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太空中手术零重力环境下风险陡增

发布日期:2017年07月31日   文章来源:新浪网   作者:

  据国外媒体报道,直到现在,马蒂厄·科莫罗夫斯基(Matthieu Komorowski)还一直希望能成为一名宇航员。这位出生在法国的麻醉科医师在伦敦帝国学院获得了博士学位,并在2008年向欧洲空间局(ESA)提出了申请。不过,他很清楚自己被选中的机会很渺茫。“基本上,作为一名住院医师,我在筛选中不会走得太远,”科莫罗夫斯基说,“但我一直在努力提高自己的技术。”

  科莫罗夫斯基所说的,便是为外科手术执行麻醉的技术。在阅读了有关太空医学的文献之后,科莫罗夫斯基发现,这些技术可能要比原先预想的更为重要。在涉及到宇航员安全和健康的所有问题中,创伤性损伤是最令人担忧的问题之一,对太空任务有着最大的潜在影响,而且更糟糕的是,人们对这个问题的了解是最少的。

  之所以如此,部分是因为这类问题还从未发生过。过去几十年,在阿波罗登月、和平号空间站、太空实验室计划、航天飞机和国际空间站等任务中,宇航员经历了许多医学上的问题和关切,当然也曾经发生过致命的灾难,但没有一位宇航员受到过严重的创伤性损伤,或者需要在太空中进行手术。不过,如果人类试图继续在低地轨道之外展开太空探险,并不断向外拓展,比如前往火星,那终将会出现人员受伤的情况。2002年,欧洲空间局的一份报告中提到太空任务中出现严重医学问题的概率为每年0.06人次。正如科莫罗夫斯基在2016年发表的一篇期刊论文中指出的,对于一个前往火星的6人团队来说,在900天的任务期内,几乎可以确定会发生一次重大的紧急事故。

  最坏的情况比如宇航员到宇宙飞船外部维修某个沉重的设备,突然间设备失去控制,撞伤宇航员的手臂或大腿;宇航员可能会暴露在真空中,但最终努力回到飞船内,但已经出现脱水、部分冻伤、严重失血和昏迷等情况。最后的结果取决于这名宇航员是在地球附近的轨道上,还是在遥远的行星际空间——以及飞船上有哪些装备。

  美国航空航天局(NASA)似乎还没有在短时间内飞向火星的打算,但包括(Elon Musk)在内的一些人,已经宣称最快可以在这个十年的尾声时展开前往火星的任务。在2016年9月于墨西哥瓜达拉哈拉举行的国际天文学大会上,马斯克描述了他的火星任务计划,现在看来,这一计划应该要推迟或缩小规模了。不过,马斯克仍然表示SpaceX不会停下脚步。

  在7月19日于华盛顿特区举行的国际空间站研究和发展会议上,马斯克说:“如果安全是你的头等目标,那就不要去火星。”没错,太空是不安全的。即使能够抵挡致命的宇宙辐射,你还必须担心失重状态下出现肌肉萎缩和骨质疏松的问题。此外,由于长期隔绝在有限的空间中,人还会面临可能长期存在的风险——“精神代偿失调”(psychiatric decompensation),这是NASA对严重失去理智行为的说法。

  在太空中长期生活还会使你的身体在许多方面出现变化,而这一切会导致外伤性损伤的后果更加严重。你的循环血液总量和红细胞数量会下降;你的血管不再收缩和扩张;一系列心血管问题会积累起来,最后的结果就如同在地球上出现了严重失血——而这都是在你受伤之前就会出现的情况。你的激素水平会出现紊乱;免疫系统的反应和伤口愈合机制会变得缓慢;你的骨骼更容易折断,而且恢复得很慢。与此同时,致病性细菌会变得对抗生素有更强的耐药性。许多人会在“漫长”的飞机旅程后生病,想象一下,如果飞行的时间持续两年会怎么样?

  如今,国际空间站的医疗设备情况已经公开。空间站的工作人员拥有一个规模较小但非常专业的药房,可以提供一些很重要的药物和肾上腺素。他们还有急救用的自动心脏除颤器,以及静脉注射设备和包括血压计在内的诊断设备。

  国际空间站上还有一台超声波仪器,这是站上唯一的先进成像设备,用来发现内出血和监测眼球内部液体水平——宇航员必须担忧的问题,以保证自己不致失明。这台仪器可能还有治疗的用途。此外,国际空间站还有一些牙科设备。

  “总而言之,只有极少数情况我们可以通过训练来及时应对,”在2014年主持过国际空间站6个月工作的史蒂文·斯旺森(Steve Swanson)说,“在这些情况之外,我们就得呼叫地面了。”

  在训练期间,斯旺森学会了如何插入胸腔导管,并在一只山羊身上进行了气管切开术,他还花了一些时间在急救病房中担任辅助工作。然而,尽管拥有这些经验,他和他的宇航员同伴都还只能猜想真正的紧急情况发生时会怎么样。“我们总是会想一些最糟糕的场景。如果有个小洞你该怎么办?破了一个大洞呢?你究竟会做些什么?”斯旺森说,“如果有人真的受伤非常严重,我们会把他们扔到一艘联盟号飞船上,然后返回地面。不过,那肯定不是一段轻松的旅程。”

