美国抗疫经验回顾：当大规模感染来袭，都想出了那些招数应对呼吸机短缺危机？

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『Covid-19』带给全世界医疗系统的压力是前所未有的，对ICU、呼吸科等重症肺炎收治科室的冲击最为突出，当大范围感染来袭，整个医院将陷入呼吸机短缺的恐慌中。

这篇文章回顾了美国对呼吸机缺乏的各种应对措施，并提出了一些可行的建议，以供参考。

COVID-19   需要多少台呼吸机？

在 2000 年爆发 『H1N1』 流感后，美国政府摸底了全国医院的呼吸机数量。调查结果是满足重症监护室需求的呼吸机有5w多台，加上无创呼吸机、便携式呼吸机等总数可达10w台。

2020年3月面对『Covid-19』，New York Times杂志上发表的一篇文章提出全国估计需要超过100w台呼吸机；纽约政府估计他们需要3w台呼吸机左右；有人高呼不管现在估计的数值是多少都不足以应对接下来几个月的疫情。

在大流行早期，当很多事情都未知时，这些担忧都是可以理解的，Covid-19所致的重症肺炎患病人数短时间剧增，足以导致全国范围内的呼吸机短缺。

COVID-19   国家战略储备

在大流行开始时，美国国家战略储备 (SNS) 大约有18,000 台呼吸机，其中包括存储了 20 年的2 种型号的呼吸机，即使发挥最佳性能都无法满足当下ICU的要求，而且均未在大流行期间分发下去。

呼吸机的维护同样是SNS的关注点，长期的维护费用甚至会超出一开始的购置费，购买仪器而不考虑其维护费用是愚蠢的。

需要吸取的经验是储备的设备最好可以动态更新以满足近期医疗行业的要求。

COVID-19   如何获得新设备？

政府想要购置20w台呼吸机，联系了世界各地的呼吸机制造商。此外还授权国防部（DPA）督促不同行业制造商和呼吸机厂家合作，解决供应链的问题，增加生产效率。

在2020随后的几个月里，共生产了15种呼吸机，其中满足ICU需求的只有GE的1种，其他14种都是便携式，在政府监督下生产了超过8w台呼吸机。

大流行下仪器的销量约相当于正常年份十年的销量总和。事实上，呼吸机是否符合ICU的使用标准显然没有订单价值更吸引制造商的眼球。

据估计，购置的呼吸机大约一半不能满足ICU的要求（购置呼吸机团队没有足够的专业知识）。未来希望FDA能重新定义ICU使用的呼吸机的标准，使其清晰到即使外行也能清楚。

COVID-19   紧急情况下的使用授权 疫情初期，FDA发布了治疗COVID19的设备和药物的紧急授权（ EUA ）通知。可是这些呼吸机和相关配件都不满足ICU的要求！此外EUA指定了可以在ICU中使用麻醉呼吸机和使用无创通气呼吸机用于有创通气。 将麻醉机用于ICU 麻醉机的设定一般是用于   时长小于24h的病人，实际用在ICU中还是存在一些问题。如ICU医护并不熟悉麻醉呼吸管路，存在回路中水分过多及湿热交换器可能阻塞等问题。并且麻醉机需要每24h与患者断开连接以检查程序，需要培训ICU医护学会操作麻醉机。    
无创呼吸机用于有创通气

FDA也批准了无创呼吸机NIV可用于有创通气，这其中也存在一些问题。

有研究指出NIV用于ARDS患者可增加死亡率，也增加了医护人员接触患者气溶胶的几率，在疫情早期通常避免使用NIV。

同样的也需要对NIV进行一些改造以适应ICU的使用和医护人员的安全，比如呼气阀、过滤器，不过这些使用标准以外的床旁改造可能会产生意料不到的后果。

COVID-19   共享呼吸机（技术困难风险高）

一直以来共享呼吸机仅在模拟肺上做过实验还未用于患者。当一个呼吸机通过T型接头连接4套成人呼吸回路时，呼吸机不能通过自检，因为管道顺应性超出范围，漏气也难以避免。

呼吸机容易触发不良，如果一个回路中出现自主呼吸，整个回路都将通气共享。如果一个回路出现严重故障（气道阻塞、脱管等）将会引起其他回路通气失败。可行的只有不区分个体差异的情况下给相同的压力或容量通气模式，然而显著的缺陷使大多数患者不能使用共享通气。

在疫情早期有家无知的社交媒体报道了一则使用一台呼吸机同时给四位患者通气的情况。一时之间大家仿佛看到了希望。尽管重症监护室医生声明不建议共享呼吸机，尤其是同时给4个患者。

如果经过多种改进如增加T型接头、压力限制阀、单独的PEEP阀、减少交叉污染的单向阀、额外的压力和流量监测、流量限制器等，结果仍然是徒劳的。

最终还是放弃了让4个患者共享呼吸机的想法，转而研究是否可以让2位患者共享呼吸机。为了避免患者自主呼吸，需要深度镇静和使用肌松药。仅在纽约市疫情高峰时使用过，且仅用在几位患者上，不具备普适性。

