Extrait de livre : Comment le poumon de fer a transformé les soins de la poliomyélite

En 1928, deux Américains ont inventé un grand appareil respiratoire en métal qui allait devenir synonyme de traitement de la poliomyélite.

L'article ci-joint est extrait et adapté de "The Autumn Ghost: How the Battle Against a Polio Epidemic Revolutionized Modern Medical Care", par Hannah Wunsch

Dans les années 1920, la poliomyélite menaçait le monde chaque année dans différentes villes et pays. Personne ne pouvait prédire où il frapperait ou combien il tomberait. Ce virus qui, au siècle précédent, n'avait pratiquement causé aucune maladie, crée désormais la terreur, laissant derrière lui la paralysie et la mort. Les médecins avaient peu à offrir - le repos au lit était le mantra de l'époque.

Le plus dévastateur de tous a été lorsque le virus a attaqué les nerfs qui contrôlaient les muscles nécessaires à la respiration. Les enfants commençaient à haleter. James L. Wilson, résident (docteur en formation) à Harvard dans les années 1920, a décrit l'horreur de soigner des patients atteints de poliomyélite incapables de respirer : « De toutes les expériences que le médecin doit subir, aucune ne peut être plus pénible que de regarder la paralysie respiratoire chez un enfant atteint de poliomyélite », écrit-il. "Utilisant avec une vigueur croissante tous les muscles accessoires disponibles du cou, des épaules et du menton, silencieux, ne perdant pas de souffle pour parler, les yeux écarquillés et effrayés, conscient presque jusqu'au dernier souffle."

Bien avant l'arrivée de la poliomyélite paralytique à la fin des années 1800, toutes sortes de problèmes empêchaient les gens de respirer. La pneumonie était, bien sûr, extrêmement courante. Mais il en était de même pour les noyades et autres accidents, comme l'empoisonnement au gaz. Il y avait un grand intérêt à essayer de trouver des moyens de réanimer les victimes de noyades et d'autres événements soudains ayant entraîné la mort.

Normalement, le corps aspire de l'air dans les poumons lorsque le diaphragme s'enfonce dans l'abdomen, et les côtes se dilatent en utilisant les muscles de la poitrine. Cela crée une pression négative à l'intérieur de la poitrine, forçant les poumons à se dilater pour remplir le vide avec de l'air qui s'engouffre par la bouche ou le nez, à travers les cordes vocales, le long de la trachée et des bronches, et dans les alvéoles, le tissu des poumons fait de minuscules sacs d'air. Dans les alvéoles, les gaz diffusent entre l'air et le sang. L'oxygène de l'air est acheminé vers la circulation sanguine et le dioxyde de carbone, les déchets de l'organisme, se déplace du sang vers l'air.

À l'expiration, le corps se détend simplement. Les poumons veulent naturellement rebondir, comme un ballon après le dénouement du nœud retenant l'air. Le diaphragme remonte, les muscles de la paroi thoracique se détendent et les côtes reprennent leur position naturelle de repos. L'air est repoussé hors de la trachée, par la bouche et le nez.

Au fur et à mesure que la compréhension de l'anatomie et de la physiologie se développait, il est devenu évident qu'il y avait deux manières possibles d'introduire de l'air dans les poumons : augmenter la pression négative autour des poumons afin que les poumons soient ouverts par les forces externes, comme la respiration normale se produit, ou pousser de l'air ou un autre gaz directement dans les poumons avec une pression positive, comme gonfler un ballon - une approche considérée comme "non naturelle".

De nombreuses personnes ont expérimenté les deux options au cours des années 1800 et au début des années 1900 sans grand succès. Une série de tentatives de scientifiques au début des années 1800 a créé une pression négative artificielle en enfermant le corps dans une boîte ou un tube et en créant un joint autour de lui, avec un soufflet ou une pompe pour ensuite éliminer l'air de la chambre et créer la pression négative nécessaire pour forcer la cage thoracique à se dilater et les poumons à s'ouvrir. Aucun de ces appareils n'a gagné beaucoup de traction car ils étaient encombrants, sujets aux fuites et nécessitaient que quelqu'un s'occupe du soufflet ou de la pompe en continu.

Ensuite, les enfants ont commencé à mourir de la polio.

