从“铁肺”开启的机械通气发展之路
解放军总医院呼吸病研究所 刘又宁
20世纪初,脊髓灰质炎横行世界,不仅令许多儿童肢体瘫痪,还会使肺部肌肉麻痹,导致患者无法呼吸。1928年10月13日下午4时,一位因脊髓灰质炎而呼吸衰弱、昏迷的女孩,成功接受“铁肺”治疗,治疗后仅数分钟意识即转清楚,让在场目睹这一“奇迹”的人热泪盈眶、激动不已。“铁肺”这一称呼由当时一名在场记者最先叫起来。1929年,JAMA杂志报道了这一案例,得到了医学界的充分肯定。“铁肺”开创了机械通气史上的里程碑。从“铁肺”到现代呼吸机,近百年的历史长河中,机械通气技术不断朝着有效保障患者呼吸,增加治疗安全性的方向发展和成熟。
美国老太靠“铁肺”生存近60年
人工呼吸与人工气道
“圣经”中生动描述了最早的人工呼吸案例:在公元前1300年,Elisha用口对口人工呼吸方法抢救了Shunammite的儿子。到了公元前400年,Hippocrates指出,空气中确实存在必要的成分,需通过呼吸来摄入人体(系指后来证实的O2)。我国最早有关人工呼吸的记载出现在公元2世纪前后的《金匮要略》中,通过胸部按压及伸展上肢的方法救助一名自缢者。
最早的动物人工气道建立是在1543年,Vesalius成功对猪进行了气管插管。其后Hooke在狗身上重复了该技术,并首次应用风箱技术进行了正压通气。但人工气道从动物过渡到人耗费了200余年。在我国类似于人工气道建立,最早记载于《中藏经》中:为救助自缢者,在患者鼻中插入大葱的根端,让家人吹气入鼻,“喉喷出涎”。这一做法不失为保持上呼吸道通畅的方法之一,但为何选择大葱而非竹管、芦苇管等让人有些难以理解。
早期的气管插管或切开,连接风箱式正压通气多用于溺水患者的复苏。但因技术粗糙,并发症过多,1827年法国学者Leroy向法国科学院提交报告,要求加以限制。此报告可以看作是早期机械通气技术的分水岭。其后机械通气技术的发展,向两个方向展开:一是改进正压通气促进了19世纪麻醉学的进步;二是尽量避免建立人工气道,带来了体外负压通气。
负压通气时代
在Leroy报告提出后相当长一段时间内,机械通气是以体外负压通气为主。应当强调,人体生理呼吸本是负压,并非正压:吸气肌收缩使胸腔压低于大气压,气体被吸入;呼气则是被动的,吸气肌舒张胸内压升高,气体呼出。这种生理方式有利于血液回流与心功能的正常发挥。但完全人工模仿生理情况下的呼吸在技术上几乎是不可能的。体外负压通气主要有两种方式:一是大家熟知的“铁肺”,将患者除头部外的躯体密封于一巨大硬质箱内,用电泵周期改变箱内压力,产生负压通气;另一种是胸甲式,只将胸部密封于类似“铁肺”但小一些硬质箱内中,将胸甲连接一较长的管道,同样采取电动方式,通过管道改变胸甲内压力。其优点是患者体位可变化,甚至能行走。现今“铁肺”已基本消失,但个别国外医院胸甲式负压通气仍在应用。
胸甲式负压通气
由负压通气转为正压通气
“铁肺”等负压通气技术的弊病显而易见,如气道引流不畅,输液与躯体护理操作不便等问题。且负压通气效率也很低,用来治疗呼吸衰竭的病死率高达80%。1949年,Bennett给“铁肺”增加了一个风箱,又通过气管切开建立人工气道后施以正、负压混合通气,使病死率下降到12%。此举充分证明建立人工气道并施以正压通气的有效性与必要性。
此后,医学界普遍认为,采用麻醉科建立人工气道后连接手动压缩气囊的人工正压通气方法,对救治呼吸衰竭是可行的,也是有益的。但人工通气要耗费大量人力,在哥本哈根脊髓灰质炎流行的年代,医学院校曾不得不停课,调动大批医学生去为患者“捏气囊”。直到上世纪40年代,Bennett才生产出第一台初具现代呼吸机功能的压力切换型正压呼吸机。1950年Engström研制成功第一台容量切换型呼吸机。在20世纪6、70年代,电子技术开始广泛应用于机械通气领域,推动了机械通气在国外快速、普遍发展,同时机械通气的模式与相关技术的应用也不断进步,如呼吸末正压(PEEP)的应用、呼吸机撤离技术(Weaning)的改进、压力支持通气模式(PSV)的诞生等。
机械通气在中国
笔者第一次接触机械通气,是在1984年从国外留学归国后,那时解放军总医院进口了较多的呼吸机,以西门子900B、900C为主,更简单一些适于战时应用、无需电驱动的Bird-7、Bird-8笔者也在临床应用过。至于已废置的“铁肺”,笔者只见过未用过,也未见他人应用过。
