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心跳暫時停止:第一台心肺機的誕生(上)——《心臟的故事》

究竟出版
・2020/03/30 ・3188字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

  • 作者/桑迪普.裘哈爾(Sandeep Jauhar);譯者/陳信宏

編按:美國外科醫生吉本(John Heysham Gibbon),由於構想出「心肺機」而聞名於世,他對於體外循環的研究成果更是徹底改變了二十世紀的外科手術,但其實年輕時的他並不是那麼堅定地想當醫生。就讓我們一起來看看他的研究之路!

吉本在費城傑佛遜醫學院的第一年課程要結束時,曾考慮放棄醫學而成為一名作家,因為寫作是他就讀普林斯頓大學期間一直懷抱於心中的熱情。

吉本的父親是個很實際的人,建議他取得醫學學位,原因是他不會「拿到學位就導致文筆變差」(這種忠告聽起來很熟悉)。於是,吉本堅持了下來,而在三年後的 1927 年取得醫學博士學位。

體外循環,真有可能?

他在波士頓城市醫院實習的時候,開始思索「體外循環」的概念。

一天晚上,他的研究導師愛德華.邱吉爾(Edward Churchill)交代他監控一名命在旦夕的年輕女子,原因是那名女子接受了普通的膽囊手術後,出現了巨大的肺部血塊。

愛德華知道,如果進行肺動脈血栓去除手術(pulmonary embolectomy),也就是切開充滿血的肺動脈取出血塊,幾乎可以確定必然會造成致命性的出血。不過,隔離心臟以避免失血也不可行;沒有氧氣供給,大腦在短短幾分鐘內就會遭受永久傷害。

圖/pixabay

肺動脈血栓去除手術是由德國外科醫師特倫德倫堡(Friedrich Trendelenburg)在 1908 年所發明的,但他的病患都沒有存活下來。「我們在診所進行了十二次這種手術。」他在 1912 年時如此感嘆,「我的助手進行的次數比我還多,但沒有一次成功。」

與特倫德倫堡同時代的瑞典外科醫師奈斯特隆(Gunnar Nyström)注意到這項可怕的死亡率,指出:「我們的準則是,只有在人力可以判斷的範圍內,認定病患已完全沒有活命機會,才會施行手術。」

面對這種外科手術上的兩難,愛德華因此猶豫不決。血塊也許會自行溶解,也有可能碎裂而流入較小的動脈分支。說不定肺部其他區域的通氣量會出現補償性的增加。他指示吉本,在病患的狀況惡化至極度虛弱、瀕臨死亡的時候通知他,因為屆時他就有充分的理由可以進行這種孤注一擲的手術。

第二天一早,隨著病患因血壓遽降而變得毫無知覺,吉本通知了愛德華。那名女子隨即被推往手術室,卻在手術檯上斷氣。

吉本雖是個不苟言笑的研究者,用起移液滴管比與人相處還要自在,但他卻為了那名年輕女子落淚。同時,她的死也令他靈光乍現。

他曾在 1970 年時提到:

「在那個漫長的夜晚,無能為力地看著那名病患掙扎活命,血液的顏色卻越來越深,靜脈也逐漸擴張,我因此自然而然地想到,如果能從病患腫脹的靜脈中持續取出部分藍色血液,為其注入氧氣,並讓其中的二氧化碳逸出,再把這些恢復紅色的血液持續注入病患的動脈,那麼我們說不定能救回她的性命。這麼一來,我們即可繞過造成阻礙的血栓,而在病患的體外分攤心臟與肺臟的部分工作。」

靈光乍現之後,投入一切心力進行研究

雖然眾人不看好,卻還是堅持研究。圖/GIPHY

基本上,吉本與他的助理(也是他的妻子)瑪麗.霍普金森(Mary Hopkinson)可說是將他們接下來的職涯完全投入於這項目標。吉本所有的指導者都勸阻他,認為他的大志應當用來追求風險較低的計畫。愛德華也不看好吉本提議的研究。

