疫情 中 的 救命 神器 —呼吸机 是 什么 ？晚上 打鼾 早上 头痛 你 也 用 得到 (1) What is the life-saving device in the epidemic - ventilator? Snoring at night and headaches in the morning you can also use (1)

各位 同学 大家 好 我 是 李永乐 老师 Hi class, this is Professor Li Yongle. 新冠 肺炎 在 全世界 已经 造成 了 200 万 以上 的 人 感染 COVID-19 has infected more than 2 million people worldwide 一些 国家 出现 了 医疗 资源 紧张 的 局面 And some countries are now facing a shortage of medical resources 尤其 是 一种 重要 的 医疗 资源 呼吸机 Especially an important medical resource called the ventilator 受到 了 许多 国家 的 疯 抢 Was snatched by many countries 有 小朋友 就 问 我 说 People asked me 这个 呼吸机 到底 是 什么 玩意儿 呢 What exactly is this ventilator 它 为什么 对 新冠 肺炎 病人 这么 重要 呢 And why is it so important to COVID-19 patients? 在 之前 还有 小朋友 问过 这样 一个 问题 Another question was brought to me before 说 夜里 打呼噜 People who snore at night 第二天 早上 起来 头 特别 疼 have terrible headaches the next morning 这个 问题 有没有 什么 方法 解决 呢 Is there a way to solve this problem? 那 正巧 去年 的 时候 我 也 买 了 一台 呼吸机 I happened to have bought a "ventilator" last year, too 所以 今天 就 来 给 大家 介绍 一下 so let me go over today 这个 呼吸机 到底 是 怎么回事 what's going on with this ventilator business 为了 了解 呼吸机 To better understand ventilators 我们 首先 先 来 介绍 一下 呼吸 的 原理 we first take a look at how respiration works 人 每时每刻 都 要 进行 呼吸 People breathe all the time 但是 你 了解 呼吸 到底 是 怎么回事 吗 But do you know how it works? 比如 有 一个 人 他 想 呼吸 For example, if someone wants to breathe 那 当然 他 得 从 鼻子 或者 嘴 把 气体 给 吸进去 then of course he needs to breathe in air from his nose or mouth 但是 他 吸进去 之后 After the air is breathed in, 怎么 就 可以 完成 这个 氧气 和 二氧化碳 的 交换 呢 How does the exchange of oxygen and carbon dioxide happen? 我们 看 这 是 鼻子 还有 嘴 Let's see. Here is a nose, and a mouth 它们 都 可以 把 气体 送进来 They both send air into the body 那么 这个 地方 我们 就 称之为 气管 气管 This is where we call the windpipe, or trachea 这个 气管 到 了 身体 内部 之后 它 就 分叉 This trachea branches inside our body 分成 两边 into two 然后 分完 了 之后 再 继续 分叉 and then into more 分成 很多 个 小枝 很多 小枝 into many, many branches 然后 这个 小枝 的 末端 就 会 有 什么 呢 And what's at the end of these tiny branches? 就 会 有 很多 的 肺泡 They are alveoli (sing. alveolus) 好 这样 我们 就 把 气体 送到 肺部 了 Okay that's how we send air into the lungs 这 就是 我们 的 肺部 This is our lung 那么 这个 地方 我们 就 称之为 支气管 支气管 These are what we call bronchi (sing. bronchus) 然后 再细 一点 就 叫 细 支气管 And these even thinner ones are what we call bronchioli (sing. bronchiolus) 在 细 支气管 的 这个 末端 At the ends of bronchioli 就 有 什么 呢 就 有 肺泡 are the alveoli 那么 肺泡 为什么 就 可以 Then how do alveoli 帮助 我们 完成 呼吸 过程 呢 facilitate respiration? 这 是因为 这个 肺泡 周围 That's because, look at what surrounds the alveoli 比如说 这是 一个 细 支气管 有 很多 个 肺泡 let's say this is a bronchiolus, and next to it are alveoli 这个 肺泡 的 周围 还有 一种 叫 什么 呀 There's something else surrounding the alveolus 就是 毛细血管 这会 有 毛细血管 and that's capillary. There are capillaries here. 