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液態呼吸術的概念早在西元1962年時就已被提出，當時Kylstra(1)等人發現老鼠在6大氣壓的生理食鹽水中可以自由呼吸，並存活數小時。西元1965年，Clark等人更發現老鼠再一大氧氣壓下的一種氟碳液體(Fluorocarbon)— FC75中可以自由自在呼吸並存活得很好(2)，這個發現使得液態呼吸術的概念得以付諸實現，因此近年來許多研究人員紛紛使用這種氟碳化合物作液態呼吸術的研究。

全氟化合物(Perfluorochemicals)(3)

這種化合物的分子結構近似於碳水化合物，若將碳水化合物中與碳原子相接的水分子都以氟(flurine)原子取代即可產生全氟碳分子(Perfluorocarbons) , 這類的化合物統稱全氟化合物(Perfluorochemicals) (以下簡稱PFC)。

PFC是一種無色、無味的無毒液體，不溶於水或脂肪，對氧氣的溶解度是水的20倍。對二氧化碳的溶解度則是水的3倍。PFC的表面張力很低，目前被用來作液態呼吸術的PFC在體溫下比水揮發得快，表一是數種較常被用作液態呼吸術的PFC之特性(3)。

PFC的代謝主要是由肺部揮發掉；只有極少量的PFC會由肺吸收，吸收後PFC會藉由含脂肪的細胞膜帶至肝、脾或其他含脂肪的細胞中。這些PFC會再回到循環系統，並幾乎全由肺部揮發掉，只有極少量會由皮膚排出。PFC極俱生物惰性(biologically inert)，不會轉變成其他物質或代謝，因此是很安全的。目前PFC在生物醫學上的用途還包括顯影劑、血漿替代品和眼球水晶體替代品。因此使用在液態呼吸術上的安全性應可放心。

組織學檢查發現使用液態呼吸術治療的早產動物肺部傷害較少(包括減少玻璃膜狀病變的形成，減少呼吸道表皮細胞和末梢肺泡的傷害，以及肺泡殘渣清除率高等)(3-5)。一項在猴子身上的長時間研究也發現在使用液態呼吸術後3年，其肺功能仍是正常(6)。

液態呼吸術的原理

　　　液態呼吸術對表面張力素缺失的肺而言有其理論上的優點,可以提供較安全和有效的氣體交換。依據Laplace equation P=2T/r (P=打開肺泡所需壓力,T=表面張力,r=肺泡半徑),可以推測當表面張力減少時,肺泡會較易撐開,即便是很小的肺泡也可以在低壓力下維持撐開的狀態以進行氣體交換,因此減少了肺傷害（pressure-induced lung injury）的機會表面張力。此外,一個充滿液體的肺泡其[液氣介面](air-fluid interface)明顯減少,使得促使肺泡塌陷的表面張力作用減到最低。PFC本身是液體的特性也使它比氣體更容易均勻地分佈在肺的每個部份,使肺更易完全張開。而且因為氧氣和二氧化碳已溶在用來撐開肺泡的液體內,這液體本身可作為氣體交換的儲存袋(reservoir),因此更可直接促進氣體交換。此外,這液體也可以洗出肺內的異物（例如胎便）以及發炎反應引起的一些廢物(7) 。

液態呼吸術的技術

(1)全液態呼吸術(Total liquid ventilation或Tidal liquid

ventilation簡稱TLV)

西元1976年,美國費城Temple大學的Shaffer教授就已成功地將TLV使用在表面張力素缺乏的早產羊身上(9),其後也對此作了許多的研究。TLV需灌入全肺容積的PFC，隨後以機械或手動式的給予每分鐘4至6次的液體呼吸。圖二顯示可簡單的用重力來輔助使用(10)，圖三則是經由特殊設計的液體呼吸器(liquid ventilator)，可更精確的控制各項條件，並可回收與再使用PFC，其作用類似體外心肺循環機。這種液體呼吸器必須有主動吸與主動排液體的功能以減少呼吸功與控制吸排時間比(I/E ratio) (11)。

許多的動物實驗證實，在使用動物TLV治療後可以成功的恢復成氣體呼吸(gas ventilation)，並且存活而無長期的後遺症(5,6,12-16)

。這種發現促使研究人員提出以部分液態呼吸術(partial liquid ventilation)作為液態呼吸術的第一線用法(17-19)。

(2)部分液態呼吸術(Partial liquid ventilation或Perfluorocarbon-associated gas exchange，簡稱PLV或PAGE)

