标志性的麻醉技术发展简史
(一)全身麻醉相关技术的发明
1. 乙醚麻醉和吸入全身麻醉药物
1842年美国乡村医生Long使用乙醚吸入麻醉给患者做颈部肿物切除手术成功,是试用乙醚作临床麻醉剂的开创者,只是因为地处偏僻之所,此事一直到1849年才被报道。1846年10月16日,牙科医生Morton在麻省总医院成功地为一例患者施用乙醚麻醉,Morton被认为开创了现代麻醉学的新纪元。
1847年英国产科医师Simpson为产妇实施了氯仿麻醉镇痛术。特别值得提出的是他给维多利亚女王实施氯仿麻醉,让她生下了王子,从而使氯仿麻醉在英国得到公认。
氧化亚氮(N2O)早在1772年就已经被合成,但直至1868年Edumnd W. Andrews发表了N2O+O2的麻醉方法,才引起人们的重视。
在乙醚、氯仿、N2O先后作为吸入麻醉药物用于外科手术后的80年中,很少有新吸入麻醉药物问世。19世纪80年代,氯乙烷被用于吸入麻醉。20世纪30年代发现环丙烷可用于麻醉,但其易爆炸的特点使麻醉医师感到恐惧。
20世纪50年代,外科手术对麻醉学提出了更高的要求。1956年,氟烷开始被应用于临床,而应用了110年的乙醚逐渐退出临床,这被称为吸入麻醉的一次革命。但是氟烷对呼吸和循环具有抑制作用,其肝脏毒性引发了人们的担心。
1959年甲氧氟烷问世。与氟烷相比,它不会引起心肌的应激性增加,循环抑制轻,最大缺点在于体内代谢产物达50%,具有肾毒性,现在已经退出临床。
安氟烷于1963年合成,在进行了动物实验和临床研究后,于1973年开始应用于临床。
1965年,异氟烷被合成。随后的实验初步阐明了其药理作用,其间出现过异氟烷是否会导致肝癌的争论。最终人们认为其不会导致肝癌,异氟烷于1979年开始推广并应用于临床。
1968年合成了七氟烷,随后人们对其药理学性质进行了广泛研究。1984年,七氟烷专利被日本购买并进行了临床试验,于1990年在日本被批准应用于临床。
地氟烷早在20世纪60年代就被合成出来。其由于合成困难、不适用于标准蒸发器而被摒弃,后又因具有诱导和术后苏醒迅速等优点而被重新认识,于1990年在临床试用并迅速推广。
吸入麻醉药物的发现和应用促进了吸入装置和麻醉机的开发研究。最初在实施吸入全身麻醉时,将乙醚、氯仿简单倒在手巾上进行吸入麻醉。1846年,简单的乙醚吸入器(单向非重复呼吸活瓣系统)问世。1847年,John Snow发明了非重复呼吸乙醚面罩吸入技术。但是开放点滴吸入麻醉始终存在麻醉药物丢失过多、麻醉深度及呼吸不易控制等缺点。1862—1902年,Johnston兄弟发明了简单的麻醉机器。1906年,Dragerwerk设计出来回式CO2吸收装置,有效解决了全麻期间CO2的蓄积问题。1923年,Waters设计出带有简单蒸发器、CO2吸收装置及流量计的麻醉机,它基本具备了当代麻醉机的一些必要结构。20世纪60年代以后,人们逐渐设计和制造了更为精密复杂的麻醉机。
2. 静脉全身麻醉药物及相关技术
静脉全身麻醉药物的发明要晚于吸入全麻药物。第一个真正意义上的静脉全麻药物是1903年合成的长效巴比妥酸盐——二乙基巴比妥酸,其具有催眠作用。欧洲和美国进行了巴比妥类药物的研发和麻醉作用的研究。1927年,Bumm推荐将丁溴比妥用于全麻,此后人们陆续应用了异戊巴比妥钠、苯巴比妥钠等药物。1932年,硫喷妥钠被合成,1934年硫喷妥钠麻醉开始应用于临床。硫喷妥钠至今还被应用于临床,是静脉麻醉的主要药物之一。
