Nefes alıp verme ilk çağlardan beri hayatla özdeşleştirilen en önemli yaşam belirtilerinden biridir. Öyle ki bu faaliyet neredeyse yaşamla özdeşleştirilmiştir. Ancak bu faaliyetin nasıl gerçekleştiği ve amacının ne olduğu uzun zaman anlaşılamamıştır. İlk çağ filozofları nefes alıp vermenin ruhun havalandırılması, vücudun soğutulması, deriden çıkan havanın yerine konması gibi çeşitli amaçlarla gerçekleştiğini öne sürmüşlerdir. Rüzgar ve ruh eş anlamlı olarak kullanılmıştır. (pnemon) Daha sonra bu sözcük akciğer (pnemona) ve zatürre (pneomnia) olarak günümüze kadar ulaşmıştır. Aynı dönemde Çin ve Hindistan’da da yaygın olarak benimsenen benzer bir görüşe göre de nefes işlemi ruhun bir bölümünü oluşturduğu düşünülen hava öğesi ile ilişkili olarak ele alınmış, nefes alıp vermenin bu etkileşimin bir sonucu olduğu düşünülmüştür. Özellikle doğu kültürlerinde nefes kontrolü yoluyla bir çeşit rahatlama veya kavrama artışının gerçekleşeceği fikri ortaya çıkmıştır. Nefes alıp vermenin yaşamı sürdürmek için gerekli olduğu bu dönemde de bilinmekle birlikte yukarıda bahsedilen düşünsel temellerle doyurucu bir ilişki kurulmamış, duran solunumu tekrar çalıştırmak için vücuda sert darbeler vurulması, vücudun baş aşağı asılması, sıkıştırılması, ağız ve burundan duman uygulanması gibi yöntemler uygulanmıştır. Bu uygulamalar hem solunum güçlüğü çeken kişilerin tedavisi hem de solunum durması kaynaklı ölümlerde kişinin “reanime” edilmesi amacıyla denenmiştir. Deneysel bilgi ve pratik uygulamaların insan düşüncesinin temel öğelerinden biri olarak görülmeye başlaması daha sonraki çağlarda başlamıştır. Yeni kurulan İskenderiye şehrinde hayvanlar üzerinde fizyolojik deneme ve incelemelerin yapılması dikkatleri solunumun nasıl gerçekleştiğine yöneltmiştir. Diyafram, akciğer vb gibi kas ve organların rolleri bu dönemde anlaşılmaya başlanmıştır. Takip eden dönemde İbni Sina’nın öne sürdüğü solunumun kalbin (veya ruhun) vücuda can vermesi için bir devinim mekanizması olarak kullanıldığı ve her soluk almanın soluk vermeye ve bir sonraki çevrime neden olduğu görüşü ile birlikte amaç konusundaki fikirlerde modern anlayışa yaklaşmaya başlamıştır.

Ventilatörlerin Tarihi

Nefes alıp vermenin mekanizması ve amacının anlaşılmasından sonra çeşitli yöntem ve mekanizmalar tasarlanarak bu bilginin hayat kurtarıcı tedavilerde kullanılması fikri 1700’lerin sonlarında oksijen ve insan hayatı için öneminin anlaşılmasıyla ortaya çıkmıştır. Zaman içinde bu fikir ve mekanizmaların gelişmesi modern ventilatörleri ortaya çıkaracak ve yoğun bakım ünitelerinin bildiğimiz şekliyle kurulmasına temel oluşturacaktır. Bu gelişimde yaşanan pandemiler önemli bir rol oynamıştır. Bu süreç boyunca karşılaşılan problemler ve iatrojenik (tanı ve tedavi sırasında oluşan istenmeyen veya zararlı durum) etkiler modern ventilatör tasarımlarında da göz önünde bulundurulması gereken konulardır. Modern ventilatör ve çözmeye çalıştığı problemleri anlamak için konunun gelişimini incelemek yararlı olacaktır.

