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暂停你的生命 换取急救时间

http://qnck.cyol.com ::作者 Mark B.Roth & Todd Nystul ::编译 黄荣棋 2007-07-21 09:54 中青报订阅

    以暂停生命(suspended animation,休眠)来延长人类寿命的可能性,长久以来一直让科幻小说作家着迷。在虚构的故事中,这种技术让人们“睡”几个世纪,平安度过各种星际旅行或地球灾难,醒来时不带有岁月留下的痕迹。这些故事很有趣,但从生物学的角度而言,连影子都还没看见。事实上,人类似乎没有能力改变生命的进程。我们无法暂停细胞的活动,就像我们无法停止呼吸超过几分钟一样。

  撇开科幻小说的情节不说,要是真能让人体处于这种状态,医学意义十分重大。例如,有些准备用来移植的器官,比如心脏与肺,只能在体外存活6个小时。而胰与肾脏,也无法超过一天。因此,器官移植能否成功,取决于速度。如果能让这些宝贵的器官进入休眠状态,或许就可保存几天甚至几个星期。急救者也可利用这项技术,为受重伤的患者争取时间。

  代谢慢 活得长

  很多种生物在环境的压力下,能停止某些或大多数细胞的活性,直到压力解除为止。俗称“海猴子”的丰年虾(Artemia franciscana),其胚胎能在没有食物、水和氧气的状况下,进入“休眠状态”,这种状态可维持5年以上。一旦有了适合生长的环境,它们就会开始正常发育。

  在休眠状态下,所有细胞的运动都停止,或是细胞依然活动但活性大减。例如,许多动物在冬眠时,食物或氧气的需求大幅减少,几乎察觉不到它们的呼吸与心跳,体温也降到接近冰点。

  这些生物能在长期缺氧的状态下生存,是因为能大幅降低对能量的需求,这与人类截然不同。我们完全依赖氧气的持续供应,细胞需要氧气来维持能量制造。含氧量低于某个值,细胞就会遭受伤害,导致身体组织坏死。

  为防止重伤患者遭受缺血性伤害,心肺复苏术以及其他传统方法的目的,就是要让血液循环尽快恢复,恢复氧气供应。人类的细胞不能没有氧气,这似乎是惟一的策略。然而,在处于“休眠状态”的动物身上看到,由于细胞活性急剧下降,这些动物不怎么害怕缺氧和缺血。科学家认为,如果在人身上诱发同样的情形,也许能让人在低氧期间避免遭受缺血性伤害。

  线虫带来的启示

  科学家已研究了各种实验动物,像酵母菌、斑马鱼胚胎以及线虫(Caenorhabditis elegans)。在无氧(氧气含量小于或等于0.001%)的情况下,线虫就会进入“休眠状态”,并能维持这种状态24小时以上。

  到达人类组织的血流如果被切断,细胞的活性无法维持在正常水平。为了模拟人类的这种缺血状态,科学家让发育中的线虫胚胎暴露在“氧气不足”的状况中,胚胎不会像在无氧状况中那样进入“休眠状态”,而是继续进行胚胎发育。结果,在24小时后,细胞死亡。但,如果让线虫胎胚所处环境的含氧量增至0.5%,胚胎就能像照常发育。因此,线虫能在无氧状况下以“休眠状态”存活,也能在含氧量低至0.5%的状况下正常发育,但若处于中间地带,则是致命的。

  这项研究表明,增加细胞可用的氧气量能避免缺血性伤害,降低含氧量其实也可以。这虽违背了当代医疗的惯例,但对保存人类组织而言却有重要的意义:要让准备移植的各种器官维持充足的含氧量并非易事,也许可以试试降低它们的含氧量。

  诱发“保护性休眠”

  在自然环境下冬眠的动物,“休眠状态”似乎会产生保护作用,使其免受伤害。美国阿拉斯加大学北极生物研究所的德鲁发现,将显微探针伸入冬眠中的北极地松鼠脑部,几乎不会造成脑组织的死亡。但非冬眠状态的地松鼠如果遭到同样的“事故”,脑组织很快就会受到损伤。

