائزة الباحث الشاب من الجمعية الدولية للأيروسول في الطب (ISAM) للباحثين الذين تقل أعمارهم عن 40 عامًا. ويشغل حاليًا منصب رئيس مختبر السوائل الحيوية بكلية الهندسة الطبية الحيوية. قام البروفيسور شنيتمان بتطوير أول أداة تشخيصية تتيح المراقبة الكمية لديناميكيات الجسيمات في الجهاز التنفسي. وهذا بمثابة "عنيزة على الرقاقة" ذات صلة بتقييم المخاطر الصحية (العدوى، وما إلى ذلك) وتقييم وتخطيط أدوية الجهاز التنفسي.

هاجر إليرام نوف إلى إسرائيل بمفرده في سن 18 عامًا من الولايات المتحدة للتجنيد في جيش الدفاع الإسرائيلي. وبعد انتهاء خدمته العسكرية حصل على درجة البكالوريوس والماجستير في المسار السريع في كلية الهندسة الميكانيكية في جامعة بن غوريون. كما حصل على درجة الماجستير في جامعة بن غوريون، تحت إشراف البروفيسور أورين شادوت والبروفيسور غابي بن دور في مختبر أبحاث موجة الصدمة - حيث بحث في تأثيرات التدفق الأسرع من الصوت بالتعاون مع وزارة الدفاع. استعدادًا للحصول على الدكتوراه، قرر إليرام تطبيق الخلفية التي اكتسبها في مجال التدفق على المشكلات في عالم الطب، وهكذا تواصل مع البروفيسور شنيتمان الذي أرشده في أطروحة الدكتوراه.

لمقالة في مجلة واجهة الجمعية الملكية