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挽救万千生命的“铁肺”呼吸机,究竟长什么样子?

来源:http://www.sprouttech.cc/作者:广州笋尖网址:http://www.sprouttech.cc/

最新消息
    2020年04月23日 ,比尔·盖茨在其个人博客上发表了一篇文章,分享了他对全球新冠肺炎疫情的系统思考。
    他在文章中提到:几乎所有的呼吸道病毒(包括冠状病毒在内)都是季节性的,但纵观此次全球性的疫情状况,这种病毒不像流感那么具有季节性,即使夏季来临病例会减少,我们依旧要注重防护。

比尔盖茨


    说起呼吸道病毒,这段时间我们经常听到的“呼吸机”究竟是何方神圣,一起来了解一下ta的发展史吧!
01
    与呼吸机相近的设想,至早可以追溯到安德烈亚斯·维萨留斯(Andreas Vesalius)。维萨留斯是近代人体解剖学的创始人。1543年左右,他在论文里描述了这样一种治疗方法:
    “为了使动物恢复生命,必须在气管主干上切口,在其中插入芦苇或者甘蔗管,然后将气吹入。”
    遗憾的是,因为对“人为什么要呼吸”、“为什么脉搏会消失”之类的问题尚缺乏正确认知,这种治疗方法在此后的数个世纪里,并没有得到重视。直到拉瓦锡发现了氧气在呼吸中的重要性。

呼吸机

Andreas Vesalius

02
    世界上的第一台呼吸机,是美国人阿尔弗雷德·琼斯(Alfred Jones)1864年发明的。
    这是一种“负压呼吸机”。简单说来,就是让患者坐进一个密闭的箱子里,头部裸露在外,然后在患者的身体周围,制造高低气压,来填补本该由膈肌引起的呼吸运动。
这种机器的大致结构,如下图所示:

2.png

Alfred Jones发明的呼吸机

03
    1876年,法国人尤金·沃耶兹(Eugene Woillez)设计了一种叫做“Spiroscope”的负压呼吸机,它用一个罐体将人的身体全部包裹起来,仅以可调节的橡胶项圈让头部留在外面,患者的胸部放置有一根垂杆,操作者可以通过垂杆的上升与下降,来观测患者胸腔的膨胀与收缩状况。
    沃耶兹放弃为该项发明申请专利。他说自己的理想是这种机器可以遍布塞纳河两岸,让所有的溺水者都可以得到及时的救助。但因救治溺水者的效果不佳,该发明未能得到推广。

呼吸机

Eugene Woillez发明的“Spiroscope”

04
    自19世纪后半期至20世纪上半期,负压呼吸机诞生了许多样式。下图是其中比较著名的几种。它们的特点分别是:(1)利用蒸汽;(2)专供婴儿使用;(3)患者可在机器内自行操作;(4)患者的颈部与四肢获得了自由。

呼吸机

负压呼吸机的多种样式

05
    上述负压呼吸机有一个共同缺点,那就是医生很难对患者进行护理,尤其是无法对患者实施手术。为了解决这个难题,1908年,美国人彼得·罗德(Peter Lord)设计了一款可供医生、护士进出的“呼吸室”。但这种“呼吸室”实在太过庞大,一般医院无法配备。
其大致结构,如下图所示:

呼吸机

Peter Lord设计的呼吸室

06
    负压呼吸机在近代的大规模使用,与对抗脊髓灰质炎疫情有直接关系。
    为了帮助脊髓灰质炎患者维持呼吸,1928年,菲利普·德林克(Philip Drinker)与路易斯·肖(Louis Shaw)合作发明了一种新的负压呼吸机“铁肺”(Iron Lung)。这种机器可以帮助患者持续正常呼吸几个小时乃至几天。
德林克发明的“铁肺”,是这个样子的:

呼吸机

Philip Drinker与Louis Shaw发明的“铁肺”