1. Tehlikeli bir yöntem

Ağızdan ağıza resüsitasyon (hayata döndürme) yöntemi konuyla ilgili ilk uygulamalardandır. Ancak verilen nefesin oksijen açısından fakir olması, hastalık bulaşma riskinin bulunması ve sürecin uzun süre devam ettirilememesi uygulamanın klinik açıdan faydalarını ve kullanılabilirliğini kısıtlamaktadır. Bu problemleri çözmek üzere ilk kullanılan yöntem bir körük veya boru aracılığıyla hastanın ciğerlerine basınçlı hava uygulamak olmuştur. Konuyla ilgili uygulamalara 1800’lü yılların başlarında rastlanmaktadır. Ancak bu yöntem çok sayıda iatrojenik pnömotoraks vakasına yol açmıştır. Pnömotoraks, çökme olarak da tarif edilen akciğerlerin büzülmesi olgusudur. Körükle uygulanan basınçlı hava akciğerdeki hava keseciklerini patlatarak “plevra” adı verilen çift yapraklı akciğer zarının yaprakları arasına dolmasına neden olmaktadır. Günümüzde kateter uygulaması, torakoskopi ile mekanik müdahale, plöredezis ile yaprakların tekrar birbirlerine yapıştırılması, torakatomi gibi cerrahi işlemlerle mortalite minimize edilebilmekle birlikte süreç hala birçok pnömani’ye kıyasla oldukça risklidir. Oluşan iatrojenik zararlar sonucunda yukarıda bahsedilen imkanların oldukça kısıtlı olduğu bu dönemde akciğere pozitif basınçlı hava uygulaması tehlikeli olarak sınıflandırılmış ve uygulama büyük ölçüde terk edilmiştir.

2. Demir Ciğer

Pozitif basınçlı ventilasyon girişimlerinin tehlikeli görülmesi sonrasında negatif basınçlı ventilasyon konusunda çalışmalar ağırlık kazanmıştır. Negatif basınçlı ventilasyon cihazlarında amaç solunumu sağlayan kasların işini kolaylaştırmaktır. 1854’te icat edilen ilk negatif basınçlı ventilatör bir piston yardımıyla hastanın içine konduğu bir kabinin basıncını değiştirmekteydi.

Negatif basınçlı ventilasyon sistemleri büyük ve pahalıydı. Ayrıca mide sıvılarının yükselerek soluk borusunu tıkaması veya ciğerlere dolması gibi “tank şoku” ismi verilen iatrojenik etkiler de gözlemlenmekteydi. Bu sistemler sayıca çoğalamasa da büyük hastanelerde özellikle kaslardan kaynaklanan solunum güçlükleri ve ameliyat sırasında kullanım amaçlı olarak kendine yer buldu ve bir süre başarıyla kullanıldı. Benzer cihazlar özellikle Avrupa’da nöromüsküler hastalıkların tedavisinde halen kullanılmaktadır.

3. Temkinli adımlar

1952 yılında ABD ve Avrupa’da yaşanan büyük çocuk felci pandemisi mekanik ventilasyon konusunda bir dönüm noktası oldu. Daha önceki çocuk felci salgınlarında kullanılan ilaç ve aşı çalışmalarına rağmen pandemi engellenemedi ve sağlık sistemi hastanelerin kapasitesinin çok üzerinde vaka sayısı ile ihtiyaca cevap veremez duruma geldi. Salgının tepe noktasında solunum kasları ve bulbar felci semptomlarıyla hastaneye kabul edilen hastalarda mortalite %80 civarına çıktı. Pandeminin başlangıcında terleme, hipertansiyon ve kandaki yüksek karbondioksit gibi terminal semptomlar nedeniyle ölümlerin sistemik viremia’ya bağlı böbrek yetmezliğinden olduğu düşünülüyordu. Bjorn Ibsen isimli bir anestezist ölümlerin böbrek yetmezliğinden değil solunum güçlüğünden kaynaklandığını öne sürdü ve pozitif basınçlı ventilasyon önerdi. Bu teori başta dirençle karşılaşsa da manuel pozitif ventilasyon uygulanan hastalarda mortalitenin %50’lere düşmesiyle kabul görmeye başladı. Kısa zamanda üretilen sınırlı sayıdaki ventilasyon cihazı salgın sonrasında da kullanılmaya devam etti. Artık ventilasyon odak noktası solunum kaslarının yükünü azaltmaktan tekrar kandaki oksijen seviyesini yükseltecek uygulamalar ve ARDS (Acute Respirtory Distress Symptom) tedavisine kaymıştı. Daha önceki pozitif basınçlı ventilasyonda görülen iyatrojenik etkiler non-invazif uygulamalar ve PEEP (Poisitive end expiratory pressure) konsepti ile kısmen de olsa aşılmıştı. Tek bir ventilatörden veya manuel ventilasyon ekibinden yararlanmak için tüm hastaların bir noktaya toplanması fikri de bu dönemde ortaya çıktı. Konuyla ilgili uzmanlık geliştirmiş hekimler ile ventilatörlerin ayrılmaz bir parçası olduğu modern yoğun bakım ünitelerinin temeli de böylece atılmış oldu.