La première percée majeure dans la prise en charge des patients atteints de poliomyélite est venue d'une source improbable : un professeur d'hygiène industrielle à la Harvard School of Public Health. Philip Drinker n'a pas cherché à changer les soins pour les patients atteints de poliomyélite. Ce qui intéressait le plus Drinker, ce sont des problèmes tels que la pollution de l'air dans les usines et les accidents du travail.

Drinker est né à Haverford, en Pennsylvanie, le 12 décembre 1894, l'année de la première grande épidémie de poliomyélite aux États-Unis. Il a étudié le génie chimique à l'Université de Lehigh avant de s'enrôler dans l'armée en 1917. Il a été affecté à l'étranger pour travailler à la préparation de revêtements de fuselage d'avion et après la guerre a travaillé comme ingénieur industriel, se concentrant sur la compréhension des problèmes de santé associés à la pollution de l'air dans les usines et les chantiers navals et sur la conception d'approches pour améliorer la sécurité de l'environnement de travail.

En 1921, Drinker a pris un poste à la Harvard Medical School en tant qu'instructeur en physiologie appliquée, puis en 1923 est devenu instructeur de ventilation et d'éclairage à la nouvelle école de santé publique de Harvard.

Au début des années 1920, plus de 2 000 personnes aux États-Unis mouraient chaque année « d'empoisonnement par les gaz et les vapeurs ». Ainsi, en 1926, Drinker a été nommé à une commission nouvellement formée à l'Institut Rockefeller, chargée d'améliorer les méthodes de réanimation en cas d'empoisonnement au gaz et de chocs électriques. Ce travail a été soutenu par la Consolidated Gas and Electric Companies de New York, qui avait tout intérêt à améliorer cette technologie.

À peu près à la même époque, le frère de Philip Drinker, Cecil, et un collègue, Louis Agassiz Shaw Jr., bricolaient une méthode pour mesurer la respiration de différents animaux, y compris le chat. Ils ont placé un animal anesthésié à l'intérieur d'un pléthysmographe - une boîte métallique attachée à un spiromètre, qui mesure la pression, et un appareil pour mesurer les changements de volume.

L'une des questions de Shaw, à laquelle il répondit dans une publication en 1928, était de savoir si les chats, et les mammifères en général, pouvaient respirer à travers leur peau. En 1904, August Krogh avait montré que les pigeons, les tortues, les grenouilles et les anguilles absorbaient l'oxygène par la peau et dégageaient du dioxyde de carbone - un phénomène appelé respiration cutanée. Les anguilles le faisaient si efficacement qu'elles n'avaient pas besoin de branchies, mais chez les tortues et les pigeons, l'échange de gaz était bien trop faible pour les maintenir en vie. Les mammifères n'avaient pas encore été étudiés.

Shaw a scellé le chat avec sa tête qui sortait. Il pouvait alors mesurer la quantité d'air entrant et sortant des poumons pendant que le chat respirait en regardant un tube en forme de U à moitié rempli d'eau. Lorsque le chat inhalait, le niveau d'eau changeait et ils pouvaient calculer la quantité d'air qui était entrée dans les poumons du chat. Parce que le pléthysmographe scellait le corps du chat, Shaw pouvait également déterminer si le gaz était échangé à travers la peau du chat et pas seulement à travers les poumons en échantillonnant le gaz à l'intérieur de la boîte. Il a conclu que les chats n'utilisaient pas leur peau pour respirer.

Drinker a regardé ces expériences et semblait conscient des applications possibles sur les humains et leur respiration. Il a mené sa propre expérience en paralysant un chat avec du curare, en le scellant dans la boîte, puis en pompant de l'air à la main à l'aide d'une seringue, gardant le chat en vie pendant quelques heures. En aspirant l'air hors de la boîte, il a créé une pression négative comme d'autres l'avaient fait avant lui, aspirant de l'air dans la trachée du chat et dans les poumons. Lorsqu'il a repoussé de l'air dans la boîte, la pression a de nouveau augmenté. Les poumons pourraient reculer avec la cage thoracique, provoquant l'expiration du chat.

Intrigués, Drinker et Shaw ont commencé à bricoler davantage, en utilisant des chats pour leurs expériences, et ont montré qu'ils pouvaient garder ces animaux paralysés en vie indéfiniment en respirant pour eux.

