生命与呼吸：呼吸机如何为我们呼吸的人类故事

我们不假思索地每分钟呼吸大约12到20次。吸气：空气通过嘴和鼻子流进气管。支气管像叉骨一样伸出，不断地分枝、分裂、分裂，最后进入肺泡的微小气囊。毛细血管--比头发还细的血管--缠绕在每个肺泡周围。气囊和血管都很小，很精致，只有一个细胞厚：血液(身体的大气)与空气(世界的大气)相遇的入口。氧气从空气传递到血液；二氧化碳从血液传递到空气。然后，呼气将二氧化碳推回嘴巴和鼻子。毛细血管将新充氧的血液输送回心脏。氧气为身体提供燃料。这就是我们呼吸的原因。

今天，人类呼吸和新陈代谢的这些基本情况显而易见--呼吸机，也就是为病人呼吸的机器也是如此。我们有如此多的医疗设备，所以我们当然需要并拥有帮助我们呼吸的机器。但在我们如何学会为对方呼吸的背后，有一个奇怪的、深刻的人类故事。它开始于很久以前，那时我们根本不了解呼吸。当身体无法呼吸是无法理解的，无法治愈的，而且是致命的。当我们无法知道我们有多么迫切地需要呼吸机来让人们活着度过那些脆弱的时刻，以免那些时刻是他们的最后一刻。

医学电视节目已经让我们习惯了医生迅速采取行动让病情最严重的病人活下来的景象-但匆忙和成功之间的联系并不总是存在的。早在100多年前，在人类历史的大部分时间里，当医生有一个垂死的病人时，他们会争先恐后地做他们知道的事情，但病人还是死了。如果你的“疗法”不起作用，那么你是匆忙还是缓慢都无关紧要。通风，重症监护医学的关键，改变了这一点。医生可以挽救一些垂死的人。这项新技术帮助带来了医学，从希望和祈祷到拯救生命。

几千年来，活人呼吸，死人不呼吸，没有人知道为什么。那段时间被认为是药物的解释现在听起来很荒谬。早期的希腊人，最著名的是荷马，认为人类有两个灵魂-一个在头部，一个在胸部-婴儿的第一次呼吸吸引了那个凡人的灵魂。最后一次呼气释放了它。后来，希腊人提出了更合乎逻辑但仍然不准确的理论，其基础是相信呼吸控制着体内的一种字面上的火焰。呼吸冷却了那团火，就像电脑的风扇一样。亚里士多德写道，我们吸气是因为心脏的热量使肺部膨胀，呼吸中的空气会减少“多余的火”。这种对体温的关注并不令人惊讶。在那些日子里，以及之后的近2000年里，几乎没有温暖的来源：阳光、人类、动物和火。

然而，令人惊讶的是，我们花了这么长时间才理解呼吸。在19世纪的大部分时间里，医生们认为缺乏刺激会使患者失去意识。尝试复苏的方法包括将患者翻在桶上，倒挂或用冰块冷却，把他们扔到小跑的马上，鞭打，或者使用熏蒸器，在熏蒸器中，烟雾被吹到患者的直肠上。这份名单听起来更像是对兄弟会承诺的欺凌，而不是医疗保健。

我们什么时候开始做对的？和通常的科学进步一样，没有一个时刻是绝对清晰的，而部分清醒的时刻多年来被曲解或遗忘了。以加伦为例，他是公元2世纪罗马帝国角斗士的内科医生。他研究了解剖学，并写下了第一个关于呼吸如何工作的正确描述。这是一个非常准确的描述--一篇期刊文章指出，“一位最新的生理学家…。但这本书读起来令人不快，充斥着行话，详细描述了几头生猪的解剖过程。

加伦的关键发现是呼吸的生理学--也就是呼吸的机制。我们认为肺是身体呼吸的部分。肺部接受呼吸，是的，但它们不呼吸，动词，动作。呼吸需要肌肉--具体地说，就是横膈膜，也就是嵌套在肺底的薄薄的肌肉圆顶。

放松时，横膈膜形成两个浅的倒置的碗，每个肺下面一个。为了暗示吸气，横隔膜收缩。倒置的碗可以压平成倒置的盘子。横隔膜在胸腔中占据较少的空间，留下一个空隙，空气冲进鼻子和嘴巴，填满这个空间。这样可以扩张肺部，平衡胸腔内的压力。横隔膜放松，盘子升到碗里，呼气随之而来。

盖伦准确地描述了这个解剖学系统，但他也对心脏和血液循环做出了不准确的解释。不幸的是，他的同事和继任者把事情搞反了：他们推崇他关于心脏的不准确，而抛弃了他关于呼吸的准确发现。认识到他的洞察力--以及他的错误--需要一千年的时间。

