喘氣的學問

文/趙言昌

有的同學不會做飯，有的同學不會騎自行車，不過這些都很正常，就像人們常說的，“尺有所短，寸有所長”，每個人都有自己擅長的事，也有不擅長的事。不過，你想過沒有，要是有人不會喘氣該怎么辦呢？

什么！世界上還有不會喘氣的人？！當然有。今天咱們就來聊聊為了幫助病人好好喘氣而發明的設備 呼吸機，以及它背后蘊藏著的喘氣的學問。

病毒惹的麻煩

脊髓灰質炎病毒

一百年前，全世界的醫生都在為脊髓灰質炎頭疼。

脊髓灰質炎這種疾病是由脊髓灰質炎病毒引起的，而這種病毒非常活躍，它可以通過嘴巴進入人體內，接著在消化道里大量繁殖，然后病毒會兵分兩路，一路隨著糞便被排出體外，另一路向被感染人的神經系統發動攻擊，對人體造成巨大傷害。如果有人接觸了被病毒污染的東西又沒有好好洗手，便有可能被病毒感染，成為新的受害者。

做飯也好，騎自行車也罷，都離不開肌肉的運動。那么，是什么在控制肌肉運動呢？

答案是神經系統。我們的每一個動作，不管是有意的還是無意的，大到參加體育活動、小到喘氣，都離不開它們。用遙控玩具打個比方，我們胸腔周圍的肌肉，相當于玩具里的引擎；大腦則相當于遙控器，里面藏著各種各樣的指令按鈕，例如大腦的延髓就可以控制呼吸。

綠色部分為延髓

如果脊髓灰質炎病毒入侵大腦，破壞了延髓，患者就會像失去了遙控器控制的玩具一樣陷入混亂ü沒有辦法喘氣，患者體內的二氧化碳就會越來越多，而身體急需的氧氣越來越少，進而導致死亡……

意外的發現

吸氣、呼氣與膈肌

為了對付脊髓灰質炎病毒，科學家們開始了各種各樣的研究。有些研究會用到一種儀器，叫作體積描記儀。

在揭秘什么是體積描記儀之前，讓我們先來做一個小實驗：把手放在自己的肚子上，感受一下自己在呼吸時身體的變化。吸氣的時候，你的肚子是不是會鼓起來？

參與呼吸的肌肉很多，這里咱們只說膈肌。在我們吸氣之前，膈肌接受延髓的指令進行收縮，向下牽拉胸腔。這種牽拉會導致兩個結果：一方面，擠壓肚子里的器官，讓肚子鼓起來；另一方面，想想醫院里的注射器，拉動活塞，液體會進入注射器，這種牽拉與其類似，膈肌向下牽拉胸腔，會導致胸腔內的氣壓下降，新鮮空氣便在胸腔與外界之間的壓力差的驅使下進入人體。呼氣的過程與吸氣相反，膈肌舒張、胸腔依靠自身的彈性回縮，相當于推動注射器的活塞，把人體代謝產生的廢氣推出體外。

如果弄清楚人體呼吸時的體積變化，也許能找到關于呼吸的某些秘密。體積描記儀正是干這個的，它的主體是一個密封的罐子，上面連著各種各樣的測量儀器。把實驗對象放到罐子里，通過儀器測量罐子里的氣壓變化，便能推測實驗對象胸腔體積的變化。

體積描記儀

1926年，科學家小路易斯·肖和菲利普·丹特在使用體積描記儀時發現了一件有趣的事：呼吸會引起罐子內部的氣壓變化，反過來，如果罐子內部的氣壓發生變化，罐子里的實驗對象會不由自主地進行呼吸。

這個原理其實并不復雜ü胸腔是軟的。

正常情況下，我們依靠自身肌肉控制胸腔的擴張與收縮，主動與外界進行氣體交換；極端情況下，也可以通過外力迫使胸腔運動，從而產生氣流，人工呼吸就是利用了這一原理。

于是，兩位科學家仿照體積描記儀，制作了一種新型設備ü負壓呼吸機。

鐵做的肺

鐵肺

這種設備由金屬做成，直徑半米多，長度接近一米七，一端有一個小口，另一端則有一塊可以活動的板。

遇到不能自主呼吸的病人，便讓他躺進去，只把腦袋露在外面。醫生啟動電機，帶動活板進行運動。活板往外牽拉，會造成設備里的氣壓下降；氣壓下降導致人體胸腔擴張，然后就是我們剛才說過的ü胸腔擴張之后，外界空氣進入病人體內，使其得到足夠的氧氣。

這就是負壓呼吸機，也有人形象地稱之為“鐵肺”。

鐵肺的原理

麻醉與呼吸機的關系

對于不能自主呼吸的病人來說，鐵肺是第一種真正有效的設備。不過，20世紀40年代，美國出現大量脊髓灰質炎患者，它的缺點便凸顯出來了。

首先是效率低，電機驅動活板，活板改變鐵肺內的氣壓，再靠氣壓變化迫使胸腔發生變化，這一系列過程使呼吸這件簡單的事，變得非常煩瑣。其次，不方便護理。病人腦袋以下都被裹在鐵制的設備里，萬一病人的氣管里有痰液，該怎么取出來？原本像輸液這樣簡單的操作，也因此變得不那么方便了。結果，使用鐵肺進行治療的患者并沒有因此獲益，死亡率依然居高不下。

易卜生

1952年，丹麥一家醫院便遇到了這樣的情況。醫院里只有一臺鐵肺，而這臺鐵肺的戰績是13%ü用它治療的31位患者中只有4 人活了下來。

無奈之下，醫生們決定進行會診，把醫院所有的專家都請來，大家一起商量該怎么辦，其中就有丹麥的麻醉專家比約恩·易卜生。

當時的麻醉手段不像現在這樣注射麻醉液體，而是以氣體麻醉為主。醫生用面罩罩住病人的嘴巴和鼻子，然后利用氣囊往病人體內輸入麻醉性的氣體。易卜生忽然想到，氣囊既然能輸入麻醉劑，肯定也能灌注正常的空氣。換句話說，可以直接用管道把患者的肺和氣囊連接起來。通過按壓氣囊，使氣囊里的壓力變大，氣體便被擠入患者體內。

這便是正壓通氣設備，其效率比鐵肺高得多，使患者的生存率從13%上升到了74%，而且這種設備的體積也非常小巧，不會影響輸液、吸痰等操作。

最初的正壓通氣設備，依靠人力擠壓氣囊，病人多了，醫生們會忙不過來。所以，在那之后，又有人為它加入了電機、各種監控儀器，甚至是電池ü就算遇到斷電，儀器也不會罷工。呼吸機就這樣慢慢地變成了現在醫院里常見的模樣。

按壓氣囊的醫生

未來與誰有關

今天，我們了解了呼吸機，還知道了喘氣的學問。其實，醫院里的每一種設備，都藏著大學問，見證了歷代科學家們的心血。如今，中國是世界上最大的呼吸機生產國，不過，有些核心部件，仍然需要進口。至于這些進口部件上的技術難題什么時候能夠被突破，可能就要看同學們對醫學有多么熱愛了。

那些在中國消失的傳染病：

1979年，中國宣布消滅天花；

2000年，中國宣布消滅脊髓灰質炎；

2007年，世界衛生組織宣布中國已經消滅絲蟲病。

那些將在中國消失的傳染病：

白喉，2006年以來沒有出現過；

瘧疾，2017年、2018年，本土發病率為零。