书城科普读物科学伴你行——杏林春秋
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第5章 医疗器械(3)

它是一个叫德林克的美国人于1929年发明的,它并不是一个特别精巧的器械。空气是否有规律地进入肺里,取决于有关的肌肉是否有规律地充分收缩。有时肌肉做不到这一点,做不到的原因,常常是(至少在过去是)大脑或脊髓中的某些细胞受到脊髓灰质炎病毒的侵袭。德林克看到,通过把病人放在气密箱里和在气密箱上联上一个泵的办法(头通过一个柔软的气密领露出箱外),可以使胸腔进行必要的有规律的扩张。用泵使气密箱里的气压产生有节奏的起伏。这就会使病人胸腔的外部暴露在用泵产生的低压下,而病人胸腔的内部,通过气管、喉咙、鼻子和嘴巴则与外面相通。在这样的情况下,每当空气泵使铁肺箱里的气压低于外面的气压时,大气压力就会迫使空气进入胸腔。

肾机的原理

当科尔夫在1944年制造出第一台肾机时,他可能并不知道自己的发明对医学界会有什么影响。

科尔夫是个荷兰人。他是在第二次世界大战中当德国人还在占领荷兰时制出肾机的。这种医疗器械一出现,科尔夫就用它来秘密地拯救爱国者的生命,使它带上了浓厚的戏剧色彩。

肾从血液中滤出若干种人体不需要的物质,把它们作为小便排出。在肾脏停止工作时,废物就会聚集起来。为了解决这个问题,可用肾机来洗血。洗血时,使病人的血液流过一根管子或在一张薄膜上铺开,管子的外表面或薄膜的底面浸在一种液体中。管子或薄膜用像盐或水这样的小分子能够透过的材料做成。当管子里外或薄膜两边的各种物质的浓度不一样时,这些物质就会透过薄膜或管壁渗透到对面去。

例如,血液中含有一种叫尿素的化合物,它是从蛋白质衍生出来的。使人工肾工作的液体中没有尿素,因此,当血液流过肾机时,血液中的尿素就会渗透到洗液中。在治疗过程中,通过改变洗液的组成和进行各种其他调节的方式,可把一个正常肾所控制的各种物质引进或排出病人的身体。

科尔夫原来的肾机功能极佳,尔后的改进只是使其便于操作。但是,要使用肾机就要把一些相当大的管子插入动脉和静脉,从体内抽出血液,使其通过肾机,最后再回到病人的血流中。首先,每次在连接肾机时都涉及到相当大的外科手术,但这种机器在抢救病人时却是非常有用的。许多人在肾脏停止工作后,便由于血液中废物的聚积而很快地死去。如果这样的中毒能阻止若干天,有毛病的肾脏(和病人)就常常能恢复。1960年,西雅图的斯克里布纳博士研究出了怎样把管子插入大动脉和静脉,使其能留在里面达数月甚至数年之久的方法。这种方法出现后,人们才看到肾机的真正作用,才能利用人工肾来治疗那些器官受到永久性损伤的病人。

心脏起搏器

一般来说,心脏是通过内在的有节奏的电脉冲系统来输送血液的。电脉冲通过神经传遍心脏;神经与肌肉纤维相连,使其收缩。有两根主要的神经通向负责泵送血液的心室。如果其中有一根神经工作不正常、心脏跳动就显得没有规律;如果两根神经有数分钟之久工作不正常,大脑就会缺乏血液,病人就会休克。在通常情况下,神经系统马上又会重新开始工作,但是大脑缺乏血液供应达数分钟之久常常会引起永久性损伤,有时甚至会引起死亡。心脏有一套备用的脉冲系统,在紧急时接过第一套脉冲系统的工作,但是它在每分钟内产生的心跳次数只有必要的心跳次数的一半,不足以维持整个身体的活动。

