注射器的诞生：医生想象力的大胆实践

大美科学 2019-01-22

　　在救死扶伤的人类医疗史上，药物治疗是帮助身体对抗疾病的有效手段。但口服药物除了需要排除食物的干扰，还得等药物穿过肠胃上皮细胞，经过肝脏处理以后才能进入血液。所以很久以前，富有想象力的人类就开始寻找一种不用口服，直接将药物送进身体的器械。经历过无数次的失败和可怕的感染，最终他们想要寻找的器械——注射器诞生了。

　　无针之窘

　　注射器的工作原理并不复杂。通过前后推拉紧密嵌在注射管内的活塞芯杆，使注射器管前端的排放孔排出或吸入液、气体。提起活塞芯杆时液体或气体被吸入针筒，推入芯杆时液体或气体被挤出，这样的过程就称为“注射”。

　　注射器

　　为了引导流体进出注射筒，注射器的开口端通常安有皮下注射针头、喷嘴或管道。其中，针头刺破肉体时，患者的压迫和紧张感是治疗过程中的小小困扰，“打针”也是很多人童年时萦绕在心头的恐惧——但其实最恐惧的不是针头，而是没有针。注射器的英语“syringe”一词源自希腊语，意为“管”，最早的注射器就是只有活塞管而没有针头。

　　你有害怕打针的经历吗？

　　没有针头的岁月，治疗只能通过口服。正如《后汉书·华佗传》记载的那样：“若疾发结于内，针药所不能及者，乃令先以酒服麻沸散。”即我国“针灸”疗法不能抵达的体内顽疾，在需要动手术解决时，术前的准备不是“打麻药”而是“喝麻药”。这是在没有注射和输液技术的古时，医生们的解决之道。

　　图：凯尔苏斯（Aulus Cornelius Celsus），罗马百科全书编纂者。约生于公元前10年；卒年不详

　　而在欧洲，人们则找寻着一种将药物直接送入体内的方法。他们尝试过用沾满药物的木钩子、手术刀刺穿皮肤，把药物送进体内，失败的比例和感染的可能性之高可想而知。有关第一个活塞注射器的记载是在公元1世纪的罗马时期，凯尔苏斯（Aulus Cornelius Celsus）在他百科全书式的医药著作《药物学》中，最早提到使用注射器来治疗医学并发症。具体的治疗方法难以得知，但我们可以从中世纪的无针注射器的使用方法中一作窥探。

　　通过抽吸，治疗白内障。

　　公元9世纪，今天伊拉克一带的外科医生就已经开发出一种中空玻璃管注射器，通过抽吸作用去除病人眼中的白内障。这种看似恐怖的治疗方式一直被延续，直到公元13世纪的欧洲还在使用。

　　灌肠的球囊也多是采用动物的膀胱，

　　接上管子之后直接压力注入液体。

　　不过在中世纪欧洲的很长一段时间里，注射器更多时候的作用是被拿来灌肠。灌肠作为中世纪医疗和保健的主要手段之一，与“放血”疗法旗鼓相当，法国国王路易十四一生就曾灌肠2000多次。早期的灌肠工具是用动物膀胱做成球囊，连接管子以压力注入药液，草药、咖啡和醋，都是常见的灌肠液体。随后出现了灌肠专用的注射器，多为铜或玻璃制成。

　　中世纪灌肠

　　灌肠并非欧洲的专利。早在我国汉朝时期，医学家张仲景就在医学名著《伤寒论》中记载过以“灌肠”法治疗热病，泻热通便。灌肠的工具是采用小竹管装猪胆汁，导入患者体内，这种小竹管也可以看作是最早期的注射器。

　　而向血管抽取和输送药物需要注射器有更精细的针头。17世纪英国科学家克里斯托弗·雷恩用中空的鹅羽毛管连接动物膀胱，在狗身上做实验，为其注射了鸦片、酒精等药物进行观察，得出体内注射和口服一样有效，甚至比口服见效更快的结论，此后，德国在17世纪60年代曾掀起了静脉输液的热潮。

　　这张著名的人羊输血图想必许多人都见过。由于人羊输血反应严重，往往造成输血双方死亡，所以输血变成一种只针对绝症患者的没有选择的选择，而在输血前，这些绝症患者还要立下生死文书，如果出现输血死亡，也与医生无关——这倒也算是早期的知情同意书了。

　　少数先锋医生用中空的树枝或空心鸟骨头连接动物膀胱制成静脉注射工具，插入人体来尝试输血。这种大胆的尝试挽救过一些生命，却带来更多因为感染引起的致命并发症。因此在技术萌芽后不到十年，1670年的巴黎议会就颁布法令禁止医师为病人输血，动物膀胱注射技术也因此消失。

