太空中如何安全的動手術?


太空中如何安全的動手術?的頭圖

太空中如何安全的動手術?

一間全封閉的膠囊狀透明艙中,一個人被牢牢束縛在手術台上,一動不動地躺著,各式各樣的刀具在他的周圍散發著森森冷光。兩三個人走進艙中,慢慢向床上的人走去……就在他們拿起刀具的同時,忽然所有人都漂浮並翻滾起來,但他們毫不驚慌,因為為了這場太空中的囊腫切除手術,他們已準備多時。

太空病人真不少

我們一直有一個夢想,當地球無法再容納人類生存的時候,我們能在茫茫宇宙中,找到第二個地球,但是直到如今我們還有很多基本的問題都沒有解決,比如每個人都無法逃開的疾病問題。

與地球相比,太空的近真空、強輻射、微重力、大溫差等環境的變化會給人類帶來許多的健康問題。在失重的狀態下,人們會“頭重腳輕”,倒立或平躺在空中,此時人體中的一部分體液會倒流進胸部和頭部,血液分佈的不平衡會造成上半身浮腫,下半身萎縮。而由於缺乏與之對抗的重力,支撐人體的骨骼和肌肉組織也會萎縮,整個人就像脫水的魚。宇航員在太空飛行的初期常會出現噁心、嘔吐和胃部不適等症狀,有些人還會因為血液倒流出現呼吸不暢、頭面腫脹等症狀。

雖然人類在太空變得脆弱了,但細菌卻十分適應太空環境,它們在太空的生存率和感染性更強,美國宇航員弗雷德·海斯就有過腎臟感染經歷。 2017年,美國科羅拉多大學博爾德分校的研究人員與美國宇航局合作,在空間站中培養了一批大腸桿菌,觀察它們的生存情況。結果發現,在太空中的大腸桿菌比地面的對照組生長速度更快,在同等條件下細胞的數目多了25%。

後來,研究人員又在培養皿中加入了抗生素,發現在太空中,大腸桿菌的耐藥性也提高了,細胞數量比地面對照組增長了13倍,外膜增厚了25%~43%。研究人員認為,由於缺乏重力,太空中的細菌與抗生素等滅菌藥物相互接觸的表面積變小,抗生素的殺傷力降低。同時,細菌會通過增厚細胞壁和外膜來防禦,並相互聯結生長,這樣外層細胞就可以保護內部的細胞,免於接觸抗生素,這樣細菌的耐藥性就比在地球上提高了。因此,人類在太空中將更易被病菌感染,且需要攝入更多的藥物才能殺滅病菌,這對細胞的傷害也加大了。

除了感染性疾病,其他疾病的發生率也可能提高。在肌肉萎縮、骨骼退化的情況下,即使進行簡單的運動也變得不太安全,也許人們茶餘飯後想走出太空艙,在滿天繁星中來場浪漫的太空漫步,但一不小心就可能因跌跤導致骨折。而在沒有大氣層遮蔽宇宙射線的太空中,腫瘤和癌症等疾病也更易發生。

地球人在太空中患病的風險更大,到時候,我們的醫療水平能不能跟上病人數量的激增呢?

太空手術如何做

為了解決上述問題,科學家們已開始探索太空醫療了。在太空中,藥物治療無疑是治病的首選方案,在空間站培育致病菌正是為了研究細菌在太空中的表現,尋找有效的抗菌藥物。最近,還有醫生使用抗凝藥物幫助太空站的宇航員消除了頸部血栓的報導。但是總有一些疾病需要動手術,為了未來能做好太空手術,醫生們已經在實驗室做了很多場零重力模擬手術,而文章開頭的那台手術正是第一場在真人身上進行的模擬手術。

為了模擬失重環境,飛機在3小時的飛行過程中需要在空中畫出30個拋物線軌跡,乘客們就像在坐過山車,在機艙內起起落落,無法掌控身體平衡。病人被固定在手術台上,所有手術器械用強力磁鐵吸掛在手術台的周圍,而醫生和助手則被繩子固定在滑軌上,且隨時準備用手扶住牆或抓住扶手,以防四處漂移。當醫生在接近病人或彼此間保持相對平衡時,就要抓緊時間進行手術。