这个 毛细血管 它会 贴附 在 肺泡 的 表面 These capillaries stick to the surface of alveoli 就是 它会 有 一些 血管 是 这样 贴附 在 like there will be some tiny blood vessels, sticking onto 这个 肺泡 的 表面 的 the surface of this alveolus 这么 贴 上 贴 上 Like so, sticking on it 这样一来 贴 得 很 紧 很 紧 Very, very tightly 所以 这个 毛细血管 So these capillaries 实际上 跟 肺泡 基本上 是 挨着 的 are practically right next to the alveoli 肺泡 就 可以 把 里边 的 气体 The alveoli can then 和 这个 毛细血管 里面 的 气体 进行 交换 exchange air with that inside the capillaries 这个 我们 来说 一下 Let's drill into this 肺泡 里 它 是 有 气体 的 Inside alveoli is air 我们 从 外界 吸入 了 空气 之后 When we inhale air from the outside 里面 还有 氧气 air that is rich in oxygen 所以 肺泡 就 把 这 里面 的 氧气 给 了 毛细血管 So the alveoli are able to give the oxygen to capillaries 那么 毛细血管 里 的 血液 是从 心脏 来 的 And blood in capillaries come from the heart 从 心脏 里边 来 的 这些 血 含有 很多 二氧化碳 And blood coming from the heart is rich in carbon dioxide 二氧化碳 就 会 给 肺泡 which are then passed onto the alveoli 然后 再 被 肺泡 排出 体外 which then exhale it out 好 这样 我们 这个 呼吸 过程 就 完成 了 Okay and that completes our repiratory process 不过 这个 过程 并 不是 肺泡 自己 完成 的 But this process isn't solely completed by alveoli 因为 肺泡 也 没有 肌肉 After all they don't have muscle 所以 它 也 没有 办法 实现 这个 吸气 和 呼气 的 过程 so they can't complete the processes of inhalation or exhalation on their own 那么 为什么 还 能 实现 吸气 和 呼气 呢 So how do we breathe in and out? 是因为 人 的 身体 里边 还有 一层 肌肉组织 That's because there is another layer of muscle tissue in our body 这个 肌肉 是 什么 呢 就 叫 横膈膜 横膈膜 and that's called the diaphragm 这个 横隔膜 它 可以 干什么 呢 What does this diaphragm do? 它 可以 收缩 舒张 收缩 舒张 It can contract, and relax, and contract, and relax again 收缩 舒张 的 过程 中 The process of this repeated contraction and expansion 就 会 表现 为 这个 横膈膜 的 上下 运动 manifests as a vertical movement of the diaphragm 而 上下 运动 的 时候 它 就 会 有时候 压缩 胸腔 And when it moves vertically, sometimes it compresses the chest cavity 有时候 使 胸腔 扩大 and sometimes expands it 同时 底下 是 腹腔 底下 是 腹腔 In the meantime, in the bottom here is the abdomen 所以 你 会 感觉 到 当 你 吸气 的 时候 So you will feel that during inhalation 你 的 胸腔 会 扩大 Your chest expands 但是 腹腔 就 减少 but abdomen contracts 就 我们 一 吸气 Like when we breathe in 你 看 胸腔 扩大 腹腔 减少 See the chest is expanding, and abdomen is contracting 如果 你 一 呼气 When you breathe out, however, 那 就是 你 腹腔 扩大 胸腔 就 减小 了 your abdomen expands, and chest contracts 这 就是 呼气 的 过程 That's the process of exhalation 我们 把 它 画成 一个 表格 来看 一看 Let's make a table 就是 我们 有 这么 几个 东西 都 是 有 作用 的 We have a few things in effect here 第一个 就是 横隔膜 The first is the diaphragm 这个 横膈膜 是 帮助 我们 完成 呼吸 的 This diaphragm is the main muscle 一个 主要 的 肌肉 that helps us complete respiration 还有 肋骨 也 参与 到 其中 了 and the ribs are part of this 还有 就是 胸腔 胸腔 And then we have the chest cavity 胸腔 它 有 一个 变化 There is a change in the chest cavity 还有 就是 它 有 一个 气压 的 变化 And finally there's a change in air pressure 如果 我们 要是 吸气 怎么样 呢 So what happens when we inhale? 