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厉害的“人工肺”
——ECMO

2020-12-20赵言昌

发明与创新 2020年23期
关键词:吉本圆筒氧气

◆赵言昌

ECMO是什么?

它名叫体外膜肺氧合,相当于机械肺,主要是给重症心肺功能衰竭患者提供持续的体外呼吸与循环,被誉为重症患者的“最后救命稻草”。这种神奇的设备是如何发明出来的呢?

遇到难题

ECMO的发明者叫约翰·吉本,出身于医学世家。如果沿着父辈们的路走下去,他应该安稳地做一名医生,可是意外总是先来。

1930年10月3号,27岁的吉本遇到一位患者,这位患者的胆囊有点问题必须切除。然而,切除胆囊后,患者体内出现了凝结的血块,血块随着血液循环一路“跑”进肺里,像栓子一样堵住了血管。

肺由无数细小的气球一样的肺泡组成,我们吸的每一口空气都会沿着各级器官组成的通路进入这些“小气球”,而它们会把其中的氧气抓来送进血液里,使生命之火继续燃烧。

以当时的医疗条件,要想救这位患者,必须进行手术,且手术速度得非常快。吉本的导师有一双令人惊叹的手,他在几分钟之内完成了切开血管、取出血栓、缝合血管等操作,然而患者还是死了。

冒出想法

回想起那位患者剧烈挣扎、脸色铁青却无法呼吸的场景,吉本产生了一个离经叛道的想法:用机械做一个肺脏,帮助病人呼吸!所有人都以为吉本疯了,朋友和导师都认为那样行不通,劝他选择一个安全的研究领域,但他忘不了那张渴望氧气的脸,谁知道世间有多少这样的患者等着缓解痛苦呢?

导师虽然不看好吉本的研究,却尽自己所能为他找到了一个研究职位,让他有了一间小实验室。

1934年,在麻省总医院的博芬奇大楼里,吉本和他当时的助手、后来的妻子开始了制造肺脏的“旅途”。

付诸行动

按照吉本的规划,他们需要在动物身上做大量的试验,一步步解决人工肺的问题,然后才能在人身上做进一步的验证。

人工肺的原理其实并不复杂:把患者的血管切开,用导管将血液引出来,往血液内注入氧气,让血液中的二氧化碳释放,再将血液送回患者体内,但是做起来却很难——血液流出的速度太快,患者会死;氧气注入的速度不够,患者会死;血液凝结产生血栓或者存在气泡导致空气栓塞,患者会死……吉本抓住一切机会向别人求助,自己也不断思考、不断学习,把波士顿的二手商店逛了个遍,寻找便宜可用的物件。最终,他鼓捣出来的氧合器充满了仿生学的智慧。

那是一个金属圆筒,跟血管有点像,里面充满了氧气,好比是肺泡。血液从金属圆筒上缓慢流过,依靠自由扩散释放二氧化碳、融入氧气。金属圆筒的底部用来收集血液、对血液加热,连同后面的水泵起着心脏的作用。

从萌生人工肺的想法到制定可行的方案,吉本花了4年时间,从正式开始研究到制作出原型机,又花了1年。在试验了不知道多少只流浪猫后,1935年,吉本终于完成了一次成功的试验。

人体试验成功

没过多久,第二次世界大战爆发,吉本参军,人工肺的试验被迫中断。幸运的是,在带着上校军衔回到学校后,吉本经人介绍认识了国际商业机器公司(IBM公司)的总裁,从这家公司带回了一大批优秀的工程师。同时,美国国立卫生研究院从吉本的研究中看到希望,给了他一大笔研究经费。

有了人和钱后,吉本安心改进人工肺。和猫相比,人需要的氧气要多得多,要想把人工肺用在人身上,必须设法提高氧气注入的效率。那怎么提高氧气注入的效率呢?

吉本制作了许多金属丝网,将其垂直排列在充满氧气的箱子里。血液从患者体内流出来,沿着每片金属丝网落下,缓缓流动,释放二氧化碳,摄取氧气,随后被水泵驱使着为患者送去生的希望。

经过不断改进,1953年5月6号,吉本终于用ECMO成功进行了一次人体手术。

吉本没有靠ECMO赚一分钱,甚至没有动过这个心思。1973年2月5日,他打网球时心脏病发作,永远离开了这个世界,而他的发明却留下了,一直在帮助最危重的患者。

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