4. Modern Ventilatörler

Takip eden dönemde yapılan çalışmalar ciğerlerde oluşan hasarın yüksek basınçtan değil, temel olarak alveol ve diğer dokularda oluşan uzun süreli aşırı gerilimden (overdistension) kaynaklandığını ortaya çıkardı. İşlemcilerin ortaya çıkması ve değişik hastalıkların doğurduğu ihtiyaçlar doğrultusunda hacim (volume), basınç (pressure) ve akış (flow) ayrı ayrı kontrol edilmeye başlandı. Böylece sadece “volume” kontrolüne göre çok daha kullanışlı ve değişik uygulamalara göre ayarlanabilen cihazlar elde edildi. Ventilatörler ilaç uygulanması, oksijen desteği, solunumun tamamen devralınması, anestezi vb. gibi birçok farklı amaca yönelik olarak değişik modlar içerecek şekilde tasarlanmaya başlandı.

Ventilatör Cihazı ve Modlar

Mekanik ventilasyon ilgili gazların kontrollü ve amaca uygun şekilde akciğerlere verilmesi ve geri alınması işlemidir. Bu işlemi yerine getirmekte kullanılan cihazalara mekanik ventilatör ismi verilmektedir.

Günümüzde ventilatörler birçok farklı klinik amaca hizmet edecek şekilde kullanılmaktadır. Bu klinik uygulamalar arasında gaz değişimini sağlamak, solunumu kolaylaştırmak veya devralmak, sistemik veya miyokardik oksijen tüketimini düzenlemek, ciğer genişlemesini sağlamak, sedasyon uygulaması, anesteziklerin ve kas gevşeticilerinin uygulanması, göğüs kafesi ve kasların stabilizasyonu sayılabilir. Bu işlevler ventilatör cihazı tarafından inhalasyon ve eksahalasyonun süreçlerinin hastadan gelen geri besleme de kullanılarak devamlı veya aralıklı olarak basınç/akış uygulanması yoluyla gerçekleştirilmektedir. Ventilatörler hastaya external veya burun deliklerinden, entübe edilerek soluk borusundan veya trakea’dan bağlanabilir. Çoğu ventilatör yukarıda sayılan işlemlerin bir çoğunu gerçekleştirebilmekte ayrıca nebulizasyon veya oksijen desteği sağlamak gibi ek işlevler de yerine getirebilmektedir. Bu işlevler çeşitli modlar olarak seçilebilmekte ayrıca manuel olarak da kontrol edilebilmektedir.

Yoğun bakım ventilatörlerinde yaygın olarak bulunan modlar şöyledir:

P-ACV: Basınç kontrollü Asiste Ventilasyon
P-SIMV+PS: Basınç Kontrollü, Basınç Destekli Senkronize Zorunlu Ventilasyon
P-PSV: Basınç Kontrollü, Basınç Destekli Ventilasyon
P-BILEVEL: Basınç Kontrollü, iki seviyeli ventilasyon
P-CMV: Basınç Kontrollü, sürekli zorunlu ventilasyon
APRV: Havayolu basıncı Tahliye Ventilasyonu
V-ACV: Hacim Kontrollü Asiste Ventilasyon
V-CMV: Hacim Kontrollü Sürekli Zorunlu Ventilayon
V-SIMV+PS:Hacim Kontrollü Basınç Destekli Zorunlu Ventilasyon
SN-PS: Spontan Basınç Destekli Ventilasyon
SN-PV: Spontan Hacim Destekli Non İnvasiv Ventilasyon
HFOT: Yüksek Akış Oksijen Terapisi Modu

Yoğun bakım ventilatörleri dışında anestezi, transport, yenidoğan ve evde kullanıma yönelik ventilatör cihazları da mevcuttur. But tip ventilatörler de dahil olmak üzere mekanik ventilasyon alanında sık kullanılan bazı terim ve uygulamalar şöyledir:

NIV(Non Inavsive Ventilation): Ventilatörün entübe edilmeden external olarak kullanılmasına verilen isimdir.
CPAP (Continious Positive Airway Pressure): Havayoluna sürekli olarak sabit basınç uygulanan en temel destek yöntemi
BiPAP (Bilevel Positive Airway Pressure): Havayoluna soluk alıp verme sırasında değişik basınç seviyelerinin uygulanması yöntemidir
PEEP (Positive Airway End Expiratoey Pressure): Ekshalasyon (soluk verme) sırasında havayolu üzerinde basıncın cihaz tarafından belirli bir seviyede korunmasıdır.