在 吸气 的 过程 中 这个 横膈膜 它 就 会 下降 When we breathe in, the diaphragm lowers 横膈膜 就 会 下降 the diaphragm lowers 肌肉 一 收缩 横膈膜 下降 When the muscle contracts, the diaphragm is lowered 那么 同时 它 这个 肋骨 会 上升 肋骨 会 上升 At the same time, the ribs will be raised 是 这样 是 吧 Like so, right? 横膈膜 下降 肋骨 上升 Diaphragm is lowered, ribs are raised 这个 时候 胸腔 就 扩大 了 And now the chest cavity is expanded 胸腔 一 扩大 我们 知道 气体 有 一个 特点 As the chest cavity expands. We know that air has the property 就是 一定量 的 气体 如果 在 温度 不变 的 情况 下 that given the same amount of air, at constant temperature 你 体积 扩大 气压 就 会 下降 对 吧 as the volume expands, the air pressure lowers, right? 所以 气压 它 是 减小 的 So air pressure is lowered 那么 外界 是 一个 大气压 它 不变 But outside air is fixed at one atmospheric pressure. It's constant 然后 你 身体 内部 的 气压 减小 了 会 怎么样 Then as the air pressure lowers in your body 外界 的 气体 不 就 进到 你 身体 里边 去 了 吗 the air outside naturally flows into your body 所以 外界 的 空气 就 顺着 这个 管道 So outside air follows this tube 到达 了 这个 肺泡 里边 and eventually ends up in these alveoli 肺泡 里边 So the inside of these alveoli 就 充满 了 外界 的 这个 带有 氧气 的 空气 对 吧 is filled with the oxygen-rich air from the outside, right? 然后 我们 吸气 结束 了 Then as our inhalation completes 我们 现在 要 进行 呼气 了 我们 向外 呼气 We need to exhale, we breathe out 说 呼气 是 怎么 完成 的 其实 也 差 不太多 So how is exhalation done? It's actually more or less the same process 首先 横膈膜 放松 一 放松 它 就 会 上升 First, the diaphragm relaxes, and rises as it relaxes 上升 了 之后 这个 肋骨 同时 是 下降 的 At the same time that it rises, the ribs lower 呼气 的 时候 肋骨 下降 胸腔 就 会 减小 When we exhale, our ribs lower, and the chest cavity contracts 胸腔 就 会 减小 胸腔 一 减小 了 When the chest cavity contracts 气体 被 压缩 所以 气压 就 增大 Air is compressed, so air pressure increases 气压 增大 了 之后 As the air pressure increases 那 你 内部 要是 比 外部 气压 大 会 怎么样 That is, the pressure inside is greater than that outside, what happens? 它 这个 气体 就 往 外出 对 吧 The air flows outwards, right? 最后 就 都 出来 了 So eventually it all comes out 所以 这 就是 完成 一个 呼吸 过程 And that's the necessary steps 所 需要 的 几个 步骤 in the process of respiration 如果 我们 要是 画 在 一张 图上 可能 就 更 清楚 一点 If we draw this on a chart, it might be even clearer 这个 是 时间 t 这个 是 气压 气压 P Here is time t, and here is air pressure P 那么 外界 的 大气压 总是 保持 不变 的 We know atmospheric pressure stays constant 那 大气压 就是 这么 大 大气压 这是 大气压 Then this is how large the atmospheric pressure is 所以 我们 吸气 的 时候 So when we inhale 气压 是 比 外界 大气压 小 的 the air pressure is lower than the outside 所以 我们 身体 是 这样 So this is our body 人 是 这样 气压 降低 然后 恢复 Like so, the air pressure lowers, and recovers 然后 再 降低 然后 再 恢复 对 吧 Lowers, and recovers again, right? 在 这个 降低 的 过程 中 In the process of this decrease 我们 身体 内部 的 气压 比 外界 大气压 低 The air pressure is lower than the atmospheric pressure outside 所以 我们 称之为 什么 称之为 负压 And so we call this a negative pressure 负压 我们 是 以 大气压 为 参考 的 Since it's relative to atompheric pressure 所以 你 比 大气压 低 我们 就 叫 负压 So when we have an air pressure lower than that of the atmosphere, we call that a negative pressure. 