最先慎重地提出在心搏停止时使用感应电脉冲的是一位英国外科医生,他叫沃尔什。沃尔什是在1862年发表的一篇论文中提出这个办法的。十年以后,他的法国同事德布洛内,在一篇论文中描述了用所谓的“电手”这种仪器做的一些成功的实验:医生把一个电极安在心搏停止的病人的皮肤上,把另一个电极握在右手中,与此同时,左手有节奏地轻压病人的胸膛。这样就会使心肌收缩。

在美国海军中服役的美国心脏病专家海曼,于1932年研制出了有临床用途的第一台有效的心脏起搏器。他把这个7.2千克重的仪器称为“人工心脏起搏器”,这样,就把一个新的术语引进了医学词汇。第二次世界大战期间和战后的技术发展,使起搏器的体积能缩到很小很小,甚至能缩小到可以永久地安在病人的体内。1950年以后,很快就研制成功了约十二种不同的起搏器。

起搏器不是人工心脏,也不能代替心脏输送血液——它只能产生电脉冲。有的起搏器一直不停地产生电脉冲,有的起搏器只是在自然系统失灵后才产生电脉冲。起搏器是一种很小的电子器件,为了便于更换,通常直接植于胸部的皮肤下。它有一个电池,还有一两只能放大从电池获得的微弱电流的晶体管。而海曼原来的大型起搏器,则是从起搏器引出一根导线,通到心脏的表面,或穿过一条静脉进入到里面,通到右心室。

由于晶体管有放大作用,起搏器的电池提供很小的一点儿电流就行了。因此,电池可以用数年才更换。最近研制成功了使用核电池的起搏器。这种电池内有一个用放射性同位素怀238做成的小球。小球发出的热产生电流。这种电池的寿命可长达十年。

弹簧拉力器

在太空飞行的航天员,由于失重,举步行走,搬物取物,都不费力气。这样,人体产生力量的肌肉就会失去了用武之地,会发生萎缩,骨质也出现脱钙变脆,还有其他许多的生理功能也会发生变化。这是人体对失重环境的一种适应性反应。但是,航天员不会总是生活在太空中的,他们一旦返回地面,这些变化了的生理功能就不适应地面上的重力环境了,需要一个较长的再适应的过程。为了最大限度地防止生理功能的变化,缩短返回地面后的再适应过程,在太空中的航天员必须加强体育锻炼,但是,目前航天员在太空中进行身体锻炼的项目很少,大多只有踩自行车练功器和拉弹簧拉力器等几个项目。这是为什么呢?是因为受场地和设备的限制吗?

在地面上的体育锻炼项目很多,但许多都与重力有关。如跑和跳,都是用双腿等部位的肌肉发力,反抗地球重力,以达到锻炼的目的;滑冰滑雪也一样;掷铅球、标枪、手榴弹和链球等,也是用四肢和腹背等部位的肌肉发力,以反抗地球重力的影响;举重更是需要全身肌肉发力,将杠铃逆地球重力方向举起;球类运动除了跑跳是反抗地球重力外,发球、踢球、传球、接球、投篮等等,都是以存在地球引力为前提的。如篮球投篮,足球发球,抛出去的球在地球重力作用下下落,或者进入篮筐,或者落在队友的脚下,排球接球更是直接反抗地球的重力;乒乓球、羽毛球离开重力也无法进行;游泳在利用水的浮力和克服水的阻力前进之中也与地球重力有关;至于跳水更是与地球重力有关了;还有划船、摩托车等等,无一不与重力有关。