16世纪的佛兰德医生安德烈亚斯·维萨留斯(Andreas Vesalius)通过重复伽伦对活猪和人体身体的解剖，纠正了加伦对血液循环的误解。当时是牛仔医学的全盛时期，维萨留斯等研究人员偷走身体并解剖以了解诀窍。通过这样的实验，经常被称为解剖学之父的维萨留斯写下了机械通风科学中的一个开创性实验：

[A]n必须尝试在门静脉的主干上打开，把一管芦苇或藤条放进去；然后你向里面吹气，这样肺就可以再次升起，动物就会吸入空气。[a]…[a][a]。肺会肿胀到整个胸腔，心脏会变得强壮，表现出奇妙的各种运动。

维萨利乌斯进行了第一个记录在案的通风实验，但他当时并不知道。当时的科学家仍然不了解呼吸将燃料带入体内，更不用说这种燃料氧气的作用了。氧的发现是一个不同的长篇大论，有它自己结结巴巴的进程，同时发现和失误。他们的巅峰：科学家们在1774年掌握了氧气是什么，以及人体如何将其用作燃料。这些知识给了医生理解呼吸-包括呼吸的机制和目的-所需的最后一块拼图，并在呼吸失败时建造支持呼吸的机器。

在那些日子里，呼吸就是生命。我们现在有了“脑死亡”的概念：一个人可能死于缺乏大脑功能，而呼吸机使身体保持呼吸，充满活力，接近生命。然而，在那个时候，无论死因是什么--受伤，生病，或者仅仅是年老--死人就是不再呼吸的人。因此，医生们想方设法让病人保持呼吸。在19世纪，他们终于充分了解了人类生理学，制造出了可以工作的机器。他们只需要对它们进行工程设计。

1838年，苏格兰医生约翰·达尔齐尔(John Dalziel)发表了一个想法：他制作了一台可以推动空气进出的机器原型，就像身体本身一样。病人蹲在一个密封的盒子里，只露出头和脖子。一种被达尔齐尔称为“活塞”的装置-它看起来像一个自行车轮胎泵-从盒子里吸出空气，形成真空。空气只能通过病人的嘴和鼻子进入盒子。这是第一台机械负压呼吸机，迫使患者吸气，就像健康人体内的横隔膜一样。

当达尔齐尔在一名健康人身上试用他的机器时，空气“毫不费力地沿着气道冲进胸腔”。很快，同行的临床医生和发明家们试图创造出能让病人活下来的设计，但每一次尝试都有缺陷。从字面上看，一种设计要求病人自己将空气泵入和泵出呼吸机。最后，在1929年，两位哈佛医生菲利普·德林克(Philip Drinker)和路易斯·阿加西·肖(Louis Agassiz Shaw)建造了一种负压机械呼吸机，使病人得以存活：“铁肺”。病人躺在机器里，只露出头部。早期的版本需要操作员手动泵入和泵出空气；后来的版本-今天仍然让患者活着的那些-是自动化的。这些机器使用与达尔齐尔相同的原理。“铁肺”这个绰号实际上有点用词不当，因为这台机器取代的不是肺的功能，而是充盈和排空它的肌肉的功能--但“铁横膈膜”没有相同的环。

这些机器运转正常--尽管还远远不够完美。它们既昂贵，又笨重，又挑剔。虽然一些医院有足够的铁肺，但其他医院没有。医生需要储备这种机器，现在被称为呼吸机，以防疫情蔓延。他们--医生、医院、城市、国家、政府--没有做好应对紧急情况的准备。

1952年8月至12月期间，哥本哈根约有3000名患者被紧急送往医院。他们有一系列相似的症状。一些人比另一些人病得更重。病情最重的人不能呼吸。没有治愈的办法，也没有预防的办法，只能避免已经生病的人。医生们努力让病人活着。几乎所有病情最严重的人都死了。

这个故事回响了2019年武汉的早期回声，但1952年哥本哈根的疾病是脊髓灰质炎(脊髓灰质炎)。哥本哈根在1951年主办了一次国际脊髓灰质炎医生会议。他们是来互相了解这种疾病的。他们不知道的事情太多了。例如，他们并不知道，他们中的许多人都携带着它。

