本文来自微信民众号：万物科学说明书（ID：gh_6b77cf04c1d0），作者：万物，题图来自IC photo

随着全球新冠肺炎确诊病例突破100万，各国呼吸机严重匮乏的新闻不绝于耳。

那么，为什么需要呼吸机？呼吸机的焦点原理是什么？全球呼吸机欠缺有多严重？跨界制造业大佬能否实时填补呼吸机产能？这篇文章我们就来看看有关呼吸机的一切。 

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首先，为什么需要呼吸机？ 

作为一种急性呼吸道流行症，新冠肺炎的主要靶向的器官，就是我们的呼吸中枢——肺。当病毒感染加重时，人体免疫流动也会加倍猛烈。肺部血管的通透性随之增添，以便更多的免疫细胞和化学因子进入肺部组织。

然而，这个历程也会导致大量液体从血管进入肺组织，从而增添呼吸阻力。当这种情形加剧时，患者就会泛起呼吸困难，甚至呼吸衰竭。

新冠病毒（图源：NIAID-RML）

一旦发生急性呼吸衰竭，患者会在几分钟之内殒命。以是，对于遭遇呼吸衰竭的病人来说，呼吸机就是救命机。固然，呼吸机并不能治疗新冠肺炎，它的作用只是暂时所有或者部门接替病人的自主呼吸功效，为患者免疫系统赢得名贵的时间。

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了解了呼吸机的重要性，我们再来看呼吸机若何事情。

正常情形下，人体依赖胸腔体积转变造成的压力差举行呼吸。当我们吸气时，膈肌缩短，横膈膜向下移动；同时肋间外肌缩短，肋骨上移。这两个动作导致胸腔体积增大，内部气压小于空气压力，于是气体从高气压流向低气压，发生吸气。反之，发生呼气。

呼吸的关键在于压力差（图源：wiki）

这个动作以每分钟12~20次的速率周而复始，就发生了我们正常的呼吸。现在你可以深呼吸一下，感受大自然赋予我们的这个神奇而美妙的功效。

简而言之，呼吸的关键在于气压差。当人体的自主呼吸遇到问题，无法提供这种气压差的时刻，呼吸机就派上了用场。

现代呼吸机从气体供应方式上可以分为三种：第一种是由墙壁氧气管道或者钢瓶发生的高压氧气提供气压；第二种是非高压的墙壁氧气，经由压缩机提供所需的气压；第三种方式是，用涡轮机将室内空气鼓入，发生所需的气压。

这三种方式都是正压通气，基本原理都类似于吹气球，只是气体压力泉源差别。

固然，呼吸机除了提供一定压力的氧气混合气体之外，还需要控温和加湿装备，以及若干传感器，监测吸入以及呼出气体的压力，温度，湿度等各项指标。

凭据使用方式的差别，呼吸机又分为无创呼吸机和有创呼吸机。无创呼吸机使用氧气面罩，而有创呼吸机必须使用气管插管，或者气管切开。

这是一个正压通气呼吸机的原理图（图源：accessmedicine）

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了解了呼吸机的原理，我们进一步来看，全球呼吸机匮乏到底有多严重。

事实上，要客观评估全球呼吸机的缺口并不容易。首先我们需要知道各个国家呼吸机的保有量，呼吸机的地域漫衍，可以用于新冠肺炎救治的呼吸机数目，确诊患者中需要呼吸机治疗的比例，呼吸机的周转时间，以及呼吸机的补给速率与病例增长速率。

先来看美国。

在天下所有的国家里，美国在ICU领域的家底是最厚的。下面这张图就是强有力的佐证。美国每10万人的ICU床位为34.7张，居全球之首。大约是意大利的3倍，英国的6倍，中国的10倍。

全球各国ICU床位漫衍（图源：statista）

同时，美国呼吸机的保有量也是全球第一。凭据美国医院协会2009年的一项观察，美国有62000台现役全功效呼吸机。除此之外，不少医院还保留着大量老式呼吸机，总量有98738台。再加上国家战略贮备的12000台，美国呼吸机的保有量在17万台以上。

单看这个保有量，美国呼吸机欠缺问题似乎并不严重。

然则需要注重的是，美国ICU的占有率通常在60%~70%之间，若是凭据这个比例算，能够投入到新冠肺炎治疗的呼吸机可能只有4成。云云算来，美国应该大约有7万台呼吸机可以用于新冠肺炎的救治。