Bird系列呼吸机看似简单,应用起来都需要有高超的技术。只要动一个旋钮,吸气压力、吸气流速、潮气量、氧浓度等都会随之改变,所以笔者当时说:“只有对呼吸生理比较精通者,才能胜任Bird-7、Bird-8的操作”。至于早期的国产呼吸机,笔者没有操作过。已故的上海李华德教授曾致力于国产呼吸机的研制,笔者也曾与航天工业部合作进行国产900-B呼吸机研制,但后因专利等原因未投入生产。协和医院陈德昌教授曾在2012年《中国危重病急救医学》杂志上提及他最初接触的呼吸机还是在20世纪70年代,“工艺粗糙、很难使患者呼吸与机器相匹配,设计者似乎不在乎呼吸生理学……”。当然,如今国产呼吸机已有极大的改进,在我国中、小医院普遍应用,也有许多品牌出口到国外。
Bird Mark 7
SERVO 900 C
20世纪80年代早期,我国机械通气临床应用是什么状况呢?一言概之:“很不理想、很混乱”。笔者外出会诊时常看到一些医院,机械通气患者盖着自备的花花绿绿的被子,连机械吸痰这样的重要操作,都由家属来完成……笔者曾遇到1例被称为“呼吸机故障”的患者,其实因气管切开导管固定不牢,患者转动头部时导管前端从气管内脱出,无法送气。这种情况,发现稍迟,患者就会窒息而死。更有甚者,某位知名教授竟在学术会议上堂而皇之地宣布:“ARDS机械通气组比非机械通气组病死率更高!”之所以有这样的结果,一是两组无可比性,只有最重的患者才被选择了机械通气;另一方面也反映出当时机械通气所致气压伤等合并症之多和严重。
面对这样严峻的局面,加之当时解放军总医院“得天独厚”地集中了国内最多、最新的进口呼吸机,普及与规范化应用机械通气顺其自然成了笔者的主要使命,在我国建立了首个6张床的简易RICU,举办了多期全国性学习班,发表相关论文与连续讲座。此外,面对相关专著与教科书十分缺乏的问题。经过数年的准备与钻研,终于在1990年出版了“系统论述”机械通气的专著。其实早在1979年,李华德教授等就曾出版过《机械呼吸器的临床应用》的小册子,只因受条件限制,知道与读过的人甚少。《机械通气与临床》经科学出版社出版,两次印刷,但仍供不应求。令笔者十分高兴的是,此书出版多年后,当笔者在一些学术场合遇到当年的机械通气青年骨干,现已是著名学者时,许多人会对笔者说:“当年我是读了刘老师的书才学会机械通气的”。某位学者还当面表示:“当年我就是搬一把凳子坐在患者身旁,一边翻您的书一边调整呼吸机旋钮。”回看此书,十分注重实用,既有亲历的我国最早的临床实例,又具体介绍了常用各型号呼吸机的区别与操作,直至怎样清洁、消毒等。
经过30余年超过一辈人的共同努力,我国临床机械通气技术现已完全成熟,并已在全国各级医院普及,更值得高兴的是,重症医学的同道已比我们呼吸科当初做得更好。
机械通气相关肺炎
临床上常看到许多行机械通气的患者,成功解决了急性呼吸衰竭或慢性呼吸衰竭急性发作的问题,但最终却死于机械通气相关肺炎(VAP)。这也是促使笔者在医学生涯的后段,将工作与研究重点转向感染,特别是下呼吸道感染的重要原因之一。
对于VAP,无论从概念还是对策,有笔者参与制定的我国指南都与美国学者的认识有所不同。VAP可翻译为机械通气相关肺炎,也可翻成呼吸机相关肺炎,但在美国实际是指气管插管相关(Intubation related)肺炎,笔者认为美国学者的定义不够正确,因为有些人工气道建立,如上气道阻塞的急救,并不与呼吸机或机械通气相关,这些情况下不能称为VAP。如定义为机械通气相关,考虑到还有经面罩等无创通气的存在也不够全面。笔者认为,只有气管插管与机械通气都存在时的肺炎,才能称为VAP。
另外,2016年ATS与IDSA制定的指南中已将VAP从医院内获得性肺炎(HAP)大定义中完全分离出去,成为独立的疾病。其主要理由是VAP 更重、病死率更高。我国呼吸科制定的指南则仍将VAP划在HAP之内,认为是HAP的一个特殊类型。社区获得肺炎(CAP)与HAP的本质区别只是肺炎发生地点的不同,既然VAP也发生在医院内,就没有理由从HAP中分离出来。一般说来,VAP比普通HAP更重、病死率更高是没人否定的。但也不乏有特殊情况:一些因神经、肌肉病变长期机械通气的患者,会反复发生吸入性VAP,此时,只要改善引流或用简单的药,如青霉素类就可治好。VAP的定义是先有呼吸衰竭和机械通气,后有肺炎,相对于因肺炎需机械通气的 HAP患者,哪一个感染更重就很难说了……
VAP广泛存在于临床各科,严重威胁患者生命,许多器官移植、血液移植、外科术后的患者,虽原发病已治疗成功,但最后却死于VAP。VAP多药耐药细菌(MDR)检出率高,治疗困难,与治疗相比 ,如何减少院内感染特别是广泛耐药细菌(XDR)的医院内流行显得更为重要。
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