PLV的技術最早是在西元1991年由Fuhrman等人所提出(17)。使用PLV時需先灌入相當於肺功能性剩餘容積(Functional residual capacity，FRC)約每公斤20至30㏄的PFC至肺內，然後繼續使用氣體呼吸器給予通氣，此時呼吸器的設定(例如PIP, rate等)需要調低一點; 此外因PFC會揮發，需要每隔一段時間(約一小時)補充PFC。

PLV的優點包括了TLV的主要優點(均勻的分佈在肺中，使肺容積復原以及降低表面張力等)，而不需要特別的液體呼吸器(如圖四)。目前已有許多的表面張力素缺乏的動物實驗證明在使用PLV下,可有效地改善肺功能，並且明顯地優於單純使用傳統的機械式氣體呼吸(17，18)。

液態呼吸術的應用

由於早期研究PFC時，強調它的低表面張力，使得一開始將其臨床應用著重在表面張力素缺乏的新生兒上，因此成為這類病患使用氣體呼吸以外的另一選擇。實際上它除了可降低表面張力外，也可在使用較低的吸氣壓力下維持良好的氣體交換，清除呼吸道廢物，促使藥物在肺部吸收，並且可改善肺機械功能 (Lung mechanics)，而許多的動物實驗也證實液態呼吸術可以成功且有效地使用在各種不同病變引起的呼吸衰竭上(12-19)。

其他臨床上可能可以使用液態呼吸術的地方還很多，包括利用PFC來給藥、顯影、以及治療癌症或原發性肺病等(3,20)。此外也有研究顯示液態呼吸術可能可以應用在潛水或太空旅行上(13)。

液態呼吸術在人體上的經驗

早在西元1990年,Greenspan等人就曾提出液態呼吸術使用在3個極度早產兒的報告,當時使用的技術是TLV,雖然這三個病例都因原有太多併發症而死亡,但仍發現使用TLV後有肺彈性與氣體交換改善的現象,且死後的解剖也發現並沒有PFC積留在肺或肋膜腔內(10)。

西元1995年,Hirschl等人提出了以PLV使用在新生兒、孩童與成人,共19個需使用體外心肺循環機(ECMO)的案例報告,結果發現有11人(58 %)得以存活 ,且在追蹤2至12個月後沒有肺或其他臟器的後遺症。在使用的過程中,病人的氣體交換與肺彈性都有顯著的改善,其中的三人有氣胸的產生(21)。

西元1996年,Leach等人則提出了一個多醫學中心的PLV報告,對象是有嚴重呼吸衰竭,且臨床醫師評估死亡率極高的早產兒。他們使用PLV的時間為24至76小時間,所有的早產兒都成功地由PLV轉回單純的氣體呼吸器,在使用PLV後一小時,發現PaO2上升了138 % ,肺彈性(Dynamic compliance)上升了61 % ,而Oxygen Index則顯著地由平均49降至17,最後10人中有8人存活。在使用PLV的過程中則發現有一些需注意的不良反應 (氣管內管阻塞5人,偶發性缺氧2人,第四度腦室內出血1人)。這個研究報告告訴我們,對那些不被預期可以存活的呼吸衰竭早產兒而言,PLV很可能是另一線希望(22)。

其他在人體應用上的報告還包括西元1996年Gaugher等人所提出的以PLV成功地挽救6名小孩(8週至5歲半)的經驗(23),西元1996年Graver等人提出以PLV成功地使4名先天性橫膈膜疝氣(Congenital diaphragmatic hernia)的病人脫離ECMO的報告,後來有二人存活,而另二人則死於多器官衰竭與肺出血(24)。對使用PFC病人的胸部X光或電腦斷層攝影也有一些報告(18,25) 。

目前美國使用在人體的PFC是一種名叫Perflubron(Liquivent TM),C8F27Br (Alliance Pharmaceutical Corp., San Diego,CA,USA)的藥品,現在已進行到phase 2/3 trial。根據已從事液態呼吸術30餘年的Shaffer教授估計,目前在美國與加拿大計有約700名病人接受這項臨床試驗,我們期望在不久的將來可以得到更多更完整的報告,並從其中吸取經驗。

結論

　　 液態呼吸術可以在降低氣量傷害(Barotrauma)的情形下治療極嚴重的呼吸衰竭,並可直接且均勻地將藥劑帶到受傷害或失去功能的肺部。若能更進一步地証明它在人體使用上的療效、安全性,以及和其他治療方式的比較或合併使用,它極有可能成為臨床呼吸治療的明日之星。