但这仍然是个理想模子。由于美国各州的疫情严重水平差异很大。以疫情最为严重的纽约州为例，现在纽约州的确诊病例已经跨越11万。

凭据纽约州州长科莫此前的转达，纽约州确诊的新冠肺炎患者中，有12%接受住院治疗，3%进入ICU治疗。若是假定所有进入ICU的患者，都需要呼吸支持，那么纽约州至少需要3000多台呼吸机。

而凭据州长科莫的先容，纽约州的呼吸机保有量为7000台。若是其中4成用于新冠肺炎的救治，那么现在纽约州的呼吸机已经求助。幸亏昨天，纽约州收到了中国的1000台呼吸机捐赠。

最近异常火爆的州长科莫（图源：纽约州官网）

到这里，我们还只思量了存量患者的呼吸机需求量。此前帝国理工大学的研究人员预估，若是不接纳任何干预措施，美国因新冠肺炎殒命的人数将到达220万。

近期，美国白宫凭据帝国理工大学的模子，并连系全球其他展望模子得出：若是美国严酷实行隔离和预防措施，那么预计到7月尾，美国将有10~20万人死于新冠肺炎。

白宫的展望模子（图源：white house）

也就是说，即便美国有全球最高的呼吸机保有量，面临发作的疫情，也仍然力有未逮。

固然，这里我们并没有盘算呼吸机的周转时间。若是思量这个因素的话，呼吸机的现实缺口数据将是一个重大的数学问题。问题的关键是能否将曲线拉平，若是能压平，将极大缓解呼吸机的挤兑征象。若是不能，就需要短期内提高呼吸机的供给量。

准确盘算呼吸机的缺口数目是个重大的数学问题（图源：twitter）

现在，美国临床专家已经最先着手制订指南，以便在呼吸机紧缺的状态下，指导医疗若何做取舍。

相比家底雄厚的美国，其他国家的状态就更不乐观了。

数据显示，英国NHS的呼吸机保有量仅为8000台，若是这些呼吸机中有4成可以投入新冠肺炎患者的救治，那么可用的呼吸机将有3000多台。以现在英国靠近5万的确诊量来看，呼吸机也异常紧缺。NHS展望，英国呼吸机的需求量将到达3万台。

再看欧洲疫情的风眼意大利。由于呼吸机和医院床位的缺乏，意大利医生不得不优先治疗更年轻的患者。

呼吸机的紧缺，也造成价钱水涨船高。BBC报道称，在英国，某款呼吸机的价钱从27000美金飞涨到96000美金。

而在更多的情形下，高价也无法买到呼吸机。

以色列摩萨德情报部门称，各国都在行使一切设施抢购有限的呼吸机。现在，摩萨德已经通过种种渠道从外洋购买了25,000个N95呼吸面罩，20,000份病毒检测工具包，1,000万个外科口罩以及27台呼吸机。本周三，还将有160台呼吸机被运送到以色列。

这是一条一言难尽的谈论（图源：twitter）

呼吸机抢购潮中，除了政府机构之外，另有不少顶级富豪。《莫斯科时报》报道称，一位俄罗斯顶级富豪，在莫斯科郊野的豪华别墅内搭建了暂且诊所，并配备了呼吸机，以备不时之需。

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了解了呼吸机的欠缺情形之后，我们再来看呼吸机的产能。

呼吸机作为一种生命支持装备，在医院的基础设置中，并不属于大量配备的产物。比如在我国，1000张床位的医院，呼吸机的装备数目大概在50台左右。

同时，由于呼吸机的寿命相对较长，一样平常可以使用7~8年。以是常态下，全球呼吸机的年产能并不大。全球最顶尖的呼吸机制造商月产能普遍都在1000台以内，美国本土呼吸机厂商年产能在5万台左右。

随着呼吸机的欠缺，各个呼吸机厂商都在起劲扩增产能。然则产能的扩增也遇到了不少问题。

首先是配件欠缺的问题。一台呼吸机大约有400个左右的配件，供应链遍布全球，受疫情影响，现在焦点配件仍然处于欠缺状态。此外，大部门厂商的呼吸机装配依赖人工，而熟练的装配工现在也异常缺乏。

