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太空中如何安全的动手术?

一间全封闭的胶囊状透明舱中,一个人被牢牢束缚在手术台上,一动不动地躺着,各式各样的刀具在他的周围散发着森森冷光。两三个人走进舱中,慢慢向床上的人走去……就在他们拿起刀具的同时,忽然所有人都漂浮并翻滚起来,但他们毫不惊慌,因为为了这场太空中的囊肿切除手术,他们已准备多时。

太空病人真不少

我们一直有一个梦想,当地球无法再容纳人类生存的时候,我们能在茫茫宇宙中,找到第二个地球,但是直到如今我们还有很多基本的问题都没有解决,比如每个人都无法逃开的疾病问题。

与地球相比,太空的近真空、强辐射、微重力、大温差等环境的变化会给人类带来许多的健康问题。在失重的状态下,人们会“头重脚轻”,倒立或平躺在空中,此时人体中的一部分体液会倒流进胸部和头部,血液分布的不平衡会造成上半身浮肿,下半身萎缩。而由于缺乏与之对抗的重力,支撑人体的骨骼和肌肉组织也会萎缩,整个人就像脱水的鱼。宇航员在太空飞行的初期常会出现恶心、呕吐和胃部不适等症状,有些人还会因为血液倒流出现呼吸不畅、头面肿胀等症状。

虽然人类在太空变得脆弱了,但细菌却十分适应太空环境,它们在太空的生存率和感染性更强,美国宇航员弗雷德・海斯就有过肾脏感染经历。2017年,美国科罗拉多大学博尔德分校的研究人员与美国宇航局合作,在空间站中培养了一批大肠杆菌,观察它们的生存情况。结果发现,在太空中的大肠杆菌比地面的对照组生长速度更快,在同等条件下细胞的数目多了25%。

后来,研究人员又在培养皿中加入了抗生素,发现在太空中,大肠杆菌的耐药性也提高了,细胞数量比地面对照组增长了13倍,外膜增厚了25%~43%。研究人员认为,由于缺乏重力,太空中的细菌与抗生素等灭菌药物相互接触的表面积变小,抗生素的杀伤力降低。同时,细菌会通过增厚细胞壁和外膜来防御,并相互联结生长,这样外层细胞就可以保护内部的细胞,免于接触抗生素,这样细菌的耐药性就比在地球上提高了。因此,人类在太空中将更易被病菌感染,且需要摄入更多的药物才能杀灭病菌,这对细胞的伤害也加大了。

除了感染性疾病,其他疾病的发生率也可能提高。在肌肉萎缩、骨骼退化的情况下,即使进行简单的运动也变得不太安全,也许人们茶余饭后想走出太空舱,在满天繁星中来场浪漫的太空漫步,但一不小心就可能因跌跤导致骨折。而在没有大气层遮蔽宇宙射线的太空中,肿瘤和癌症等疾病也更易发生。

地球人在太空中患病的风险更大,到时候,我们的医疗水平能不能跟上病人数量的激增呢?

太空手术如何

为了解决上述问题,科学家们已开始探索太空医疗了。在太空中,药物治疗无疑是治病的首选方案,在空间站培育致病菌正是为了研究细菌在太空中的表现,寻找有效的抗菌药物。最近,还有医生使用抗凝药物帮助太空站的宇航员消除了颈部血栓的报道。但是总有一些疾病需要动手术,为了未来能做好太空手术,医生们已经在实验室做了很多场零重力模拟手术,而文章开头的那台手术正是第一场在真人身上进行的模拟手术。

为了模拟失重环境,飞机在3小时的飞行过程中需要在空中画出30个抛物线轨迹,乘客们就像在坐过山车,在机舱内起起落落,无法掌控身体平衡。病人被固定在手术台上,所有手术器械用强力磁铁吸挂在手术台的周围,而医生和助手则被绳子固定在滑轨上,且随时准备用手扶住墙或抓住扶手,以防四处漂移。当医生在接近病人或彼此间保持相对平衡时,就要抓紧时间进行手术。

由3名外科医生、2名麻醉师组成的医疗团队用了10分钟顺利切除了病人前臂中的一块脂肪瘤,期间遇到的最大问题是血液的喷溅。与地球上不同,伤口处流出的血液不会垂直落向地面,而是在伤口周围聚集,并随着飞机飞行方向的改变向手术室各处扩散。如果是在太空中,这些血珠也会先聚集在伤口处,遮挡医生的视线,随后会像人类一样漂浮在空中。最后,为了避免对视野造成干扰,一名医生被专门抽调出来,负责用真空机吸取空中的血珠。

为了更好地解决这个问题,美国卡内基梅隆大学的生物医学家詹姆斯・安塔基想出了一个好办法:在伤口上搭一个透明“帐篷”。安塔基在一场手臂大出血的模拟手术中尝试了这一方法,他在伤口处罩上了一个由一种弹性材料制成的透明小球,当手术刀在小球上划开一条缝时,材料的弹性能让小球迅速恢复原状,其原理与现在常见的真空轮胎相似。有了这层保护罩,血液就不会喷溅到空中,透明材料也不会遮挡视线。

如果需要动手术的位置在身体更深处,安塔基会借助腹腔镜的帮助。先在病人腰部划开几个1厘米的小切口,放入与专用监视器相连的微型摄像头。此时摄像机就变成了医生的眼睛,医生将特制的加长手术器械从切口处深入体内,对照着屏幕上的图像完成与正常手术同样的步骤。使用这个方法,医生只需在患者实施手术部位的四周开几个“钥匙孔”式的小孔,大大减小了血液喷溅和细菌感染的风险。

机器医生来帮忙

近年来,在中美等国家的各大医院的手术室中,逐渐出现了一些“新面孔”――机器人医生,它们已开始作为主刀医生参与了包括心脏外科、妇产科和泌尿科等多台手术。手术过程中,人类医生只需要负责调整参数和观摩监督。太空手术能不能也引进机器人医生呢?美国一个研究团队验证了机器人进行太空手术的可能性。

参与手术的机器人医生是由美国微创手术医师德米特里・欧尼可夫和谢恩・费瑞特共同制造的,它们的样子非常迷你,每个只有七八厘米高,大小与一支口红相近,靠小小的轮子在病人的伤口上滑行,适时操刀动手术。手术地点设在美国佛罗里达群岛的海平面以下18米处的一个类似潜水艇的研究舱中,这是为了模拟太空环境交通和通讯不便的情况,同时研究舱内部还会模拟太空失重状态。在为期九天的水下实验中,机器人医生在人类医生的语音遥控中完成了一台腹腔镜阑尾切除手术。

在手术中,机器人医生在欧尼可夫的指导下各司其职:其中一名口红大小的机器人通过腹腔镜管进入模拟患者体内,这个机器人具有可倾斜和平移的摄像头,可以在患者体内按要求移动;另一个机器人负责在体外打灯和录像,监控手术情况;配备有不同手术器具和缝合线的机器人轮番上阵;还有一位机器人装有切片设施,它需要在手术间隙对从病人身上取下的部分组织进行检查,为后续诊断和治疗提供依据。在多位“医生”的配合下,这台手术顺利完成了。

此外,美国亚拉巴马大学的胸外科医生罗伯特・瑟利夫在研制的可以吞入腹中的机器人医生,美国灵巧应用机器人公司研制的拍片、注射、切缝一体化的机器人医生等未来都可能成为独当一面的太空医生。到时候,我们就不用担心太空医院爆满,医疗资源供不应求了。

解决了太空医疗这个大问题,我们距离实现进军宇宙的梦想又近了一步。