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世界科技全景百卷书: 医药纵横 医疗器械
医生的顺风耳 咚哒、咚哒、咚哒……那铿锵有力的心跳声音，昼夜不停地响着，川流不息的血液毫不疲倦地在全身奔流着，这奇妙的心跳声能反映出身体的健康与否。当你到医院去看病的时候，医生常用听诊器给你检查心跳节律的快慢、心音的强弱，肺呼吸音是否正常……可你有没有想到医生手中的武器——听诊器是谁发明的呢？ 故事发生在1901年的法国。有一天，一所颇有名气的巴黎卫生专科学校 （巴黎医学院的前身），两位医生在病房里正在为病人进行诊断。 “肺炎。” “布鲁赛医生，我认为你诊断肺炎可能错了，病人不是肺炎而是脓胸。” “我重申一遍，病人是肺炎！”布鲁赛医生大动肝火，高声地喊叫着。他是一位资历较深，在巴黎社会和医学界颇有名气的“大人物”。 “我认为这位病人是脓胸。”答话的是到这所学校实习的医生——勒内·泰奥菲尔·拉埃内克。他固执地坚持自己的判断是正确的。拉埃内克长得不高，只有1.58米，看上去又瘦又小，只有20岁。当时在法国西部的一座小城市里当穷医生。他虚心好学，为了提高自己的医术水平，他从南特出发，步行了400公里来到巴黎这所大城市进修，听当时著名的医学家让·尼古拉·科维扎尔讲课。 正当争论进行得十分激烈，双方都认为自己的诊断是正确的时候，科维扎尔教授走进病房来会诊。他是拿破仑皇上的私人医生 （称为御医），这个头衔使他享有崇高的声誉。面对争论得面红耳赤的双方说： “先生们，发生了什么事？碰到难题了吗？” 布鲁赛回答说：“没有什么大事，对这个病人的诊断在看法上有点分歧。” 科维扎尔教授看了一下这个青年人笑着说：“好啦，两位用不着争了，究竟是肺炎还是脓胸用一个简单的方法就可以解决。”他转过身来又说： “肺炎是肺部组织的炎症；脓胸是胸腔里有脓液存在。这两种病症不相同。如果马虎潦草地检查，有时会混淆不清。请递给我一副穿刺用的套管针。” 一位助理医生把针头和套筒递给了科维扎尔教授。他先在病人的胸肋间的皮肤上消毒，然后进行穿刺。当他拔出针头，仔细地看了一下抽出的液体，就转身对拉埃内克说： “你说对了，从这个病人体内抽出来的脓液证明是脓胸。” 听到科维扎尔教授这样说，拉埃内克点了下头，不再说什么。 作为一名实习医生，在这件事中吸取了科维扎尔教授诊断技术的经验，同时，给拉埃内克带来新的思索。 听诊器发明之前，心肺听诊的唯一方法，是医生把耳朵贴在病人的胸膛上听，既不方便又不容易听清楚。即使听到一种很轻的心跳声音，至多只能证明一个活着的人心脏在跳动，无法诊断疾病，拉埃内克为听诊一直思索。 1816年，有一天的下午，拉埃内克到卢浮宫花园内散步，花园里有许多孩子在玩游戏。 他走到4个男孩围着一块跷跷板玩的地方。其中有一个男孩从地上捡起一枚别针，在跷跷板的一端用手将别针划着玩，另外三个孩子则把耳朵贴在另外一端听着通过木头传来的声音。这声音有时尖，有时沉，但听得很清楚。孩子们都乐得叫了起来。 拉埃内克从孩子们玩游戏中得到了启示。他立即返回医院，拿了几张稍硬的纸，将纸卷成筒状，成了一个圆柱体。他把圆柱体的一头紧贴在病人的胸前，另外一头贴在自己的耳朵上。从圆柱体内传来了心脏的跳动声，比用耳朵贴在病人胸膛上听得声音清楚多了。他是世界上第一个用纸筒给病人听诊的人。 拉埃内克又拿着纸筒做成的圆柱体走到另外一间诊室。那间诊室躺着两种不同疾病的病人。拉埃内克走到患肺炎的病人身旁，通过纸筒听诊，他听到的是嘶哑、短促的呼吸音，再给患脓胸的病人听诊，听到的声音与肺炎病人截然不同。 纸筒做成的圆柱体毕竟是医疗仪器。纸张的质地轻软。影响听诊的效果。拉埃内克对纸筒进行改进，他用木棍，把中间掏空，做成一个空心的圆柱体，比纸筒坚固多了。他给这个新工具取了一个科学的名称：听诊器。 