Ayant établi qu'il pouvait garder un chat paralysé en vie pendant de nombreuses heures, Drinker s'est rendu à New York pour le dire à ses "amis de la compagnie de gaz". Il leur a demandé de lui donner "un peu d'argent pour fabriquer une machine de la taille d'un homme qui serait assez grande" pour le contenir et ils ont dit "bien sûr".

Selon sa sœur, Drinker a ramené l'argent à la maison et a commencé "en demandant à un ferblantier de fabriquer une boîte assez grande pour un homme. Un placard de l'école contenait un certain nombre d'aspirateurs d'occasion, jetés par une entreprise de l'État de New York qui fabriquait ventilateurs industriels. Avec deux de ces moteurs plus propres et une généreuse quantité de ruban adhésif, Phil a fabriqué une pompe et l'a accrochée à la boîte. Pour faire glisser un patient dans le réservoir, ils ont utilisé le "creeper" d'un garagiste, la planche à roulettes qui glisse une personne sous le châssis d'une voiture.

Une fois qu'ils eurent fini d'expérimenter sur les chats, et avec la version à taille humaine terminée, Drinker et Shaw passèrent à l'expérimentation sur eux-mêmes : First Drinker lui-même entra dans la boîte, puis Louis Freni, un employé de la morgue de Harvard qui les assistait.

Drinker n'était pas médecin et ne connaissait pas les patients atteints de poliomyélite - il pensait à l'origine à la réanimation des travailleurs accidentés. Cependant, au cours de la même période où il expérimentait avec des chats, Drinker a été approché par le médecin en chef de ce qui s'appelait alors l'hôpital pour enfants de Boston, Kenneth D. Blackfan, pour aider aux soins des prématurés.

Blackfan avait reconnu que les prématurés ne pouvaient pas réguler leur température, qui fluctuait avec l'air ambiant, augmentant leur risque de décès. Il savait que le maintien de ces nourrissons à une température constante les aiderait à survivre. Dans un précurseur des incubateurs modernes, Drinker a conçu des «pépinières climatisées» dans lesquelles la température de l'air pouvait être étroitement contrôlée, se procurant des ventilateurs, des soufflantes et d'autres équipements nécessaires grâce à ses relations avec diverses compagnies de gaz et d'électricité.

Drinker était fréquemment appelé à apporter des modifications à ces serres. Lors d'une de ces visites, Blackfan et son collègue, James Gamble, ont mentionné qu'ils avaient besoin d'aide pour les enfants en phase terminale de paralysie respiratoire due à la poliomyélite. "Avec quelques appréhensions", Drinker s'est rendu dans les services hospitaliers pour enfants. Il a vu "quelques-uns de ces malheureux enfants expirer" et l'a décrit comme une "expérience déchirante". Sa sœur a écrit qu '«il ne pouvait pas oublier les petits visages bleus, les terribles halètements».

Et ainsi, les plans de Drinker sont passés de manière inattendue de la réanimation des travailleurs gazés et électrocutés aux patients atteints de poliomyélite. Lui et Shaw ont fait d'autres tests, trouvant comment obtenir une bonne étanchéité sur leur réservoir et déterminant la pression négative à exercer pour aspirer les poumons de manière constante.

Ils ont également noté que lorsque le corps était scellé dans le réservoir métallique et que la pompe ne fonctionnait pas, il devenait rapidement trop chaud et ils avaient besoin d'un moyen de refroidir l'intérieur de la machine. Ils ont installé un petit ventilateur sur la boîte qui contiendrait le corps et ont fait circuler l'air à travers une boîte de glace, qui à la fois déshumidifiait et refroidissait l'air. Pour tout ce raffinement, ils ont utilisé comme sujets de test "des hommes et des femmes normaux, choisis au hasard parmi le personnel de laboratoire du bâtiment".

La nouvelle machine était enfin prête à leur satisfaction, et ils l'ont essayée sur un patient le 13 octobre 1928. Bertha Richard avait 8 ans et vivait avec son père, Alexander, un ouvrier du bâtiment, et sa mère, Madeline, à Waltham. , Massachusetts. Elle avait été malade pendant trois jours, développant de la fièvre, des maux de tête et une raideur du cou et du dos.

