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呼吸机的“衍化史”

呼吸机的“衍化史”

呼吸机是一种实现机械通气的设备,但最早的“呼吸机”毫无机械感,只是一根芦苇管。

16世纪中期的比利时,一位叫Andreas Vesalius的医学家在解剖动物尸体时,发现打开胸腔后会使肺脏塌陷,他用芦苇插入动物气管并吹气,不仅肺脏不塌陷了,连停止跳动的心脏都恢复了跳动。由此他发现了肺通气对维持心脏功能具有重要作用

Vesalius也许不知道,他发明了最早的人工通气法。这个方法马上被成功运用,有人用风箱向插入患者口中的管子通气,并成功挽救了一名即将死亡患者的生命。但Vesalius的通气技术还是经过长时间的动物实验,直到18世纪中期才广泛用于人类。

于是呼吸机从“人嘴+芦苇”变成了“风箱+管子”,并广泛应用到溺水者的救助中。当然,最方便、快捷、有效的呼吸机还有人类。

1774年,Tossach首次采用口对口人工呼吸救助了一名因火灾窒息的患者(这并不是最早的人工呼吸,最早的人工呼吸始于东汉时期的中国)。

西方学者并不满足于人工呼吸,大家都要喘气,人工呼吸救急不救“穷”,一群人在呼吸机的发明道路上愉快地狂奔。

1776年,Hunter设计了两个风箱的“呼吸机”,两个风箱可不是代表两个肺脏,而是一个风箱往肺里打气,另一个风箱从肺里抽气。另一些学者则痴迷于气管内插管的创新改革。其中,一个叫Chaussier的学者还设计了近似于现代广泛使用的简易呼吸器

但学者们的创造热情却被强行浇灭了,1827年的动物实验发现,风箱通气会出现致命的气胸,于是欧洲多个国家纷纷放弃这项通气技术。

但通气技术是医疗救护中的必要内容,学者们开始绞尽脑汁研发新的呼吸支持技术。19世纪晚期,人们发现负压增大时,胸腔肺泡内压会低于气压水平,此时外界空气会自动流入体内,于是人们开始设计负压呼吸机

当时的负压式呼吸机花样百出,技术上有通过风箱产生负压的,有通过活塞抽气产生负压的,款式上有坐式和卧式,还出现了仅覆盖患者胸部和上腹部的胸甲式负压通气机。

 

负压呼吸机和外科手术不可并存?

虽然负压式呼吸机在款式上“百花齐放”,但真正被大规模临床应用的负压通气设备是1928年由Drinker和Shaw设计的“铁肺iron lung)”。

 

这个将全身包住的呼吸设备曾挽救过很多人的生命,但它也有个肉眼可见的bug,医护人员无法护理患者,在大规模流行病导致患者数量增多时,这个bug尤其突出。

上世纪30年代60年代,脊髓灰质炎在全世界暴发。

· 脊髓灰质炎又称小儿麻痹症,是由脊髓灰质炎病毒引起的儿童急性传染病,多数情况会导致呼吸运动障碍、呼吸中枢受损。

“铁肺”在帮助脊髓灰质炎患者呼吸时发挥了重要作用,为了减轻对患者的护理难度,Peter Lord设计了负压通气房间。如同一个“多人装”铁肺,医护人员可以进入负压房间内,对患者进行护理。

 

“铁肺”还有许多问题,笨重、昂贵、消毒困难、气道维护困难、对低血容量患者不适用等,更不可能应用于现代外科手术。另一次脊髓灰质炎的大暴发把“铁肺”请下了神坛。

1952年,哥本哈根暴发了大规模脊髓灰质炎,且致死率高达85%。但当时的大部分临床医生认为,高致死率是病毒导致肾脏衰竭造成的。

而麻醉医生Bjorn Ibsen分析死亡患者的病例和尸检结果后认为,导致死亡的首要原因是通气不足,并建议外科医生们放弃负压通气,切开患者气管实施正压通气治疗

起初医生们的内心是拒绝的,但还是采纳了Ibsen的建议。在采用正压通气治疗后,患者的病死率迅速由85%下降至40%。哥本哈根脊髓灰质炎的暴发成为机械通气史的转折点,使机械通气技术由负压通气时代回归正压通气时代。

正压通气时代下的呼吸机,根据驱动方式、通气模式、压力和流量发生器分为众多种类,但与我们切身相关的还是无创、有创分类。

救命神器呼吸机

无创呼吸机是通过鼻面罩、口鼻面罩或全面罩等方式为患者提供呼吸支持的设备,大家在各种电视剧里经常可以看到。

 

现代无创呼吸机口鼻面罩

戴上呼吸面罩的女主看起来脆弱可怜却不失优雅,但要早个100多年,就不是这个效果了,那时的正压通气设备就是负压通气设备的“反向操作”,女主的整个头会装在一个大盒子里。

 

比把头放进柜子里更可怜的,是有创正压通气。

无创呼吸机虽然好,但也会使不上劲。当患者的呼吸道分泌物过多,就会堵住正压通气的“通道”,在患者无法自主清除上呼吸道分泌物时,就需要有创正压通气来帮忙了。

有创正压通气又分两种,第一种是气管插管,重型新冠肺炎患者使用的就是这种方式。

 

由于新冠病毒令患者肺部出现渗出物,阻塞肺泡,使肺脏通气、唤气功能受损,还会导致患者肺组织纤维化,变硬变脆,从而导致呼吸困难。在无创呼吸机不能满足患者通气和氧供需求时,气管插管就会给患者带来一线生机。

气管插管也救不了所有患者,对于有喉阻塞下呼吸道分泌物潴留的患者,气管切开手术 前文Ibsen推荐的方法)是最后的王牌。

 

气管切开(tracheotomy)后可以清除下呼吸道分泌物,改善肺部气体交换状况,与气管插管相比,气管切开可以减少喉损伤,保留声门功能,还方便进行口腔护理,但也会给患者留下“人工气道”。

有创正压通气虽能救人性命,却也存在隐患。

有利就有弊的有创呼吸

有创式呼吸机容易导致呼吸机相关性肺炎(Ventilator associated pneumonia,简称:VAP)的发生。

呼吸机相关性肺炎是重症监护室使用呼吸机通气患者的常见并发症,发生率高达30%左右。呼吸机相关性肺炎会造成撤机困难、加重患者病情、延长住院时间,严重时甚至能导致患者死亡。

目前的医学研究认为,导致呼吸机相关性肺炎的原因包括患者年龄、原有基础病、并发症及医源性因素(操作不当以及药物因素),其中呼吸机通气时间越长VAP的发生率越高。

导致VAP主要原因,是跟随管道进入下呼吸道的细菌。

早发VAP的致病菌主要包括肺炎链球菌、嗜血流感杆菌和金黄色葡萄球菌,都是来自我们口咽部位的寄生菌群。迟发性VAP致病菌主要是革兰阴性(G-)杆菌

细菌最怕抗生素,尴尬的是对抗生素的长期依赖会导致菌群“进化”,VAP的致病菌不仅耐药率普遍偏高,而且还是多重耐药的“高手”,很多常用抗生素对它们不起作用。

这就容易陷入不良循环,因为呼吸机通气时间越长,患者气道的防御功能就越低,更容易导致细菌繁殖,增加肺部感染率。

气管切开术也会引发下呼吸道感染,并发气道狭窄等问题。

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