呼吸机:制造了三个世纪

从床大小的铁肺到便携式电脑控制系统，用于治疗威胁生命的呼吸系统疾病的呼吸机经历了一段“不平凡的历程”，如今的需求如此之大。

看着很痛苦。在疫情最严重的时候，数百名患者被送往医院，被自己的分泌物窒息或淹死。呼吸机供不应求。

听起来是不是很熟悉?

1931年，流行的是小儿麻痹症。受害者大多是小孩子，许多人肺部因该病瘫痪。还有呼吸机，是三年前在哈佛医学院发明的是“铁”肺——最初是一个长方形的金属盒子，每个病人都被放在里面，只露出头部。

两个真空吸尘器的气泵改变了盒子内的压力，将空气吸入和排出肺部。

在接下来的30年里，改良版铁肺成为治疗脊髓灰质炎患者的主要手段。1939年，国家小儿麻痹基金会开始大规模分发铁肺，每个铁肺的价格约为1500美元，这是当时一套房子的平均价格。

尤金法利'54M(医学博士)接近完成他的医学学位在罗切斯特大学期间的最后一个主要的脊髓灰质炎爆发。斯特朗医院的两翼挤满了铁肺里的病人。法利说:“帮助照顾这些病人支付了我在医学院最后一年的学费。

然而，即使在20世纪50年代，铁肺的短缺也非常严重，以至于不得不通过口腔或气管切开术将管道插入一些患者体内，以迫使空气进入肺部。这项以前只在手术室使用的措施也挽救了生命。

机械呼吸是如何模仿正常呼吸的?

"耶和华神用地上的尘土造人，将生气吹在他鼻孔里"(创世纪2:7)

“以利沙上去，伏在孩子身上，用口捂着孩子的口，孩子的肉就暖和了。”(列王记下4:34)

现代机械呼吸机的短缺现在成为了关于美国应对COVID-19大流行的全国性辩论的中心，它与20世纪50年代中期脊髓灰质炎疫苗开发之前拯救了数千人生命的笨重的铁肺几乎没有相似之处。

现代设备——在广泛的临床场景中用于辅助或实际替代患者的正常呼吸——更小，更便携，并由微芯片电子控制，以精确地调整空气流量和压力以满足单个患者的需要。它们是三个多世纪的实验和设计的结果。

正如上面的两段《旧约》经文所表明的那样，人类至少早在《圣经》时代就已经知道如何使用口对口人工呼吸将空气注入受损的肺部——一种“正压”通气形式。

然而，罗伯特·胡克，创造了“细胞”这个词的科学家，可能是第一个尝试机械通气的人．在17世纪，他用风箱向狗受伤的肺部吹气，证明了机械通气可以帮助受损的肺部工作。

在19世纪和20世纪初，负压呼吸机占主导地位，模仿正常的呼吸过程。这些系统之所以有效，是因为当我们扩张胸腔和胸腔时，胸腔内的压力会降低，导致肺部也会扩张。这会导致肺内的空气减少——产生相对于大气的负压——从而导致空气通过吸入流入肺部。

例如，1838年，苏格兰医生约翰·达尔齐尔(John Dalziel)描述了一种全身型的“罐式呼吸机”。它由一个密闭的盒子组成，病人坐在里面，只有头突出来。通过手动将空气抽入和抽出箱体来建立负压。

这导致了负压“铁肺”，最终更小，更多便携式设备用于治疗小儿麻痹症患者。

例如,罗切斯特审查1959年6月(第26页)报道说，住在锡拉丘兹的机械工程校友约翰·h·麦基汉(John H. McKeehan '46)“亲自检查了两个患有小儿麻痹症的邻居必须居住的胸壳式呼吸器，日夜都能正常工作。”

McKeehan每个月都给设备上润滑油，检查电池，每年两次完全拆卸人工肺并重新组装。“‘这是一份相当紧张的工作;例如，如果我不小心剥掉了一颗螺丝钉，那就可能是灾难性的。’”他解释道。为了做这项工作，他找到并研究了呼吸器的使用手册，“这是我们熟悉的呼吸器的精简版铁肺．"

当时，这种设备通常被称为“呼吸器”，这个术语现在用于防护口罩。

呼吸机的“非凡之旅”