1819年8月，拉埃内克编著的《论间接听诊法及主要运用这种新手段探索心、肺疾病》出版了。这套书连同听诊器一起出售。这部著作的一部分内容已成为医学文献中的重要章节，成了现代医学的一块奠基石。 测量冷热的温度计 古代人凭感觉来判断温度的高低，但是这种感觉是不可靠的。古罗马的时候有这样一段关于河水温度的记录：早晨河水是温热的，到了中午，河水变凉了，黄昏的时候河水又变得温暖起来了。实际上这种判断正好相反，早晨、晚上气温低，人体感到凉，所以感觉河水是温暖的，而中午气温升高了，人感到热，所以觉得水的温度低，实际上，中午河水温度升高了，这是常识。 温度计的发明人是意大利科学家伽利略。1581年，他在比萨大学学医，在给病人诊病的时候，他感到有必要用一种“东西”来测量温度，于是他把一个球状的玻璃瓶插上一个玻璃管，加热后，倒插到一个盛有带颜色的水容器里。 由于玻璃球里空气温度下降，压力减小，带色的液体就会上升到玻璃管中，根据液柱的高低就可以测量温度。当室外的温度发生变化时，管内的液面就会跟着发生变化。这种温度计的示数和现在的温度计恰好相反，气温高的时候，液柱低；气温低的时候，液柱高。这是由于液柱高低决定于球内的气压，温度高球内的气体膨胀，把液柱顶下来，反过来，气温低球内气体收缩，管内的液柱就会上升。伽利略使用的是热胀冷缩的原理。 伽利略是怎样想到这种方法的，没有记载。不过，在公元前1世纪亚历山大里亚的科学家就有许多关于热胀冷缩现象的记载。赫论的一本书中记载了一个利用热胀冷缩的原理打开祭坛上自动门的装置。当祭坛上点着火的时候，神殿的门就会自动被打开，这对当时的信徒来说是很神秘的，它的原理和伽利略的温度计是一样的，祭坛下面有一个中空的密封球，里面的空气不会跑出来，当祭坛上的火点着后，这个球里的空气被加热膨胀，把里面的水排到一个水桶里，水桶在重力作的用下下降，再通过一些机械装置便把神殿的门自动打开了。 伽利略的温度计有缺点，它不仅随着温度变化而且和气压有关，法国化学家雷伊首先对伽利略的温度计进行了改进。他让玻璃泡在下，里面灌上水，水成了测温物质，当温度上升时候，玻璃管中的水柱上升，不过他没有封闭玻璃管，水的蒸发使测量有误差。 后来，意大利的托斯卡纳等人，将玻璃泡里装上酒精，并把上方的玻璃管烧熔封死，还在玻璃管上刻上了刻度，这是最早的酒精温度计做。 温度计好了，下面的事就是如何确定一个温度标准。在 17世纪末许多科学家包括牛顿都发表过论文。1741年德国人华仑海制作了第一支水银温度计，由于当时所能得到的最低温度是水、冰和食盐的混合物，所以他把这个温度定为0度，而把冰的融化点定为32度，口腔的温度定为96度，中间均匀刻度，这就是在英美国家中流行的华氏温度。水的沸点就成了212度。 1742年，瑞典人摄修制定了一个新标准，他把水的冰点定为0度，沸点定为100度，这就是我们现在常使用的摄氏温度标准。它的计量更方便，所以被广泛的使用。温度计和测温学经过了漫长的岁月和曲折的道路，现在温度的测量又达到了极精确的水平，成为科研和生活中不可缺少的仪器。 用声音量血压 我们的心脏每时每刻都把血液压到身体的各个部分。血管里的血压到底有多大？它对人体的健康有什么影响？ 在18世纪初，一位叫哈斯的英国人就思考过这个问题，哈斯想了一个极简单的办法来测量血压，他用一根长9英尺（2.74米）的玻璃管，管的一头用铜管连接，然后插进马的动脉血管中，血液在玻璃管里上升到8英尺3英寸（2.51米）高，这样就可以用马血的比重算出马的血压。不过这样测量很不方便，因为需要一根很长的管子。 我们知道测量一个锅炉中的压力，可以用一根玻璃管，里面装上水银，看看压力能把水银柱顶起多高，玻璃管里也可以装上水，看看水柱有多高。 这种测量血压的办法叫直接法，现在在医学上有时还使用这种方法，在测量时用一个注射器将针头插入血管里，在血压较低的小血管的地方，可以用生理盐水，而在血压较高的地方，则使用水银血压计。 