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2019-12-03 07:52
没想到,“赖床”居然还能救命?

人类从动物冬眠获得启发,通过诱导人体进入冬眠状态,为心脏和大脑急救争取时间,提高存活率。未来我们或许还能利用人工冬眠技术实现漫长的载人星际之旅。题图来自视觉中国,本文来自微信公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),《万物》杂志官方微信,撰文:Mirror,原标题为《没想到这项“赖床”技能,可以为心脏急救争取时间,还有望延续人类未来》


在冬日早晨总醒不来的你是不是恨不得把一整个冬天睡过去?我们知道有很多动物为了过冬就选择“赖床不起”。




灵长类动物也会冬眠


肥尾鼠狐猴 | 图片来源 dukelemurcente


大多数变温动物、一些哺乳动物和少数鸟类都会冬眠。冬眠期间,熊可以不吃不喝不排泄睡上四五个月,呼吸等各项代谢活动都放缓,体温则下降一两度。更有甚者比如生活在极地的木蛙(Lithobates sylvaticus),会直接让自己冻成冰块,体内大半的液体都冻结,心跳、呼吸、血液流动和大脑活动都通通停止,如果不是7个月后它们又开始活蹦乱跳,你肯定会以为它们已经彻底凉了。


近年来人们又发现了一些会冬眠的灵长类动物,比如肥尾鼠狐猴(Cheirogaleus medius)在冬天会断断续续休眠7个月。既然人类的近亲都会冬眠,那人类自己有可能吗?


人工诱导冬眠



虽然冬天的你可能会赖床更久,但很显然我们并没有自然冬眠的习性。不过,在某些意外情况下,人类似乎也表现出了近似冬眠的状态。


1999年,一位挪威滑雪者不慎落水,在冰冷的水中浸泡了1小时以上,被救出时已感受不到她的心跳和呼吸,体温只有近14℃,在医学上已经可以判定死亡,但神奇的是她竟然在医院中“死而复生”。


另一个和冬眠更接近的案例发生在2006年10月,35岁的打越三敬在日本的山野被发现时,已在冰冷的地面上昏迷了24天,体温降到约22℃,脉搏和呼吸都已停滞。然而被送到医院后却惊人地苏醒,痊愈之后也未发现脑损伤。


这些个例虽然不能说明人类具有冬眠的能力,但却暗示人类或许拥有这一潜能。实际上,人类的确可以被低温诱导进入类似冬眠的状态,而且已经应用于临床医学。这项技术叫做冬眠低温疗法(therapeutic hypothermia),对心脏停搏和脑损伤等紧急病症的治疗十分关键。



心脏急救


不久前高以翔的猝死引起许多人对心脏急救的重视,心脏停搏的死亡率极高,即使有幸存活,短短几分钟的大脑缺血都会造成不可逆的脑损伤。但如果及时诱导病人进入人工冬眠状态,就能减缓伤害的发生,为进一步救治争取时间。临床实践已经证明这种方法能够提高急救病人的存活率,并降低神经受损的风险。2013年,著名赛车车手迈克尔·舒马赫的脑损伤救治中就应用到了这项技术。


冬眠低温疗法 | 图片来源 sinaiem


在冬眠低温疗法中,会用冰袋或冰毯给病人的身体降温,甚至是在血管中插入导管,通过循环其中的盐溶液来冷却身体,一般降低到32~34℃即可。期间需要实时监控病人体征,使其保持状态稳定。该过程大约持续12~24小时,然后再以0.25~0.5°C/h的速率让病人缓缓回温。过快回温将会因为血管舒张,导致病人出现低血压、低血糖等并发症。


人工诱导冬眠的技术不仅能救命,或许还能开拓和延续人类的未来。在许多科幻电影,比如《流浪地球》中,为了使宇航员能在有限的生命里度过漫长的星际航行,会让他们进入休眠状态来延长寿命,同时也能减少物资消耗,为飞船减轻载荷。目前,美国国家航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)都在研发适用于太空的冬眠技术,以应用于载人火星探测任务,甚至是未来的星际移民。


 太空舱人工冬眠模拟图


然而,目前人类还无法长期维持人工冬眠状态,毕竟人体还是缺少冬眠动物的调节机制,如果长时间不排出代谢废物,毒素就会积累在体内,造成损伤。即使是在地球家门口的火星,以现有的技术,仍需要花费大约半年才能到达,更别提需要上万年航程才能抵达的系外类地行星。


冻存生物组织


冬眠的木蛙 | 图片来源 naturenorth


那有什么办法能做到长期休眠呢?回到开头提到的冬眠动物,能持续冬眠7个月的木蛙就是冬眠动物界的“睡神”。但它的休眠方式也不是一般动物能承受的——任零下的低温冰冻自己。这对许多动物都有致命危险,细胞内外的冰晶会破坏组织结构,凝固的血液也无法正常发挥生理功能。