1955年,Sternbach合成了第一个苯二氮类药物氯氮,1959年,它被作为麻醉前用药用于临床。1959年,Sternbach合成地西泮。1976年,罗氏实验室合成了第一种水溶性的苯二氮类药物咪达唑仑,其半衰期短、遗忘作用强,成为麻醉领域应用最广泛的药物之一。1979年,苯二氮受体特异性拮抗剂氟马西尼被合成。
苯环己哌啶类药物最早在1958年被合成,即苯环己哌啶,但用于临床后发现其精神不良反应非常明显。氯胺酮是苯环己哌啶衍生物,于1962年由Stevens合成,在1970年开始推广临床使用,目前仍广泛应用于临床。
甾类激素在1927年就被发现具有催眠作用,1934年有报道认为甾类药物具有麻醉作用,但因其不能排除激素效应,未用于临床。1955年,Laubach报道羟孕酮几乎不会影响内分泌,一度被用于临床麻醉,但其诱导时间长,血栓性静脉炎发生率高,因而被淘汰。目前的甾类麻醉药有孕酮、孕二酮、阿法多龙、米那索龙等,其具有治疗指数大、安全范围大、机体清除迅速等优点,但由于其存在导致静脉炎和过敏反应发生率高、麻醉效能低等缺点,未能在临床得到广泛应用。
丙泊酚于1970年由Glen合成,随后他对其进行了临床研究。早期使用蓖麻油作为溶剂,但因存在导致注射痛和类过敏反应,未能在临床推广使用。1983年以脂肪乳作为溶剂的做法获得认可,该药物才正式应用于临床。由于丙泊酚独特的药理学特点,被麻醉医生广泛接受,使得静脉全麻的比例得以迅速增加,是目前临床最常用的静脉全麻药物。
依托咪酯出现在1973年,它常被用作静脉麻醉诱导药物使用,其心血管抑制作用轻微,常用于低血容量和严重心脏疾病患者,但经常导致肌肉痉挛。
早在1682年,Harvey发现血液循环的规律。1656年Wren利用动物膀胱和羽毛制成简易注射器,给犬注射吗啡使其意识消失。1662年首次成功在人体进行了静脉内的药物注射。1836年,法国人La Fargue发明了套筒针管。1844年,爱尔兰人Francis Rvnd发明了中空的金属针头。1853年,Alexander Wood对此进行改进并将之用于静脉注射给药。这些早期的研究发明为静脉全麻的发展奠定了技术基础。
早期的静脉全麻多是按照体重单次静脉注射给药,麻醉时间有限,药物在体内呈指数衰减,不能维持药物的有效浓度。后来进行改进,采用多次重复给药法,但重复给药后血药浓度波动较大,不良反应的发生率增加,且药物的血浆浓度与效应部位浓度不能达到令人满意的平衡状态,很难满足临床麻醉的需要。1968年,Kruger Theimer应用药代动力学模型,创立了以血浆药物浓度为目标进行静脉输注给药的新方法。这种方法很快被用于静脉麻醉,即将静脉麻醉药物按一定的量和速度以微泵静脉持续输入,以达到比较平稳的麻醉效果;但这种给药方法要达到稳态血浆浓度需要4~5个分布半衰期,使得麻醉诱导时间明显延长,并且很难根据患者的反应和手术刺激随时调整血药浓度。1983年,德国学者Schuttler和Schuilden首先应用微机辅助输液泵进行静脉麻醉,其给药方法被称为BET输注模式。1985年,Alvis根据芬太尼药代动力学模型,以血浆药物浓度为靶浓度设计出由计算机控制的静脉输注系统(computer assistant contnuous infusion system,CACI),该方法被证实能够维持有效、恒定的血浆药物浓度。CACI的概念在1997年被更名为靶控输注(target controlled infusion,TCI)。Shafe、Marsh和Kenny随后在此方面进行了大量研究,使TCI技术趋于成熟。近年来,研究者们正在研发运用反馈机制的自动调控静脉给药系统,以便进一步提高静脉麻醉的安全性和可控性。