Au moment où elle a été admise à l'hôpital pour enfants de Boston le vendredi 12 octobre, son bras gauche était faible et elle avait du mal à respirer. Elle a reçu une ponction lombaire, une procédure qui a été utilisée pour aider à confirmer le diagnostic de poliomyélite. Sachant que Bertha avait peu de chances de survie, le pédiatre Charles McKhann a appelé Drinker et Shaw. Ils emmenèrent leur nouvel engin à l'hôpital pour enfants et le laissèrent dans la chambre de la petite fille ; ils l'ont allumé à côté de son lit pour qu'elle puisse s'habituer au son - la première pompe utilisée était très bruyante.

Dans l'après-midi du 13 octobre, la respiration de Bertha était pire et à 16 heures, elle a été placée dans la machine, principalement pour la tester afin de s'assurer qu'elle fonctionnait et de s'y habituer. Elle a bien fait. Ils l'ont fait sortir, car ils estimaient qu'elle n'en avait pas encore vraiment besoin. Mais Bertha se détériorait clairement ; d'abord les muscles de sa poitrine et de son cou étaient devenus paralysés, et bientôt son diaphragme aussi. À 6 heures du matin, elle avait du mal à respirer, les lèvres et les doigts bleus révélateurs montrant un manque d'oxygène dans son corps.

Elle a été remise dans la machine. Cette fois, Drinker et McKhann ont augmenté la pression jusqu'à moins 30 cm d'eau, de sorte qu'à chaque cycle, la machine crée autant de pression négative dans la chambre autour de son corps, aspirant les poumons. Alors que la pression retombait à zéro, puis basculait vers une pression positive (15 cm d'eau), les poumons s'effondraient, la faisant expirer. En seulement 15 minutes, elle s'est considérablement améliorée. Quand elle a pu parler, elle a demandé de la glace.

Drinker était tellement soulagé qu'il s'est mis à pleurer. Bertha a été brièvement retirée de la machine et remise dans son propre lit, mais à 16 heures le même jour, elle était de retour dans le respirateur. Elle a décrit qu'elle pouvait "respirer plus fort" dans la machine.

Les résidents se sont relayés pour s'asseoir avec elle jour et nuit. Malgré la machine, une pneumonie l'a submergée et elle est décédée à 20 heures le 19 octobre, âgée de seulement 8 ans, 7 mois et 10 jours. Elle avait été dans le nouvel engin, soutenue dans sa respiration, pendant 122 heures.

L'expérience fut néanmoins considérée comme un succès. Avant que la pneumonie ne s'installe, alors que le problème n'était que la paralysie due à la poliomyélite, Bertha était à l'aise et capable de respirer, et même de parler, lorsqu'elle était dans la machine.

L'un des patients suivants était Barrett Hoyt, un étudiant de Harvard. Il était directeur adjoint de l'équipe de hockey sur glace universitaire et étudiant de premier cycle à un an de la fin de ses études lorsqu'il a été admis avec la polio à l'hôpital Peter Bent Brigham voisin le 13 septembre 1929. Il haletait et s'étouffait lorsqu'il a été placé dans le tube géant; en quelques minutes, il a simplement dit : « Je respire.

Barrett, décrit plus tard par Drinker comme ayant vécu un "long siège dans la machine", a finalement récupéré. Drinker et Shaw ont publié leurs observations minutieuses sur la construction et l'utilisation du nouveau dispositif dans The Journal of Clinical Investigation.

Soudain, l'insuffisance respiratoire n'était pas une condamnation à mort. Leur version d'un appareil respiratoire à pression négative s'est répandue dans la communauté médicale. D'autres hôpitaux ont commencé à utiliser les machines, et le New York Times et d'autres journaux ont commencé à rendre compte des patients individuels soignés dans le nouveau respirateur et à donner des détails sur la façon dont ils s'en sortaient. La machine a captivé l'imagination du public.