由3名外科醫生、2名麻醉師組成的醫療團隊用了10分鐘順利切除了病人前臂中的一塊脂肪瘤,期間遇到的最大問題是血液的噴濺。與地球上不同,傷口處流出的血液不會垂直落向地面,而是在傷口周圍聚集,並隨著飛機飛行方向的改變向手術室各處擴散。如果是在太空中,這些血珠也會先聚集在傷口處,遮擋醫生的視線,隨後會像人類一樣漂浮在空中。最後,為了避免對視野造成乾擾,一名醫生被專門抽調出來,負責用真空機吸取空中的血珠。

為了更好地解決這個問題,美國卡內基梅隆大學的生物醫學家詹姆斯·安塔基想出了一個好辦法:在傷口上搭一個透明“帳篷”。安塔基在一場手臂大出血的模擬手術中嘗試了這一方法,他在傷口處罩上了一個由一種彈性材料製成的透明小球,當手術刀在小球上劃開一條縫時,材料的彈性能讓小球迅速恢復原狀,其原理與現在常見的真空輪胎相似。有了這層保護罩,血液就不會噴濺到空中,透明材料也不會遮擋視線。

如果需要動手術的位置在身體更深處,安塔基會藉助腹腔鏡的幫助。先在病人腰部劃開幾個1厘米的小切口,放入與專用監視器相連的微型攝像頭。此時攝像機就變成了醫生的眼睛,醫生將特製的加長手術器械從切口處深入體內,對照著屏幕上的圖像完成與正常手術同樣的步驟。使用這個方法,醫生只需在患者實施手術部位的四周開幾個“鑰匙孔”式的小孔,大大減小了血液噴濺和細菌感染的風險。

機器醫生來幫忙

近年來,在中美等國家的各大醫院的手術室中,逐漸出現了一些“新面孔”——機器人醫生,它們已開始作為主刀醫生參與了包括心臟外科、婦產科和泌尿科等多台手術。手術過程中,人類醫生只需要負責調整參數和觀摩監督。太空手術能不能也引進機器人醫生呢?美國一個研究團隊驗證了機器人進行太空手術的可能性。

參與手術的機器人醫生是由美國微創手術醫師德米特里·歐尼可夫和謝恩·費瑞特共同製造的,它們的樣子非常迷你,每個只有七八厘米高,大小與一支口紅相近,靠小小的輪子在病人的傷口上滑行,適時操刀動手術。手術地點設在美國佛羅里達群島的海平面以下18米處的一個類似潛水艇的研究艙中,這是為了模擬太空環境交通和通訊不便的情況,同時研究艙內部還會模擬太空失重狀態。在為期九天的水下實驗中,機器人醫生在人類醫生的語音遙控中完成了一台腹腔鏡闌尾切除手術。

在手術中,機器人醫生在歐尼可夫的指導下各司其職:其中一名口紅大小的機器人通過腹腔鏡管進入模擬患者體內,這個機器人具有可傾斜和平移的攝像頭,可以在患者體內按要求移動;另一個機器人負責在體外打燈和錄像,監控手術情況;配備有不同手術器具和縫合線的機器人輪番上陣;還有一位機器人裝有切片設施,它需要在手術間隙對從病人身上取下的部分組織進行檢查,為後續診斷和治療提供依據。在多位“醫生”的配合下,這台手術順利完成了。

此外,美國亞拉巴馬大學的胸外科醫生羅伯特·瑟利夫在研製的可以吞入腹中的機器人醫生,美國靈巧應用機器人公司研製的拍片、注射、切縫一體化的機器人醫生等未來都可能成為獨當一面的太空醫生。到時候,我們就不用擔心太空醫院爆滿,醫療資源供不應求了。

解決了太空醫療這個大問題,我們距離實現進軍宇宙的夢想又近了一步。