如何在太空中操作?从漂浮的内脏到“粘稠”的血液

2020-08-10 10:27 来源:新浪科技

新浪科技新闻北京时间8月10日,今年年初,有报道称一名宇航员在太空执行任务时,颈部有可能危及生命的血栓。最后,地球上的医生成功地使用药物帮助宇航员治疗颈部血栓,从而避免了手术的风险。但考虑到太空机构和私人太空公司决心在未来几十年内将人类送上火星,当我们再次遇到这种情况时,我们可能就没那么幸运了。

事实上,外科急症是人类太空旅行的一大挑战。但是在过去的几年里,太空医学研究人员提出了各种各样的想法,从手术机器人到3D打印机,希望能解决这个问题。

火星和地球之间最近的距离也是5460万公里。相比之下,国际空间站的轨道距离地球只有400公里。如果国际空间站出现外科急症,一般的程序是在实时通讯的帮助下稳定病人,然后将他们送回地球。然而,这种方法在火星任务中不起作用,因为将病人送回地球只需要几个月到几年的时间,并且通信可能会延迟20分钟以上。

除了距离问题,往返火星时面临的极端环境包括微重力、高辐射水平和封闭的压缩室或防护服。这将给宇航员的身体带来压力,需要很长时间来适应。

众所周知,太空旅行会改变宇航员的细胞、血压调节和心脏功能,还会影响体液的分布,使骨骼松弛和肌肉放松。太空旅行者也可能更容易感染。因此,仅从手术的适应性来看,受伤或生病的宇航员已经处于生理劣势。

宇航员克里斯哈德菲尔德在国际空间站使用心脏实验室

宇航员克里斯哈德菲尔德使用国际空间站上的心脏实验室漂浮的内脏

微重力下的外科手术实际上是可能的,并且已经尝试过,但不是在人类身上。宇航员在微重力条件下成功修复了老鼠的尾巴,并对动物进行了腹腔镜手术(一种检查和修复腹部器官的微创手术)。这些手术带来了新的创新和改进,例如磁化手术工具并使它们吸附在桌子上;固定的“太空外科医生”。

然而,还有另一个问题:在剖腹手术中,肠子会四处漂浮,模糊了手术的视野。为了解决这个问题,太空旅行者可以选择微创手术,比如小切口手术。理想情况下,摄像机和工具用于通过小切口在患者腔内进行手术。

最近,在一次抛物线“零重力”飞行中,外科医生完成了假腹部的腹腔镜手术,并成功地止住了创伤性出血。然而,他们表示,如果在同一艘船上对宇航员进行这样的手术,将会有很大的心理压力。

此外,在太空和火星上,体液的流动会有所不同。由于表面张力,静脉血可能会粘附在手术器械上。漂浮的水滴也可能形成水流,这将影响外科医生的视力,这肯定不是我们想要看到的。密闭舱内的空气循环也会带来感染的风险。在这方面,外科手术气泡和外科手术工具,可以击退血液可能会有所帮助。

研究人员已经开发并测试了微重力环境下的各种外科隔离室。例如,美国国家航空航天局以前评估过一个封闭系统,它包括一个透明的塑料手术罩,带有防止污染的臂口。

然而,当绕轨道飞行或在火星上着陆时,理想情况下,我们仍然需要一个假想的“创伤治疗舱”,具有辐射屏蔽、手术机器人、先进的生命支持系统和隔离系统的功能。它将是一个特殊的舱室,配有过滤空气供应和一台计算机来辅助诊断和治疗。

机器人和3D打印

迄今为止,在太空中操作的经验表明,大量的辅助设备是必要的。然而,对于登上火星的宇航员来说,这是一种奢侈,因为火箭不能携带这么多设备。因此,有人建议我们不妨在火星上使用当地材料,用3D打印机制作手术工具。

没有任何外科手术经验的人已经成功地测试了这些3D打印工具、切割和缝合材料,如外科手术(当然不是人体)。使用3D打印工具(如毛巾架、手术刀手柄和带齿镊子)完成这项任务所需的时间几乎与正常时间相同。

火星定居点可能需要一个外伤救治舱

火星定居点可能需要一个外伤模块。机器人手术是另一种选择。机器人手术在地球上已经变得越来越普遍,研究人员也为星际旅行测试了机器人手术。美国宇航局正在佛罗里达群岛的宝瓶座水下实验室执行一系列极端环境任务。在NEEMO 7任务中,研究人员从另一个实验室控制了机器人,并成功地进行了一次手术,从假体中取出假胆囊和肾结石。然而,空间通信的延迟对于远程控制来说是一个巨大的挑战。理想情况下,手术机器人需要自动完成手术。

尽管研究人员已经为未来火星任务中可能出现的外科急症做了大量的研究和准备,但仍有许多未知因素,尤其是在诊断和麻醉方面。最后,预防胜于手术。因此,选择健康的宇航员并开发保护他们的工程解决方案是最好的方法。(林云)