喘气的学问

文/赵言昌

有的同学不会做饭，有的同学不会骑自行车，不过这些都很正常，就像人们常说的，“尺有所短，寸有所长”，每个人都有自己擅长的事，也有不擅长的事。不过，你想过没有，要是有人不会喘气该怎么办呢？

什么！世界上还有不会喘气的人？！当然有。今天咱们就来聊聊为了帮助病人好好喘气而发明的设备 呼吸机，以及它背后蕴藏着的喘气的学问。

病毒惹的麻烦

脊髓灰质炎病毒

一百年前，全世界的医生都在为脊髓灰质炎头疼。

脊髓灰质炎这种疾病是由脊髓灰质炎病毒引起的，而这种病毒非常活跃，它可以通过嘴巴进入人体内，接着在消化道里大量繁殖，然后病毒会兵分两路，一路随着粪便被排出体外，另一路向被感染人的神经系统发动攻击，对人体造成巨大伤害。如果有人接触了被病毒污染的东西又没有好好洗手，便有可能被病毒感染，成为新的受害者。

做饭也好，骑自行车也罢，都离不开肌肉的运动。那么，是什么在控制肌肉运动呢？

答案是神经系统。我们的每一个动作，不管是有意的还是无意的，大到参加体育活动、小到喘气，都离不开它们。用遥控玩具打个比方，我们胸腔周围的肌肉，相当于玩具里的引擎；大脑则相当于遥控器，里面藏着各种各样的指令按钮，例如大脑的延髓就可以控制呼吸。

绿色部分为延髓

如果脊髓灰质炎病毒入侵大脑，破坏了延髓，患者就会像失去了遥控器控制的玩具一样陷入混乱ü没有办法喘气，患者体内的二氧化碳就会越来越多，而身体急需的氧气越来越少，进而导致死亡……

意外的发现

吸气、呼气与膈肌

为了对付脊髓灰质炎病毒，科学家们开始了各种各样的研究。有些研究会用到一种仪器，叫作体积描记仪。

在揭秘什么是体积描记仪之前，让我们先来做一个小实验：把手放在自己的肚子上，感受一下自己在呼吸时身体的变化。吸气的时候，你的肚子是不是会鼓起来？

参与呼吸的肌肉很多，这里咱们只说膈肌。在我们吸气之前，膈肌接受延髓的指令进行收缩，向下牵拉胸腔。这种牵拉会导致两个结果：一方面，挤压肚子里的器官，让肚子鼓起来；另一方面，想想医院里的注射器，拉动活塞，液体会进入注射器，这种牵拉与其类似，膈肌向下牵拉胸腔，会导致胸腔内的气压下降，新鲜空气便在胸腔与外界之间的压力差的驱使下进入人体。呼气的过程与吸气相反，膈肌舒张、胸腔依靠自身的弹性回缩，相当于推动注射器的活塞，把人体代谢产生的废气推出体外。

如果弄清楚人体呼吸时的体积变化，也许能找到关于呼吸的某些秘密。体积描记仪正是干这个的，它的主体是一个密封的罐子，上面连着各种各样的测量仪器。把实验对象放到罐子里，通过仪器测量罐子里的气压变化，便能推测实验对象胸腔体积的变化。

体积描记仪

1926年，科学家小路易斯·肖和菲利普·丹特在使用体积描记仪时发现了一件有趣的事：呼吸会引起罐子内部的气压变化，反过来，如果罐子内部的气压发生变化，罐子里的实验对象会不由自主地进行呼吸。

这个原理其实并不复杂ü胸腔是软的。

正常情况下，我们依靠自身肌肉控制胸腔的扩张与收缩，主动与外界进行气体交换；极端情况下，也可以通过外力迫使胸腔运动，从而产生气流，人工呼吸就是利用了这一原理。

于是，两位科学家仿照体积描记仪，制作了一种新型设备ü负压呼吸机。

铁做的肺

铁肺

这种设备由金属做成，直径半米多，长度接近一米七，一端有一个小口，另一端则有一块可以活动的板。

遇到不能自主呼吸的病人，便让他躺进去，只把脑袋露在外面。医生启动电机，带动活板进行运动。活板往外牵拉，会造成设备里的气压下降；气压下降导致人体胸腔扩张，然后就是我们刚才说过的ü胸腔扩张之后，外界空气进入病人体内，使其得到足够的氧气。

这就是负压呼吸机，也有人形象地称之为“铁肺”。

铁肺的原理

麻醉与呼吸机的关系

对于不能自主呼吸的病人来说，铁肺是第一种真正有效的设备。不过，20世纪40年代，美国出现大量脊髓灰质炎患者，它的缺点便凸显出来了。

首先是效率低，电机驱动活板，活板改变铁肺内的气压，再靠气压变化迫使胸腔发生变化，这一系列过程使呼吸这件简单的事，变得非常烦琐。其次，不方便护理。病人脑袋以下都被裹在铁制的设备里，万一病人的气管里有痰液，该怎么取出来？原本像输液这样简单的操作，也因此变得不那么方便了。结果，使用铁肺进行治疗的患者并没有因此获益，死亡率依然居高不下。

易卜生

1952年，丹麦一家医院便遇到了这样的情况。医院里只有一台铁肺，而这台铁肺的战绩是13%ü用它治疗的31位患者中只有4 人活了下来。

无奈之下，医生们决定进行会诊，把医院所有的专家都请来，大家一起商量该怎么办，其中就有丹麦的麻醉专家比约恩·易卜生。

当时的麻醉手段不像现在这样注射麻醉液体，而是以气体麻醉为主。医生用面罩罩住病人的嘴巴和鼻子，然后利用气囊往病人体内输入麻醉性的气体。易卜生忽然想到，气囊既然能输入麻醉剂，肯定也能灌注正常的空气。换句话说，可以直接用管道把患者的肺和气囊连接起来。通过按压气囊，使气囊里的压力变大，气体便被挤入患者体内。

这便是正压通气设备，其效率比铁肺高得多，使患者的生存率从13%上升到了74%，而且这种设备的体积也非常小巧，不会影响输液、吸痰等操作。

最初的正压通气设备，依靠人力挤压气囊，病人多了，医生们会忙不过来。所以，在那之后，又有人为它加入了电机、各种监控仪器，甚至是电池ü就算遇到断电，仪器也不会罢工。呼吸机就这样慢慢地变成了现在医院里常见的模样。

按压气囊的医生

未来与谁有关

今天，我们了解了呼吸机，还知道了喘气的学问。其实，医院里的每一种设备，都藏着大学问，见证了历代科学家们的心血。如今，中国是世界上最大的呼吸机生产国，不过，有些核心部件，仍然需要进口。至于这些进口部件上的技术难题什么时候能够被突破，可能就要看同学们对医学有多么热爱了。

那些在中国消失的传染病：

1979年，中国宣布消灭天花；

2000年，中国宣布消灭脊髓灰质炎；

2007年，世界卫生组织宣布中国已经消灭丝虫病。

那些将在中国消失的传染病：

白喉，2006年以来没有出现过；

疟疾，2017年、2018年，本土发病率为零。