那時候的醫學院和現在一樣,都不贊同為了宏大的理念而投注大量時間與金錢的做法。在一個不發表論文就完蛋的世界裡,你必須讓自己的名字經常出現在頂尖期刊上。

吉本的指導者建議他聚焦於迭代問題,這種問題的解決方法也許會調整既有的典範,但不會試圖取代。不過吉本異常頑固,就算以醫療科學家而言也是如此。他不顧一切繼續前進的結果,是將三十年的學術生涯投注於一個重大構想,而這個構想也永久改變了醫學。

研發心肺機,需解決的是工程問題

吉本面對的是個工程問題:如何從體內抽出血液,輸送到一個由金屬與塑膠製成的機器裡充氧,又不至於形成血塊,然後再把這些血液在不產生氣泡的情況下打回體內,以便滋養維生器官。

為了解決這個問題,他需要動物。

感謝當年流浪貓的犧牲????。圖/GIPHY

初期的實驗對象都是流浪貓,是他和瑪麗用鮪魚及粗麻布袋從波士頓街道抓來的。因為實驗需要幾個小時準備,所以都得一大早就到實驗室。

他們會麻醉一隻貓、切開牠的氣管,再把牠連接於一部人工呼吸器。到了下午三點左右,他們就會開始進行主要步驟:抽出那隻貓的血液,在心臟停止跳動的期間讓那些血液循環至一部機器,再打回牠的體內以維持生命。

經過多次試誤後,他們終於確認採取這樣的架構:

  • 藉著阻斷主靜脈與主動脈,把心臟隔離於循環系統外,再以每分鐘約 175 毫升的速率,從頭部的一條靜脈抽血。
  • 接著,讓這些血液在接近純氧的環境下,縷縷流過一只旋轉著的金屬圓筒,好讓血液藉由擴散作用吸收氧氣並排除二氧化碳。
  • 最後在圓筒底部將這些血液收集起來並加溫後,透過吉本在醫院附近一家二手商店用幾美元買來的一部空氣泵,輸回貓腿上的一條動脈。

瑪麗後來指出:「只要我們覺得那隻貓承受得了,或裝置沒有出問題,我們就會繼續用止血鉗完全夾住肺動脈,可是會出錯的東西實在是多得數不清。」

如同吉本所描述的,他們的機器由「金屬、玻璃、電動馬達、水槽、電動開關、電磁鐵等等組裝而成⋯⋯整個看起來就像某種複雜過頭的荒謬機器」。這部機器經過無數次的改進,最後發展到和平臺鋼琴一樣大。雖然它看起來不怎麼優雅,卻的確有效。

到了 1930 年代末期,吉本已能為貓狗維持生命達數小時之久,而且最重要的是,還能讓那些動物在機器關閉後重新恢復心肺功能。1939 年,吉本在一篇論文中發表他的研究成果,標題為〈在實驗性閉塞肺動脈期間維持實驗對象的生命,並使其於事後存活下來〉。

他後來寫道:

「我永遠不會忘記那一天,我們將止血鉗徹底夾緊,完全阻塞肺動脈,在體外血液迴路的運作下,維持動物的血壓穩定不變。太太和我張臂互擁,在實驗室裡手舞足蹈,一面歡笑,一面高聲叫好。」

接著又指出:

「知道現在世界各地每天都有(心臟)手術進行,雖然令我和其他人深感滿足,但在我人生中,卻沒有別的事物比得上那天,和瑪麗在麻州總醫院那幢老布芬奇大樓實驗室裡共舞帶來的狂喜和欣悅。」

不過,人類比貓咪大得多;人類的血量約是貓的八倍。於是,吉本開始思考要怎麼修改他的機器好供人類使用。

戰爭結束後,重返研究崗位

他的研究一度中斷,原因是他在 1941 至 1945 年間受徵召,前往太平洋戰場擔任外科創傷醫師。

圖/pixabay

戰爭結束後,吉本回到他的研究計畫,但這時仍有不少重大問題需要解決。

  • 血球會被幫浦打碎,蛋白質、纖維蛋白、脂肪與氣體粒子會對維生器官造成傷害。
  • 當然,他也必須以更大的機器處理人類更多的血量,不再是汽水罐,而是牛奶桶。

為了解決這些問題,吉本向 IBM 公司求助,剛好該公司的董事長湯瑪斯.華生(Thomas Watson)是他一名學生的岳父。在 IBM 工程師的協助下,吉本改良了機器:增設濾網以過濾血塊、加大充氧器,並納入特殊的滾軸式幫浦。