ASELSAN Ventilatör Çalışmaları

ASELSAN sağlık sektöründe stratejik alanlardan biri olarak belirlediği “Yaşam Destek Sistemleri” konusunda çalışmalara 2018 yılında başlamıştır. Bu alandaki temel cihazlardan biri olan ventilatör konusunda Türkiye’de mevcut çalışma ve birikimleri kullanarak ilgili ekosistemi oluşturma vizyonu doğrultusunda çeşitli yerli firma ve alt birim tedarikçileri ile çalışmalara başlamıştır. Ülkemizdeki ventilatör konusunda çalışan BOISYS firması ile iş birliğine yönelik anlaşmalar imzalanmıştır. Bu kapsamda BIOSYS tarafından üzerinde çalışılmakta olan ventilatör cihazının küresel ölçekte rekabet edebilecek bir ürün haline dönüştürülerek kullanılabilmesi için teknik inceleme ve çalışmalar yapılmıştır.

2020 yılı başlarında COVID pandemisi ile birlikte Türkiye ve dünyada oluşabileceği değerlendirilen ventilatör ihtiyacı doğrultusunda, Savunma Sanayii Başkanlığının destek ve koordinasyonunda hem BIOSYS hem de değişik tip ventilatörlere yönelik Türkiye’de faaliyet gösteren yerli ve yabancı firmalarla hızlı bir çalışma başlatılmıştır. Bu çalışma sırasında karşılaşılan ilk sorun daha önce yurtdışından kolayca ve bir ölçüde maliyet etkin biçimde tedarik edilen valf, türbin gibi ventilatör alt parça üreticilerinden tedariğin kendi ülkelerindeki ihtiyaç veya yoğun talep neticesinde büyük ölçüde zorlaşması olmuştur. Bu nedenle hem yerli ventilatör üreticilerini desteklemek hem de BIOSYS ile birlikte üzerinde çalışılan BIYOVENT isimli ventilatör üretiminde kullanılmak üzere oransal ve ekspirasyon valfleri, türbin ve test ciğeri kritik alt parçaların tasarım ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Valf bileşeninin tasarım ve üretim kısımlarında HBT Sektör Başkanlığının önemli katkıları olmuştur.

Bu çalışma ile eş zamanlı olarak BAYKAR ve BIOSYS ile birlikte BİYOVENT cihazının olgunlaştırılmasına yönelik donanım ve yazılım tasarım çalışmaları yapılmıştır. Ortaya çıkarılan ürünün kısa sürede büyük miktarda üretimine yönelik olarak ARÇELİK imkanlarından faydalanılmıştır. Bir medikal cihaz için çok kısa bir süre içinde tasarım ve üretim faaliyetleri tamamlanarak hem Türkiye hem de dünyaya sevkiyata Haziran ayında başlamıştır. Takip eden dönemde ASELSAN’da BİYOVENT üretimine yönelik üretim altyapısı oluşturulmuş ve cihazın üretimi ASELSAN’a taşınmıştır. Bugün ASELSAN’da günde yüzlerce ventilatör üretim kapasitesi mevcuttur. Cihazın üretilerek Türkiye ve dünyadaki ihtiyaç noktalarına sevkiyatı devam etmektedir.

Gelecek

ASELSAN tarafından ventilatöre yönelik yerli firmalarla iş birliği halinde eksosistem oluşturma, alt bileşenlerin tasarımlarının optimize edilmesi ve üretim yeteneğinin yaygınlaştırılması konusunda çalışmalara devam edilmektedir. Bunlara ek olarak diyafram veya sinir sisteminden geri besleme alma, hasta tepkilerinin daha iyi değerlendirilmesi ve yapay zeka uygulamaları gibi ventilatör konusunda geleceğin teknolojileri olacağı değerlendirilen konuları da dahil ederek yeni versiyon ventilatörler tasarlanması planlanmaktadır.

Şu anda pandemi dönemini yaşadığımız SARS COV 2 hastalığı ağır hastalarda ventilatör kullanımını gerektirmektedir. Ancak örneğin 2003 yılında tespit edilen bir başka koronavirüs tipi olan ve pandemi seviyesine ulaşmamış SARS COV hastalığı tedavisi ventilatöre çok daha fazla ihtiyaç göstermektedir. Pandemi sonrasında da benzer koronavirüs ve mutasyonların ortaya çıkması muhtemeldir. Ayrıca benzer ihtiyaç doğurabilecek rhinovirüs ve influenza gibi tehditler de mevcuttur. Böyle bir senaryoda yoğun bakım personeli, yoğun bakım ünitesi ve ventilatör ihtiyacı daha da artacak, dünya tedarik zinciri de çok daha uzun sürelerle kesintiye uğrayabilecektir. Bu nedenle yerli ve milli üretim yeteneğinin muhafaza edilmesi, ekosistemin oluşturulması ve belirli bir düzeyde ventilatör stoklanması uygun yaklaşımlar olacaktır.

Pandemi ve Ventilatör Cihazı