  这让研究人员想到,在平常不冬眠的动物身上诱发出类似冬眠的状态,来观察细胞的活性是否能安全减缓,延长组织保存的时间,以利组织的修复。美国匹兹堡大学已故的萨法及同事,为创造“休眠状态”,停止了14只狗的心跳,然后放光狗身体里的血液,再灌入生理盐水。生理盐水携带氧气的能力远不如血液,因此大幅降低了组织的含氧量。之后,狗没有了意识、呼吸及心跳。

  这些狗被分成两组,一组是有6只狗的控制组,另一组有8只狗,会被摘除不会影响狗生存的器官胰。60分钟的“休眠状态”后,重新把血液输入狗的身体。72小时后,所有狗都活着。但控制组的狗,没有出现任何不良反应,另外8只狗当中,4只正常,其他4只出现了某些神经障碍。

  美国军医大学健康科学系的瑞与同事,以类似的技术使15只成年约克夏猪进入“休眠状态”,然后对其中几只进行血管修复手术。瑞的报告指出,所有接受测试的猪,记忆与学习能力都未受影响。

  猪与狗的生理跟人类似,这方面的研究引来了热切的推测:这些技术即将成熟,并能在人类身上试验。

  这个方法或许有前途,但“放血”是个大动作,患者很可能产生并发症,因此,研究人员一直在寻找其他方法,暂时剥夺细胞的氧气。举例来说,不含血液的人类组织,比如从捐赠者身上取下的器官,被放在密闭容器中,并填入氧气仿剂(在分子构造上类似氧气,却不会能产生氧分子),比如一氧化碳,或许就能诱发“休眠”。一旦器官移植开始,也许只需把血液输入器官,恢复氧气供应。

  对器官而言,一氧化碳也许有效,但对血液流遍全身的生物而言,情况未必如此。因此,研究者试用了其他氧气仿剂。这些物质大多像一氧化碳那样,被认为对人类有毒,可以阻断细胞利用氧气的能力,例如硫化氢。

  在密闭容器中,小鼠被暴露在硫化氢含量高达80ppm(1ppm为100万分之一)的空气中。在此浓度下5分钟,小鼠二氧化碳的呼出量减少了3倍,体温也开始下降,所有动作都停止了。几个小时后,小鼠的代谢速度持续下降,呼吸从每分钟120次减少到10次以下。

  只要降低容器的温度,就能让小鼠的体温降低到15℃。能冬眠的动物,体温常随着环境温度的起伏而变化。这意味着,小鼠经过硫化氢处理后,实际上从温血动物变成了冷血动物。

  6个小时后,研究者进行了一系列测试,发现“休眠”没带给这些小鼠任何不良作用。

  小鼠能,人类能吗?

  硫化氢可被用在通常不会冬眠的动物(包括人类)身上,安全诱发“休眠状态”。不过,要在人身上研究硫化氢诱发的“休眠状态”之前,还得解答许多其他问题。

  最大的一个未知是,我们甚至不知道人类是否能进入“休眠状态”。人类有时可在无氧状态下维持好几个小时。几年前发生了一件令人瞩目的事,一位挪威滑雪者发生车祸,在冰冷的水中被困超过一个小时,后来被救活了。当人们发现她时,她没有呼吸、心跳,体温只有14℃。急救花了9个小时,但根据医师的说法,她恢复得“非常好”。

  瑞士波昴大学的瓦尔波斯分析了另外32个严重低温的案例,这些人的体温从17~25℃都有,而且在获救时,其中的许多人都没有生命迹象。15位患者从重创中恢复过来,没有留下任何长期伤害。

  由于这些人已没有了呼吸,所以他们组织里的含氧量也非常低。这暗示:在面对逆境时,人体偶尔也拥有暂时减缓或停止细胞活性的弹性。但,为什么有些人能活下来,其他人却回天乏术呢?了解动物自发与诱发的“休眠”,与某些患者存活案例之间的关联,也许就能透露出,人类早就拥有进入保护性“休眠状态”的能力。

  (::《科学美国人》杂志)

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