全球疯抢的“救命神器”呼吸机,究竟是怎样一种存在?

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  出品 | 网易新闻

  作者 | 战忽局少校,军事&医学爱好者

  今年初爆发的新型冠状病毒引发的肺炎疫情牵动着全世界每个人的心,治疗新冠肺炎离不开医护人员的无私付出,同样也离不开呼吸机等医疗设备,呼吸机是如何工作的?它的制造有哪些难点?中国制造的呼吸机究竟是怎样一种存在?今天我们就来给大家科普下呼吸机,这种此前鲜少被人关注的专业医疗设备。

  (一)呼吸机如何挽救新冠肺炎患者的生命?

  在介绍呼吸机之前,我们先来简单说说新冠病毒。

  冠状病毒,是自然界广泛存在的一个病毒种类,因其球形外侧布满“皇冠”的形态而得名。在新型冠状病毒之前,科学家们共发现6种可感染人类的冠状病毒,例如我们熟悉的中东呼吸综合征(MERS)和严重急性呼吸综合征(SARS),都是由冠状病毒感染所引起。


  新冠病毒感染人体后,会首先向呼吸道和肺部细胞“进攻”,引发炎症,炎症本身是我们人体的免疫系统对抗病毒的表现。举个例子,如果手被门夹了,夹到的地方很快会产生肿胀,这种肿胀就是一种炎症,它和新冠肺炎一样,本质上是大量富含蛋白质的液体从细胞渗出,进入组织空间中。

  夹了手的时候,这些液体进入你的手指组织空间,撑大了组织间隙,让手指肿起来;而在感染“新冠肺炎”后,这些液体渗透到了肺泡和血管之间,阻塞了呼吸膜,并渗透进肺泡,阻碍了氧气的正常交换,从而严重影响患者的正常呼吸。

  在新冠肺炎患者体内,他们的肺已经遭到了破坏,肺泡无法行使正常功能,大量液体充满了肺的组织间隙,氧气无法进入到血液中,最后患者会“淹死”在自己的体液中,他们的肺部也会面目全非。


  (这是一张新冠感染者的胸透图片,我们可以看到,原本正常的肺部出现了大量阴影,这意味着为数众多的肺泡无法进行正常的呼吸,肺的一部分被“堵”住了)

  肺是人体进行呼吸的主要器官,血液循环到这里,流入肺泡的毛细血管中,将血液中的二氧化碳排出体外,将氧气注入血液中。

  对于轻症新冠患者来说,他们的部分肺泡被破坏,肺的效率降低,血液中二氧化碳含量变大,氧气含量减少,这会引起人体缺氧窒息和血液酸中毒,进而影响全身细胞的正常运转,这时就需要呼吸机来协助肺的呼吸,配合抗病毒治疗措施,给免疫系统消灭病毒留出时间。

  呼吸机是一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸,增加肺通气量,改善呼吸功能,节约心脏储备能力的医疗设备,可用来预防和治疗呼吸衰竭,减少并发症,挽救及延长病人岌岌可危的生命。


  (二)制造一台合格的呼吸机有多难?

  呼吸机的原理看似简单,但作为一种有重要用途的医疗设备,与人的生命维持息息相关,其技术含量实际上是很高的。

  一台合格的呼吸机,不仅仅是要产生压力差那么简单,还需要防止过度充气可能导致的气压伤害(barotrauma),以及一套可靠的正压保持机制。

  肺泡是脆弱的,如果呼吸机提供的气压过大,抑或是肺泡内正压难以保持,那么肺泡就极有可能破裂或塌陷,造成额外的伤害。

  另外,呼吸机的本质是辅助病人的自主呼吸,它还需要与病人的呼吸节奏密切配合。


  (一台呼吸机通常由气源、供气和驱动装置、空氧混合器、控制模块、呼气模块、检测报警系统、呼吸回路、湿化和雾化装置八个部分组成)

  从技术实现的角度来讲,呼吸机的制造非常容易,但作为作为医疗器械的代表,医用呼吸机的生产制造涉及到上千个零部件的供应。此外,由于被视作拯救临床患者生命般的存在,呼吸机任何制造流程都不敢有丝毫差池,极其考验一国精细化制造产品的能力。

  为了保证可靠性,一台呼吸机需要优秀的通气阀门、压缩机,传感器和微电子控制元件,以及高性能的滤网材料。这几个元件便是一台呼吸机的核心部件,也是长期以来国产化呼吸机的难点,其制造技术长期以来被外国企业把控着,这导致了过去中国长期依赖昂贵的进口呼吸机,国内的呼吸机制造领域空白一片的局面。