虽然直接法测出的血压比较准确，但是只能测量静脉血压，使用也不方便。1896年，意大利人里瓦·罗克西发明了不损伤血管的血压测量方法。测量血压时，用一个橡皮囊臂带缠绕在手臂上，然后用一个橡皮球充气，观察管内水银柱的高度以推测血压，但是这种方法不甚准确。 1905年，俄国的柯罗特科夫医生提出用听诊器放在橡皮带的后面动脉处，以听到的声音来判断血压。正常的血流是没有声音的，当给橡皮带打气的时候，气压大于心缩压时，肺动脉被压闭，血流被阻止，然后慢慢让气袋放气，使气带的压力低于心缩压，血流就能冲过去，在血液冲过血管的时候，会听到声音，这种声音叫柯氏音。在有规律的柯氏音里可以找到两点，一点定为收缩压时间，一点定为舒张压的时间，在这两个时间看到的水银柱的示数就是对应的血压。 现在的电子血压计利用压力传感器来测量橡皮袋的压力，用微音器来听心音，用数字显示器来显示血压的数值，使任何人都会使用。 方便输液器 在医院的急诊室里，有时会看到一些重病人仰卧在床上，身旁的铁架上倒挂着输液瓶，用“吊针”从病人的静脉中把药物和营养液注射到体内。有时，病人要从手术室转到病房，护士就要把输液瓶用手高高举起，一步不离地跟随着躺在转送车上的病人走。这种抢救病人的医疗办法，通常叫做“打点滴”或“吊瓶子”；而医学上叫做“输液”，所使用的就是一般的输液器。 输液通常需要几个小时或者更长的时间，病人就得静静地躺在床上，不能翻身，更不能走动。这种输液的办法，使人着急。能不能发明一种使用方便的输液器呢？事情有它本身发展的规律性，只要实际需要，特别是受现实 “逼迫”，那么就可能逼出发明来。新型的方便输液器就是一个有代表性的例子。 1969年，美国新泽西州有一位名凯瑟琳·邦迪的小女孩，因肠功能失调，经常肚子痛。后经医生诊断，是小邦迪得了节段性回肠炎，必须做肠切除手术。结果，可怜的邦迪被切掉了大约4.8米长的肠子，剩下的肠子约1.2米左右。由于没有足够长的肠子吸收赖以生存的营养，医生只好直接把营养液注入她的血管里。 为了活下去，小邦迪每天夜里必须进行8个小时的点滴注射，白天接受2～4小时的输液。这样，她几乎日夜都要躺在床上治疗。 看到邦迪每天痛苦的样子，美国加州圣迭戈一家公司研究试验一种叫做 “供养器一号”的方便输液器，以便使邦迪获得行动自由，而不是老在医院里或家中卧床“打点滴”。这种方便输液器，可以挂在病人的肩上，带着它可以到处行走，可使病人自由活动。 1989年，邦迪已经长成25岁的大姑娘了。在几年前，她还必须长期住院治疗，而这一年由于使用了“供养器一号”方便输液器使她从病床上解放出来了。原来，这种输液器是一个由微型计算机控制的完全不经过肠道的营养注射泵。它外形只比一个香烟盒稍大一点。 邦迪在使用这种方便输液器时，先把和注射泵连接的一根管子拧接在长期插在她胸部的导管上面。注射泵和一个电池组及静脉液一起放在一个随身携带的看上去像个背包的箱子里。箱子重约2.3千克，可以挂在肩上，带着它可以到处走。邦迪曾带着它驾车，在美国各地行驶了近2万千米，从来没出过毛病。 这种新型方便输液器最吸引人的地方，在于使患者可以自由行动，而且它还有一个先进的警报系统，譬如，若空气进入了管道系统，它就会发出信号，提醒使用者注意。此外，它还能改变静脉点滴的速度，如开始时流量很小，以后就逐渐加大流量。 X光的发现 发现X射线的人是德国的物理学家伦琴。他的父母原来希望伦琴长大做一个水利工程师，当时一件意外的事情改变了他的命运。 一天，伦琴夹着书本急急忙忙地刚坐到自己的座位上，他迟到了，老师已经走上讲台了。教室里静悄悄的。当伦琴抬头一看黑板时，不禁哈哈大笑起来。原来，在擦得非常干净的黑板上，画着一幅漫画。不用说就是讽刺这位教授的。那尖尖的鼻子，圆圆的眼镜和藏在眼镜后的令人生畏的小眼睛，让人一望便知。 如果伦琴事先看过这张漫画，他是无论如何也不敢笑出声来的。