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从漂浮的内脏到“粘稠”的血液——以下是如何在太空中做手术

今年早些时候,有报道称,一名宇航员在太空中颈部出现了可能危及生命的血栓。地球上的医生通过药物治疗成功,避免了手术。但鉴于航天机构和私人航天公司已承诺在未来几十年让人类登陆火星,下一次我们可能就没那么幸运了。

外科急诊实际上是人类太空旅行的主要挑战之一。但在过去几年里,太空医学研究人员提出了许多可能会有所帮助的想法,从外科手术机器人到3-D打印机。

火星离地球最近的时候,距离地球有惊人的5460万公里(3390万英里)。相比之下,国际空间站(ISS)的轨道距离地球仅400公里。对于国际空间站上的手术紧急情况,其步骤是在实时通信的帮助下稳定病人并将他们运送回地球。但这在火星任务中就行不通了,在火星任务中,人员疏散可能需要数月或数年时间,而且可能会造成超过20分钟的通信延迟。

除了距离之外,在前往火星和在火星上飞行时所面临的极端环境还包括微重力、高辐射水平和封闭式增压舱或太空服。这对宇航员的身体来说很困难,需要时间来适应。

我们已经知道,太空旅行会改变宇航员的细胞、血压调节和心脏功能。它还会影响身体的液体分布,削弱骨骼和肌肉。太空旅行者也可能更容易感染。因此,就手术适应度而言,受伤或身体不适的宇航员已经处于生理上的劣势。

但是宇航员真正需要手术的可能性有多大呢?研究人员估计,对于7名宇航员来说,在火星任务期间,平均每2.4年就会有一次手术急诊。主要原因有损伤、阑尾炎、胆囊炎或癌症。宇航员在被选中时要经过广泛的筛选,但健康人也可能出现外科急诊,而且在极端的太空环境中可能会恶化。

浮动的肠子

微重力下的手术是可能的,而且已经进行了,尽管还没有在人类身上进行。例如,宇航员在微重力条件下成功地修复了老鼠的尾巴和实施了胃镜检查——一种用于检查和修复动物腹部器官的微创外科手术。

这些手术带来了新的创新和改进,比如使用磁性手术工具使其能紧贴在桌子上,以及限制“外科医生”。

一个问题是,在开腹手术中,肠子会四处漂浮,模糊了手术视野。为了解决这个问题,太空旅行者应该选择微创手术技术,比如钥匙孔手术,最理想的是在病人的内腔内通过一个小切口使用相机和仪器进行手术。

最近,在一次抛物线“零重力”飞行中,外科医生对假腹部进行了一次肠镜检查,成功地止住了创伤性出血。但他们警告说,在船员身上执行这样的程序,心理上会很困难。

体液在太空和火星上的表现也会不同。由于表面张力,我们血管中的血液可能会粘附在仪器上。漂浮的液滴还可能形成气流,限制外科医生的视野,这种情况并不理想。封闭舱内的循环空气也有感染的危险。手术气泡和止血手术工具可能是解决办法。

研究人员已经开发并测试了各种微重力环境下的手术外壳。例如,美国国家航空航天局评估了一个封闭系统,该系统包括一个带臂孔的外科手术用透明塑料冠层,目的是防止污染。

然而,当绕火星飞行或在火星上定居时,我们在理想情况下需要一个假想的“创伤舱”,配备辐射防护、外科手术机器人、先进的生命支持系统和约束装置。这将是一个专门的模块,有过滤空气供应和计算机,以帮助诊断和治疗。

机器人和3d打印

到目前为止在太空进行的手术表明,大量的辅助设备是必不可少的。这是宇航员在火星处女航中可能没有的奢侈品。火箭上不能带太多设备。因此,有人建议3d打印机可以使用来自火星本身的材料来开发手术工具。

3-D打印的工具已经被没有手术经验的工作人员成功地测试过,仅仅通过切割和缝合材料(而不是身体)就可以完成类似手术的任务。使用3d打印工具,如毛巾夹、手术刀手柄和牙钳,在完成的时间上没有实质性差异。

机器人手术是另一种选择,在地球上经常使用,并测试了行星旅行。在NEEMO 7期间,美国宇航局在佛罗里达礁岛的水下栖息地宝瓶座执行了一系列任务,由另一个实验室控制的机器人进行的手术成功地从一个假体内取出了假胆囊和肾结石。然而,太空通讯的落后将使远程控制成为一个问题。理想情况下,外科手术机器人需要是自主的。

对于火星任务中可能发生的手术紧急情况,我们进行了大量的研究和准备工作,但仍有许多未知因素,尤其是在诊断和麻醉方面。从根本上说,预防胜于手术。因此,选择健康的船员和开发必要的工程解决方案来保护他们将是至关重要的。

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