近來,「ECMO」一詞在抗擊新冠肺炎的報道中出鏡率很高,它是英文的「體外膜肺氧合」的縮寫,也稱「體外循環心肺支持系統」,簡稱「體外人工心肺」。ECMO在搶救新冠肺炎重症患者中,功勞不小,使許多患者轉危為安。這個機器可以讓心臟及肺暫時「歇工」,為患者的康復爭得寶貴時間。ECMO通過將患者的血液從靜脈引到體外,繞過患者的肺,在「體外人工心肺」中進行氧合,變成富含氧氣的動脈血之後再回輸到大動脈中,來保證患者全身器官的供氧。對重症肺炎等患者來說,這無疑是一種救命手段。
「體外人工心肺」是呼吸機家族中的一員。呼吸機的歷史可溯源至公元19世紀上半葉。蘇格蘭醫生約翰·戴茨爾在1832年首先設計出了一款負壓呼吸機:患者坐在一個密閉的箱子中,頭頸部露在外面,醫生通過操作使內置於箱中的風箱產生負壓而輔助通氣。使負壓呼吸機真正流行起來的,是1928年哈佛公共衛生學院的飛利浦·君克爾以及路易斯·阿加西茲·肖共同發明的「鐵肺」(iron lung),它成功搶救了患脊髓灰質炎(也稱小兒麻痹症)的8歲小女孩,開創了「機械通氣」歷史上的里程碑。
鐵肺是一個連接著泵的密閉「鐵桶」狀機器,病人的頭部露在外面。當鐵桶中的空氣被吸出時,其內部形成負壓,使患者的肺張開,新鮮空氣進入患者肺內;空氣被壓入時,鐵桶內壓力升高,患者肺內的空氣被擠出。病人的胸廓被動地反覆膨脹、壓縮,呼吸得以維持。脊髓灰質炎是一種高度傳染性疾病,病毒主要侵襲脊髓神經,導致腿、手臂和呼吸肌癱瘓,甚至死亡。鐵肺被用來幫助那些呼吸肌衰竭的患者進行呼吸。它拯救了許多人的生命,是第一個代替人體器官功能的機器。
全球第一台量產的鐵肺,是美國人弗利斯特·伯德發明的。參加過二戰、當過飛行員的他,利用撿到的德國戰機中的供氧機,經過改良,製成了美國飛行員的專用呼吸輔助器,不僅使美國飛行員的飛行高度達到3.7萬英尺(約1.1萬米),也形成了後來「伯德呼吸器」的原型。「伯德呼吸器」的構造十分簡單,可以將氧氣送進肺部,除了能維持患者生命之外,還可避免肺部萎縮。
在上世紀四五十年代,美國各地的醫院都放滿了一排排的鐵肺。脊髓灰質炎患者利拉德回憶道:「在滿是金屬筒的房間裡,尤其是有風暴時,所有患者都被轉移到同一個房間,這樣護士們就可以在斷電時手動運轉鐵肺。」利拉德還說,「你躺在那兒只能聽見自己的心跳,這場景很可怕。房間內僅有的響聲就是當有人無法呼吸時的響舌聲。偌大的、充滿黑暗的病房好像是個巨大的、充滿咯咯聲的養雞場。所有的護士都在說,『稍等一下,你馬上就能呼吸了。』」 1954年以後,隨著脊髓灰質炎疫苗接種範圍的擴大,像鐵肺這樣大型機械的需求逐漸減少,鐵肺退出了歷史舞台,後來也鮮有人知道它的故事。
此後,呼吸機不斷更新,成為更符合病人需求的設備。1952年,丹麥哥本哈根市暴發脊髓灰質炎,由於缺乏鐵肺,當地醫生被迫改變思路,在當地麻醉專家的倡議下,創立了氣管切開手術後壓縮氣囊間歇性正壓通氣的方法,臨床證實,其有效降低了呼吸衰竭患者的死亡率。
進入60年代,隨著物理學的發展,利用電子技術,人們設計出了定容呼吸機,極大地促進了呼吸機的發展。1992年至今,出現了適應性支持通氣(ASV)、容量支持通氣(VSV)、比例輔助通氣(PAV)等一系列新的通氣模式。
這次抗擊新冠肺炎的明星「體外人工心肺」(ECMO),是用機器來代替人體的血氧循環,使肺臟得到休息,贏得修復的機會。這是傳統機械通氣式呼吸機無法做到的。隨著技術的進步,從開始只能待機幾分鐘到目前有報道稱最長待機時間為128天。ECMO自1953年被首次應用於臨床以來, 技術日趨成熟,使用範圍也越來越廣。目前,血管內人工肺(IVAL)、植入型人工肺(IAL)、無泵體外肺輔助技術(PECLA)等研究正在深入開展,不久的將來新一代人工心肺即將誕生。隨著高新材料的開發、基礎研究的深入、臨床經驗的積累和呼吸技術科學的發展,越來越多的各式呼吸機將服務於人類,挽救更多患者,並成為救治危重症患者的重要手段。