  随着中国向制造业强国的一步步转变,中国医疗器械行业也在2018年实现了全产业链的打造,逐步具备了生产呼吸机的能力。

  不过,当时的“生产”,更类似于组装。我们想生产一台高端呼吸机,需要德国的比例阀和比例阀控制器、从美国和瑞士进口的传感器、台湾的电磁阀以及日本进口的夏普显示器。

  这种模式生产出的国产呼吸机,成本高、产量少,核心技术被外国“卡脖子”,无法满足国人价廉质优的要求。

  而我们并不甘心于此,中国一直在寻求技术的突破。得益于祖国精密加工和微电子技术的进步,科研人员也以此为基础研制出了符合要求的阀门和传感器等曾经严重依赖进口的部件,实现了呼吸机100%的国产率。

  正如中国制造业从组装到自研的发展轨迹一样,国产呼吸机也在近年的生产中逐渐掌握了优势,实现了从受制于人到自主生产的重要转变。

  (三)呼吸机——疫情之下中国医疗设备产业的缩影

  目前市场上的呼吸机主要分为两种:无创呼吸机和有创呼吸机。

  无创呼吸机主要家用,用于治疗睡眠呼吸暂停综合征及相关疾病,而有创呼吸机主要用于医用抢救呼吸系统受损的重症患者,技术要求高于无创呼吸机。

  近年来,在国家政策的支持下,中国的医疗器械产业蓬勃发展,涌现了一大批国产呼吸机品牌。目前,无创呼吸机已经完全国产化并进入到家庭之中,而部分高端医用有创呼吸机的核心部件仍需要从欧洲进口。

  全球呼吸机市场中,欧洲品牌占有四分之一,其余市场被中美两国占据。由于中国呼吸机产业起步较晚,在掌握有限的核心技术下,在国际上仅处于中低端水平。就国内市场来说,中国还长期处于外资企业一家独大的局面,留给国产品牌的市场份额较少。


  然而,2020年初爆发的新冠疫情为中国呼吸机带来了难得的“机遇”。如今各国无法复工,呼吸机需求猛增。而中国作为唯一一个拥有正在运转的全产业链的国家,各国呼吸机的订单如雪片般飞来,一跃成为国际份额的最大占据者。

  近几年来,随着推进分级诊疗,优化全国的医疗资源配置,中国医疗设备消费需求持续飙升。数据显示,2014年-2018年,中国呼吸机市场规模从的55.8亿元增长至116.1亿元。而早在新冠疫情尚未显露以前,2015年中国在《中国制造2025》中明确把生物医药及高性能医疗器械作为重点发展的十大领域之一。

  总体来说,在当前突发公共事件的机遇下,国产呼吸机虽有可能在上述三大利好条件下占领国际市场,但也必须清楚一点,中国距离造出国产高端呼吸机还有一段路程。

  4月8日当天,中国工信部代表人士的发言指出,防疫过程中也凸显了行业发展存在的一些短板和弱项,比如中国企业还无法生产ECOM等高端医疗装备。中国企业能否把握时机,补齐中国高端医疗装备短板,加快关键核心技术攻关,突破技术装备瓶颈,实现高端医疗装备自主可控,我们的态度是乐观的。

  中国医疗设备产业在近几年的持续发展下,从无到有,已经取得了不俗的成绩,在全球市场占据了重要份额。最近的疫情便是最好的证明——国产呼吸机协助抗疫,不仅扭转了国内疫情的爆发,还远销海外,支援了欧美国家,中国呼吸机已经成了各国争相抢购的资源;ECMO的关键技术接连突破,完全国产指日可待;口罩防护服产能飙升,支撑全球抗疫前线……

  我们也相信,在祖国科研人员的努力下,中国医疗设备能再接再厉,冲击高端,进而引领世界医学发展。

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  参考文献:

  新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(第五版).国卫办医函[2020]117号.

  新型冠状病毒肺炎流行病学特征的最新认识.中华流行病学杂志.2020,41(2):139-144.

  新型冠状病毒肺炎的放射学诊断:中华医学会放射学分会专家推荐意见(第一版).中华放射学杂志. 2020,54(00):E001-E001.

  「了不起的中国制造」专栏,力邀行业权威、资深玩家,呈现他们眼中的中国创新之路。

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  编辑| 史文慧

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