这件事太突然了，他一抬头就看到了这幅漫画，这笑声像一阵风一样在教室里传开了。随着笑声教授也看到了这幅显然是讽刺自己的漫画，不禁勃然大怒。他折断了手中的教鞭，愤然地质问伦琴。 伦琴当然不知这幅漫画出自哪位高手，就是知道也不会说出的。于是灾难就落到了伦琴的头上。学校做出极不公正的裁决——开除伦琴。 1865年，20岁的伦琴，说服父母到苏黎世综合技术学院改学物理。 大学里的一般物理课程教学已经不能满足他。他听说德国沃兹大学康特教授德高望众，便决心登门求教，拜康特为师。 伦琴当了康特教授的助教。在老师的悉心指导下，伦琴成长的很快。伦琴主要的研究方向是气体的性质，晶体的电性质等许多当时的物理学未解之谜。他先后发表了18篇专题性论文，使他的名声远远越出了德意志的疆界，驰名于全世界。 1885年深秋，伦琴突然接到康特教授给他的信，说他健康状况恶化了，希望他立即到沃兹堡大学接替他的职位。 伦琴为了不负老师的重托。毅然而去，并利用沃兹堡大学良好的条件加倍努力地工作。 伦琴是一位身材高大沉默寡言的人。他对工作的热忱有时达到疯狂的状态。他经常忘记吃饭忘记休息。在沃兹堡大学期间，他热衷于阴极射线管的研究。 由于阴极射线管中的辉光非常微弱，所以在做实验前一定要把屋子遮得很暗。伦琴用一张黑纸把阴极射线管严严实实地包好，不让一丝光露出来，然后看看屋子里是否很暗。就在这时候，他看到桌子上距阴极射线管1米左右的一张纸在闪闪发光。 伦琴不知道这是哪里漏出来的光，他在黑暗的屋子里找来找去，也没有找到一处漏光的地方。最后他把阴极射线管的电源切断，闪光消失了。 看来这个闪光跟阴极射线管有关。他取来一张黑纸，又在它外面包裹上一层。再打开电源，闪光又出现了。他用一本厚书挡在管与纸之间，闪光仍然存在。伦琴划了一根火柴，才看清这是一张涂了荧光材料的纸。伦琴开始明白了，一定是从阴极射线里发出了一种看不见的射线，是这种射线使荧光纸发光的。他知道自己偶然遇上了一项重大的发现。 为了进一步进行研究，他在实验室里连续工作了6周。他知道从阴极射线射出的一种看不见的未知射线，这种射线有强大的穿透能力。玻璃、橡胶都挡不住。他把荧光纸放到隔壁实验室，这张纸仍然闪闪发光。这说明射线具有强大的穿透力。后来，他又用各种金属进行实验。发现除了铅和铂以外，其他的金属都能被穿透。 这真是一种了不起的未知射线。伦琴给他命名为X射线。后来，科学界为了纪念伦琴把它命名为伦琴射线。 一天，伦琴对仆人说请维林盖尔医生来。仆人涅色木克担心地问：“教授先生，您是不是生病了？”因为这几个星期以来，教授一直在实验室里工作。 伦琴对于这种关心的询问没有回答又继续说：“还要把瓦格涅尔工程师请来，对了，还有那条狗，我同样也需要它。” 一小时以后，医生急忙来到教授的实验室，看到伦琴高兴地迎接他，才喘了口长气，把急救的药箱放在一旁。瓦格涅尔工程师也一起来了。矮脚狗摇着尾巴在大家面前走来走去，认为一定又会有一顿美餐了。 面对着大惑不解的医生、工程师，伦琴清瘦的脸上现出了笑容。他说： “今天，我请你们来帮忙做一个奇妙的实验。这里有 18块包着黑纸的感光板，请瓦格涅尔工程师把它摆成一个和小狗身体一样大的长方形，请医生把狗牵过来让它躺在感光板上。” 他还嘱咐仆人不能让任何人进来，就开始实验了。医生轻轻地抚摸着小狗让它安静地躺在感光板上。伦琴把阴极射线管放在小狗的肚子上，并安慰地对小狗说：“忍耐一点，你正对科学做出巨大的贡献。” “一、二、三、四、五。”伦琴在接通电源后慢慢数着，随即就关掉了电源。 “好，行了！”教授把小狗抱离工作台，对小狗说：“你的活儿完了，奖你一块糖。”于是小狗快活地摇摇尾巴。 “现在该您了，瓦格涅尔，请按顺序把感光板在暗室里显影。注意，顺序一定不要搞错。” 瓦格涅尔十分诧异，因为，感光板一直用黑纸包着没有露光，怎么会冲洗出影像来呢？ 伦琴神秘地对这位助手说：“但愿你能看到一些意想不到的东西。” 