07
    1930年代是脊髓灰质炎全球肆虐的时代。当时的医学对这种疾病的认知还相当有限,误以为它是一种主要经由空气传播的疾病,病毒可以通过鼻咽进入人的体内(实际上主要是粪口传播)。传播机理判断错误,又没有特效疫苗,在这种情况下,使用呼吸机来维持生命正常运转,进而自愈,就成了脊髓灰质炎患者最重要的希望。
    这期间,许多医生与工程师,比如詹姆斯·威尔逊(James L. Wilson)、约翰·艾默生(John Haven Emerson),都加入到了改进“铁肺”的工作当中。威尔逊与德林克合作,改进了“铁肺”的箱体。艾默生改善了“铁肺”的功能,不但增加了气密的透明圆顶,还使得医生可以打开箱体对患者进行紧急护理,便利了抽血与临床观察,制造成本也下降了一半(当时的售价是1000美元)。艾默生没有给自己的设计申请专利,因为他希望让更多的人可以用得起该设备。
下图是艾默生改进的铁肺:

呼吸机

图:John Haven Emerson改进的铁肺

08
    中国人第一次见识到“铁肺”,是在1937年。
    这一年,一位做环球旅行的美国年轻人“施拿脱”,在从上海前往北平的途中,感染了某种疾病,全身肌肉僵化难以呼吸,被送至北平协和医院,恰好该院有新引进的“铁肺”。经过一番医治,“施拿脱”的病情有所好转,又连人带“铁肺”从北平来到上海,计划乘轮船返回美国。上海媒体追踪这一新奇事物,做了许多报道。
    “铁肺”能够在1930年代-1950年代被医院广泛应用,艾默生的改进至为关键。

呼吸机

09
    20世纪初,因为胸外科手术的需要——尤其是气管切开术可以有效处理患者上呼吸道的阻塞,正压输气技术得以进入了医院的手术室。这一时期,出现了多种样式的正压呼吸设备,比如可以将患者的头安放在柜内的“正压柜”,和各种式样的“正压面罩”。不过,在应对脊髓灰质炎疫情时,这些设备远不如负压呼吸机“铁肺”受欢迎。
    正压呼吸机首次被证明优于负压呼吸机,是在1952年。
    这年夏天,丹麦的哥本哈根爆发了脊髓灰质炎疫情,每10万人中有105人感染。
    疫情最严重时,哥本哈根每天有约50名患者被确诊送往Blegdams传染病医院(也是唯一能收治该病患者的医院),80%的患者死亡。多数医生认为,在已经使用了“铁肺”的情况下,患者仍大量出汗,且临终前有高血压症状,应该是死于病毒全方位感染带来的肾衰竭。
    这种意见,遭到了麻醉师比约·易卜生(Bjørn Aage Ibsen)的挑战。他认为这些症状与肾衰竭无关,仍是呼吸衰竭的结果,证据之一是死者血液中的二氧化碳含量很高。他建议对病患实施气管切开术,向肺部做人工输气。

Bjørn Aage Ibsen

Bjørn Aage Ibsen,当代重症监护医学的创始人

10
    建议得到了医院首席医师亨利·拉森(Henry Cai Lassen)的支持,尽管他的见解与易卜生不同。
    拉森认为,铁肺与胸甲呼吸器已经为患者提供了相当程度的气体输送,问题出在脑干已遭病毒侵袭,改用正压通气也难以挽救患者的生命。易卜生则注意到,当时的美国空军已开始使用更先进的正压呼吸设备,来提升飞行员在高空的耐受能力;1949年的洛杉矶脊髓灰质炎疫情中,也已尝试使用正压呼吸设备。
    1955年,“索尔克疫苗”问世,1957年,“沙宾疫苗”问世。这两种疫苗以狂风扫落叶之势,将困扰了人类上千年的脊髓灰质炎消灭殆尽。
    在与脊髓灰质炎对抗中发展起来的呼吸机,也在此后与电子技术、计算机技术结合,由机械控制跃升为更精密的自动控制。它们可以被设置成各种不同模式,根据病人的不同需要,在不同的时间,以不同的强度,将气流送入病人体内。

呼吸机

真正意义上的现代呼吸机

    Bird Mark系列与Bennett系列早期版本与“负压呼吸机”相比,“正压呼吸机”有许多优点。比如,它轻巧便捷,可以更好地满足新兴的ICU的需求;它削弱了束缚,患者不必再整天被固定在罐状体之中;它也改善了患者的休息与睡眠,胸腔不再频繁受到外力的挤压与扩张。这些,都是“铁肺”在1960年代之后被迅速遗忘的缘故。
    罗马不是一天建成的,呼吸机也不是。它的发展演变历时近两百年,是现代医学与诸多其他学科融会贯通后的产物。
    在此,再次致敬科学、知识和各位创造者!


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