COVID-19   重新设计呼吸机

当呼吸机缺乏的消息铺满社交媒体和新闻的时候，大批公司涌入，如维珍公司、NASA、戴森等等。但满足ICU使用的呼吸机不止是一部机器，而是一个复杂的系统，事实上，新设计的呼吸机也均未通过FDA批准。

有各种有赞助的竞赛鼓励相关厂商生产呼吸机。最有名的是“CoVent-19 Challenge”，有数百个设计参赛，胜出的设计利用现成的部件而没有使用任何新技术和设备，不过该设计尚未被生产或者继续开发。

如图：左边机器用汽车雨刷的发动机来控制呼吸频率。

图片来源 | 文献‍‍

只是是感谢这些发明者的创意和努力，可是这些设备均没有应用到临床中。

COVID-19   捏球囊

大规模患者发生呼吸衰竭第一次是出现在丹麦脊髓灰质炎大流行期间，当时需要靠医学生4h轮班，然而此次疫情中呼吸机的使用经验并不是用来改善肺部功能，因此对呼吸机的要求较低。

人工通气的问题在于它并不适用于大规模呼吸衰竭的情况，而且有人员匹配不足和医护暴露的风险。此外人工通气不能提供稳定的潮气量，固定的吸入氧分压，PEEP，因此使用非常有限，不能适应目前治疗要求。

然而在COVID-19期间，“挤球囊”设计激增。如图。然而这些设备也并未应用到此次疫情中。

图片来源 | 文献

COVID-19  一些靠谱的改进

机械通气只是综合治疗的组成部分，此外充足的呼吸治疗人员及所有必须的辅助设备同等重要。在此期间可以改进现有设备，让他们更便捷和有效。同时也期望有更好的供应商来提供充足的合格的呼吸机。
在病房外监测和控制呼吸机    

在疫情初期还不了解病原体、缺乏疫苗且尚不清楚如何治疗疾病，隔离病人是必须的。尽量减少医护进入病房，减少PPE等物资的消耗，也减少医护人员的暴露。

呼吸机的控制面板一般是安装在机器上的，但是它可以取下来并且延伸8英尺。将控制面板放到病房外，这样一些简单的调整就不需要医护人员进室内了。目前这一方式已经在很多医院做到了。这一措施值得推广。

人工智能控制通气

利用人工智能和自动化控制氧气输送和通气条件，可以起到同上的作用——减少医护进入病房。目前美国尚不批准自动调节peep和FiO2，针对这一技术的安全性尚需要更多研究。    
如何优化呼吸机存量

按照以往的惯例是购买大约2000台呼吸机，然而这一惯例存在很多问题。

这些呼吸机必须符合ICU的要求，并且要认真维护。然而随着时间推移，设备的性能可能下降，且几年以后可能不足以满足当下的需求。比如在仓库储存了近20年的呼吸机。所以建议重新考虑下呼吸机的储备量。

首先，只应购买能救治危重症患者的呼吸机，其次应该考虑从物理库存转为虚拟库存。在这种模式下，虚拟库存的初始成本会明显降低。主要依赖于厂商的快速制造。虚拟库存的另一个好处是可以动态更新最新的机型以满足当下需求。同时需要政府与众多呼吸机制造商们签订好合同，以保证在需要时能增加足够的产能以满足疫情需求。

COVID-19 错误决策：向贫困国家出售呼吸机

这些想制造呼吸机的研究员们很快意识到呼吸机的复杂性已经超出了他们的专业范围，在开发阶段几乎不可能获得FDA的批准，难以在国内出售。因此他们立刻将目标转向了中低收入国家，展开了向后者出售呼吸机的竞赛。

这是疫情期间呼吸机事件中的一个错误决策，非洲的许多医生反对这种做法。在人力物力等不匹配的情况下，再多的呼吸机也难以保障产生好的治疗效果。这就是发达国家在没有调查中低等收入国家的情况下自以为了解对方的需求而犯的典型错误。

COVID-19 最终总结

Covid-19给美国和全世界的医疗卫生系统都带来了巨大的压力，呼吸机跃升为社会焦虑的焦点，获得了超出它重要性的关注度。

通过这篇文章重新反思了国家针对呼吸机短缺的反应，对Covid-19期间疯狂追逐呼吸机数量的错误认识，最终认为重症监护治疗和训练有素、能够被保护的重症监护人员应该作为应对疫情的重中之重。

参考文献

Branson R D, Rodriquez D. COVID-19 Lessons Learned: Response to the Anticipated Ventilator Shortage[J]. Respiratory Care, 2023, 68(1): 129-150.

内容 | 冬音 编辑 | 果芊 

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编辑：Michel.米萱

校对：Mijohn.米江

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