第二次世界大戰後,從事這類研究的時機已然成熟,當時不論是電腦、核子科技與太空探索等領域,都陸續展開大規模的公私計畫。吉本的團隊善用這個政治環境,將 30 億年的演化成果壓縮在 20 年的人類高度努力中。

到了 1950 年代初期,他的動物實驗已將死亡率從 80% 降到 12%,因此吉本認為,把他設計的這部機器試用在人類身上的時機已然來臨。

——本文摘自《心臟的故事》,2019 年 9 月,究竟出版

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二瓣式主動脈瓣易形成主動脈瓣狹窄,即使沒有症狀也要定期檢查!
careonline_96
・2023/08/17 ・2178字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「醫師,心臟超音波檢查發現我的主動脈瓣只有兩瓣,但是我沒有症狀,這樣有關係嗎?」30 歲的李先生問。

「你的心臟超音波顯示已有重度主動脈瓣狹窄,且心臟功能已有退化現象」醫師翻開病歷說,「應該要及早開刀治療會比較好。」

「沒有症狀也要開刀嗎?」李先生問。

「是的。」醫師肯定地點點頭,「重度主動脈瓣狹窄有猝死風險,拖延只會更危險!」

正常的主動脈瓣是三片,但是約有 1% 至 2% 的人天生只有兩片,所以被稱做雙瓣式、兩瓣式或雙葉式主動脈瓣(bicuspid aortic valve)。林口長庚心臟外科教授陳紹緯醫師指出,由於瓣膜結構異常,容易形成主動脈瓣狹窄。

正常的瓣膜可以用到七、八十歲以上,所以大部分主動脈瓣狹窄的患者,都是老年人。陳紹緯醫師說,「兩瓣式主動脈瓣的患者會在較年輕時出現主動脈瓣狹窄,可能五、六十歲就需要治療。甚至曾經有遇過大約三十歲的患者便需要動手術更換主動脈瓣。」

使用超音波能夠確定診斷兩瓣式主動脈瓣,部分患者在小時候,醫師就會發現有這個狀況,陳紹緯醫師說,不過很多患者直到出現主動脈狹窄的狀況後,才確定診斷。

發現有兩瓣式主動脈瓣後,即使沒有明顯症狀,患者也要定期接受超音波檢查。陳紹緯醫師說,因為病情可能進展較快,而且不只有主動脈瓣,患者的主動脈可能會擴大,有較高的風險出現主動脈瘤或主動脈剝離。根據統計,大約 50% 的兩瓣式主動脈瓣患者會需要接受手術治療,而 20~30% 的病人會在 10~20 年間發展成主動脈瘤。

兩瓣式主動脈瓣患者在初期通常沒有症狀,直到主動脈瓣狹窄惡化才會出現胸悶、胸痛、心悸、呼吸困難等狀況。陳紹緯醫師說,患者在平躺時會比較喘,所以需要端坐呼吸;有時會昏厥、中風,甚至猝死。

針對主動脈瓣狹窄,現在的建議是不要等到症狀出現,因為是不可逆心臟結構性問題,一旦疾病進展到重度就得盡快進行手術治療。陳紹緯醫師說,最主要的檢查是心臟超音波,如果心臟超音波顯示為重度主動脈瓣狹窄,就建議接受治療。

「即使沒有任何症狀,也不可輕忽。因為主動脈瓣已經嚴重狹窄,便會有猝死的風險!」陳紹緯醫師說,「尤其是這些病人可能很年輕,拖延並沒有任何好處,只會愈來愈危險。」

根據目前的國際治療指引,兩瓣式主動脈瓣建議採用外科手術治療。陳紹緯醫師解釋,因為兩瓣式主動脈瓣的型態是橢圓形,而且鈣化會很厲害,所以用導管瓣膜治療的效果會比較差,中風比例也會比較高。除非患者拒絕手術,或是手術風險太高,才會使用導管瓣膜治療。

心臟血管外科醫師會把鈣化的主動脈瓣清除乾淨,然後換上一個人工瓣膜,未來若有問題可再使用導管瓣膜治療。如果有主動脈瘤問題,也建議於手術一併處理進行人工血管置換。陳紹緯醫師說,對於較年輕的患者,一般不太會建議在第一次就做導管瓣膜治療。