　　所以在上千年里，注射器都不得不面对无针的困境。动物膀胱、鸟骨头、中空树枝，这些想法在今天看来也是大胆前卫，但如果没有医生们的想象力和将想象力大胆实践的勇气，就没有注射器带来的高效用药时期。

　　上瘾之困

　　针，在古时中国的针灸治疗里早有出现。《山海经》里“有石如玉，可以为针”是关于针的最早记述。随着冶炼技术的发展，有了针对筋脉进行理疗的金属针，被俗称为“针经”的《灵枢经》即是专述微针治疗静脉的著作。

　　针灸

　　针灸用针

　　但这些针都是实心锻造，并不能起到注射引导的作用。直到1844年，爱尔兰医生弗朗西斯发明了空心针，并用它做了第一次有史记录的皮下注射，将治疗神经痛的镇静剂注入患者体内，才宣布了注射器的终端——皮下注射针头的姗姗来到。

　　注射用针头

　　用于皮下注射不同斜面的针头

　　医用针头诞生的十年以后，来自法国的医师查尔斯·普拉瓦兹和来自苏格兰的亚历山大·伍德合作，第一次将针头和针筒结合在一起，开发出一种医用的皮下注射器。他们研发的空心针头，按照为亚历山大·伍德的传记作者托马斯•布朗的描述来说，是将蜜蜂的尾刺作为模型，细到足以刺穿皮肤和血管进行静脉或肌肉注射。

　　亚历山大·伍德(1817-1884)

　　今天我们认为时年27岁的亚历山大·伍德(Alexander Wood)是现代注射器原型的发明者。因为注射器的发明，伍德于1858年被当选为爱丁堡皇家内科医学院院长；但也是由于注射器治疗过程中的副作用，这项发明改变了他与家人的人生。

　　虽然从一开始伍德就指出注射器在临床医学上未来将有更广泛应用，但这种新的皮下注射研制初期主要作用是给予神经痛的患者以吗啡和鸦片制剂，而伍德的妻子丽贝卡梅西恰恰是一个神经痛患者。彼时的人们对于吗啡成瘾还没有完全的认识，对于注射药物与口服药物的剂量比也还在探索之中。在使用静脉注射吗啡的“治疗”过程中，丽贝卡梅西不仅是第一个皮下注射器发明者的妻子，也成为静脉注射吗啡成瘾的第一个瘾君子。

　　注射器针筒上的刻度

　　亚历山大·伍德由此承受的生活之变无需赘述，所幸伤痛并没有打垮这位医师发明家。伍德反而从悲伤中吸取了注射过量的教训，为针筒加上了精确刻度，从此能方便精确控制用药，注射器的细节又一次在历史中得以完善。

　　正是因为有了刻度，注射器除了医疗领域，还可以有效用于非医疗领域。比如说，在实验室里测量、转移、注入流体；在烹饪时给肉类注入调味汁，或在烘焙蛋糕里注入果汁填充；其他应用场景包括给墨水管注入墨水，或给体型较小的婴儿期哺乳动物在人工饲养中的吮吸辅助等等。

　　用注射器给幼猫喂奶

　　在19世纪最后一年，也就是1899年的时候，来自纽约的发明家利蒂西亚·蒙福德·盖尔为被可以单手操作的注射器申请了一项专利：“一个圆柱体，一个活塞和一个操作杆的组合，终端的操作手柄中在手指的范围内，因此可以一只手握住并操作注射器。”这项专利成为了大多数现代医疗注射器的基础。

　　感染之痛

　　据世界卫生组织统计，大约90％的医用注射器用于给药，5％用于接种疫苗，5％用于其他用途（例如输血）。当人类发明出皮下空心针、精确了注射刻度，享受着皮下注射带来的方便高效时，却又迎来了潜藏在拐角的又一处风险。

　　这个风险就是人们尚未认识充分的，重复使用注射器的危险。1987年，世界卫生组织声明：注射时只换针头不换针筒是有可能引起感染的危险行为，但可怕的是在那之前的许多年里，批量注射场景如集体接种疫苗时的不安全注射行为时有发生：有的地区甚至连针头也不换，只简单酒精擦拭一下作为消毒，就进入到另一个人体。

　　老式注射器

　　随着诊疗技术的发展，越来越多的血源性传播疾病被证实和不安全注射有关，由于注射感染带来的疾病成为一大医疗风险。按照世界卫生组织的统计：光是2010年由于不安全注射，就有170万人感染乙肝病毒、31.5万人感染丙型肝炎、多达33800人感染了艾滋病毒。更不用说注射器发明初期到普遍适用的那个阶段里，有多少人因为针头刺入体内的治疗而与死神照面。

