赖床技能为心脏急救争取时间,有望延续人类未来

作者: Mirror

来源: 把科学带回家

发布日期: 2019-12-03

本文探讨了人类从动物冬眠中获得的启发,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,并展望了人工冬眠技术在未来的应用,包括载人星际旅行和人体冷冻技术的进展与挑战。

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”。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。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,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?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。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。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。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和欧洲空间局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。

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。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。

科学家们从这些耐寒生物身上受到启发,发明出玻璃化技术,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。

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。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。人体冷冻法通常是在-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。

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?

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