目前的手術方式可採用標準開胸手術,也可以選擇小傷口微創手術。陳紹緯醫師說,微創手術的傷口較小,術後疼痛較少,不過如果患者的主動脈或其它心血管疾病需一併處理,就會建議標準開胸手術,同時處理主動脈瓣及其它心血管問題。

人工主動脈瓣膜有機械瓣膜與生物瓣膜,陳紹緯醫師說,一般建議 50 歲以下使用機械瓣膜,65 歲以上使用生物瓣膜,介於 50 到 65 歲之間兩者皆可。生物瓣膜持續進步,耐用性也愈來愈好。術前可與和醫師詳細討論,選擇合適的人工瓣膜。

「此外,過去由於生物瓣膜退化後只能再次開胸手術,但由於經導管瓣膜置換術的進步,第一次使用的外科生物瓣膜若退化,在於未來有很大的機會使用導管瓣膜治療。」陳紹緯醫師說,「因為使用一、二十年後,生物瓣膜可能逐漸退化,而出現狹窄或閉鎖不全,屆時可以使用導管放入新的人工(生物)瓣膜,風險比較低,患者也會比較輕鬆。」

貼心小提醒

兩瓣式主動脈瓣是先天性疾病,主動脈瓣的退化速度較快,而在年輕的時候便出現主動脈瓣狹窄。因為主動脈瓣打不開,患者可能昏厥、中風、甚至猝死。

如果知道自己是兩瓣式主動脈瓣,請務必定期追蹤。陳紹緯醫師說,如果心臟超音波已發現重度主動脈瓣狹窄,即使沒有症狀,也要接受手術治療!

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感染性心內膜炎——細菌附著瓣膜,疲倦、反覆發燒症狀多樣化
careonline_96
・2023/08/01 ・2166字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「醫師,我最近…幾個禮拜…都會發燒。診所說…我心臟有雜音…」小瑜呼吸急促,說話斷斷續續。

她是位 18 歲的女大生,平時健康狀況良好,沒有慢性病史。林口長庚心臟外科教授陳紹緯醫師指出,幾個禮拜前因為蛀牙較厲害而接受過根管治療,幾天後便有發燒的狀況。吃藥雖然有改善,但是隔幾天又會開始發燒。

「輾轉來到我們醫院時,患者有明顯的心雜音也越來越喘。」陳紹緯醫師說,「進一步檢查後,確定是感染性心內膜炎,且二尖瓣已經損壞,導致嚴重二尖瓣逆流,於是安排手術。術中,先清除遭到感染破壞的組織,接著進行二尖瓣修補術。」

完成二尖瓣修補後,患者復原順利,症狀大幅改善,也持續接受抗生素治療。

「心臟有四個房間,每個房間的出口都有一扇門,這個門就是瓣膜。瓣膜會在送出血液時打開,然後便會關閉,避免血液逆流。」陳紹緯醫師解釋,如果心臟瓣膜遭到感染,可能造成感染性心內膜炎,而導致瓣膜功能變差,無法完全閉合,或是瓣膜上形成贅生物。

瓣膜上的贅生物相當不穩固,容易脫落並隨著血液流向身體各處。陳紹緯醫師說,贅生物可能塞住血管,造成腦中風、器官肢體急性缺血。

感染性心內膜炎的症狀非常多樣化,從很輕微到很嚴重都有,所以很難診斷。陳紹緯醫師說,輕微的非特異性症狀,如倦怠、發燒、畏寒、起疹子、關節疼痛等,嚴重時會呼吸急促、休克、中風等。症狀較嚴重的患者通常會到醫院接受完整的檢查,而較早確定診斷。

感染性心內膜炎的危險因子,包括皮膚傷口、口腔衛生不佳、有血管植入物、注射毒品、腸道疾病、免疫不全等,因為細菌較容易進入體內,並隨著血液循環全身。陳紹緯醫師說,先天性心臟病、二尖瓣脫垂、兩瓣式主動脈瓣等狀況可能影響血流,使細菌較容易附著在心內膜上造成感染。

「口腔細菌是常見的來源,因為我們每次刷牙的時候,都可能有細菌從黏膜破損的地方進入血液中。大家一定要注意口腔衛生!」陳紹緯醫師說,「有些患者是因為青春痘感染、破皮,細菌便侵入體內。」

細菌也可能從泌尿道、消化道入侵,如果免疫力較弱,心臟瓣膜又有狀況,就有較高的機會出現感染性心內膜炎。

感染性心內膜炎該如何治療?