这是 人体 的 这是 人体 肺泡 里边 的 这个 压强 This is air pressure within our body, the air pressure inside alveoli 那 你 这个 负压 的 时候 会 怎么样 So what happens under negative pressure? 外界 的 气体 就 会 进去 Outside air flows in 所以 这个 过程 就是 一个 吸气 的 过程 So this process is how we inhale air 而 你 在 呼气 末端 你 呼气 末端 On the other hand, at the end of your exhalation 其实 你 的 内部 的 气压 是 跟 外界 大气压 一样 the air pressure inside you is actually the same as atmospheric pressure 然后 你 再 完成 下 一次 吸气 对 吧 And then you inhale again, right? 吸气 呼气 吸气 呼气 这样 就 完成 了 Breathe in, breathe out, in, out... That completes the respiratory process 所以 你 会 发现 人体 在 呼吸 的 过程 中 So you will find that the human body, in the process of respiration 气压 实际上 是 在 变化 的 the air pressure is actually changing 而 这种 气压 的 变化 是 由于 肌肉 的 作用 完成 的 And this change in pressure is due to the effects of muscles 那么 如果 在 这个 过程 中 出现 了 一点 问题 So if there is any problem in this process 人 就 没有 办法 完成 呼吸 过程 We cannot complete the process of respiration 举个 例子 For example 比如说 你 这个 横膈膜 出 的 问题 它 漏气 了 If there's problem with your diaphragm, say, it is leaking 因为 外伤 的 原因 横膈膜 漏气 了 due to an external trauma 那 就 没有 办法 完成 这个 过程 了 对 吧 Then this process cannot be completed, right? 或者 是因为 一些 疾病 Or maybe some diseases 所以 你 肌肉 不 能够 收缩 了 prevent your muscles from contracting 完成 不了 呼吸 是 吧 you can't breathe, right? 或者 是 比如说 你 发炎 了 Or maybe there's an inflamation 很多 的 液体 阻碍 了 气体 的 交换 Lots of liquid blocks the exchange of air 这个 时候 也 没有 办法 Then that's also a problem 再 比如说 吃 果冻 把 这个 气管 给 堵住 了 Or for another example, if jelly you ate blocked the airway 气道 阻塞 你 气道 一 阻塞 when the airway is blocked 气体 就 进不来 了 对 吧 air cannot flow in, right? 所以 这 几个 情况 下 So under these scenarios 它 都 没有 办法 完成 呼吸 过程 the process of respiration cannot be completed 而且 也 都 是 相当 危险 的 And they are all very dangerous 所以 我们 就 需要 采用 一些 办法 So various actions must be taken 去 解决 这个 问题 对 吧 to solve this problem, right? 于是 人们 就 发明 了 呼吸机 As a result ventilators were invented 其实 呼吸机 这个 东西 Actually, ventilators 已经 发明 了 一百 来 年 了 have been invented for at least a hundred years 最 开始 人们 发明 呼吸机 At the very beginning, 不是 机械 的 手动 的 什么 是 手动 的 they weren't even mechanical, but manual. What does manual mean? 你 拿 一根 管子 插到 人 的 这个 气管 里边 吹气 You take a tube, insert it into someone's trachea, and blow into it 就 现在 人工呼吸 跟 这 差不多 Much like the artificial ventilation techniques in modern times 为什么 这么 干 Why did people do it 因为 有些 人 溺水 了 对 吧 So someone might have drowned, right 然后 人们 发现 用 这种 吹气 的 方法 And people found that this method of blowing 就 可以 把 他 救回来 can resuscitate someone who's drowned 这是 最早 的 这个 呼吸机 的 原理 That's the earliest principle on which ventilators were built 后来 慢慢 地 人们 发明 了 这种 机械 的 呼吸机 原理 Then people invented methods of mechanical ventilators 现在 我们 标准 的 说法 应该 叫 机械 通气 which we now call mechanical ventilation. 