美國聯邦政府與州政府爭搶的呼吸機究竟是如何研發出來的?

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這幾天,繼口罩之後,呼吸機開始佔據我們的視線。傳統制造商們加班加點,成倍地提高產量;車企們則在努力地研究圖紙,改裝生產線;即便如此,市場上仍然供不應求,上游零部件的供應不足、下游售後服務人員的缺乏也都限制了製造商充分發揮產能。

但是你知道嗎?現在需要上千零部件的呼吸機,在某種程度上卻是從竹筒進化而來的。

人工通氣理論的建立階段

在孫思邈所著的《備急千金要方》中,對自縊窒息病人有如下治療方案:

美國聯邦政府與州政府爭搶的呼吸機究竟是如何研發出來的?

強臥,疑為仰臥。

用竹筒往嘴裡吹氣,雖然簡陋,但某種程度上也算是一種人工呼吸機吧。畢竟,呼吸機的主要功能就是針對無法自主呼吸的病人,採用人工方法實現呼吸功能的醫療器械。

而在國外,人工通氣理論的建立則與解剖學的發展密不可分,羅馬帝國時代,著名醫生Claudius Galenus發現,通過插入死亡動物咽部的蘆葦向動物的氣管吹氣,可使動物的肺部膨脹。他對該實驗留下了文字記載,也引發了醫師們關於人工通氣的猜想。

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維薩里,來源:百度百科

1543年,比利時醫學家Andreas Vesalius首次對豬進行氣管切開並置入氣管導管成功,證實向氣道吹氣能使豬萎陷的肺部重新復張,從而維持豬的正常呼吸。他留下了詳實的實驗資料,成為世界上第一個描述人工通氣的人。

1667年,Hooke在狗身上成功重複了這一實驗,並首次應用風箱技術成功進行了正壓通氣。後來,誕生了氣管插管後人工風箱通氣的做法,用於救治溺水者,但該技術過於粗糙,併發症多而成功率低,19世紀初這種做法基本停止。

負壓通氣階段

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1953年美國醫院,在鐵肺內接受治療的脊髓灰質炎病人;來源: 許華芳等著. 改變世界的科學叢書 醫學的足跡

之後,人們對此進行了不少研究,20世紀初,隨著電力的廣泛應用,體外負壓通氣技術獲得了大幅發展。

1926年,Drinker受其生理學家弟弟Cecil和同事Shaw進行動物實驗時所用體積描記儀的啟發,決定製造一個人體大小的箱式通氣機。該通氣機直徑0.56米,長1.68米,病人臥於其內,頭部露出,箱底板由電動泵驅動,隨箱內壓力變化產生呼吸。1928年,該通氣機用於一名因脊髓灰質炎呼吸衰竭而昏迷的8歲女孩,數分鐘後女孩神智恢復。與其他產品相比,這種後來被稱為“鐵肺”的通氣機是真正進入臨床並且被廣泛應用的負壓呼吸機。

在20世紀30~40年代歐美脊髓灰質炎大流行時,鐵肺、雙人鐵肺、胸甲式等個體負壓通氣機大量應用於臨床,但也暴露出氣道管理困難、應用範圍狹窄、患者病死率高的致命缺陷。

正壓通氣階段

事實上,正壓通氣一直在發展,尤其是在外科和麻醉學科領域。1934年,Frenkner研製出第一臺氣動限壓呼吸機——“Spiropulsator”,1940年,在其基礎上,首臺間歇正壓通氣(IPPV)麻醉機呼吸機——“apiropulsator”誕生。

1950年代,由於在脊髓灰質炎救治中的成功,歐洲成為現代呼吸機發展的熱土。1950年,瑞典Engstrom研製出世界上第一臺容量控制型呼吸機,使正壓通氣技術達到一個新的水平。

1952年,丹麥哥本哈根爆發脊髓灰質炎,由於缺乏鐵肺,當地醫師尋求麻醉專家的幫助,後採用的氣管切開後正壓通氣的方法有效地降低了病死率。

1954年,歐洲誕生了一系列自動化正壓呼吸機,而此時美國仍以負壓呼吸機為主。

美國聯邦政府與州政府爭搶的呼吸機究竟是如何研發出來的?

WILLIAM W. MUSHIN, L. RENDELL-BAKER, MODERN AUTOMATIC RESPIRATORS,British Journal of Anaesthesia,Vol

隨著技術的進步,電動控制呼吸機、氣動呼吸機相繼誕生,而計算機技術的發展更是使現代呼吸機越來越智能,呼吸機終於變成了零部件過千的複雜設備。

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呼吸機拆解圖,來源:Venteclife

參考文獻

王傳秀,黨玉連,劉勇主編. 呼吸機使用手冊[M]. 武漢:湖北科學技術出版社, 2011.01.

喻文亮,錢素雲,陶建平主編. 小兒機械通氣[M]. 上海:上海科學技術出版社, 2012.01.

WILLIAM W. MUSHIN, L. RENDELL-BAKER, MODERN AUTOMATIC RESPIRATORS,British Journal of Anaesthesia,Volume 26, Issue 2,1954,Pages 131-147.

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