作者：汪婕舒 | Jieshu Wang
如今说起“铁肺”，你首先想到的，一定是那些气足音高的女歌手，比如丁当、李佳薇之类的。可是，真正的“铁肺”却没那么欢乐。上个世纪40年代，在美国的许多医院都有“铁肺病房”，里面整齐排满了一个个棺材一样的大铁箱，装着虚弱的儿童，只露出头。这些大铁箱，也就是负压呼吸机，就是真正的“铁肺”——这副图景，也是脊髓灰质炎疫苗发明以前的时代之殇。
1953年，美国加州Rancho Los Amigos Hospital的铁肺病房，里面装满了骨髓灰质炎的患儿
脊髓灰质炎（polio），又称为小儿麻痹症，是由脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）引起的一种疾病，通常为口鼻传播，主要感染五岁以下的儿童。这种病毒极其凶狠，在数日间可导致手脚麻痹，以致残疾，甚至死亡。脊髓灰质炎是不可治愈的。所有的治疗都只能减轻病人的症状。在稳定期过后，患者会逐渐出现肌肉萎缩症，感觉四肢无力、疼痛和疲劳，上肢和肺的功能逐渐衰减，呼吸困难，甚至出现睡眠呼吸暂停。
早在公元前1400年，古埃及人就在绘画中记录下腿脚畸形的人，包括拄着拐杖行走的小孩，被认为是对脊髓灰质炎最古老的描述。
一块埃及第十八王朝 (公元前1403 – 1365年)的石碑，上面刻画了残疾人的畸形腿脚，被认为是脊髓灰质炎的后遗症
长久以来，脊髓灰质炎都是一个地方病。然而，进入20世纪之后，欧洲逐渐开始出现较大的疫情，并蔓延到美国。到20世纪40～50年代，脊髓灰质炎的发病率达到高潮，每年病死和致残的人多达50万以上。
一个因脊髓灰质炎而右腿残疾的小女孩
由于肌肉萎缩，脊髓灰质炎病人的呼吸十分费力。我们知道，人的呼吸是负压式呼吸——当隔膜收缩，胸腔扩张，降低了胸腔内的气压，扩张了肺部，降低了肺内的气压，使其相对外部大气压来说，成为了“负压”。于是，外部气体就被压入肺部，这就是吸气的过程。当隔膜放松，胸腔收缩，这就是呼气。而脊髓灰质炎病人失去了一部分肌肉的控制力，无法收缩和放松膈肌，造成了呼吸困难。如果无法帮助他们，就会有生命危险。
第一个想出体外负压呼吸机来帮助呼吸困难的病人的，是1670年的英国科学家约翰·梅奥（John Mayow）。
约翰·梅奥
但直到19世纪30年代，才有人做出成功的模型。早期的原型都比较粗糙，比如说，下面这些（图片来自于艾默生公司1978年50周年纪念日时推出的一本讲铁肺发展的小册子，它的图片都来自于专利文件和医学论文）：
肯塔基州的Alfred F. Jones发明的铁肺，是最早的将身体完全包裹住的呼吸机。专利号US Patent No.44198
1876年，法国医生Woillez医生制作的呼吸机，是手摇式、风箱驱动的。
1887年，法国医生Charles Breuillard发明的“澡盆式”呼吸机，里面注入蒸汽，由病人自己手动操作一个阀门来控制气压
1889年，维也纳医生Egon Braun设计的“窒息儿童呼吸机”，是一个小小的木头盒子，通过右侧的管子，由医生的呼吸来控制盒子内的气压。尽管这幅图看起来有点滑稽，但这只是一个草图，来自1889年的《波士顿医学与手术期刊》（Boston Medical and Surgical Journal）。据说，他的这个装置持续得到了50个成功案例。
1901年，匈牙利的Rudolf Eisenmenger发明的便携式呼吸机，由两部分组成，只用覆盖病人的胸部和腹部。后来，他去维也纳成为一名医学教授，在那里持续改进自己的发明。
1905年，伦敦的William Davenport申请了一个呼吸机专利。包括一个橡胶脖套，简单的风箱或活塞泵。他还提出了一些相当有前瞻性的建议，比如补充氧气
1908年，美国的Peter Lord设计了一个“呼吸室”，包括一个巨大的活塞，来改变屋子里的气压，并提供新鲜空气。听起来工程量巨大，但这种想法很有用，它使得看护不那么困难
而1916年，美国的Melvin L. Severy申请的这个呼吸机专利，压根不考虑病人的舒适性，因为病人必须站立，并把鼻子和嘴紧靠在门上的三角形空洞处，上面有两个洞，算是照顾眼睛。
1918年，南非的Stueart医生设计的呼吸机是一个木头匣子，把腰部和肩部之间的部位密封在里面。他也是第一个明确提出，为脊髓灰质炎患者提供呼吸机的人。他还设计过一个间歇性抽气的病房。
1926年，德国的Wilhelm Schwake申请的“充气腔”专利，考虑了便携性和病人呼吸的深度和韵律。
第一个广泛使用的铁肺呼吸机，是由波士顿的Philip Drinker和哈佛大学的Louis Shaw共同申请的专利。早期，也因为设计者的名字，而被称为Drinker呼吸机。
这个铁肺使用电动机驱动两个从真空吸尘器上卸下来的气泵。气泵不断改变着一个矩形气密金属腔体内的气压。
