在过去的一个世纪里，曾经不可想象的心脏手术已经变得司空见惯。外科医生每天要移植数千次动脉、修复结构缺陷或移植整个心脏。

　　像这样的手术是可能的，因为医疗团队可以在手术中停止病人的心脏，用机器泵血，然后重新启动修复后的心脏。

　　这个通常被称为心肺搭桥的过程的发展，是科学和工程的一个胜利，它涉及的风险在今天是不可想象的。绝望的外科医生铤而走险，因为风险巨大：人们，通常是天生就有心脏缺陷的儿童，正在死去。外科医生知道，只要能进入心脏内部，他们就能挽救生命。

　　心肺旁路手术的发明显然是“现代医学的重要里程碑之一”，阿拉巴马大学伯明翰分校（University of Alabama at Birmingham）前心胸外科主任詹姆斯·k·柯克林（James K. Kirklin）博士说，他现在领导着从该校分离出来的一家公司。2022年，他在《美国心脏病学会杂志》（Journal of American College of Cardiology）上与人合写了一篇关于心肺旁路手术是如何发展起来的文章。

　　他说，这项工作涉及研究人员之间的“巨大合作”。驱使他们一起工作的动机“几乎是你能拥有的最纯粹的动机”——希望给面临死亡的孩子一个完整的生命前景。“我的意思是，谁不想在这种项目上合作呢？”

　　开始

　　心肺旁路手术的完整历史至少可以追溯到19世纪末，当时德国科学家学会了如何通过膜向血液中注入氧气。现代的故事可能要从小约翰·h·吉本博士（Dr. John H. Gibbon Jr.）开始。1931年，作为马萨诸塞州总医院（Massachusetts General Hospital）的研究助理，他被派去观察一位死于肺部血栓（肺栓塞）的妇女。她在一次紧急手术中死亡。

　　吉本后来讲述了“在病人身边的17个小时里，一个想法不断出现，如果病人扩张静脉中的一些蓝血可以不断地被抽到一个装置中，在那里血液可以吸收氧气并排出二氧化碳，然后将这些血液泵回病人的动脉，病人的危险状况就可以得到改善。”

　　同事们认为这是个坏主意。费城科学史研究所（Science History Institute of Philadelphia）援引吉本的妻子玛丽·“玛丽”·霍普金森·吉本（Mary“Mary”Hopkinson Gibbon）的话说：“总的印象是，对于一个聪明的年轻研究者来说，从事这样一项几乎不可能完成的任务，很可能是对时间和精力的巨大浪费。”她成了一个重要的合作者。

　　在第二次世界大战中服役后，吉本最终成为托马斯·j·沃森（Thomas J. Watson）的社交朋友，后者在IBM提供工程方面的帮助，吉本是IBM的董事长。由此产生的心肺装置被比作打卡机。

　　这场战争让外科医生认识到，与当时的传统观念相反，修复心脏是可能的。“基本上，二战前的理念是，你不可能在不给病人带来严重风险的情况下对心脏进行研究，”明尼阿波利斯明尼苏达大学（University of Minnesota）的外科教授保罗·a·亚伊佐（Paul a . Iaizzo）博士说。他领导着明尼苏达大学的看得见心脏实验室（Visible heart Laboratories）。

　　加拿大的威尔弗雷德·g·毕格罗（Wilfred G. Bigelow）医生一直在治疗士兵的冻伤，也是在这场战争中，他对体温过低的影响产生了兴趣，体温过低可以减缓人体的代谢率，减少对氧气的需求。在心肺机出现之前，一些早期的心脏手术是通过给病人降温来实现的，这给了外科医生一个短暂的手术窗口期。

　　20世纪50年代初，所有的谜团在明尼苏达州开始浮出水面。为了理解这些碎片有多么具有开创性，它有助于理解当时外科医生在相对原始的条件下工作。

　　“没有电脑或数字设备，”亚伊佐说，也没有电子传感器。用玻璃体温计记录体温。有人看着墙上的时钟，用手检查脉搏。为了诱导体温过低，病人被包裹在冰里，并被放在一种用来给马供水的金属槽里。麻醉是通过手抽袋子来控制的，有时是爆炸性的。