伦琴和医生在暗室外面静静地等着，终于，暗室的门打开了。 “教授先生！”风格涅尔惊叫着，用他那颤拌的双手把刚刚显过影的、湿漉漉的感光板拿到到光亮处，“这是您那爱犬的脊椎骨的图像！” 此时，最激动的是维林盖尔医生。他们把达克斯的骨骼的图像像拼图玩具一样的拼接起来，一个S形的完整椎骨影像就出现在他们面前了。维林盖尔医生指着图像上的一块有4个小白孔的黑色圆斑说：“达克斯的胃里有一枚钮扣！” 伦琴夫人对于离家只有咫尺之遥而6个礼拜不回家的教授十分恼怒。这天，她决定亲自去送饭。沉默寡言的伦琴无论如何也解释不清楚，就把妻子的手放在一块感光板上，为她拍了一张X光相片。 当他的妻子看到自己秀美的小手只剩下骨骼的时候，不禁大吃一惊。上面还有一枚伦琴送给她的结婚戒指。 伦琴夫人幸福地笑了。她知道这是她一个多月来独守空房的代价。为了全人类，这个代价是值得的。 X射线发现才4天，美国医生就用它找出了病人腿上的子弹。企业家蜂拥而至，出高价购买X光射线技术。50万，100万，出价越来越高。 “哪怕是1000万，”，伦琴淡淡的一笑答道：“我的发现属于全人类。但愿这一发现能被全世界科学家所利用。这样，就会更好地服务于人类……” 因此，伦琴没有申请专利权。他知道，如果这项技术被一家大公司独占，穷人就出不起钱去照X光照片。爱迪生得知这个消息后深受感动。他为接收X光发明了一种极好的荧光屏，和X光射线管配合使用，也没有申请专利权。 为了奖赏伦琴在科学上的贡献，巴伐利亚贵族院准备授予他王室勋章及贵族封号。但是伦琴不愿意用贵族来玷污自己的名字，他不顾一些势利小人的恶意诽谤，拒绝接受这一贵族封号。 在诺贝尔逝世五年以后，首次颁发他所奠基的诺贝尔奖。伦琴是第一个获物理奖的人。他高兴地接收了诺贝尔奖金，但是却把数额为5万瑞典克罗纳的奖金转赠给沃兹堡大学。 CT扫描仪 伦琴发现了X射线为人类带来了福音，特别是在征服肺病上立下了汗马功劳。但是，X线透视在诊断肿瘤的时候，就常常力不从心了，原因是人体是立体的，照在一张平面的底片上，影像就会互相重叠，前面的影子挡住后面的影子，就分不清楚毛病到底出在哪里，这件事情引起了美国物理学家科马克的思考，科马克出生在南非，1955年他在一家医院照管放射科的工作，他不是医生，但是按照南非的法律，医院在进行放射性治疗的时候必须有物理学家的监督。科马克很快就对癌症的诊断和治疗发生了兴趣，他也发现了X射线在诊断上的缺点，由此萌发了一个要改进放射治疗的念头。 不同的器官、组织的密度不同。例如，水的密度就和肌肉的密度不同，体内发生了某些病变后，如炎症和肿瘤，它们的密度和正常的部分不同，X射线透过这些密度不同的组织后，强度就会变化，反映在荧光屏或胶片上会出现不同的阴影。 假如，一棵树上的影子挡住了后面的东西，我们就看不到它的影子，怎样才能看到它的影子呢？等到太阳转一个方向后，我们就能看见树后面东西的影子，这是一般的常识，所以，不断改变X射线源位置，多次显影就可以解决影子重叠的问题，这就是X射线断层扫描仪 （简称CT）的基本原理。 1956年，科马克首先研究各种物质对于X射线吸收量的数学公式，他开始用铝和木头制成圆柱体做实验，然后逐渐过渡到人体模型，经过十几年的研究，他初步形成了一套理论体系。但这些基本上是属于业余爱好。 科马克并没有把这件事进行到底，因为把这个思想付诸实施有一定的困难，最后制成CT扫描仪的人是英国的豪斯菲尔德，他1918年出生在英国的农村，从小就喜欢动手，13岁的时候就用一些零件制成了一台电唱机，15岁时制成一台收音机。1951年，他在电气工程学院毕业后不久就主持研究英国第一台晶体管电子计算机，因此他是一位计算机专家，正是因为如此，他才可能在X射线的新技术的研究上获得重大的发明—— CT。 当我们去用CT检查头部的时候，X射线管在患者的头部旋转，在头的下方放置许多接收器，X射线从各个角度，各个方向来进行投影，投影的角度越多，关于人体的信息就得到的越多。 