從人工呼吸到鐵肺:呼吸機的百年進化

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在也門,一名工作人員在調整世界衛生組織送來的呼吸機。 圖片來源:路透社

呼吸機在這場抗疫戰中,扮演著關鍵角色,拯救了很多人的性命:由於武漢病毒可能會攻擊患者的下呼吸道系統,引發肺炎,令很多重症者需要接駁呼吸機,好讓受損肺部得以回復。全球大流行中,多國疫情嚴重,呼吸機亦隨之短缺。雖然,製作呼吸機十分困難,但它的歷史卻很長,至今已過百歲。

呼吸機的原理,是要代替正常的生理呼吸,把氧氣由口腔直接傳到氣管,增加肺部的通氣量,以減輕身體呼吸系統的消耗,讓肺部得以休養,再慢慢恢復。人工呼吸的原理源遠流長,最土法的,是電視常有的口對口人工呼吸,早於舊約聖經已有記載。根據醫學家 David Baker 的說法,到 1774 年,英國皇家人道學會(Royal Humane Society)就提倡使用一款人手操作的正壓呼吸器。它的結構類似工匠用的風箱,把空氣直接泵到肺部,但可能會引致肺泡過度充氣。要到 19 世紀 30 年代,人們才發明出多款負壓呼吸器,可將空氣泵到肺部之餘,也協助換氣和釋出外部壓力。

到 19 世紀末,人們開始把負壓呼吸技術機器化,例如被稱為「電話之父」的貝爾(Alexander Graham Bell)在 1892 年就發明成人用的真空套(vacuum jacket),那一年,人類還未發明醫學外科口罩。到 1928 年,哈佛大學公共衛生學家 Philip Drinker 發明「鐵肺」(Iron Lung),成為 20 世最偉大的醫學發明之一。喪失自行呼吸能力的病人,就躺在大鐵筒內,僅露出頭部,鐵肺的泵則吸入和抽出空氣,透過變更筒內氣壓,令胸廓膨脹或壓縮,持續為病人作人工呼吸。在 50 年代初,小兒麻痺症十分流行,單是 1952 年就有超過 3,000 名小孩死亡,很多患者呼吸道肌肉癱瘓,要靠鐵肺維生。然而,這種大型的負壓呼吸機,因為過於笨重,後來已被棄用。到了 2017 年,全球餘下 6 至 8 名鐵肺使用者,他們大都因為身體無法適應更輕便的新型機器,無奈只能在 60 多年以來一直使用舊鐵肺。

1960 年代,護士正照顧一名使用鐵肺的兒童。 圖片來源:Boston City Archives/Flickr

戰後的 50 年代,有戰機廠把軍用機零件改裝研發呼吸機,例如 1957 年誕生的「Bird Mark 7」,就由前軍機技師 Forrest Bird 發明,那時人類還未發明出酒精搓手液。這款機器回到正壓呼吸的原理,把氣體泵到氣管,沿用到 80 年代,故很多人稱它為第一款現代呼吸機。後來的呼吸機愈來愈電子化,會透過電腦系統調整泵氣量,而經過多年發展,醫學家也愈來愈了解如何善用和精準人工呼吸技術。2000 年,「新英倫醫學雜誌」一篇研究就分析,減少泵入肺部的潮氣量,就能大大提高病人的生存率,成為往後醫學家用人工呼吸技術時的重要準則,包括這次武肺疫情。

雖然呼吸機源遠流長,技術成熟。但各國卻不能短時間大量製造,主要原因是氧氣感應器等關鍵零件一時之間難以大量生產,而即使組裝好,還要經有關部門審核;悉尼科技大學醫療產品專家 Berto Pandolfo 就分析指,一部造價要 50,000 美元(約 38 萬港元)。結果,在這場大流行中,紐約的醫院高鋒期就要兩名病人共用一部呼吸機,而呼吸機更成為中國醫療外交的一大籌碼。