3. 气管导管和气管插管技术及喉罩
18世纪,在溺水的患者复苏过程中就已经开始使用气管导管,这些导管是在非直视情况下插入气管的,而且也没有用于麻醉给药。William MacEwen是第一个使用经口气管插管实施麻醉的医生。Franz Kuhn改进了金属管道,使用盲探经口或鼻插管进行口腔部手术的麻醉。20世纪的最初10年,人们开始使用气管内直接插入导管的方法吹入麻醉药,这种方法使气体在连续的压力下进入体内,同时可以通过导管和气管壁之间的空隙呼出。1928年,Arthur Guede和Ralph M. Water建议采用带有套囊的气管导管,Gale及Water在1930年介绍了这种改进后的导管,它可以用于间歇正压通气及单肺通气。现在,气管插管技术已经是建立人工气道必备的技术手段,是实施全身麻醉的基本技术。喉罩已经成为困难气管管理必备的技术,喉罩由英格兰的A. J. Brain设计,商业化的产品于1983年面世。喉罩经过发展,已经由最初的普通喉罩,发展成插管喉罩、双腔喉罩等多种类型的喉罩。
4. 阿片类药物
阿片广义是指与鸦片有关的所有化合物。鸦片一词来源于opos,在希腊语中是“汁”的意思,是指从鸦片中提取的药物,包括天然产物吗啡、可待因等。1806年,Serturner从鸦片中分离出一种纯净的物质,并以希腊梦神Morpheus之名命名为“吗啡”。1937年,人们在合成阿托品样类似物时发现了哌替啶具有吗啡样的作用。芬太尼在1960年由Janssen合成。随后在1974年和1976年,他又分别合成了舒芬太尼和阿芬太尼,舒芬太尼是镇痛作用最强的阿片类药物。瑞芬太尼由葛兰素威康药厂在1991年合成,其作为超短效强效镇痛药物,已经被广泛应用于临床。
5. 肌肉松弛药物
1942年,Gfiきth和Johnson将箭毒作为肌松药运用于临床麻醉,解决了过去长久未能解决的麻醉过深而肌肉不松弛的问题。自箭毒被引进临床后,人们开发了大量肌松药,1947年开发了戈拉碘铵,但它对自主神经系统具有不良反应,这推动了对其他药物的研究。1949年,琥珀胆碱的神经肌肉阻断作用被认识发现,随后它被用于临床。此后,大约有50种肌松药被合成,但多数不甚理想。而1966年合成的泮库溴铵、1980年合成的维库溴铵、1991年合成的罗库溴铵则较为安全有效,被广泛应用于麻醉实践。
(二)局部麻醉
1. 局部麻醉药物的发明
1860年,Nieman发现了可卡因;1884年,Koller根据Freund的建议,证明可卡因滴入眼内可产生麻醉作用,可用于眼局部手术。此后,区域阻滞技术获得了飞速的发展,随着区域麻醉技术的成功运用,不断有新的局麻药问世。1905年,Alfred Einhorn合成了普鲁卡因,之后更长效的局麻药丁卡因问世。利多卡因则由Nils Lofgren和Lundguist于1943年合成,其具有毒性较低、作用时间适中的特点,至今还在广泛使用。1963年,布比哌卡因发明,但是其心血管毒性作用促使人们研发更新的局麻药。1996年,罗哌卡因问世,其长效特性为术后镇痛和产科麻醉提供了有力帮助。
2. 区域阻滞、蛛网膜下隙、硬膜外腔阻滞技术的发明
William Halsted和Alfred Hall发现将丁卡因注射到神经干周围会产生麻醉效果。他们也进行了臂丛阻滞,但都是通过手术暴露神经,然后再注射局麻药。1911年,G. Hirschel通过腋窝途径进行了第一例经皮肤的臂丛阻滞,该方法经过多次改进,至今仍是常用的方法。1970年,Alon P. Winnie介绍了斜角肌间臂丛阻滞的方法。此外,1909年,August Bier介绍了肢体区域镇痛的新方法,即今天被称为静脉区域麻醉的方法。