　　没有有效的除颤器，这使得冷却过程很危险。当心脏被加热时，它们会开始不规律地跳动。

　　除了在手术室外拍摄的静态胸部x光片外，医生们是在盲视下工作的；没有便携式x光机或其他成像设备。

　　Iaizzo说：“他们是一边走一边编的。”他补充说，考虑到这种情况有多么致命，医生们有正当的理由“特立独行”。

　　当旁路搭桥技术被用于病入膏肓的病人时，早期死亡率相应地很高。“最初的数字简直是灾难性的，”柯克林说。

　　但医生们一直在尝试。

　　失败再尝试

　　1952年，当时在费城托马斯·杰斐逊医学院（Thomas Jefferson Medical College）工作的吉本用心肺机给一个15个月大的婴儿做了手术，这个婴儿被认为患有房间隔缺损，即出生时心脏内有一个洞。诊断是错误的，孩子死了。

　　1953年5月6日，吉本再次尝试，这次是修复18岁的塞西莉亚·巴沃莱克的房间隔缺损。她被放置在心肺机上45分钟。手术成功了，吉本被认为是第一个使用机械心肺机成功进行心脏手术的人。

　　“这台机器并不是包治百病的灵丹妙药，”他在手术后的几天告诉《时代》杂志。但这是第一次，“有可能看到内心。这有点像把一口井弄干，然后在井底做一些工作。”

　　不幸的是，在四到六次尝试中，巴沃莱克是唯一的幸存者。当时，医生们对开胸手术能否成功持悲观态度。吉本停止了心脏手术，并把他的机器计划交给了明尼苏达州罗切斯特市梅奥诊所的一个小组。

　　“他是一位了不起的绅士，一位出色的胸外科医生，显然是一位创新者，但他主要对心脏手术不感兴趣，”柯克林说。

　　与此同时，在Iaizzo现在工作的大楼里，Owen Wangensteen医生经营着一个外科部门，他要求他的医生获得博士学位，Iaizzo说。它创造了一种重视创新的文化，在一个没有联邦政府监管医疗设备的时代，医生们有可能提出一个想法，“在实验室里做三到四个实验，然后上楼在人身上试验，”他说。

　　今天的法规提供了重要的安全措施，Iaizzo说。但那个时代优先考虑的是速度。

　　明尼苏达州的一位医生C. Walton Lillehei博士和他的同事们发明了一种叫做交叉循环的技术。当外科医生试图修复孩子的心脏时，血液将在年轻病人和成年人（通常是父母）之间输送。实际上，父母充当了孩子的心肺机。

　　1954年3月26日，该技术首次成功应用。这名13个月大的婴儿患有心室缺陷（心脏的一个下腔），11天后死于肺炎。但第二个孩子，一个3岁的孩子，有类似的缺陷，却活了64岁。

　　Lillehei将使用45次交叉循环；28名患者存活。Iaizzo说：“那些病人中有几个今天还活着。

　　但克林说，交叉流通也有限制。值得注意的是，它可能带来200%的死亡率——孩子和父母的死亡率。

　　因此，在罗切斯特，一个团队正在采用吉本的模型并对其进行改进。柯克林的父亲约翰·w·柯克林博士（Dr. John W. Kirklin）是这项工作的领导者之一。

　　实验成功后，梅奥团队获得了董事会的许可，尝试在八次手术中使用这台机器，即使前七次手术死亡。手术于1955年3月开始。

　　第一位患者是一名患有心室缺陷的5岁女孩，她活了下来。“总的来说，一半的病例存活了下来，这是相当惊人的，”柯克林说。这是世界上第一次成功的体外循环心脏直视手术。“然后事情就爆炸了。”

　　在这一点上，心肺旁路手术成功的部分原因在于参与手术的外科医生不是通才，Kirklin说。“沃尔特·利勒黑和我父亲确实是最早的两位心脏外科医生，在这个开创性的时期，他们的主要关注点是心脏本身。”因此，当外科医生开始那最初的八个病例时，“他们很清楚自己要做什么。”