而木蛙即使身体大幅冻住也能存活的秘密就在于它体内的冷冻保护剂——血液中高浓度的葡萄糖。在木蛙身体开始结冰的同时,它的肝脏也在加班加点地将糖原分解为葡萄糖,达到一定浓度后,血液即使结冰也不会形成冰晶,而是变成糖浆状,不会伤及细胞。


还有其他许多动植物、微生物都是通过类似机制来忍耐低温。例如,“地球最强生物”——水熊虫在环境温度降低时会在体内累积海藻糖以预防水分结晶带来的伤害。


水熊虫


科学家们从这些耐寒生物身上受到启发,发明出玻璃化(vitrification)技术,解决了在冷冻状态下维持细胞组织结构及活性的一大难题。玻璃是一种非晶体,一些原本会凝固成坚硬晶体的液体比如水,在玻璃化后就会形成类似熔融玻璃的非晶体状态。水的玻璃化可以通过大幅极速冷冻或加入冷冻保护剂实现。获得2017年诺贝尔化学奖的冷冻电镜技术,就是利用玻璃化阻止水分在生物组织中产生结晶,以保持其内部结构的原貌。


液氮低温冷冻细胞组织


冷冻保存人体细胞、组织的技术,现在已经相当成熟,用冷冻精子或卵子成功培育试管婴儿早已不是件稀奇事。但较大器官的冷冻保存仍有相当大的难度。


存在争议的人体冷冻法



尽管如此,早在上世纪60年代,人们就已经开始尝试冻存人体。


1966年,一具洛杉矶女性的遗体被置于液氮中保存,但仅仅过去两个月,就被解冻埋葬了。


1967年,加州大学的心理学教授詹姆斯·贝德福德因癌症身亡几小时后,由加州人体冷冻学会会长罗伯特·纳尔逊等人进行遗体的冻存处理。尽管纳尔逊后来因为解冻了一批遗体而遭到起诉,但贝德福德的遗体仍被保存至今。这也是历史上第一具为了在未来复活而冻存的人体。


1976年,人体冷冻机构成立,其建立者埃廷格的遗体在2011年被冷冻保存。


20世纪90年代,冷冻生物学家格雷戈里·费伊和布赖恩·沃克为保存移植器官,发明了一种冷冻保护剂,并尝试用于动物大脑的冻存,解冻后未发现由冰晶造成的损伤,但冷冻保护剂的毒性和细胞缺水状态仍会产生损害。


2015年,儿童文学作家,同时也是《三体》编审之一的杜虹女士因胰腺癌去世,遗体头部交由阿尔科生命延续基金会(Alcor)冷冻保存。


2016年,一家冷冻生物学研究公司在小型动物脑冷冻保存的研究中取得进展。在电子显微镜下,使用稳定剂保存的兔脑细胞膜、突触和细胞间的结构都十分完整。但有研究者指出,其中的蛋白质已发生化学交联,亦无法证明储存大脑信息的神经通路是否完好。


冷冻人体所用到的技术就叫做人体冷冻法(Cryonics),通常是在-196℃的低温下保存整个人体或头部,以期未来的科学技术能够将其复活。在科幻作品中不乏此类题材,例如《三体》中,三体人通过云天明的大脑重塑其身体和意识,但现实还远未到达这一步。


人体冷冻装置


实际上,科学界尚未接受人体冷冻法,认为这种做法是有违物理、化学、生物等自然科学规律的。许多国家禁止使用人体冷冻法,即使允许也仅限于医学上已认定死亡的遗体。目前提供人体冷冻服务技术的几家公司仅分布在美国和俄罗斯,此前已有一些公司倒闭,将遗体解冻处理。


可以理解身患绝症的人们把人体冷冻法当成最后一根救命稻草,但目前这项技术仍存在诸多问题。例如在遗体保存中使用的高浓度冷冻保护剂虽然能保存组织的完整性,却会毒害细胞。另一方面,解冻过程中,人体是否能保持完好也是个未知数。即使解冻能顺利进行,重建人体更是个浩大的工程,需要深入到分子层面的纳米医学技术。而最根本的问题还是大脑记忆及意识的修复,无论神经结构保存得再完好,记忆和意识能否仅通过神经结构的复原来修复仍旧是个谜团。


有人提出,等我们能够解码大脑、上传意识,就可以像电脑重装系统、下载资料那样,重获记忆与人格。但这一切都只是在寄希望于未来。


目前人体冷冻的花费高达几十到上百万元。假如这项技术已经发展得足够成熟,你会考虑休眠到未来吗?又会出于怎样的目的休眠?


本文来自微信公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),《万物》杂志官方微信,撰文:Mirror


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