針對感染性心內膜炎,抗生素是相當重要的治療,醫師會根據細菌培養的結果調整合適的抗生素。陳紹緯醫師說,如果有以下三個狀況,便需考慮進行瓣膜手術。

第一個是心臟瓣膜結構遭到嚴重破壞,瓣膜閉鎖不全可能導致急性心臟衰竭,得趕緊開刀,更換瓣膜。

第二個是感染無法控制,心內膜炎上出現膿瘍、穿孔,就會建議利用外科手術清創。

第三個是心內膜上形成大於 1 公分的贅生物或有栓塞症狀,為了避免贅生物繼續脫落,導致腦中風、腸中風、肢體缺血等狀況,建議手術治療。

因為要處理感染的組織,所以必須使用傳統手術清創,無法透過導管進行。陳紹緯醫師說,開完刀後,也要持續使用抗生素治療。

進行手術時,心臟外科醫師會先清創,把遭到感染破壞的組織清乾淨。陳紹緯醫師說,如果是主動脈瓣,大多會進行瓣膜置換術;如果是二尖瓣、三尖瓣,則會在術中根據瓣膜受損的程度評估瓣膜修補的可能性。

修補手術能夠保留病患自己的瓣膜,長期預後較佳,但是修補手術較為困難,需要仰賴經驗豐富的醫療團隊。若瓣膜已嚴重損壞,便得置換人工瓣膜。

一般而言,如果沒有出現腦中風,會建議年紀較輕的患者考慮機械瓣膜,年紀較大的患者考慮生物瓣膜,術前都會詳細討論。陳紹緯醫師說,原則上就是能夠修補二尖瓣就修補二尖瓣,無法修補就置換瓣膜。

貼心小提醒

感染性心內膜炎是因為細菌從皮膚、口腔、消化道、泌尿道進入體內,隨著血液循環全身,並附著於心臟瓣膜,導致感染。初期可能出現疲倦、發燒、皮疹、關節痠痛等非特異性症狀,而容易被忽略。瓣膜遭到破壞後,可能出現呼吸急促、休克等狀況,危及性命。

感染性心內膜炎的治療以抗生素為主,必要時得開刀清創、修補或置換瓣膜。陳紹緯醫師提醒,由於治療過程較複雜,患者、家屬要與經驗豐富的醫療團隊共同討論,才能達到較好的預後。

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心跳過慢恐昏厥——生理性起搏式手術、智能速率心律調節器,助維持心臟功能
careonline_96
・2023/07/27 ・2506字 ・閱讀時間約 5 分鐘

「醫師,我的心跳好慢。」王女士說。

「有感到不舒服嗎?」醫師問,一邊把手搭在患者的手腕上計算心跳速率。

「就覺得很沒力,經常會頭暈。」王女士說。

「你的心跳每分鐘才 40 幾下,要趕緊檢查喔。」

經過詳細檢查,確認患者屬於病理性心跳過慢,於是建議植入心律調節器治療。台大醫院內科部賀立婷醫師表示,由於患者的心臟功能較差,於是採用新發展的生理性起搏術式來裝設,並選擇了能依據生理需求調整輸出的智能速率心律調節器,能幫助大幅改善症狀,也能避免造成心臟衰竭。

我們的心臟會持續跳動將血液送往全身。賀立婷醫師解釋,在正常的狀況下,竇房結(SA node)會以穩定的速率發出電訊號,促使心房收縮,接著電流會經由房室結(AV node)傳到心室,造成心室收縮。若是竇房結發出電訊號的速率太慢,或是房室結的傳導中斷,都會造成病理性心跳過慢。