全球主要ICU呼吸机生产厂商（图源：wiki）

在呼吸机厂商产能提升有限的情形下，其他制造业厂商也加入了制造呼吸机的雄师。

以英国为例。英国本土只有几家小型的呼吸机生产厂商，产能异常有限。现在这些公司正在和其他制造业的同伴互助，以提供产能。同时，英国政府向戴森订购了10000台呼吸机。

戴森拥有异常先进的家用电器生产线，但从没生产过呼吸机。不外戴森不是孤军助战，他们正在和位于剑桥的一家高科技医疗装备公司互助，开发能够快速量产的呼吸机。现在戴森已经完成了原型机的设计，正在守候监管部门的审批。

在这方面，美国的步子更大。

3月27日，特朗普宣布启动战时生产允许，督促福特和通用汽车两大厂商加紧制造呼吸机。

特朗普宣布启动战时生产允许（图源：white house）

让汽车制造商生产呼吸机并不是病急乱投医。事实上，由于汽车制造业可能是地球上最重大的制造业之一，具有在短时间内批量生产高科技装备的可靠能力。历史上，汽车制造商也曾若干次成为急先锋，立下汗马功劳。以福特汽车为例，二战时代就应急生产过战斗机。

为了向1970年阿波罗13号太空设计致敬，福特和互助同伴一起，将这项呼吸机突击项目命名为“阿波罗设计”。

对于汽车制造业来说，制造呼吸机在技术上并不是难事。究竟一辆汽车的零部件在3000个左右，而一台呼吸机的零部件则有400个左右。

通用汽车正在和互助同伴加紧开发呼吸机（图源：《华盛顿邮报》）

同时，福特并不是从零做起，互助同伴GE医疗已经向福特派出了专家团队。而福特要生产的呼吸机专利则来自于佛罗里达一家小型私人公司Airon。这家公司专门从事高科技气动生命支持产物的研发，以往天天只能产出1~2台呼吸机。

Airon的呼吸机相对传统ICU呼吸机，结构更简朴，量产速率也将更快。不外对于这种呼吸机是否能知足新冠肺炎患者救治的需求，部门医生示意了一定的担忧。

对于这个问题，Airon公司的回应是，现在没有研究解释哪一种特定呼吸机对于新冠肺炎的救治更有利，Airon公司的产物知足FDA现在对呼吸机的需求。

凭据《华盛顿邮报》的报道，现在，福特的事情人员已经扫描了呼吸机的300多个零件，并通过盘算机模拟，试图找到最有用的组装方式。

同时，福特行使其重大的汽车零配件供应商网络，要求他们生产呼吸机所需的零部件。他们的第一台原型机可能在本周初下线。

福特和GE医疗设计到本月尾生产1500台呼吸机，在7月4日前生产5万台呼吸机。而7月初以后，他们的产能可以到达每月3万台。

福特汽车生产呼吸机时间表（图源：福特官网）

虽然汽车企业正在以最快的速率生产呼吸机，然则美国不少专家照样担忧，这些呼吸机的供应可能追不上疫情伸张的速率。

华盛顿大学的专家评估，到四月中旬的岑岭时期，美国将需要弥补32000台呼吸机，现在政府的库存仅有10000台。而到了到6月1日，美国的呼吸机需求将降至2,000。

除了这些正规军之外，若干民间组织也都在用自己的气力提供开源的，原材料易于获取的浅易呼吸机。在GITHUB网站上，就可以看到林林总总的开源呼吸机。

不外，这些开源呼吸机或许抚慰的意义更大，面临汹涌而来的病人，很少有医疗机构能够将这些产物批量用在临床上。

一种开源的浅易呼吸机（图源：bbc）

总体说来，发达国家都在想尽种种设施解决呼吸机欠缺的问题。而这个天下现在真正最严重的问题可能依然在冰川下。

比如以菲律宾为例，一个人口跨越1亿的国家，呼吸机的保有量只有1263台。另外另有医疗资源极端穷困的非洲区域，若是这些国家和区域发作大规模的疫情，那么效果将是异常灾难性的。

希望那些饱受疫情糟蹋的国家，能挺过来~

本文来自微信民众号：万物科学说明书（ID：gh_6b77cf04c1d0），作者：万物