1898年,August Bier和他的助手August Hildebrandt将可卡因注射到蛛网膜下隙,为6例手术进行了蛛网膜下隙阻滞,并获得满意结果,他们的报道成为医学史上的经典文献。蛛网膜下隙阻滞推出多年后,人们开始了对其科学的研究,Arthur E. Barker确定了影响局麻药在蛛网下腔扩散的因素。Leroy Vandam和Robert Dripps证实脑脊液通过硬脊膜丢失是产生头痛的原因。
1901年,Jean Enthuse Sicard和Fernand Cathelin分别介绍了将可卡因注射到骶管裂孔的方法,从而成为硬膜外间隙阻滞的创始人。1921年,Fidel Pages介绍可以在任何节段硬膜外间隙进行普鲁卡因注射,方法是用钝性针头穿刺并注意观察和听针突破黄韧带的声音。1931年,Achille Mario Dongliotti对注射液在硬膜外或椎旁扩散的影响因素进行了大量研究,重要的革新是确定了如何判定进入硬膜外间隙,即突破黄韧带后注射器的压力锐减,这也是现在进行判定穿刺针是否进入硬膜外间隙的方法。
(三)其他相关技术
早在1797年就有人开始试行全身降温法。Walta于1862年,Simpson于1902年将乙醚麻醉动物降温至25℃,他们发现不继续施用麻醉也可进行手术。1905年,Bigelow、Swan等进行体表全身降温,阻断循环,进行心脏手术。1951年,Delorme及Boerema行血液循环降温法,以后低温及深低温配合体外循环被广泛应用于某些复杂的心内直视手术及其他手术。
控制性降压的作用,给某些外科手术创造了良好的手术野,并节约了输血量。1971年,Cushing首次阐明了麻醉期间控制性降压的优点,随后控制性降压技术得到不断充实,技术日趋完善。1946年,Gardner采用足背放血法降低血压,术毕用动脉输血法回升血压。1948年,Griffiths等试用高平面硬膜外阻滞降压法,控制出血效果较好。50年代初,多种短效神经节阻滞药问世,由于降压效果确切,一度颇受推崇,但由于其阻滞副交感神经可以产生多种并发症,现已经弃用。1962年以后,临床应用硝普钠实施降压,开启了控制性降压的新时代。由于其降压效果确切,可控性强,操作简单,目前仍是临床常用的方法。随后,腺苷、硝酸甘油、拉贝洛尔等相继用于降压,不同方法配合,使控制性降压更为安全。
19世纪的时候,麻醉医师在实施麻醉的时候,还没有考虑液体平衡的问题,由于没有静脉补给液体,对于外科手术导致的失血,麻醉医师无能为力。手术后输注液体的方法源自Emil Schwarz的实验性工作,他观察到盐水能挽救失血兔子的生命。Johann J. Bischoff则报道可使用盐水挽救大出血患者的生命。20世纪初的数十年里,手术期间通过胃肠道外途径补充液体还存在困难,多数患者接受从直肠补液,还可以进行口服补液或皮下注射给予补液,但是效率低,导致围手术期应用盐水的做法逐渐减少。1959年,G. Shires提出大手术期间细胞外液体会分布到第三间隙,围术期补充盐水再次开始被接受。
1900年,Karl Landsteincr描述了三种血型:A、B、O。2年后,A. V. Decastello描述了AB血型。1906年,George W. Crile第一次在溶血实验后进行了人体输血。1914年,Albert Hustin把枸橼酸钠加入血液中,阻止血液凝固。随着同种输血造成的感染增多,自体输血又得以重视,1970年,G. Klebanoあ介绍了一种一次性自体输血系统装置,并运用于临床实践。