　　Kirklin说，一旦成功的操作被证明，“就没有回头路了”。梅奥-吉本装置是20世纪50年代和60年代初使用最广泛的心肺机。

　　在明尼阿波利斯，交叉流通被废弃了。明尼苏达大学外科讲师理查德·德沃尔博士一直在研究一种心肺机器，这种机器使用聚氯乙烯管来防止血液中形成气泡。利勒黑是从一个从事食品行业的朋友那里了解到这种管子的，在那里它被用来制作蛋黄酱。

　　1955年5月进行了第一次手术。它的组装成本不到1000美元，其设计沿用了整个20世纪70年代。

　　“它真的改变了全世界的心脏手术，”Iaizzo说。

　　尽管其他许多人对心脏搭桥技术的发展做出了贡献，但毫无疑问，这些发展使明尼苏达州成为心脏直视手术的中心。在1955年和1956年，提供这种手术的地方只有明尼阿波利斯和罗切斯特两地相距约90英里。

　　德沃尔在2011年发表于《胸外科与心血管外科杂志》（Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery）的文章中说，这在一定程度上是因为研究人员之间的合作。“约翰·柯克林医生和利勒黑医生的团队就他们在心脏直视手术方面日益丰富的经验进行了自由交流。明尼阿波利斯团队的成员参观了梅奥诊所，梅奥诊所的工作人员也参观了明尼苏达大学的心脏直视手术项目。”

　　绕过今天

　　伍斯特市麻省大学陈医学院（UMass Chan Medical School）教授莱奥拉·巴尔萨姆（Leora Balsam）博士说，心脏手术从来不是“常规的”。她说，病人们“都指望你能确保他们走出困境，比开始时更好。”之后心脏还得重新跳动。”

　　但是现在，心肺搭桥手术非常普遍，Balsam，同时也是马萨诸塞纪念医疗中心心室辅助装置项目的外科主任，已经用它做了很多次手术，她都数不清了。“也许有几千人，”她估计。

　　每次手术，Balsam都会连接一根大管子，通常是在病人心脏的右上腔，用来泵出血液。然后旁路设备过滤二氧化碳并添加氧气。血液通过她连接的另一根管子回流，通常是病人的升主动脉，这是一条将血液从心脏输送到身体其他部位的大血管。

　　这台机器有一个热交换器，可以让她调节血液温度。所以在心脏停止跳动之前，她可以给病人降温，以限制他们心脏的代谢需求。

　　为了让心脏停止跳动，她切断了为心肌供血的动脉，然后注射了一种钾溶液来阻止心脏的电活动。然后，心脏变得静止不动，像电一样安静。不活跃的。“平淡无奇，”她说。

　　修复心脏可能需要不到一个小时，也可能需要几个小时。时间很重要。当血液循环时，血液成分会被稀释或粘在管子上。心脏停止跳动的时间越短越好。“如果心脏一开始就强壮，它就能忍受更多的时间。如果心脏虚弱，它就无法承受这么多。”

　　当修复完成后，她恢复了心脏动脉的正常血液流动，洗掉了钾溶液，重新唤醒了心跳。

　　巴尔萨姆说，随着时间的推移，这个过程变得越来越安全。她说，停止心脏跳动的液体的配方已经得到了改进，未来的进展可能在于制造出在泵送血液时对血液造成更小伤害的设备。

　　20世纪70年代，一种简化的心肺旁路手术被开发出来，称为ECMO，即体外膜氧合。它已被用于支持患有严重心肺并发症的患者。

　　Kirklin说，与其他复杂的医学突破一样，心肺旁路手术的存在是由于“机会、意外发现、技术和准备导致了成功”。

　　但他赞同巴尔萨姆的说法，即即使这些机器把曾经不可能的事情变成了日常发生的事情，心脏手术也很难成为常规。“从病人和公众的角度来看，这应该是例行公事，”他说，“而不是那些对结果负责的人。”

　　柯克林将其比作驾驶喷气式飞机或将宇航员送入太空。“仅仅因为他们做到了安全，并不意味着这很容易。”