236｜体外循环：如何给心脏做手术？

在外科医生的努力之下，进行心脏手术不再是天方夜谭。

我是孙轶飞，欢迎来到《医学文明300讲》。

在人体不同部位进行手术的风险天差地别。而在众多的器官之中，在心脏动手术的难度之高显而易见，因此才有了一个广为流传的比喻，进行心脏手术就像是在不熄火的情况下修发动机。今天我们就来聊聊外科医生突破禁区、进行心脏手术的故事。

挑战心脏手术禁区

十九世纪的比尔罗特让外科学整体向前迈出了一大步，但他始终认为心脏是外科医生的禁区，任何一个想要对心脏动手术的外科医生，最终只能落得身败名裂的下场。

但让他万万想不到的是，到十九世纪末，就已经有外科医生成功地完成了心脏手术的壮举。这是怎么回事呢？

雷恩缝合跳动的心脏

1896年9月7日凌晨，德国法兰克福一家医院收治了一位22岁的外伤病人。他被利器刺中了胸口，病情相当危重，但即使是这样，当时的外科学界依然秉承着比尔罗特的信条，给心脏做手术是绝对不可能的。

就这样，经过了一番治疗，病人硬生生地拖到了9月9日，已经命悬一线。在这种必死无疑的状态下，路德维希・雷恩医生（Ludwig Rehn，1849—1930）决定放手一搏。

在手术台上，雷恩清理了胸腔和心包里的血凝块，发现心室上有一个大约1.5厘米的伤口。正如我们之前所讲到的，肠管的蠕动都会影响外科医生的操作，更何况是正在跳动的心脏。

面对这种难题，雷恩医生决定根据心脏跳动的节奏进行操作。当心脏舒张时，他在伤口的一侧进针，心脏收缩时停止操作，当心脏再次舒张时，他从另一侧出针、打结。就这样，雷恩医生缝了三针，成功地控制了出血，并救活了这名病人。

可以说无论放在任何时代，雷恩医生的操作水平都称得上神乎其技，但也必须承认，这次手术能够成功存在很大的侥幸。

事实上，哪怕有这样的成功案例，敢于直接缝合心脏的外科医生也是绝无仅有。雷恩医生虽然成功了，但把这次手术作为心脏外科的开端似乎仍然略显牵强。

人工心肺机的设想

很明显，想要进行心脏手术还需要新设备的支持，这种设备能够代替心脏，维持患者的循环功能，接下来我们聊聊发明人工心肺机的故事。

做出这个贡献的是美国医生约翰・吉本（John H. Gibbon，1903-1973）。吉本出生于医学世家，虽然在大学期间他一心想成为诗人，但还是被父亲硬逼着成为了外科大夫。

1930年吉本在马萨诸塞州做科研期间，遇到了一位肺栓塞病人，他守在病人身边观察一整晚病情之后注意到，病人的血管在膨胀，血液的颜色也越来越黑。

他想到，如果能把血液抽出身体之外，去掉二氧化碳，加入氧气，然后再次注入血管，很有可能挽救患者的生命。简单地说，他已经意识到，用机器来代替心和肺的功能将有巨大的意义。

吉本夫妇的早期试验

1933年，吉本回到哈佛大学医学院做研究员，并立刻开始计划研制人工心肺机。此时几乎没人看好他，除了他的妻子。就这样，在妻子的帮助下，吉本制作出了最早的人工心肺机。材料包括废弃金属、自制瓣膜、玻璃管、橡胶手套。不难想象，最初的机器样子有多简陋。

但就靠着这种简单的设备，他们在 1935 年已经用人工心肺机成功进行了动物实验。虽然只能在体型比较小的动物身上实验成功，但吉本此时已经做出了里程碑式的突破。看到这样的成果，终于有研究机构愿意支持他。

战争中断与IBM的支持

但是这还远远不够。想要让人工心肺机安全可靠地使用，还需要解决一系列复杂的技术难题。经过了几年的研究，吉本终于在1941年制造出了功能更完善的人工心肺机。但正是在这一年美国参加二战，吉本也作为军医上了战场，他的研究也被迫中断。

直到二战后，吉本机缘巧合地和IBM公司的创始人托马斯・约翰・沃森（Thomas John Watson，1874-1956）进行了一次交流。吉本表示，不要指望这台机器可以赚钱，而商人沃森居然意外地接受了吉本的要求。他不但投资，而且派了工程师协助吉本的研究。

就这样，前后花费了20年时间，吉本终于完成了人工心肺机的研究工作，实验动物的死亡率已经下降至 10%，这在当时已经是极好的结果。于是他准备进行第二阶段人体试验。

1953年的成功与暂停

在经历了几次失败之后，1953年5月6日，吉本的人工心肺机终于迎来了成功。他完全依靠人工心肺机，给一位18岁的病人维持心肺功能26分钟，而病人的心脏暂时处于停跳状态。