　　问题在时间和实践中被得以解决。在注射器专利出现的47年后，位于英格兰西米德兰兹郡的一家医药公司生产了第一款带可更换筒和柱塞的全玻璃注射器。这个产品的推出意味着可以对注射器进行组件的拆分归类，以适应大规模的灭菌消毒。消毒之后将干净的组件重新安装使用，无需刻意配对。同时，玻璃制成的注射器透明度良好，能方便看到筒内注射药物的情况。此后又出现了由玻璃管和金属两种材质并用制成的注射器，针筒可用煮沸法消毒，针头也可以磨尖再用和消毒。

　　老式的玻璃注射器

　　20世纪50年代，塑料工业的发展给医疗用具带来了新的生机。1949年，澳大利亚发明家查理斯·罗塞在他的阿德莱德工厂创建了世界上第一个塑料制品的一次性皮下注射器。这是一款由一种可以被加热消毒的塑料，名叫聚丙烯的塑料制成的成型注射器。

　　查理斯的产品一推出，就攻占了数以百万计的澳大利亚和出口医疗市场。他的同行，新西兰药剂师兼发明家科林·默顿紧跟其脚步，发明出一款一次性塑料注射器，于1956年被授予新西兰授予专利。1989年，强制减少注射事故与重复注射的自动一次性针头注射器被发明出来。这种注射器一旦被使用，针头与注射器即自动分离，无法再继续注射。这项发明由此大大减少了艾滋病和与药物有关的疾病的传播途径。

　　一次性塑料注射器

　　今天塑料的污染已经成为全球化的问题，但塑料确实给注射器的完善带来巨大的福音：塑料注射器不易损坏、便于回收、造价低廉、便于运输——最重要的是，一次性的注射器出现，大大减少了消毒不严格带来的血液传播疾病的风险——为了保证卫生，防止交叉感染，当代的注射器多采用塑料质地，用一次即抛弃，有力驱散了多年以来笼罩在医疗注射器头顶的乌云。

　　重返无针

　　至此，注射器的细节好像只剩下最后一个小小的烦恼：被针刺破皮肤的压迫和恐惧。于是关于注射器的想象力又一次插上了翅膀——如果注射器没有针头会怎么样？这个异想天开在2016年上映的科幻电影《星际迷航3》里就有展现：脾气古怪的麦考伊博士拒绝用针为病人注射药物，坚持要采用无针注射器的设备。

　　但梦想其实早就照进了现实。早在1966年，法国科学家们首次提出“无针注射器”的理念，经过反复论证之后加以实践，开启了想象力成为现实的探索之路。仅仅二十多年后，1992年，德国研制出世界上第一支无针高压注射器，获批专门用于胰岛素注射的治疗。

　　无针注射器

　　无针注射的原理是借助高压将超细的药物直接喷出注射到皮肤下，因为是极细，所以毫无痛感；因为注射原理的改变，药液在皮下呈弥散分布，不但起效时间更快，而且药物吸收率更高。实际上，它不但极大减轻了患者的痛苦，消除了多年以来“打针”的注射恐惧，还没有断针的突发情况、没有重复使用注射针头或针筒带来的感染、没用注射部位反复注射形成的硬结，更没有医疗垃圾需要处理，可以称得上是“医用注射技术的一次革命”——历经几千年，注射器好像兜了一圈，从“无针”又回到了“无针”，但其中的内容已经是天壤之别。

　　更有一种卡片型肾上腺素自动注射器，它设计成名片大小，方便装在口袋里。危急关头只要撕开绿色的保险，往大腿上一按，隔着衣服就可以完成注射。这些装置是用来对付严重过敏的，症状轻的过敏可能只会让人打喷嚏、流鼻涕或是皮肤发痒，但严重的过敏可导致呼吸困难、休克甚至危及生命。肾上腺素可以收缩血管、缓解支气管痉挛，第一时间缓解过敏症状。更常见的肾上腺素自动注射器是笔形的，它们被称为“EpiPen”。

　　在我国，不但有无针注射器的自主研发和生产，很多情况下注射器的使用也逐渐被其他器械所代替。比如说中国城市的医院里，基本上淘汰了以注射器抽血而改用负压式抽血。真空负压血管被制造成接近真空的负压环境，采血时只需把针头扎进血管，针管尾部插进采血管，血液就会被自动抽进血管里。负压采血法是一种聪明便捷的医学器械发明，不仅易于操作，避免了活塞双向活动操作不当引起的污染，还减少了抽出血液后的转移环节。