就 通过 一些 机械 的 方法 That is, assisting with the process of respiration 来 辅助 人 完成 呼吸 过程 using mechanical means 好 那 我们 来 介绍 一下 Okay. Let's take a look at 这个 呼吸机 它 是 怎么样 对抗 一些 疾病 的 how ventilators can be used to fight against some diseases 刚才 我们 说 过 很多 原因 会 造成 呼吸 不 畅 Like we mentioned before, many factors can cause difficulty breathing 有 一种 是 肌肉 的 原因 对 吧 One of them is muscular, right? 肌肉 的 原因 肌肉 原因 (writing: muscular reasons) 比较 典型 的 Typical ones include 就是 在 上个世纪 比较 多 的 一种 疾病 a disease that were prevalent in the last century: 脊髓灰质炎 Polio 脊髓灰质炎 就是 俗称 小儿麻痹 Also known as infintile paralysis 这个 脊髓灰质炎 它 可以 造成 肌肉 无力 Polio can cause muscular weakness 没有 办法 收缩 没有 办法 舒张 不 受 控制 Muscles lose the ability to contract or relax. That is, they become uncontrollable 这个 叫 脊髓灰质炎 的 一个 症状 This is a symptom of polio 那么 如果 你 这个 膈 肌 或者 心肌 Then if your diaphragm or muscles in the heart 某个 地方 你 没有 办法 收缩 舒张 了 Somewhere in there the muscle cannot contract or relax 那 这样 就 会 造成 你 的 呼吸 不 畅 This will cause difficulty in breathing 于是 在 1928 年 的 时候 1928 年 的 时候 As a result, in 1928 有 一个 人 他 就 发明 了 一种 这个 呼吸机 Someone invented a kind of ventilators 这种 呼吸机 我们 称之为 铁肺 that we now call the "Iron Lung" 说 为什么 叫 铁 肺 呢 Why is it called the Iron Lung? 就是 因为 把 它 能够 代替 你 肺部 的 这个 呼吸 功能 That's because it was able to replace the respiratory function of your lungs 而且 它 是 铁 的 所以 叫 铁 肺 它长 什么样 呢 and it was made of iron. So it was named "Iron Lung". What did it look like? 就是 有 一个 这样 的 一个 筒 It has a cylinder like this 像 洗衣机 筒 那么 大 的 一个 筒 Like those in a washer 然后 人 就 在 这个 筒 里面 只有 脑袋 露出 来 And someone would lie in the cylinder, with only the head sticking out 其他 的 部位 都 在 这个 筒 里面 The body is all in this cylinder 然后 这个 筒 又 连 了 一个 抽气机 这个 抽气机 The cylinder is then connected to an air pump 这个 铁肺 的 抽气机 它 是 个 负压 抽气机 The air pump is a negative pressure pump 什么 叫 负压 抽气机 呢 What's a negative pressure pump 就是说 它 通过 这个 抽气 的 方法 It pumps air out 可以 改变 这个 筒 里边 的 气压 in order to change the air pressure within the cylinder 改变 筒 里面 的 气压 to change the air pressure within the cylinder 咱们 看 一下 怎么 改 Let's see that in action 这个 横坐标 是 时间 纵坐标 还是 压强 气压 The x-axis is time, and y-axis is still air pressure 这个 气压 不是 外界 大气压 是 它 筒 里边 大气压 This air pressure is not atmospheric pressure, but that in the cylinder 然后 筒 里边 大气压 这么 变 The air pressure within the cylinder changes like so 它 首先 跟 外界 大气压 是 一样 的 Initially it starts out equal to atmospheric pressure 比如说 这个 是 大气 Let's say this is atmospheric pressure 它 首先 跟 外界 大气压 一样 It starts out the same as atmospheric pressure 然后 它 突然 又 下降 了 一些 变成 负压 了 Then suddenly it drops a little and becomes negative 然后 再 恢复 然后 再 下降 然后 再 恢复 and it recovers, and drops, and recovers again 所以 这样 的 阶段 就是 气压 比较 低 的 阶段 So these phases are low-air-pressure phases 我们 就 称之为 负压 We call them nagative pressure 那么 负压 会 怎么样 So what will negative pressure do? 