既然地面上这些体育锻炼项目都与重力有关,那么,在太空失重环境中就难以用这些项目来进行锻炼了。如跑跳类运动,由于身体失去了重量,稍一用力,会“一蹦30米高”、“一跳30米远”,而且岂止30米,如果没有阻挡,身体会一直往前飞;滑冰滑雪也不行,一用力,人会脱离冰雪飞行;举重和投掷也不行,由于杠铃、铅球、标枪、手榴弹和链球等失去了重量,毫不费力就可把它们举起或投掷出去,达不到锻炼的目的,而且在你用力时,身体也会飞起来;室外的球类运动自然不行,人和球会飘向茫茫太空,在室内进行球类运动,人和球会在上下四壁之间乱撞;游泳跳水呢?恐怕也不行,没有重量的身体会漂在水面上,被搅动的水也会到处乱飞;划船和摩托车自然也不行。

如上所说,在太空进行身体锻炼,虽然也有场地和设备限制问题,但主要的是受失重的限制。很显然,要在太空进行体育锻炼,必须选择那些与重力无关的项目。弹簧拉力器就是其中之一。航天员用力拉弹簧拉力器,使弹簧变形,而变形的弹簧总想恢复原来的形状,于是就对航天员的手形成拉力。这种力与地球重力无关,不管你在什么地方,拉弹簧拉力器,都必须用同样大小的力量。当然,航天员拉弹簧拉力器时,双脚必须固定住,否则,脚一用力,身体也会飞起来。

在太空坚持用弹簧拉力器进行身体锻炼,就可以消除或减少骨质的脱钙、肌肉的萎缩和立位耐力的降低,保证航天员的身体健康。

李司忒氏喷雾器

直到一个世纪以前,外科手术还是一种可怕的治疗法,它杀死的人不少于它治好的人。李司忒氏喷雾器是使病人有较多的机会恢复健康的努力之一。

19世纪60年代,关于疾病的细菌学说开始为一些科学家(包括巴斯德)所接受。那时在格拉斯哥大学担任外科教授的李司忒,怀疑是不是看不见的微生物的感染引起了化脓,当时动过手术的伤口常常化脓并导致病人死亡。于是他开始跟那些微生物进行斗争。

1865年8月,一个叫格林利斯的男孩被送到了格拉斯哥皇家医务所,在一个敞开的伤口下的胫骨断了。李司忒把胫骨接上,用浸过石炭酸的绷带来包扎受伤的肌肉。整个伤口都没有化脓,愈合得很快;这个男孩在六个星期以后就出院了,情况良好。

从此以后,李司忒使用石炭酸绷带来包扎所有的外科伤口,很少出现化脓的情况。

大约五年之后他便研制成功了著名的李司忒氏喷雾器。研制这种医疗器械是根据这样的假设:感染外科伤口的某些细菌是从周围的空气中飘入的。最早的喷雾器是用三脚架支撑的,很笨重,用一个手柄驱动,看起来像农村的水泵。它们的外号叫“小汽机”。李司忒最后的样机是1875年制造出来的,那是一台小型便携式器械,用一个蒸汽壶作动力。将这种喷雾器放在手术示范室的角落里,可以使室内充满含有消毒剂的雾气。这种雾气有刺激性,使医生和护士都流泪和打喷嚏。

这种喷雾器并不普及,事实上也没有必要,因为虽然空气中的灰尘携带的细菌甚多,但其中的大部分是没有害的。有害的细菌从病人及其护理人员的皮肤和衣服进入伤口,而李司忒原来的石炭酸拭子已充分地处理了这些细菌。

在那时的医生中普遍流传一个著名的职业笑话:“赶快把门关起来,否则李司忒教授的细菌会进来的。”这个笑话表明医生们对空气感染的说法普遍持怀疑的态度。

更严重的是,一个冯布林斯的德国外科医生,在1880年发表了一篇名为《抛弃喷雾器》的论文。后来李司忒在1890年承认,提出消灭空气中的细菌是没有必要的,他为此感到惭愧。

然而他完全不应感到惭愧,因为从当时可利用的知识来看,喷雾器是他认为细菌无处不在、不能让其接触受伤的肌肉的这种正确信念的合乎逻辑的产物。这种见识无疑使李司忒无愧于现代外科学之父的称号。