編者按：我們釋出這篇來自2003年6月刊的故事，是因為一項關於此現象的新研究。
核心概念
我記得的最後一件事是冰冷的房間和不鏽鋼天花板。我即將接受開胸手術，美國每年約有50萬人有相同的經歷。在麻醉生效後，外科醫生在我的腹股溝做了切口，以便觸及我的股靜脈和股動脈。他們透過靜脈將一根稱為套管的管子插入右心房，這是我心臟內部的上腔室。這根管子，以及另一根連線到動脈的管子，連線到一個心肺旁路泵，也稱為泵式氧合器或心肺機。肝素阻止了我的血液在流經機器內部時凝結。當靜脈血透過氧合器時，它被冷卻以防止組織損傷。我的體溫降至25攝氏度（77華氏度）——深度低溫。外科醫生在我的主動脈中插入一個充氣夾以將其封閉。兩升冷的鉀溶液使我的心臟停止跳動，在接下來的兩個小時裡，機器接管了心臟的功能。在我的右乳房下方八英寸的切口使醫生能夠將攝像頭和器械穿過我的肋骨之間，然後修復我先天性心臟瓣膜缺陷。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
一週後我離開了醫院。切口癒合得很快，而且沒有疼痛。幾周後，我開始外出散步，速度很慢，但距離逐漸增加。一個月內我就回到了健身房。然而，在精神上，我感到有些茫然，有點脫節，有時甚至迷失方向。我很快了解到，醫生的警告“術後你可能會有一點抑鬱一段時間”並不能充分描述與似乎突然發作的、在51歲時出現的注意力缺陷障礙或初期老年痴呆症作鬥爭的漫長而令人困惑的過程。我漂泊在茫然的無人區，感到自己的情緒從抱怨到沮喪不等。我無法集中注意力來處理這個問題。我只是想能夠思考。思考任何事情。
當時我並不知道，但我患有所謂的“泵腦”，這是外科醫生之間對患者在連線心肺機進行開胸手術或（在我的情況下）瓣膜手術後似乎長期處於的愚笨狀態的一種非常貼切的稱呼。其他症狀包括零星的記憶力衰退、社交困難和性格變化。“泵腦”長期以來一直受到懷疑，這來自患者在手術後不久進行的測試的軼事和期刊報告。但直到最近，一項為期五年的關於搭橋手術患者的研究表明，在最初幾個月精神能力初步恢復後，病情往往會惡化並在多年後持續存在。每年在全世界範圍內為90萬例冠狀動脈搭橋手術提供救命氧氣的常見心肺機是否有問題？
機器的誕生
五十年前，費城傑斐遜醫學院的約翰·海舍姆·吉本（小約翰·海舍姆·吉本）使用心肺機成功完成了首例人體手術。他早在 1930 年代就開始研發這種裝置，當時他是哈佛醫學院的外科研究員。經過多年的動物試驗，並在 IBM 董事長小托馬斯·J·沃森和其他人士的工程建議和資助下，吉本解決了當時心臟手術的主要障礙——為醫生提供足夠的手術時間。
在吉本的泵投入使用之前，誘導或冷卻患者的身體以減緩新陳代謝和血液迴圈，使外科醫生有 15 分鐘的時間來完成他們的工作。時間再長，身體和大腦就會因缺氧而受損。吉本的機器將通常流向心臟和肺部的血液取出，進行氧合，然後透過主動脈泵回動脈系統。如今，泵的使用已經變得司空見慣。外科醫生進行了如此多的冠狀動脈搭橋術（或 CABG），以至於他們通常將它們稱為“捲心菜”。但在幾十年裡，這些手術的長期影響很少受到認真研究。
近年來，這種情況發生了變化。在2001 年《新英格蘭醫學雜誌》上，杜克大學醫學中心麻醉學系主任馬克·F·紐曼和他的同事發表了一篇文章，揭示即使在五年後，許多冠狀動脈搭橋手術患者仍然在嚴重的精神障礙中掙扎。
之前的研究只對受試者進行了長達六個月的跟蹤。“諸如‘細微’、‘短暫’和‘亞臨床’等形容詞已被用來描述 CABG 後發生的認知能力下降，但這些描述淡化了這些變化對臨床醫生、患者及其家屬的重要性，”文章總結道。紐曼補充道：“研究發表後的一個月，我們收到了 4,000 封來自搭橋手術患者的電子郵件。很多人很高興知道自己並沒有瘋。”
在該研究中，紐曼和他的小組對 261 名心臟搭橋手術患者進行了五項認知測試——短故事回憶、數字序列重複、視覺保留、數字與符號配對以及數字和字母系列連線——在住院前一週、手術後一週、六週後和六個月後。手術後，53% 的受試者無法達到他們之前的認知水平。六週後，36% 的人仍然受到影響，六個月後，這一數字降至 24%。
這些結果並沒有讓任何人感到驚訝。自一開始，文獻中就報道了涉及心肺機的手術後短期精神功能下降，這些下降通常被歸咎於手術帶來的總體創傷。然而，在第一輪測試五年後，紐曼的團隊再次對他們的受試者進行了檢查。他們中的一些人表現得與最初差不多，但 42% 的人表現如此糟糕，以至於他們再次被宣佈為認知障礙——即使在控制了年齡增長的情況下也是如此。
罪魁禍首是什麼？