在20世纪60年代，负压呼吸机逐渐被正压设备取代，正压设备迫使空气进入患者的肺部，或为不太严重的呼吸问题戴上无创的鼻或面罩，或通过侵入性地在患者的气道中插入管道。

麻省总医院呼吸护理主任、哈佛医学院麻醉学教授罗伯特·卡马雷克(Robert Kacmarek)在2011年的论文中描述了这一“非凡的旅程”，“机械呼吸机:过去、现在和未来。”

他写道:“在短短50年的时间里，我们已经从相对粗糙的、只能提供机器触发的容积通风的完全机械设备发展到高度进化的微处理器控制系统，能够提供任何形式的通风支持。”

这些系统包括:

• CPAP(持续气道正压)机，通过一个小鼻罩输送轻微加压空气。它们通常用于治疗睡眠呼吸暂停，但也用于肺血管疾病患者，以及新生儿重症监护病房(NICU)治疗有呼吸困难综合征等呼吸问题的婴儿。由于研究表明，这种设备会将病毒吸入空气，可能会增加传染病的传播，因此不推荐用于covid -19。
• BiPAP(双级正压)机器，在吸气时提高压力以推动空气，然后降低压力以允许呼气。它们被用于治疗阻塞性睡眠呼吸暂停，慢性阻塞性肺疾病，肺炎，哮喘发作，手术后呼吸困难，以及干扰呼吸的神经系统疾病。这些机器上的设置可能允许它们进行调整，以治疗COVID-19患者。
• 有创正压呼吸机用于不能自主呼吸或患有严重呼吸系统疾病的患者。空气通过插入病人气道的管子输送。这些机器用于重症监护病房和手术室的麻醉呼吸机，是治疗重症COVID-19患者所必需的。

Elizabeth Palermo '91， '02N (MS)，临床护理助理教授和护理学院成人-老年急性护理护士执业计划的专业主任，对机器产生的积极影响表示感谢。

她说，例如，现代呼吸机中的微处理器“不仅可以确定肺内的压力”，还可以调整压力和空气进入肺部的时间、流量和输送，以便“根据患者的病情定制，帮助患者更好地使用呼吸机”。

“通风机过去在房间里占据了大量宝贵的空间。现在，他们更小了，在拥挤的病房里，每个护士都很欣赏，”巴勒莫说，她从护理学院获得了护理学士和硕士学位。它们还具有更可读的显示器，可以轻松地关注患者在通风口上的表现。

她说:“当用呼吸机将病人从icu运送到诊断测试或手术室时，我们过去必须用一个类似袋子的设备手动为他们呼吸。”“这取决于旅行的时间，这可能会让护士筋疲力尽，让病人感到不舒服。现在，呼吸机更加便携，所以病人在医院里被运送时可以一直使用呼吸机。”

通风技术需要一个团队

随着技术的进步，人们对机械通气所涉及的风险也有了更多的认识和理解，Palermo补充说。

她说:“我们已经了解到，呼吸机传递的压力过大会进一步损伤肺部，超过疾病本身造成的损害。”“使用呼吸机的患者容易出现肺炎、皮肤溃疡和虚弱等问题。我们已经了解到，给使用呼吸机的患者大量注射镇静剂会使他们在肺部愈合后更难摆脱呼吸机。我们对这些问题的认识以及为防止这些问题所做的努力可能是我所看到的最重要的进步。”

她警告说，“呼吸机不能治愈疾病。它们可以让医疗团队提供支持性护理，并确保在治疗(如治疗肺炎的抗生素)生效时提供足够的氧气，让被冠状病毒等损伤的肺部休息和愈合。”

此外，巴勒莫说，使用呼吸机来处理患者的呼吸问题并不像“让我们购买更多的呼吸机”那么简单。这需要团队合作，包括:

• 知识渊博的医生、执业护士和/或医师助理“确定是否需要通气，以及是否符合患者的意愿或事先指示”。
• 一个称职的呼吸治疗师，了解呼吸机的技术方面，并能调整压力，氧气，和警报，以确保呼吸机在不造成伤害的情况下帮助病人。
• 床边有能力的护士，接受过护理使用呼吸机的病人的教育，能够密切监测病人的病情，对警报做出反应，并使用循证实践来预防伤害或并发症。

“因COVID-19导致呼吸衰竭的危重患者需要一个知识渊博的跨学科团队，相互密切沟通，以协调患者的护理。”