会议结束了。小儿麻痹症医生离开了。这种疾病留了下来并蔓延开来。第二年，病人来到布雷格丹医院：先是一些，然后是很多，然后是太多了。

在医生后来确认为流行病的前三周，31名呼吸和吞咽瘫痪的患者来到布雷格丹，其中27人死亡。这是迄今为止欧洲最大的脊髓灰质炎疫情。主治医生亨利·蔡·亚历山大·拉森(Henry Cai Alexander Lassen)称这种情况为“战争状态”。新来的病人生病了，病情加重，然后死亡。医生们变得急切地想要任何可能的治疗方法。

一位名叫莫根斯·比约内博(Mogens Bjørneboe)的资深住院医生认为他认识一个能帮上忙的人：麻醉学家比昂·易卜生(Bjørn Ibsen)，他是在一个周一早上抵达布雷格丹的。拉森和比约内伯把他带到了尸检室，易卜生在那里检查了一名血液中二氧化碳含量很高的12岁男孩。易卜生读过关于需要通气的患者二氧化碳含量高的文章，还记得一篇关于洛杉矶脊髓灰质炎患者用这项技术维持生命的论文。

哥本哈根医院手头有几台负压呼吸机。但洛杉矶的研究描述了另一种通风方式：正压。就像给气球充气一样。负压通风机(人体、铁肺)将气球包裹在密闭的盒子里，并将空气从盒子里吸出来。空气流入气球的口中。用正压，你把空气直接吹进气球里。

这种做法一直沿用到今天。麻醉药物的使用会使患者处于麻醉状态，也会使膈肌瘫痪。呼吸随着意识消失，所以医生在手术期间通过正压通气使病人存活。他们为病人呼吸，而病人却不能为自己呼吸。

易卜生本人在手术过程中就做到了这一点。首先，他做了气管切开：切开病人的喉咙，小心不要割伤颈动脉。然后，他将一根管子穿过切口，插入病人的气管。管子的另一端或者连接到氧气罐上，或者送入环境空气中。沿着管子，在病人和供气之间有一个可挤压的橡皮球。用拳头把球压紧，把空气推入病人的肺部。松开，空气又流了出来。这就是“手袋”，这是一种非常初级的通风方法，称其为技术是很奇怪的。

易卜生要求有机会在布雷格丹病情最严重的脊髓灰质炎患者身上试验这项技术，否则他们就会死亡。尽管有严重的保留意见，拉森还是选择了维维，这是一个12岁的女孩，几乎要走了。薇薇的病始于发烧、头痛和颈部僵硬。她来医院的那天，医生让她动一下手，也许是握拳，或者只是扭动手指。她做不到。很快，她每一口气都喘不过气来。她肺部有液体，也就是她自己的分泌物。她没有在水下，但她快要淹死了。

布雷格丹的一名耳鼻喉科专家切开了Vivi的喉咙，并将一根管子插入她的气管。记录没有说是谁做的，可能是因为手术进行得不顺利；易卜生后来说：“一位同事在气管切开过程中损失了很多时间。”当最终轮到我的时候，我遇到了支气管痉挛和恐慌，使得插管变得不可能。当Vivi痉挛和呕吐时，麻醉师易卜生给他注射了苯巴比妥，一种短期的镇静剂。维维晕倒了。她停止了移动，停止了呼吸。

布雷格丹的医生离开了房间。甚至比约内伯也是。易卜生站在维维的身体旁边，只剩下他们两个人。他必须救这个病人。他后来说，“一次演示的失败可能会证实流行病学家的信念，即情况是没有希望的”。一次帮助Vivi的机会-然后，数百名像她一样的病人。

易卜生一直在工作。他从维维的肺里吸出粘液，然后抽出橡皮球，一次、两次、三次、四次。每一次都会迫使空气进入她的肺部。她的胸部和腹部抬起来，沉下去，抬起来，沉下去。

布雷格丹的医生们走了进来，大吃一惊。Vivi是“温暖、干燥、粉红色的”。回想起几十年后的那一天，易卜生说：“我可以用这么简单的方法拯救病人的生命，这是我一生中最令人难以置信的时刻之一。”

为什么会成功呢？累积的二氧化碳已经导致病人的器官衰竭。呼吸不仅需要每次吸气时进入肺部的氧气，还需要每次呼气时排出的二氧化碳。布雷格丹的铁肺病患者呼气不充分，所以二氧化碳无法逸出。医生们试着给病人吸氧，但他们真的需要找到一种方法来促进二氧化碳的呼出。易卜生的正压通气做到了这一点，这是铁肺做不到的。

布雷格丹现在需要为越来越多的呼吸急促的脊髓灰质炎患者进行通气。临床医生团队需要日以继夜地将它们手工打包，直到康复。布雷格丹有一个解决方案，但也有太多的病人，而没有足够的人手。