儘管這個想法尚未得到證實，但心肺機是認知能力下降的嫌疑物件，原因有幾個。醫生推測，泵可能會透過改變血流或將微小的碎片——脂肪顆粒、血凝塊、氣泡——釋放到患者的血液中而造成損害。或者，紅細胞在透過機器的過程中可能會受損，從而失去向大腦和身體其他部位輸送足夠氧氣的能力。在吉本的原始設計中——經過改進後，該設計仍然經常使用——機器透過彎曲在連線到旋轉臂的滾輪周圍的管道泵送血液。當手臂以打蛋器的方式轉動時，滾輪將血液推過管道。
即使在今天的機器中，與管道的接觸也會損壞細胞，或者它們可能會被滾輪泵剪下或壓碎。在吉本的模型中，血液滴過金屬絲網以使其暴露於氧氣中。但是這種直接接觸常常導致吸收過多的氧氣，並導致氧中毒。氣泡也很常見，它們可能會在機器中流動，並在動脈中造成阻塞。為了最大限度地減少這兩個問題，研究人員最終開發了一種更接近肺部的裝置：透氣合成膜。
儘管進行了這些和其他改進——例如防止血細胞粘附在其上的聚乙烯醇管道、更溫和地處理細胞的離心泵、減少氣泡尺寸的氣體交換器以及更好的溫度控制——但一個棘手的問題仍然存在。整個系統和手術本身仍然會產生各種碎片。除了氣泡外，血細胞的凝結碎片、腐蝕的管道顆粒和動脈斑塊——統稱為栓塞——可能會透過泵和套管進入體內。泵的工作可能會鬆動碎片；當外科醫生夾緊主動脈以連線管道時，也可能會釋放出一些這些物質。如果由此產生的栓塞物被困在小血管中，它們可能會阻塞血液流動，類似於微型中風，使附近組織飢餓甚至死亡。
技術幾乎消除了這些栓塞中最大的部分。放置在機器中的編織聚合物線網可過濾掉血液中尺寸為 0.2 至 5.0 微米的顆粒。無縫線聯結器減少了對主動脈的操作，減少了可能進入血液的微粒。多普勒超聲檢測器搜尋遊離的微氣泡。如果它們確實出現，控制機器的專家（稱為灌注師）可以調整透過氣體交換器的血流。但是微栓塞——只有可檢測到的栓塞十分之一大小，每小時有 200 到 300 個——可能仍然會逃脫髮現，並可能損害身體或腦組織。
紐曼和其他人認為，手術期間的這些型別的異常可能會導致患者出現認知問題，但一些研究人員仍然持懷疑態度。例如，由沃爾夫岡·米爾格斯領導的德國維爾茨堡大學對 52 名搭橋手術患者進行的一項為期五年的研究（去年秋天發表在《神經病學》雜誌上）發現，與受試者的基線（術前）測試表現相比，認知能力基本上沒有“總體下降”。
儘管如此，外科醫生對該機器日益增長的擔憂導致了對其技術和操作改進的需求，以及對替代方案的 खोज。
離泵選項
一位外科醫生說，“跳動的心臟”或“離泵”冠狀動脈搭橋術可能看起來“就像在馬背上切割寶石”，但新的器械可以穩定馬匹，讓騎手工作。穩定器類似於帶有帶襯墊腳的蜘蛛腿，可透過真空吸力抓住心臟。雖然離泵手術可能不適合所有情況（在我的情況下就不是），但對於某些無法承受心肺機壓力的患者來說，這可能是一種選擇。根據外科醫生和醫院的不同，離泵手術現在佔心臟手術的 20% 到 80% 不等。[有關此替代手術的更多資訊，請參閱 Cornelius Borst 的“在跳動的心臟上進行手術”；《大眾科學》，2000 年 10 月。]
離泵手術似乎減少了較大栓塞的數量。在檀香山聖弗朗西斯醫院的 B. 傑森·鮑爾斯及其同事 2001 年對 40 名患者進行的一項研究中，多普勒超聲檢測到的栓塞平均只有 27 個，而在體外迴圈手術中平均為 1,766 個。然而，任何認知益處尚不清楚。其他研究也產生了不太明確——甚至相互矛盾——的結果。
專家表示，之前所有試圖確定哪種手術更好的嘗試都因參與者太少、設計或目標不同或評估認知質量方面存在揮之不去的複雜性（這些因素使得出有效結論變得困難）的研究而受阻。2007 年，美國退伍軍人事務部將完成一項耗資 1000 萬美元的廣泛調查，比較體外迴圈手術和離泵手術。該研究由科羅拉多大學健康科學中心外科主任弗雷德里克·L·格羅弗領導，正在監測 17 家退伍軍人事務部醫院的 2,200 名心臟病患者的認知結果。
考慮到離泵手術更便宜，並且患者可能更快準備好出院，現在是時候淘汰心肺機了嗎？沒有人準備好這麼說。心臟手術期間和緊隨其後發生的太多其他因素也可能是導致認知能力下降的參與者：炎症、缺氧（組織供氧不足）、血壓降低、心律不齊或體溫過高或過低。杜克大學麻醉學副教授希拉里·P·格羅科特發現，在冠狀動脈搭橋手術後的 24 小時內出現發燒的患者，在六週後更容易出現認知能力下降；沒有人確定發燒是導致功能障礙的原因還是其症狀。紐曼說，首要問題是“我們所做的事情中，哪一部分對圍手術期影響是重要的？如果不同的干預和改進能夠改變早期結果，我們認為我們可以[積極地]改變[認知]下降的斜率。”顯然，醫學界將繼續尋找更好的答案。
與此同時，我已經找到了應對的方法。我已經計劃了較短的工作時間。我經常散步，並在離目的地地鐵站很多街區的地方下車，以便導航遠路返回。我彈鋼琴來集中注意力。在我的瓣膜修復手術一年半多之後，我似乎正在恢復到我所知道的生活和智力。“泵腦”患者們，請振作起來：這篇文章是我寫的，不是嗎？