咱们 想 你 这个 肺部 其实 是 里边 有 气压 Let's see. In the lungs there is also air pressure 它 也 在 对抗 这个 管道 里边 的 这个 气压 that is balancing the air pressure in the cylinder 如果 你 把 管道 里 的 气体 抽出去 If you pump air out of the cylinder 那 管道 里 气压 比较 小 Then the air pressure in the cylinder will be lower 所以 你 肺部 的 压强 就 会 比 管道 里 大 So now the pressure in your lungs will be greater than that in the cylinder 所以 自然而然 的 你 的 这个 肺部 就 会 扩张 And so your lungs will expand 所以 它 这个 负压 一 出现 你 肺部 就 会 扩张 So when negative pressure occurs, your lungs expand 然后 你 就 从 外边 空气 中 你 就 吸进 气 了 对 不 对 And you breathe in air from outside, right? 而 过 一会 这里 边 的 气压 又 恢复 了 After a moment, the air pressure recovers inside 所以 就 会 压缩 你 的 肺 让 你 的 肺 进行 挤压 So it contracts your lungs, pushing them in 把 里面 气体 再 挤出来 forcing the air out again 这样一来 就 完成 了 一个 呼吸 过程 And so that completes the process of respiration 这个 东西 它 比较 笨重 This device is relatively bulky 所以 就是 刚刚 发明 的 时候 人们 觉得 特别 有用 So when it was first invented, people thought that it was very helpful 因为 当时 脊髓灰质炎 的 人 呼吸 很 困难 Since polio patients were having respiratory difficulties 没有 办法 呼吸 最后 就 死 了 They couldn't breathe and so they ended up dying 结果 有 了 这个 东西 之后 But after this device was invented 很多 人 发现 这个 病能治 了 对 吧 People found that this disease became curable, right? 一直 到 1950 年 左右 Until around 1950 美国 大面积 爆发 脊髓灰质炎 的 时候 when there was a polio outbreak in the U.S. 这个 东西 就 特别 有用 This device proved particularly effective 医院 里面 很多很多 这种 东西 There were lots of these devices in hospitals 后来 人们 发明 了 更加 方便 的 这种 呼吸机 Afterwards more convenient ventilators were invented 就 不再 用 这种 了 and so these fell out of use 现在 我们 的 呼吸机 基本上 都 是 正压 呼吸机 Ventilators we use now are almost exclusively positive pressure ventilators 好 咱们 说完 了 这个 肌肉 的 原因 Okay we are done with muscular reasons 再说 一个 原因 就是 气道 的 原因 Another reason is the trachea 刚才 我们 说 过 We talked about 如果说 你 吃 果冻 把 这个 气管 给 堵 了 if you are eating jelly and it ends up obstructing the airway 那 这个 是 非常 危险 的 呼吸 不了 么 对 吧 it can be really dangerous. You can't breathe, right? 那 怎么办 There is something called the "Heimlich maneuver" 有 一个 叫做 海姆 立克 急救法 就是 这种 方法 它 可以 解决 这个 问题 This is a way to solve this problem 比如说 如果 是 一个 成年人 的话 For example, for an adult 有 另外 一个 人 从 后边 抱 着 他 Someone will "hug" the person from the back 然后 在 这个 上 胃部 往上 顶 往上 顶 and start thrusting upwards at the upper stomach 可以 把 他 这个 东西 给 顶 出来 and the foreign object obstructing the airway can be expelled 然后 抱 着 他 往前 倾 往上 顶 这样 是 可以 的 Then hold your hands around the person, thrusting upwards. This works 如果 自己 的话 其实 也 可以 完成 这个 过程 Actually you can even complete this process by yourself 或者 你 靠 在 一个 桌子 上面 往前 挤 也 可以 or lean on a table and push forward 小孩 的话 这个 手法 比较复杂 For kids this technique gets more complex 大家 可以 上网 查 一下 Just Google it