在短短几天内，临床医生制定并实施了一个计划。医科学生变成了人类的“呼吸机”，就像NASA的数学家是人类计算器一样。大约1500名学生轮班工作6到8小时，每小时有10分钟的吸烟休息时间。学生们日复一日地保持相同的病人任务，直到他们的病人要么独自呼吸，要么死亡。

学生和病人建立了紧密的联系，因为他们的病人保持清醒。现代呼吸机可以通过插管工作：一根管子穿过病人的嘴巴。它比气管切开术侵袭性小。但是身体在喉咙里的一根管子上反抗，所以医生让插管的病人保持昏迷。布雷格丹的病人都醒着。学生和病人日以继夜地在一起。肾上腺素逐渐变得单调，然后变得无聊。给孩子通风的学生经常给他们读书或玩游戏。

乌菲·柯克(Uffe Kirk)是疫情爆发时刚从医学院毕业的学生，他帮助协调学生的呼吸机。在给另一名临床医生的一封信中，他回忆道：

学生们发明了与病人沟通的方法。一些病人嘴里叼着一根小棍子，指着海报上的字母，吃力地拼写出他们想说的话。这个学生学会了半猜病人在几封信之后会说什么。然后，学生会大声说出他或她认为病人的意思，如果学生猜对了，病人就会用一种方式眨眼，如果猜错了，就用另一种方式眨眼。如果学生的答案与正确答案相差甚远，病人可以指着海报上写的“白痴”这个词。

柯克写道，这种亲密关系让学生们非常关心他们病人的福祉。医科一年级学生通常只能通过教科书和讲座来接触病人。现在，他们有了他们的第一个人类病人-每个学生都独自让他们的病人活着。“他们对每一个积极的迹象都感到振奋，但当事情开始走下坡路时，他们也会感到非常难过。”

许多医科学生筋疲力尽，退学了。柯克写道，“在最坏的情况下，病人在夜间死亡。”在黑暗中，一名学生无法分辨出他们的病人已经死亡：正如维萨利乌斯所展示的那样，身体的肺仍然充满和空虚。学生整夜坐在病人身边，强迫他们吸气，呼吸混合在呼气中的空气-在如此近的地方分享空气和生命-然而病人可能会在看不见的情况下滑入死亡。太阳升起了，阳光洒进了安静的病房，学生们看到他们花了不可知的时间给一具身体通风。这名学生没有时间哀悼这一奇怪的损失。总是有更多的病人需要呼吸空气。

继哥本哈根疫情之后，又一波临床医生和工程师设计了新的呼吸机，这一次是积极的压力。一些人称这些机器为“机械专业的学生”。这些呼吸机在欧洲取代了学生呼吸机和铁肺，尽管它们在美国还没有流行起来。

很快，运动开始运动。布雷格丹将需要通风的患者聚集到一个区域，即第一个重症监护病房(ICU)。易卜生开始派遣医生乘坐危重病人的医疗运输工具，这样他们就可以在运输过程中为他们通风。在一场可怕的流行病中，重症监护医学诞生了。

“灵感”是一个令人厌倦的词。我们过度使用它，在冰箱磁铁和办公室墙上那些令人沮丧的励志海报上。我们忘记了它的起源：它意味着获得一种新的冲动或想法，是的，但它也意味着吸入。吸气：将运动吸入停滞状态。来制作动画。动画对生命来说是不够的-在通气史上，有这么多医生给死者进行过通气-但这是必要的。在我们学会如何使用之前，世界上所有的发明都是毫无用处的。在混乱的混乱中，随着人们生病和死亡，医生长期以来一直有工具来维持其中一些人的生命。他们需要激活他们的系统。

这在当时是护理的障碍，但现在呢？呼吸机自动化已经有几十年的历史了--但是，美国的医生和伦理学家预见到了新冠肺炎的大流行，他们想知道，如果机器用完了，他们是否应该计划手工通风。

哈佛医学院生物伦理学中心主任罗伯特·特鲁格(Robert Truog)于2020年4月与人共同撰写了马萨诸塞州关于配给呼吸机的指南。他和他的同事们考虑让从呼吸机上移除的患者的家人可以选择手动通气，就像近70年前学生们对布雷格丹的患者所做的那样。特鲁格说，伦理学家决定不向家属提供这一选择，并列举了三个问题：不切实际地加重家庭成员的负担；未受过训练的人类“呼吸机”的努力可能导致的医疗并发症；以及这些患者无论如何都可能无法存活的可能性。他说，在病人很有可能活不下来的情况下，把他们置于不得不挤压袋子的境地，这对这家人来说是残酷的。

易卜生效应的前两个并发症。

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