• 2018年10月2日 星期二

    暫時停止心跳 – 體外循環的實現


    大家聽到「心跳停止」,馬上會聯想到「死亡」。但在開刀房裡,外科醫師會刻意將高鉀溶液注入心臟,引發心律不整,並讓心臟停止跳動,等患者的心電圖呈現一條直線,再替患者手術,修補完血管瓣膜後才又讓患者回復心跳。每一回目睹這樣的過程都令人悸動,因為那彷彿就是「起死回生」。

    能夠讓人經歷這般「起死回生」的不是魔法,而是知識的累積與無數心血的投注。讓我們將時間回到1930年。


    醫師的慘痛經歷

    約翰‧吉本醫師當時是美國賓州大學的外科住院醫師,有次吉本醫師到病房看到一位婦人躺在病床上掙扎,喘得厲害,嘴巴張到最大卻吸不到空氣。

    「這應該是肺動脈栓塞。」外科主任迅速作出了判斷。

    「那我們該怎麼救她?」吉本醫師見患者滿臉痛苦,著急地問。

    「唯一方法是打開肺動脈,取出塞在裏頭的血塊。」外科主任道:「但是這手術死亡率非常非常的高。」

    「那我們現在可以做什麼呢?」吉本醫師追問著。

    「等。」外科主任的回答乾淨俐落:「有些肺動脈栓塞的患者自己能挺得過去,有些沒有辦法。但手術死亡率實在太高,還是等等看吧。」

    當天夜裡吉本醫師留在患者病床邊,每十五分鐘記錄一次病人的血壓、心跳、及呼吸,吉本醫師認為患者無法好轉,找來外科主任進行手術,雖然手術成功地移除肺動脈血栓,但最後,患者還是離開人世。

    每想到患者喘不過氣、痛苦掙扎的樣貌,吉本醫師就開始思考:「我還能做什麼?」終於有天吉本醫師靈光一現,認為應該要發明一台機器,能暫時取代心臟和肺臟的功能,才有辦法解決更多心臟與大血管的問題!但所有聽過吉本醫師構想的同事,卻都認為吉本醫師是癡人說夢。要知道,在1930年代,外科醫師們幾乎都對心臟疾病束手無策,吉本醫師的說法就像在當時討論登入月球一般遙不可及。


    不可能的任務逐漸成形

    但吉本醫師思前想後,認為把患者血液從頸靜脈的血液導出來,引流進機器,再從機器將含氧血注入患者的大動脈中送往全身,這樣就能略過患者的心臟肺臟並讓心臟停止跳動,應該能幫助醫師爭取到開刀治療心臟疾病的時間。吉本醫師很快確立了他想像的機器該達成的目標。第一就是「不能讓血液在機器裡面凝固」,如此才能順暢地流動循環,機器不被血塊塞住。但是當這些血液回到患者體內時,又要具有凝血功能,否則患者會出血不止。第二是這個機器必須像心臟一樣「是個強而有力的幫浦」,能夠推動全身的血液循環,但是在拍打、高速推進血液時,又不能破壞紅血球。第三點可說是最困難的,要讓「機器裡紅血球要進行氣體交換」,在機器裡紅血球要能攜帶氧氣並排出二氧化碳,再度輸注到血管內時才足以供應身體所需。

    吉本醫師一一克服了各種困難,更發展出別出心裁的人工氧合機,在持續改良改進的過程中,進行到動物實驗的階段。但之後因為二次大戰爆發,吉本醫師投入軍旅生涯,直到戰後才能重啟體外循環機的研究。後來在IBM總裁的支持下,吉本醫師與IBM共同打造出重達兩千磅的體外循環機,需要三位技術人員同時操作,才有辦法駕馭這複雜的裝置,每使用一次,還要拆解、清洗、消毒、滅菌、再重新組裝這台笨重的機器,累到同事人仰馬翻。在動物實驗取得十戰九勝的佳績後,吉本醫師決定向人類的心臟疾病宣戰。


