一间4平方米的手术室里,病人安分地躺在手术台上。
而手术台却漂浮了起来,医生不时展现“太空漫步”的移动姿态。
这是人类进行的第一例太空手术。
在失重的状态下,他们用8分钟给病人切除了一个囊肿。
为了避免物体四处浮动,所有手术器械被用强磁铁固定在金属手术台周围。
医生和助手则穿上特制的衣服,被绳子固定在滑轨上。
而病人在局部麻醉后,保持清醒地接受前臂上一个脂肪瘤的切除手术。
在失重状态下,病人出现了心输出量减少,动脉血压下降等身体变化。
而在手术过程中,流出的血液在没有重力约束的空间中随意悬浮。
一颗颗像穹顶一样的饱满液珠在伤口周围聚集,并很快扩散到手术室各处。
为了避免对视野造成干扰,工作人员只好用真空吸气机吸收。
看似简单的肿瘤切除,开展起来却困难重重。
随时都可能在失重中发生预想不到的意外。
最终,这次太空手术和预计的一样完美地完成。
它展示的是太空场景,但实际上却是在一架微重力*航机上开展的。
*注:微重力是指重力或者其他外力引起的加速度接近于零的环境,物体处于失重状态。
2006年9月27日,法国A300客机迎来了几位特殊的乘客。
3名外科医生、2名麻醉师、1名病人和1名摄像师登上了这架“太空飞船”。
他们没有目的地,而是要在3个小时的飞行过程中完成人类第一次太空手术挑战。
飞机之所以能提供微重力的环境,是因为它采用了过山车式的飞行方式。
它在约6100~8400米的高空做环形飞行。
当飞行到抛物线顶端时,飞行员关闭引擎,让飞机近乎无重力地自由落体。
这时,机内人员将体验到来之不易的大约22秒失重状态。
而短暂的失重时间对实验设置也是一个阻碍。
为了让模拟更接近真实的太空环境,医疗小组人为地将时间连起来。
即当失重状态消失时,他们就暂停手术,等待下一次失重。
这场仅持续8分钟的手术,则在3小时飞行时间内,飞机32次重复环行中完成。
这无疑是太空医学上的重大突破。
当时的主治医生马汀表示,如果增加失重时间,他们可以完成长达两小时的阑尾切除术。
甚至除血管手术以外的其他外科手术都不在话下。
神秘的外太空充满了未知的诱惑。
它像一片黑暗的森林吸引着人类无法抗拒的探索欲望。
1961年苏联第一次发射载人航天器。
加加林环绕地球轨道一周,历时108分钟后安全返回地球。
这在当时已经是让轰动全世界的振奋消息。
而人们对于宇宙的探索野心越来越大。
航天员飞往太空的频率和时间也就逐渐增多。
目前人类史上宇宙飞行时间最长的记录保持者是列里·波利亚科夫。
他在1994年开始了一次飞行。
在离地球400公里外的和平号空间站*里,他连续呆了437天。
这个时间足够人类从地球飞往火星。
*注:和平号空间站是苏联建造的一个轨道空间站,是人类首个可长期居住的空间研究中心。
飞往火星的梦想距离实现似乎只有一步之遥。
但这一步却包含了许多尚未攻克的难关。
且不说航行设计的技术难度。
载人火星的执行任务预计需要2~5年,或更长时间。
漫漫长路中充满意外和危险,宇航员的身体健康又如何保证?
NASA对于航天员的健康标准设定严苛。
他们必须通过类似军队的测试标准。
例如血压要低于140/90(普通人正常的是120/80)。
除了在任务前要参加为期两年的航空培训外,在任务期间也需要保持身体锻炼。
但尽管有着强大的身体素质,险峻的太空环境还是没有放过人类。
太空的高真空、强辐射、微重力、大温差等都是地球上难以获得的宝贵资源。
然而这也是隐形的人类杀手。
人类好不容易研制出在真空条件下保障呼吸,一定程度隔绝温度、压力、辐射等危害的航空服。
生理上却还是悄无声息地发生着微妙的变化。
在太空中发生的一些在地球上无法想象怪事。
例如平时骂人“脑进水”,在太空中就不足以为奇了。
人体约60%的液体中,一部分会在失重的状态下倒流进胸部和头部。
头部与胸部的血管需要更多的血液流体以供运转。
这时,在激素的复杂作用下,血浆容量和红细胞量减少。
因此宇航员通常具有血量减少、心血管功能紊乱的特征。
而由于缺乏常规抵抗的重力,支撑人体的骨骼和肌肉组织也会造成萎缩。
虽然人类变得脆弱了,但细菌却十分适应在太空中的生存。
由于缺乏重力,太空中的细菌与抗生素等灭菌药物相互作用的表面积变小。
同时,它们还会在外膜上生长出囊泡作为护盾。
这不仅使它们比在地球上加快了增殖速度和增强了毒性。
而对于抗生素的抵抗性,也提高了一个层次。
例如大肠杆菌在硫酸庆大霉素的作用下,在太空中表现出更强的生存力。
细胞数量比地球实验中增长了13倍,外膜增厚了25%~43%,体积则缩小了73%。
险峻的环境对于人类的免疫系统是一个巨大的挑战。
而创伤性疾病,才是最大的考验。