问题是如何把这些信息处理好，重组出人体的真实图像，这就要用到计算机。 豪斯尔菲德精于计算机，他曾经研制出一台能识别印刷字体的计算机，他把接受器得到的信号输入到计算机中，存贮起来，然后进行分析和计算，最后显示出一张张清晰可见的反映人体内部各个断层的图像，比一般的X光照片的分辨能力要高100倍，就是直径只有几个毫米的肿瘤也可以看见。CT扫描技术很快就得到世界的公认，有人说，没有CT扫描仪，现代的神经内科和神经外科根本就无法工作。 1979年，豪斯菲尔德和科马克共同获得诺贝尔生理学及医学奖，他们两个都不是学医学的，而且学历上没有读到博士，他们都没有想到自己会获得诺贝尔奖，因为他们不是为获奖而工作，他们的功绩，人类永远不会忘记。 心电描记器 “那些象我一样曾用这种仪器进行实验的人，都被当成从事秘密研究的危险人物。人们认为，病人的命运是不能交给这样的危险人物的。”当英国著名的心脏病专家希尔爵士于二十世纪二十年代的后期开始其医学生涯时，心电描记器还是一种新鲜可怕的玩意儿。但是它很快就使我们知道心脏（包括健康的心脏和有病的心脏）是怎样工作的，改变了我们以前的看法。现在它已成了检查心脏患者的常用的仪器，用以估计病情的严重程度和病后恢复的情况。 心电描记器，是爱因索文于1903年发明的。他于1860年出生于西印度群岛，1885年取得医生资格。他的第一项发明是弦线电流计。在弦线电流计中，在一个磁场的两极之间悬有一根很细的镀银的石英丝。在电流通过时，石英丝 （或弦线）便摆动到一定的位置（在与磁力线垂直的方向上）。这种精巧的装置特别适合于测量极其微弱的电流，例如肌肉收缩时产生的电流。大约在50年前，两个德国科学家已发现青蛙的心脏产生电流，而爱因索文则决定研究人类心脏的电活动。 他发现，通过把电极置于一个病人的手臂和肌腱上的方式能探测到心脏向全身泵送血液时通过心肌的电脉冲。他还想出了一种记录下这种电流的绝妙的方法。他使弦线电流计的弦在偏移时挡住一束光，在纸上留下阴影。用一条长长的感光纸，并让其不断地移动，他就能够画出心电图——伴随心脏肌肉活动的电活动的连续记录。1924年（即他逝世前三年），爱因索文荣获了诺贝尔奖金。 铁肺的功能 铁肺是能发挥人体的某种重要功能的最早医疗器械，有了它，某些原来会死的人就可能得救，铁肺可代替负责呼吸的肌肉进行工作。 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。有时肌肉作不到这一点，作不到的原因，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。管子或薄膜用象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它调节的方式，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，或者进入篮框，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，受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。 在太空坚持用弹簧技力器进行身体锻炼，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。 十九世纪六十年代，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，看起来象农村的水泵。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。 |
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