Le respirateur Drinker and Shaw est devenu le respirateur Drinker-Collins, souvent abrégé en respirateur Drinker, laissant le pauvre Shaw hors de la scène. Qualifié de « poumon mécanique » puis de « poumon métallique » dans le New York Times, le nom qui est finalement resté est le « poumon de fer », un terme qui est soudainement apparu aux États-Unis le 1er octobre 1930, lorsqu'un certain nombre des journaux ont publié l'article de l'Associated Press sur le "respirateur pour buveur, communément appelé" poumon de fer "", qui a été transporté par camion de Harvard jusqu'au Maine, et "a été crédité d'avoir sauvé la vie de Norman Hibbard de Bridgton".

Le monstre métallique était sur le point de devenir synonyme de traitement de la poliomyélite. La relation entre l'homme et la machine avait été irrévocablement changée.

Alors que le poumon d'acier était une merveille de technologie, Wilson a noté que s'occuper de grands patients enfermés à l'intérieur, comme Barrett Hoyt, était particulièrement difficile. Le patient était étendu sur une table étroite et enfoncé dans le tube comme un plateau de pâtisserie dans le four. À ce stade, avec leur tête dépassant d'une extrémité, ils étaient entièrement enfermés pour créer l'étanchéité nécessaire, ne donnant pas aux soignants un accès facile au corps du patient.

Il fallait six personnes pour baigner un patient. L'équipe clinique a dû arrêter la machine, faire sortir la personne et se déplacer le plus rapidement possible pour terminer la tâche avant que le patient ne devienne bleu, s'asphyxiant lentement sous ses yeux. Dès qu'ils avaient terminé, ils remettaient le patient à l'intérieur et redémarraient la machine.

Et puis il y a eu le bruit. Les pompes qui alimentaient les respirateurs, fournies par l'Electric Blower Company, étaient fiables, mais "leur bruit est un inconvénient dans le travail hospitalier", ont noté Drinker et Shaw dans leur premier article.

Wilson a été chargé d'améliorer la conception originale, en particulier l'accessibilité des patients. Il est descendu à Atlantic Avenue à Boston et a acheté des hublots, qui ont été soudés et équipés de colliers en caoutchouc. Une infirmière ou un médecin pourrait ouvrir les hublots, enfoncer ses mains pour créer un joint et soigner le patient sans perdre la pression négative et la respiration rythmique.

C'était encore lourd, mais une grande amélioration. Versions ultérieures pillées dans l'industrie automobile; Les modèles britanniques incorporaient des parties de la voiture Morris Minor, y compris le bouchon d'essence, pour permettre l'entrée et la sortie des tubes, et un volant pour faire tourner le poumon de fer (et le patient à l'intérieur) comme un poulet rôti.

Il n'y avait pas de vaccin contre la poliomyélite en 1928, et on comprenait encore peu comment la maladie se transmettait. Les cas étaient inévitables et les hôpitaux du monde entier voyaient un flux constant de patients atteints de poliomyélite. Avec le poumon d'acier, les médecins pourraient enfin faire quelque chose pour changer le cours naturel de la maladie. Désormais, des personnes qui seraient mortes de paralysie respiratoire pourraient survivre.

Les deux inventeurs ont ensuite effectué des travaux renommés sur les toxines industrielles (Philip Drinker) et la maladie de l'air comprimé - les virages - en plongée sous-marine (Louis Agassiz Shaw). Mais parce que le respirateur qu'ils ont inventé était littéralement une bouée de sauvetage, c'était toujours cette « fichue machine », comme l'appelait Drinker, pour laquelle les deux hommes étaient connus.

Barrett Hoyt, qui avait passé quatre semaines dans le poumon d'acier et un an à lutter contre la polio, a obtenu son diplôme de Harvard un an plus tard, en 1930. Il a ensuite travaillé pendant de nombreuses années pour la Liberty Mutual Insurance Company à Boston, et a même pu jouer au golf. Il est mort en 1972. Cette « foutue machine » lui a donné 44 ans de vie de plus.

Hannah Wunsch est médecin en soins intensifs et chercheuse au Sunnybrook Health Sciences Center. Elle est professeure d'anesthésiologie et de médecine des soins intensifs à l'Université de Toronto ainsi que titulaire d'une chaire de recherche du Canada. Elle vit à Toronto, en Ontario, et à Woods Hole, au Massachusetts.

Souhait d'Hannah

Cet article a été initialement publié par l'Undark le 19 mai 2023.