Drinker铁肺的第一次临床应用，开始于1928年10月12日的波士顿儿童医院。当时，一名8岁的小女孩，由于脊髓灰质炎引起的呼吸衰竭，已经濒临死亡。在放进Drinker铁肺后不到一分钟，她就奇迹般的生还了。这引起了巨大的轰动。
一名丹麦医师August Krogh在1931年造访了纽约，看到了Drinker铁肺，深受启发。回到丹麦后，他自己设计了一个用于临床的铁肺。但是他的铁肺不是用电驱动，而是用城市管道中的水流驱动。
1931年，艾默生（John Haven Emerson）参照Drinker的设计，开发出一种更便宜的版本。艾默生生产的铁肺还包括了一个可以滑进滑出铁肺的床，铁肺上还有可打开的窗口，方便接触和调整病人的四肢、床单或者进行热敷。如下图所示：
艾默生的铁肺
于是，Drinker和哈佛大学把艾默生告上了法庭，认为他侵犯了专利权。艾默生的想法和伊隆·马斯克很像，他认为这种救人于水火之中的专利就应该拿出来免费使用。并且，他认为Drinker的专利的每个方面都在早先时候被人发明或描述过，因此Drinker铁肺其实不具有独创性，本来就不应该被授予专利权。后来，艾默生赢得了官司，Drinker的专利被宣告无效。
尽管Drinker铁肺很有用，但非常笨重，重达102千克，也很贵。在美国，一台成人用铁肺在1930年都要花上2000美元，运送成本更高得离谱。1937年，澳大利亚生物医学家兼工程师Edward Both，面对澳大利亚惨痛的脊髓灰质炎疫情，发明出了一种新的铁肺，被称为Both铁肺。这种铁肺十分便宜，只需要花100英镑，也很轻巧，搬运方便。
1943，澳大利亚第110陆军医院中，一个病人正在使用Both铁肺。
1938年，在另一次脊髓灰质炎疫情中，Both铁肺引起了英国勒菲勋爵William Morris的注意。Morris是一个汽车制造商，也是一个慈善家。他被Both铁肺所打动，于是在自己的汽车厂里生产了1700台Both铁肺，并免费捐赠给英国及其殖民地的医院。到1950年代，英国本土共有700多台Both铁肺，但只有50台Drinker铁肺。
20世纪40年代和50年代，脊髓灰质炎大面积爆发。为了帮助病人（大多数是儿童）呼吸，医院的病房里塞满了铁肺。每个病人都会在铁肺里待上一个星期。甚至还出现了下面这种多人铁肺，可以节省空间。
1951年2月8日，约翰霍普金斯医院的有色人种病区，一位名叫Henrietta Lacks的黑人女性因宫颈癌而接受了组织活检。8个月后，她不治身亡。这件事使铁肺走向了末路——Henrietta的癌变宫颈组织细胞被证实是人类第一个不死的细胞系，后来取她名字的前两个字母，命名为“海拉细胞系”（HeLa Cells）。海拉细胞系因端粒酶基因变异，而可以无限增殖，引发了一场医学研究革命。
一年后，实验医学家乔纳斯·索尔克用海拉细胞系培养出了第一个脊髓灰质炎疫苗，并首次进行临床试验。这个疫苗内含去活性脊髓灰质炎病毒，称为“沙克疫苗”。1957年，阿尔伯特·沙宾也研究出了疫苗，称为“沙宾疫苗”。这两种疫苗几乎将脊髓灰质炎消灭殆尽。1988年，全世界还有35万人感染脊髓灰质炎，而到2012年，仅剩223例。
与此同时，气管插管术和气管切开术的发展，也大大降低了笨重的铁肺的使用率。1959年，美国共有1200人使用铁肺，到了2004年，只有39人依然在使用铁肺。
铁肺逐渐从现代医学里消失了。今天，呼吸肌瘫痪的病人，大多采用现代化的呼吸机，用正压将空气压入呼吸道。这种方式更加有效，也不会像铁肺那样限制病人的行动，看护人员能方便的检查病人的情况。而负压呼吸机，由于其与人类自然呼吸的方式很接近，在一些情况下也会被优先采用，比如先天性中枢性低通气综合征（CCHS）。
2009年5月4日，美国作家玛莎·马森（Martha Mason）在北卡罗来纳州的家中去世，成为历史上在铁肺中生活时间最长的人。1948年，11岁的玛莎患上脊髓灰质炎。从那时起，她就一直生活在铁肺中。她一直不愿意换新的呼吸机，因为她不愿意往气管中插管子，也不希望切开气管。在铁肺中，她以第一名的成绩完成了高中学历。21岁时，她从加德纳韦伯大学获得了副学士学位。1960年，她从维克森林大学获得了英语学士学位。在大学里，她始终是全班第一名。后来，她成为了一名作家，为当地报纸撰写文章。她还写了一本回忆录，叫Breath: Life in the Rhythm of an Iron Lung。
玛莎
Breath: Life in the Rhythm of an Iron Lung
直到玛莎去世，她在铁肺中一共生活了61年。
铁肺，这种完全限制病人行动的机器，却无法禁锢科学的进步和人类的心灵。它最终退下了历史舞台，成为史书的一个不起眼的注脚。但从这锈迹斑斑的活棺材身上，我们可以依稀辨认出人类非凡的意志力和与恶疾战斗的不朽历程。
Reference
- wikipedia
- J.H. Emerson Company. The Evolution of Iron Lungs.