導致竇房結或房室結功能異常的主要原因之一為老化。賀立婷醫師說,其他的原因還包括心肌梗塞、心臟手術等。

心跳過慢的病人可能會覺得比較沒有力氣、頭暈。賀立婷醫師指出,還有部分患者的心跳會暫停,如果心跳暫停的時間過久,腦部無法得到足夠的血流量,就會昏厥。

「正常狀況下,心臟會隨著身體的活動調整輸出量。」賀立婷醫師說,「心跳過慢可能無法滿足一般人在日常生活、工作、運動的需求,導致活動力變差、容易頭暈、喘,使生活品質受到影響,嚴重還可能導致暈倒、甚至引起腎臟功能惡化。」

智能速率心律調節器,根據生理需求調整輸出

發現心跳過慢時,醫師會嘗試找出病因,並排除藥物的影響。賀立婷醫師表示,如果確認是病理性心跳過慢,病人有症狀並影響到日常生活或器官的功能時,唯一的治療方式便是放置永久性心律調節器。心律調節器能夠發出電訊號,維持心跳速率。

我們的竇房結能夠依照生理需求,適時調整心跳速率。賀立婷醫師說,為了讓心律調節器發揮類似竇房結的功能,部分心律調節器會偵測身體動作,在動作增加時,調高心跳速率;在動作減少時,調低心跳速率。

但是偵測身體動作的機制會比較受限,賀立婷醫師解釋,因為心律調節器安裝在鎖骨下方,若是病人的動作不影響到胸部,便無法調整心跳速率。例如踩室內運動腳踏車,上半身動作幅度較小,心律調節器可能無法感應到動作;或者是在心情緊張但身體沒有活動的時候,這類心律調節器也無法調高心跳速率。

智能速率心律調節器則能夠克服傳統心律調節器的限制,透過偵測心臟收縮率,有效調整心率輸出,故在患者靜坐休息、心情平靜的時候,智能速率心律調節器會調低心率輸出;在患者活動或是感受到壓力、緊張激動的時候,能適時調高心率輸出,充分滿足生理需求。

生理性起搏術式,幫助維持心臟功能

此外,因應醫學進步,自 2000 年開始電生理學界開始發展新的手術方式——生理性起搏術式。

正常的電氣傳導是從心房傳到心臟中間的房室結,然後經由希氏束(His bundle),再延著左束支、右束支傳向兩邊的心室。賀立婷醫師解釋,過去在置放心律調節器時是將導線放在右心室,所以電氣傳導的方向會和原本的方向不同。

生理性起搏術式正是為了貼近正常的生理狀態而出現。賀立婷醫師說,生理性起搏術式是將導線從右心室放入心室壁中靠近希氏束的位置,達到「希氏束起博」的效果,讓心律調節器發出的電訊號,能夠透過希氏束與左束支、右束支刺激心室收縮。

生理性起搏技術還能根據患者的狀況調整,針對左束支傳導阻滯,將導線放到靠近左束支的位置,達到「左束支起搏」的功能。

採用生理性起搏術式能讓電流以貼近生理的方式傳導,在改善心搏過緩的同時,也能夠避免左、右心室收縮不同步,比較不會影響心臟本身的功能,避免造成心臟衰竭等併發症。

賀立婷醫師指出,一旦進展為心臟衰竭就不容易逆轉,所以針對已經心臟衰竭的病人,基本上都會盡量考慮採用生理性起搏術式,避免讓心律調節器的電訊號是由右往左傳;至於尚未有心臟衰竭的患者,若採用生理性起搏術式,也能大幅降低未來出現心臟衰竭的機率。

在安裝心律調節器前,醫師都會根據病況與家屬、患者詳細討論,協助選擇合適的手術方式。

心律調節器能夠幫助患者維持心律,改善症狀與生活品質。賀立婷醫師提醒,即使狀況穩定,也要按時回診,定期檢查心律調節器,確保功能正常。目前已有蠻多心律調節器能提供居家遠端監控的功能,如裝有此功能心律調節器的患者,就能將資料上傳至雲端,若出現異常,醫療團隊也能迅速提醒患者回診。

貼心小提醒

放入心律調節器後,患者要避免接近磁場強大的地方,以免干擾心律調節器的運作。賀立婷醫師說,到醫院做檢查或通過安檢時,請事先告知工作人員。

日常生活中的吹風機、微波爐並不會影響心律調節器。若有任何疑問,都可以向醫療團隊諮詢喔!