  事实上,国际空间站工作团队所学的主要是稳定和控制住受伤的宇航员,然后呼叫地面,与航空医生通话。阿尼尔·梅农(Anil Menon)是NASA大约20名航空医生之一,但他并不愿意说出任何关于宇航员医疗问题的具体情况——医生与病人间的保密协定在太空中依然适用。不过,多年来他已经参与过各种大大小小的相关事务,包括回答国际空间站人员发来的带着些许忧虑的电子邮件,以及与一个完整的专业团队进行远程会议等。

  如果你身处国际空间站所在的低地轨道,那这一切都是可能的。从林顿·约翰逊太空中心到国际空间站的通讯延迟基本可以忽略不计,在发生严重损伤时,宇航员名义上可以进入停靠在国际空间站上的联盟号飞船,然后返回地球。

  另一方面,“离开地球轨道”这样的决定可能甚至都无法实施。“如果有人断了腿,你怎么让他们穿上宇航服呢?”斯旺森问道。联盟号飞船的乘员舱很狭窄,“他们其实要弯身才能进入那里”。如果病人正插着管,依靠氧气瓶维持生命,那他们就根本无法进入联盟号飞船,更不用说穿上加压宇航服了。

  亚轨道科学

  鉴于上述问题,NASA的应对方法是资助各种研究,希望找出解决问题的方案。在被戏称为“呕吐彗星”(vomit comet)的零重力飞机(飞行期间会经历短暂的失重状态)上,研究人员已经进行了插管、伤口开合、修复血管等手术操作,并在动物身上进行了其他多种血淋淋的医学尝试。有一个团队甚至切除了人手臂上的一个良性肿瘤。

  在天空中,甚至药物注射都会变得困难很多。“当你揭开标签,药物就会暴露在空气中并开始氧化,它的效力就开始衰减,”梅农说道。在地球上,静脉注射可以依赖重力作用;而在太空中,你需要用泵来推动,否则气泡就会漂浮并保留在溶液中,导致潜在的栓塞风险。目前正在国际空间站工作的宇航员佩吉·惠特森(Peggy Whitson)对这些过程进行了实验。“你需要大量溶液,但这要求很多重量和空间,而在空间站上面不具备这样的条件,”梅农说,“而且气泡会悬浮在各种奇怪的地方。她对这种情况感到很棘手。”

  最大的一些挑战同时也是最混乱不堪的。在太空中,由于没有重力的约束,血液会比在地球上喷溅得更厉害;或者,血液可能会在伤口或切口周围蓄积形成肿块,使真正的创伤更难被发现(一个有趣的事实: 2009年发表的一篇论文指出,当人的失血速率达到每分钟100毫升以上时,那基本就回天乏力了)。

  在太空中处理飙血或血肿的问题时,一个很酷炫的方法是用一种充满液体(比如盐水)的泡形罩将伤口或切口封起来,然后像操作腹腔镜手术一样,用延伸臂上的微小工具进行手术。4年前,卡内基梅隆大学的生物医学工程师詹姆斯·安塔基(James Antaki)领导的团队就在一次零重力飞机任务中,对一只模拟失血的手臂尝试了这一方法。第一次手术时,他为手术工具装上了一个柔软的领子和衬垫,并加了一个透明的盖子,就像是潜水员戴的面罩。“我把它变成了一个柔软的,可以穿刺的泡形罩,”他说,“它是透明的,因此你能看到哪里在失血,看到血管,然后你可以用手术工具穿过去,进行缝合或切除,或者灼烧伤口等等。”这个泡形罩由一种很厚的弹性材料制成,并用纤维网增加了强度,可以像自封式轮胎一样保持密闭状态。安塔基希望能在今年秋天把最新版本的装置通过SpaceX任务送上国际空间站,然后进行模拟测试。

  至于想成为宇航员的麻醉医师科莫罗夫斯基,他最后发现心血管的“重新调整”——失血和血液流动变缓——可能会对麻醉造成灾难性后果。他说:“在全身麻醉期间我们用来让人睡着的药物其实相当危险。它们会降低血压,扩张血管。”即使在地球上,向人体输入这些药物都需要经过非常细致的训练,以根据每个人的新陈代谢情况调整剂量;而在情况复杂,甚至常常存在可燃气体的宇宙飞船上,麻醉的难度会变得非常高。

  科莫罗夫斯基提议在太空探索的药物储备中增加一些新的东西,比如分离麻醉剂氯胺酮(ketamine)。“它被用在世界各地的恶劣环境中,”他说,“它不会损害血液循环系统。心血管系统会得到保护,因此它很适合用在失血、昏迷或严重脱水的病人身上。”而且,这种药物是安全的。“即使你搞错了剂量,多用了5倍,也很可能不会有什么事情发生。”(氯胺酮又被称为K粉,是受到管制的药物)

  NASA已经资助了数十位研究者,鼓励他们更深入地研究太空旅行时的人体生理变化,并提供可能的医学介入手段。梅农表示,在长期太空任务中,或许可以通过发送多媒体医疗教程的方式解决行星际远程医疗会议时的信号延迟问题,或者在特定的阶段实施“硬暂停”。换句话说,正在做手术的宇航员可以暂停手术并固定同事的身体,等待评估和进一步的指示。

  如果人类想要离开地球轨道,进入深空,那相关的医学研究也必须迈向新的前沿。“我认为有可能在伦理上被接受的事情或许是在太空中尝试镇静,因为风险比较适中,而且我们可以学到很多,”科莫罗夫斯基说,“这项工作必须由一名麻醉医师来开始,因此我志愿提出了申请。”

【责任编辑:齐越】

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