疫情蔓延大缺貨 呼吸器的背後故事

by:徽徽
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隨著全球COVID-19(武漢肺炎)患者人數直線上升,能協助患者呼吸的呼吸器需求孔急,不斷出現在各國急需的醫療資源清單中。究竟,呼吸器在這波疫情中扮演什麼樣的角色?它的背後又有什麼故事呢?

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圖為一名裝上正壓呼吸器的COVID-19(武漢肺炎)患者。隨著患者人數激增,各國紛紛要求國內製造業想辦法增加呼吸器的產量。

路透社/達志影像

全球大缺呼吸器  各國加緊生產

隨著全球罹患COVID-19(武漢肺炎)的患者人數越來越多,能協助患者呼吸的呼吸器大缺貨,各國都在想辦法增加呼吸器的產量。舉例來說,英國、美國政府都向製造業請求支援,想辦法將原本的產線轉去生產呼吸器。南非也發起了國家呼吸器計畫,預計在今年六月底生產出 1萬台呼吸器。

要價不斐  印度開發低成本呼吸器

印度理工學院則在開發低成本的呼吸器,好填補印度的呼吸器缺口。根據《華盛頓郵報》的報導,一台醫院用呼吸器的價格依功能和精密度來區分,從 2萬5,000美元到5萬美元(折台幣約 75萬8,250元到 151萬6,500元)不等,對醫院來說是一筆不小的支出。

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在這張照片中,可以看到描繪風箱使用狀況的雕塑作品。

Photo: User:Helvetiker

從風箱到正壓呼吸器

談到呼吸器的起源,最早可以追溯到 18世紀晚期。當時,英國皇家人道協會開始支持人們用「風箱」(bellows)作為人工呼吸的手段,這裡的風箱和鐵匠拿來讓火燒得更旺的風箱很像。

雖然風箱無法有效控制風量,但它們展現了幫助他人呼吸的方法之一:讓空氣直接進入肺部,這樣的使用原理放到今日就是所謂的「正壓呼吸器」(positive-pressure ventilator)。

從氣密盒到負壓呼吸器

另外類似的發明出現在 1830年代,當時一名蘇格蘭的醫生發明了「氣密盒」(airtight box),拯救了一名溺水的水手,他使用的是另一種幫人呼吸的方法:改變身體所處環境的氣壓,讓空氣自動流入肺部,放到今日就是「負壓呼吸器」(negtive-pressure ventilator)的雛型。

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圖為正在使用「鐵肺」協助呼吸的一名患者,患者除了露出頭外,身體的其他部份都在密閉的空間之中。

美聯社/達志影像

復甦盒與真空夾克

許多早期發明的呼吸器都是「負壓呼吸器」。在 19世紀晚期,一名奧地利維也納的醫生發明了嬰兒「復甦盒」(resuscitator box),成功地協助嬰兒呼吸。以發明可用電話聞名全球的加拿大發明家貝爾(Alexander Graham Bell),也曾經用負壓呼吸器的概念,發明了助人呼吸的「真空夾克」(vacuum jacket)。

「鐵肺」出現

時間來到了 20世紀上半葉,這個時期被廣泛使用的呼吸器是利用負壓呼吸原理發明出來的「鐵肺」(iron lung),發明者是來自哈佛大學的工業衛生學家德林克(Philip Drinker)和公衛生理學講師蕭爾(Louis Agassiz Shaw Jr.)。然而,當時鐵肺的出現還不算實用,德林克自己就形容它「相當笨重和複雜」。

隨後,美國生醫工程師愛默生(John Emerson)改良了鐵肺,讓它的製作成本下降了一半,但還是沒有辦法改變它的本質:一個將人從頸部以下密封起來的巨型罐子。

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圖為前美軍飛行員博德發明的正壓呼吸器,綠色的盒身十分醒目。

Photo: Stefan Bellini

正壓呼吸器的發展

另一方面,利用正壓呼吸原理發明出來的正壓呼吸器The Pulmotor登場,這台正壓呼吸器是由德國發明家德拉格(Johann Heinrich Dräger)和他的兒子共同發明。The Pulmotor是一台可以攜帶的機器,透過給患者掛上面罩後輸入氧氣的方式幫助患者呼吸。

靈感來自二戰飛行員

二戰過後,正壓呼吸器有了進一步的發展,其中的靈感來自戰鬥機飛行員在高空時配戴的供氧面罩。前美軍飛行員博德(Forrest Bird)把他的戰時經驗用在打造正壓呼吸器上,最終在 1955年推出了綠色盒身的正壓呼吸器Bird Mark 7 Respirator,這台呼吸器也是全球第一台投入量產的呼吸器。除此之外,它也被認為是第一台現代醫用呼吸器。

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在瑞士一所醫院的加護病房內,醫護人員正在照護罹患COVID-19(武漢肺炎)的重症患者。

路透社/達志影像

醫生越來越知道怎麼用

除了呼吸器不斷改良,可以視患者的呼吸情況追蹤調整外,醫生們也越來越知道如何利用呼吸器掌握病患的身體情況,增加患者的存活率。舉例來說,一份 2000年發表的研究中扭轉了長期以來每一口要輸入多少空氣到患者肺部的觀念,也就是潮氣量(Tidal volume)該維持在怎麼樣的程度。研究中寫到當醫生適當降低供給量時,患者有更高的存活率。

美國俄亥俄州克里夫蘭臨床醫學院肺氣腫研究教授斯托勒(James Stoller)說:「現在,這份研究已經成了照護的標準,因為感染冠狀病毒而出現急性呼吸窘迫症(ARDS)的患者,理想的照護方式就是用這種低潮氣量的方法。」

又分侵入性和非侵入性

再者,正壓呼吸器在使用上又分為非侵入性和侵入性。非侵入性即使用鼻罩或是口鼻罩;侵入性則是插管或氣切,雖然可以更精準地掌握患者的氣道壓力,提供精確的氧氣濃度和空氣流量,但這種方式會大幅增加患者的痛苦,非到必要不會採用。

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在全球呼吸器需求大增下,各國政府紛紛下令相關單位全速生產。圖為日本一間正在加速生產呼吸器的工廠。

美聯社/達志影像

無法保證患者活下來

無論如何,呼吸器雖然可以協助患者呼吸,但無法保證患者活下來。此外,隨著使用呼吸器的時間經過,進入體內的高氧空氣可能會對肺部、心臟等器官造成傷害,輸氧到患者體內的輸氣管本身也有可能造成感染。

「呼吸器不具療效,他只是一項負責支持的措施,讓我們能等待患者的身體康復。」邁阿密大學衛生系統肺部專家阿爾瓦雷斯(Roger Alvarez)說。

加拿大多倫多全科醫院呼吸治療專家范醫生(Eddy Fan)說:「我們知道靠機器呼吸不是好事。過去幾十年來,其中一項重要的發現就是使用醫療呼吸器有可能加重肺部損傷。因此,我們在使用上要很小心。」

讓患者帶呼吸器回家用

目前,美國有的醫院會給需要呼吸器協助、但症狀比較輕微的患者非侵入性的攜帶式鼻罩呼吸器和血氧儀,讓他們在家使用。這麼做能讓醫護人員全力照護需要靠侵入式方法使用呼吸器的病患。

然而,有鑑於新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)具高度傳染力,有的醫生也擔心使用非侵入性的方式,會無法有效防止病毒在空氣中散播。