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[转载]顾陈炀:对呼吸机发明与发展的简单研究

已有 672 次阅读 2023-12-22 17:40 |个人分类:医学史话|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

资料来源:医学的历史与文化,2022-07-04 06:00

2019年底一场新冠疫情让许多的医疗器材、耗材或技术进入大众的视野并受到重视,比如各式各样的口罩,ECMO技术等。而呼吸机,作为一个在新冠疫情中极为缺乏的物资,展现了它的重要性。

呼吸机,在现代临床医学中用途极为广泛,通过人工替代自主通气功能的方法,控制或改变人的呼吸,主要用来解决各种原因所致的呼吸衰竭,在急救、麻醉呼吸管理等很多方面都不可或缺。如此重要的科技并非一蹴而就,而是经历了人工通气理论的建立阶段,负压通气阶段,正压通气阶段三个主要的阶段才逐渐成形。

一、人工通气理论的建立阶段

最早和机械通气有一定联系的文字记载来源于善于动物解剖的克劳迪亚斯·盖伦(Claudius Galen),他通过使用芦苇向动物气管吹气并使肺部膨大。而真正意义上第一次提出了一种可以被认为是人工通气的方法的,是在16世纪时,安德烈·萨维里(Andreas Vesalius)在动物的气管里插入一个气管,并且通过气管向动物的肺里鼓风,达到维持动物的生命。

1667年英国科学家罗伯特·胡克(Rober Hooke)用狗做了动物气管插管实验,采用风箱鼓气,使肺部萎陷的狗继续存活超过一小时。1670年,约翰·梅奥(John Mayow)展现了外部负压通气。他使用插入膀胱内部的气囊模拟了胸肺模型,增加胸部容量表现空气进入肺部,膀胱的扩张导致空气填充气囊,而膀胱的压缩引起空气的释放。1732年,苏格兰医师威廉·托撒(William Tossach)采用口对口吹气的办法,成功救治了因吸入火灾烟雾而窒息的矿工。1745年,欧洲,英国医师约翰.福斯吉尔(John Fothee),综合了威廉·托撒的做法以及罗伯特·胡克的理论,提出用风箱鼓气解决人工呼吸不力,此后被大力推广。这种最早的机械通气属于正压通气,不过由于当时科学落后没有发展起来。后来的研究表明风箱技术会产生致命性气胸,这种技术也被逐渐抛弃。

二、负压通气阶段

由于18、19世纪风箱技术的粗糙并最后被抛弃,人们不断寻找着更有效的方法。1864年,美国人阿尔弗雷德·琼斯(Alfred Jones)发明了世界上的第一台负压呼吸机。主要是通过制造高低气压,来填补本该由膈肌引起的呼吸运动。1927年,哈佛大学呼吸机铁肺问世,也是一个箱式的体外负压通气装置,通过负压让患者吸入更多空气。1928年,Drinker和Shaw发明的“铁肺”,成功抢救了8岁患脊髓灰质炎的小女孩,让这种机械通气的方法更为流行。

三、正压通气阶段

20世纪50年代脊髓灰质炎大范围流行,迫使“铁肺”进行升级。其中工程师Bennett对铁肺进行改良,并联合气管内插管实时正压通气,真正意义上的现代呼吸机就此诞生。丹麦则创立了气管切开手术后压缩气囊间歇性正压通气的方法,两种方式都很明显的降低了患者死亡率。60年代,物理学高速发展,电子技术得以应用,电子计算机的引入使呼吸机的发展很快,人们设计出了定容呼吸机。

1967年,阿什鲍赫(Ashbauhg)首次利用呼气末正压(PEEP)治疗ARDS,1971年Gregory应用持续气道正压(CPAP)治疗新生儿呼吸窘迫综合症。79年代,陆续出现了间歇性指令通气(IMV),同步间歇性指令通气(SIMV)以及分钟指令通气(MMV)等模式。1989年, 无创通气型呼吸机BIPAP上市,它体积小、重量轻、操作方便灵活,适合院外急救使用。1989年后,原正压通气呼吸机的基础上,计算机功能被不断完善,1992年开发了PRVC模式,自动调节使疗效更佳。新的通气模式也不断涌现。

四、发展

尽管呼吸机已经成型,但人类进步的脚步并不会停止,呼吸机依然在不断的发展中,例如控制装置的改进,新型呼吸阀的研制等。呼吸机与其他治疗方法和科技也有所结合,使呼吸机拥有更强的智能性,准确性,灵活性,让治疗更有针对性。同时多样化的呼吸机,也让使用场景更加多样,能满足各类病人和各种情况的需要。

相比于国外,我国呼吸机的发展起步比较晚,因此也出现了不小的差距。1958年在上海制成钟罩式正负压呼吸机标志着我国呼吸机的起步,1971年制成电动时间切换定容呼吸机,相较于发达国家十余年以上。20世纪90年代中末期,国产呼吸机加大了开发力度,因此在质量产量等方面开始有了提升。但尽管如此,如今国内研制呼吸机的能力依然较弱,在可靠性方面与发达国家有一定距离,并且材料等方面还有较多的依赖国外的现象。同时核心技术与零件不足,产品相对低端等问题也较为突出。

不过国内的呼吸机行业的发展速度较快,并且各种配套产业链也在飞速发展。由于新冠疫情,医疗行业也受到了更多的重视。不少国产品牌开始崛起,所占的市场份额也开始增加。相信中国速度可以创造奇迹,不仅能够在数量上稳步上升,还能在科技上有所突破,能够出现更多令人自豪的品牌,有能力生产更多的高端产品。当然更高端的产品,也对医护人员有更高的要求。最后也希望中国整个医疗行业不断前进,走在世界前列,在科技医疗水平等方面为世界作出中国贡献。

参考文献

[1] 李云飞.电动呼吸机发展史[J].中国医学装备,2005(12):37-38.

[2] 周学良,刘鹏,于志鹏,何悦琦,单博.浅谈新冠疫情下我国呼吸机发展现状[J].中国仪器仪表,2021(08):27-32.

[3] 谢俊祥,张琳.呼吸机现状及发展趋势[J].中国医疗器械信息,2014,20(02):10-20.DOI:10.15971/j.cnki.cmdi.2014.02.001.

[4] 孟祥全,吴太虎,李若新.机械通气技术及呼吸机的现状与发展[J].中国医疗器械信息,2001(06):17-19.DOI:10.15971/j.cnki.cmdi.2001.06.006.

[5] Vesalius A. De humani corporis fabrica. Basel, Switzerland:Johannes Oporinus; 1543

[7] http://thewisdomdaily.com/breath-is-life-the-fascinating-history-of-the-iron-lung/

[8] https://thoracickey.com/negative-pressure-noninvasive-ventilation-npniv-history-rationale-and-application/



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