图7,呼吸系统图示
图8,呼吸周期图示意(动画)
呼吸系统日以继夜地不断工作,日复一日、年复一年,不管是坐卧跑跳,还是吃喝醒睡,喜怒激动,通常能够很好地自我调节。但也有生病的时候。肺部疾病有好几种,包括
·感染性肺部疾病(细菌感染、病毒感染、霉菌感染等);
·与大气污染和吸烟有关的疾病;
·与职业有关的疾病;
·与免疫有关的疾病;
·与遗传有关的疾病;
·肺部肿瘤,等等。
病了要静养、吃药、打针、甚至手术。当病情严重,难以自主呼吸时,就要使用呼吸机了(生命十分顽强,病人度过难关后可以逐步撤离呼吸机,慢慢恢复自主呼吸)。
1930年代,小儿麻痹症在美国流行。大部分的受害者都是小孩子(美国总统富兰克林•罗斯福(Franklin Roosevelt,1882—1945)是个例外)。许多患者会因此导致呼吸系统瘫痪。
为了解救这些病人,哈佛大学医学院发明了“铁肺”呼吸机(图9)。这个呼吸机是个长方形的金属盒子,病人躺在盒子里面,只露出头部。呼吸机有两台真空气泵,一台抽气、一台充气,从而让盒子内部的压力像呼吸过程一样一张一弛。在接下来的30年里,铁肺成为治疗小儿麻痹症的主要方法之一。
1939年,美国国家小儿麻痹症基金会开始大规模分发铁肺,每台的价格约为1500美元(这是当时一套房子的平均价格)。
今天的呼吸机用管道直接向呼吸系统供气排气(图10)。呼吸机分吸入与排出两个步骤。吸入时,真空泵排气,从而带入新鲜空气,并通过吸入阀门(inspiratory valve)将新鲜空气推入一个湿度控制箱,然后推送给病人,此时,排出阀门(expiratory valve)关闭(图11(a))。排出时,真空泵抽气,但吸入阀门关闭,病人呼出的气体通过排出阀门及滤器排出(图11(b))。呼吸机通常还能检测呼吸和心跳并调节吸入及排出的气压及速度。
自新冠病毒Covid-19在全球爆发以来,呼吸机广泛使用,拯救了无数人的生命。
图9,“铁肺”呼吸机
图10,现代呼吸机