抢救李文亮医生的ECMO究竟是何方神圣?

作者:赵言昌来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-03-05

这样神奇的设备是如何出现的呢?

2月24日,世界卫生组织的专家在接受采访时说:“如果我感染了新型冠状肺炎,希望在中国接受治疗。因为,一家中国医院里竟然有五台ECMO。”

世卫专家发言(来源观察者网微博)

新型冠状病毒喜欢寄居在肺组织内,引起广泛的炎症、严重干扰患者呼吸;而ECMO(体外膜肺氧合)相当于一台机械肺,可以绕开肺脏给患者一点新鲜的空气。因而,它被誉为患者“最后的救命稻草”。

那么,这样神奇的设备是如何出现的呢?

世家公子

发明ECMO的人,叫做约翰·吉本(John Heysham Gibbon)。

三国的袁绍爱说“四世三公”。袁家往上数四代,代代都做过大官。吉本家的情况差不多,往上数四代,代代都是名医。如果他们在家庭聚会上感染流感,搞不好会影响医院的实力排名……

image1

吉本,图片来源:alchetron.com

如果沿着父辈们的路走下去,吉本应该进入某家医院安稳的做一名医生,可惜意外总会先来到。

1930年10月3号,27岁的吉本遇到一个病人。这位病人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。

肺是一个非常神奇的器官,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起来送到血液里,使生命之火保持燃烧。

image2

肺,图片来源:pixabay.com

以当时的医疗条件,要想救下这位病人必须进行手术,但必须要非常快。吉本的导师有一双令人惊叹的手,在几分钟之内完成了切开血管、取出血栓、缝合血管等操作,比教科书上写的更加标准。

可病人还是死了。

迷途羔羊

那位患者剧烈挣扎,脸色铁青却无法呼吸,一点氧气也得不到。

这样的场景在吉本脑海里久久盘旋,使他产生了一个非常离经叛道的想法:用机械做一台肺脏,帮助患者呼吸!

所有人都以为他疯了。认为那条路根本走不通,朋友劝他选择一个安全的研究领域,多发一点论文,好在哈佛找工作;导师阻止他换个研究领域,不必把大好的光阴浪费在一条死胡同上。

但吉本忘不了那张极度渴望氧气的脸。谁知道世间有多少这样的患者,等着去缓解他们的痛苦?

导师虽然不看好他的研究,却尽自己所能,为他找到了一个研究职位、让他有了一间小小的实验室。

image3

伯芬奇大楼,图片来源:massgeneral.org

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

image4

吉本与妻子,图片来源:alchetron.com

峰回路转

按照吉本的规划,他们需要在动物身上做大量的实验,一点一点解决人工肺的问题,然后才能在人体身上做进一步的验证。

人工肺的原理说起来并不复杂:把病人的血管切开,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出来,再送回病人体内。做起来却千难万难:血液流出的速度太快病人会死;氧气注入的速度不够病人会死;血液凝结产生血栓或者存在气泡导致空气栓塞病人会死……

说到这里,也能猜出来,为什么大家不看好吉本的想法——人工肺研究中有太多工程学上的难题,留给工程师们解决好了,一个医生凑什么热闹。

image5

吉本的实验台,图片来源:《John Gibbon and the Heart-Lung Machine》

吉本不这么想。他抓住一切机会向别人求助,自己也不断思考、不断学习,逛遍波士顿的二手商店,寻找便宜可用的物件。

所有问题之中,最难的是如何往血液中注入足够的氧气。不知道吉本有没有了解过仿生学,不过,他最终鼓捣出来的东西充满了仿生学的智慧。

image6

吉本发明的氧合器,图片来源:《The Person Behind the Inventor of the Heart-Lung Machine》

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。金属圆筒的底部负责收集血液、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方案花了四年时间,从正式开始研究到制作出原型机,又花了一年。在试验了不知道多少只流浪猫之后,1935年,吉本终于完成了一次成功的实验。

不负初心

一次成功的实验意味着一个可行的方向,只要再改进也许就能见到胜利的曙光。可生活中总有一些我们无力掌控的事。没过多久,第二次世界大战爆发,吉本参军,人工肺的实验被迫中断。

等他带着上校军衔回到学校的时候,所有人都知道那个研究人工肺的疯子回来了。

image7

战争时期的吉本,图片来源:alchetron.com

生活同样充满我们料想不到的惊喜。一个学生很是敬佩吉本,他未婚妻的父亲认识IBM公司的总裁,便设法介绍吉本与IBM公司的总裁认识,吉本从IBM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(NIH)也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,吉本便可以安心改进人工肺。

人和猫相比,需要的氧气要大得多。想把人工肺用到人类身上,必须设法增加氧气注入的效率。

那怎么才能增加氧气注入的效率呢?

说来有趣,答案藏在您的电脑、空调、汽车里。这些设备都含有散热片,它有许多金属薄片组成,金属片越密集,与空气的接触面积越大、散热效率越高。与此类似,吉本制作了许多片金属丝网,将其垂直排列在充满氧气的箱子里。

血液从患者体内出来,沿着每一片金属丝网落下,像一道道缓慢流动的塑料膜,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。

image8

吉本发明的新式氧合器,图片来源:wired.com

靠着不断改进,1953年5月6号,也是立志研究人工肺23年后,吉本终于用ECMO成功进行了一次人体手术。

image9

吉本和Cecelia Bavolek,第一位接受ECMO治疗的患者,图片来源:jefferson.edu

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

image10

相关新闻,图片来源:微博

——————————————————————————

参考文献

[1]BAUER T M, TCHANTCHALEISHVILI V. The Person Behind the Inventor of the Heart-Lung Machine: John H. Gibbon Jr, MD (1903-1973): Editorial[J]. Artificial Organs, 2018, 42(8): 765–775. DOI:10.1111/aor.13280.

[2]SINGH J, DHALIWAL R S, LUTHRA S, et al. Seventy-Five Years after the Birth of an Idea: A Tribute to John H Gibbon Jr[J]. Journal of the American College of Surgeons, 2006, 202(2): 384–385. DOI:10.1016/j.jamcollsurg.2005.10.004.

[4]LIM M W. The History of Extracorporeal Oxygenators[J]. Anaesthesia, 2006, 61(10): 984–995. DOI:10.1111/j.1365-2044.2006.04781.x.

[6]DEBAKEY M E. John Gibbon and the Heart-Lung Machine: A

扫码加蝌蚪五线谱微信