在肌肉萎缩、骨骼退化的情况下,即使简单的运动也变得不太安全。
本想走出太空舱,打算来场漆黑中的太空漫步。
但不经意就在磕碰中造成了病理性骨折*。
*注:病理性骨折是指因肿瘤或骨髓炎等造成骨头结构的破坏,在轻微创伤后就会发生骨折。通常需要将肿瘤切除以进行治疗。
骨折还算小事,要是突发性的阑尾炎突然发作可就不那么好受了。
即便有专业医生在场,他们也对失重束手无策。
这时剖开腹腔后流出的体液或许很快就充斥小小的航天器。
而漂浮在空中的肠子等内脏又是一番何等恐怖的情景。
这如果不幸发生在探月计划过程中,返回地球救治也就耽误两三天的治疗。
但如果在火星探测任务中遇到了这倒霉事,几乎相当于不治之症了。
因为从火星回到地球大约需要8个月之久。
普通人经历8个月的微重力都需要很长一段时间才得以恢复。
更别说带病飞行,甚至有可能熬不到回地球的那一天。
而且一次航行的费用昂贵,实在经不起折腾。
虽然在过去的50多年太空航行中,从没有出现外科创伤。
但生物医学教授詹姆斯·安塔基却认为,有必要在危险来临前尽快开展太空医疗的研究。
其实早在1991年,外科医生马克·坎贝尔就对兔子进行了第一次太空手术。
这时正值空间站的建设过程中,他没能赶上这趟热潮。
于是也在微重力航机上开展了这次手术。
打开兔子的颈动脉后,球状的鲜血像是被枪喷射而出般猛烈。
同时,在切口上方模糊地覆盖着穹顶状血液。
而当坎贝尔继续增大切口时,血流量却几乎没有变化。
人类首次开展的太空手术就清晰地展露了其中存在的问题。
后人也在此基础上不断开展研究和实验。
而曾饱受顾虑的血管手术,其实如今也已有解决的办法。
在太空真空状态中,血液通常比地球上飞溅得更多。
最严峻的是,它们在不受重力,但表面张力依然存在的情况下,重新在伤口处汇聚。
以至于医生很难看到实际的创伤。
同时,细菌感染的风险也大大增加。
安塔基教授则想了一个反其道而行的方法。
表皮有伤口,他反而将伤口封锁,另辟蹊径才是他的独门诀窍。
他同样是在微重力航机上践行了他的想法。
他用一个充满盐水的气泡封闭患者伤口。
这就像是在患者的伤口安装了一个透明密闭的外壳。
医生可以透过它看到里面的血管系统。
看不清不要紧,他这时借助了腹腔镜来观测内在伤口。
他在合适的位置划出1cm的小口,将微型器械伸入患者体内开展腹腔镜手术。
手术部位在医生通过腹腔镜的监控和操作下,被运用机械完成手术修复。
这种运用微创手术进行治疗的方法打开了太空手术的一扇窗。
如果太空医务室有着科幻电影里舒适的手术台、闪烁的灯光以及古怪又多功能的医用器械,那么这点小伤自然迎刃而解。
但现实却是,国际空间站上的医疗设施原始得和公共室内泳池没太大差别。
对于潜在医疗灾难的警惕始终让人揪心。
对于无外伤情况的肿瘤切除,同样也得采用上述的微创手术。
它避免了做大切口后伤口愈合慢、流体难以控制等问题。
在太空中,如果伤者的出血量超过了每分钟100毫升,恐怕再多的努力也无济于事了。
因此通过使用机器做微创,可以使操作稳定。
比人工操作的更小、更精细的开口也避免了体液的流出和细菌的进出。
除了微创技术,人类对于太空外科手术还研究了许多可行的解决方向。
比如对于手术装置太大,不便于装上航天器的问题,3D打印技术就是个不错的选择。
把装置结构数据上传,在需要使用时再即时下载打印。
要是没机会用上,这就省去了航天器中承载重型器械的成本和空间。
甚至连害怕因在太空时间太长而使药效过期的药物,也同样适用。
外科手术在地球上的发展经历了从无到有的逐渐进步。
而把手术地点换成太空后,同样的手术却遭遇别样的阻碍。
一场关于探索宇宙的野心与科技之间的博弈悄然展开。
太空医学,就是目前如鲠在喉的其中一道难关。
Brandon Specktor. Future Astronauts MustPerform Surgery in Space - and It Will Be Gross[J]. Live Science, 2018.
Space Medicine[J]. NASA.
太空航行对人体的影响. 维基百科.
Adam Rogers. Zero-G Blood and the ManyHorrors of Space Surgery[J]. Wired, 2017.
晓师. 世界首例太空手术[J]. 人人健康,2009(17):22-22.
Panesar, S. S. and Ashkan, K. Surgery in space. Br J Surg, 2018, 105:1234-1243.
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