吉本利用这段时间成功地进行了手术，这是人类历史上第一次成功地使用体外循环进行的心脏直视手术。而这位病人享受了65年人生，在2000年才离开人世。

尽管取得了巨大成功，但此时的人工心肺机并不够完善，在此之后很多次手术全都失败了。吉本也在1953年8月宣布，暂时停止使用人工心肺机进行人体手术一年，直到问题解决再做尝试。

虽然今天我们知道人工心肺机是正确的选择，但对于当时的医生来说，却感觉希望渺茫，他们希望有新的更安全的方法。

李拉海与部分供血的发现

在这个迷茫的阶段里，美国心外科医生克拉伦斯·李拉海（Clarence Walton Lillehei，1918-1999）尝试了一种近乎疯狂的交叉循环手术。我们来聊聊这是怎么回事。

李拉海从小就天资不凡，17岁就上大学了，并且在求学期间取得了两个博士学位。在毕业后进行科研的过程里，李拉海受到一篇论文的启发进行了动物实验。结果他意外地发现，想要让实验动物活下来，只需要很少的血液供应，而不需要达到正常水平。

这让李拉海意识到，吉本想要让人工心肺机完全代替心肺功能，其实完全没必要，这是自己给自己上强度。其实，只要让体外循环代替提供一部分血液供应，就可以进行心脏手术。

李拉海兴冲冲地把这个发现告诉了吉本，此时的吉本已经心灰意冷，彻底否定了李拉海的想法。但李拉海坚持认为自己的思路是可行的。

从母胎联系想到交叉循环

在这既没支持也没设备的情况下，李拉海只能剑走偏锋。此时他产生了一个灵感，人在出生之前，并没有独立的循环和呼吸功能，而完全是靠母亲来提供营养和氧气。

既然如此，在面对患有心脏病的孩子时，能不能把他们的血管和父母的血管连接在一起呢？也就是说，把活生生的人当作人工心肺机来使用，从而实现体外循环。

交叉循环的伦理难题

就这样，李拉海在成功进行了动物实验后，打算开始人体试验。但他这个想法面对着非常严重的伦理学困境，因为这意味着让健康人承担风险，有可能造成死亡率200%的手术。但他的老师非常支持他，力排众议批准了他的试验。

首次手术与患儿的死因

1954年3月26日，李拉海给一位患有室间隔缺损的患儿进行了手术。在手术的过程中，孩子的父亲充当了人工心肺机的角色。李拉海缝合了12针，修补了缺损，整个手术过程非常顺利。

遗憾的是，接受手术的孩子还是很快去世了。孩子的父母伤心欲绝，但深明大义，他们居然同意了李拉海的请求，给孩子进行尸检。因为李拉海说，这样可以让孩子的死更有价值，为其他患儿博得一线生机。

45例手术与供体的风险

经过尸检确认，这名患儿的死因是肺感染，并不是因为手术本身。这坚定了李拉海的信心，前后为45位儿童进行了手术。

值得一提的是，其中有一名患儿是罕见血型，和父母的血型也不匹配。最终是一位非亲非故、素不相识的志愿者承担了交叉循环的责任。事实上，这45位交叉循环供体之中，有好几位都不是患儿的父母，而是志愿者。

在这45例手术中，45名循环供体全都活了下来。但经过这样一番尝试以后，李拉海也清醒地意识到，循环与呼吸系统的生理活动相当复杂，这种手术对于循环的供体来说，存在着巨大的危险，其中一位患儿的母亲虽然没死，但出现了严重的脑损伤。

正是因为安全性不够高，李拉海开创的交叉循环技术并没有推广，李拉海本人也知道吉本的人工心肺机才是正确思路。

但无论如何，在这个故事里，无论是医生、患儿父母还是那些没有血缘关系的志愿者，他们的行为都证明了人类的勇气、善良和开拓精神。

人工心肺机走向成熟

1958年，梅奥医学中心的一名心脏外科医生宣布，他们使用人工心肺机进行了245例心脏体外循环手术。从此，人工心肺机成为了开展心脏手术的不二选择。

梅奥医学中心之所以掌握这项技术，是因为人工心肺机的发明者吉本有着广阔的胸怀，哪怕存在很大程度上的竞争，吉本还是把自己的技术分享给了梅奥医学中心。而这家医学机构对设备进行了改进，进一步提高了安全性。

在二十世纪八十年代后期，人工心肺机的技术原理再次出现了重大进展，体外循环技术也从此成熟起来。

虽然直到今天，体外循环技术也算不上尽善尽美，但毫无疑问，正是这项技术的诞生，让外科医生进一步拓展了手术治疗的边界，心脏手术再也不是外科的禁区了。

总结

虽然有极个别特殊案例，但在十九世纪末二十世纪初，外科医生几乎不可能进行心脏手术。直到二十世纪五十年代，吉本医生发明了人工心肺机，并由梅奥医学中心进行改进，体外循环才变成了可以被利用的技术，心脏也不再是外科的禁区。

而在此期间，李拉海医生发明了交叉循环技术，虽然存在巨大缺陷，但依然是一次充满了勇气和智慧的尝试。

思考题

对于体外循环技术的未来发展，你有什么奇思妙想吗？

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好啦，今天的内容就到这里，明天见！