    令人卻步的高死亡率

    到了吉本醫師完成全世界第一台成功利用體外循環機進行心臟手術的案例之前,吉本醫師已經為體外循環機奮鬥超過二十年,其他醫師也開始嘗試體外循環機。然而實際運用體外循環機後的前五年之間,心臟手術仍是一連串的災難,帶來駭人的極高死亡率,分屬於六間醫學中心的十八位病患中,結果只有一人存活下來。有些是術前診斷錯誤,有些是術中所需器材不全,還可能是術後病人凝血功能障礙,出血致死。吉本醫師亦因為死亡率過高而心灰意冷,宣布封刀。這段期間裡的挫折讓外科醫師們不禁猜想,心臟是人體循環的主宰,人類或許沒有能力突破這個困境,創造出理想的體外循環機器,讓醫師得以在心臟上頭動刀。

    幸好,後被稱為「現代開心手術之父」的利樂海醫師出現了。利樂海醫師年紀輕輕就被診斷癌症,接受各式治療,因而決定不理會自身健康狀況,只求在有生之年,對醫學做出更多的貢獻,而把精力投注在當時看來毫無前途的心臟外科手術。


    人肉體外循環

    利樂海醫師也熱衷於實現「體外循環」的想法,他更想到,既然孕期之間胎兒的氧氣、養分均是由母親供應,那就代表「母親其實就是胎兒的體外循環機」。利樂海醫師開始思考,讓體型較大的大人,幫助體型瘦小的小孩病患提供循環,或許是個辦法。因此利樂海醫師嘗試讓一位十一歲孩子的父親,成為手術中的體外循環機。

    手術過程是這樣的,小孩患者和父親兩人都接受麻醉,讓醫療團隊連接兩人的循環系統,小孩的靜脈血液流往父親身上,再由父親身上輸注帶氧氣的血液回到小孩的動脈,並讓小孩心臟停止,利樂海醫師花了十九分鐘,完成史上第一例修補心室中膈缺損的手術。接下近兩年時間,利樂海醫師都使用這樣的交互循環系統,大部分的病人年齡都小於兩歲,體型很小,這樣成年人的心臟才有辦法應付兩人份的血液輸出,且清一色都是父親或母親擔任這些小病人體外循環機。

    所以,並沒有其他醫療團隊願意嘗試。畢竟幫罹患先天性心臟病的病童做手術是一回事,讓原本健康的父母冒生命危險又是另一回事。當父母親也躺在手術房內擔任體外循環機時,就代表著一台手術的死亡率可能高到200%!在利樂海醫師的四十五例心臟手術裡,就有兩位母親蒙受其害,一位成了植物人,另外一位手術中因不堪負荷而心臟停止,幸好急救後恢復心跳,回復正常生活。


    突破性發展

    了解到利用「人肉體外循環機」的缺點很多後,利樂海醫師後來還是專注於體外循環機的探索,更以聚乙烯化合物製成拋棄式衛材,做出突破性的進展,成功地實現了體外循環的構想,還發明早期的心臟節律器及至少兩種心臟瓣膜,更訓練出許多年輕的心臟外科醫師,讓心臟手術在1950年代末期開始蓬勃發展。

    剛開始心臟外科手術以治療先天性心臟病為主,隨著體外循環機的改良,手術技巧純熟,相關領域知識進展,後來更邁向處理成人的疾病。如今冠狀動脈繞道手術已經成了數量龐大的心臟外科手術了。

    醫師除了在心臟手術需仰賴體外循環機之外,亦發展出緊急救命的體外維生系統。大家在新聞中偶爾會聽到的「葉克膜」,其實就是體外循環機的一種。差別在於心臟手術所使用的體外循環機,大概可以幫病人撐幾個小時,而葉克膜這種體外維生系統,能支撐心肺衰竭的患者數天到數個星期,支撐心肺衰竭的病患度過危險期,或爭取到等待心肺移植的時間。

    故事開頭促使吉本醫師研發體外循環機的「肺動脈栓塞」,就因為葉克膜的發明而受益。有了葉克膜的協助,醫師能爭取到更多的時間打藥讓血栓溶解,或動手術取出血栓,肺動脈栓塞的患者終於有更多活命的機會!

    同場加映:

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