3d打印心臟現(xiàn)身,可從人體尿液中循環(huán)獲取能量

英國bristol機器人實驗室的科學家們宣布，他們成功地使用3d打印機制造了第一臺可驅(qū)動人工肌肉的機器“心臟”。這臺機器心臟搭載微生物燃料電池，可從人體尿液中獲取能量。

這種機器“心臟”又被稱為生物啟發(fā)泵，仍處于開發(fā)階段，它是基于心臟的結(jié)構(gòu)和功能原理進行設(shè)計的?？茖W家測試證明，機器“心臟”只需2毫升新鮮尿液即可執(zhí)行連續(xù)33次動作，而且它可以以3.5伏的電壓充電。

科學家開發(fā)機器“心臟”的目的不是為了制造用于人類或動物的假肢裝置，而是希望能夠為自主能源機器人制造一個生物啟發(fā)泵，這種機器人可以自動收集廢物并將其轉(zhuǎn)化為可自用的電能。

機器“心臟”使用微生物燃料電池技術(shù)，這種技術(shù)利用電化學電池中的活體微生物將有機原料轉(zhuǎn)化為電能。自主能源機器人就靠這種“心臟”獲取動力、執(zhí)行給定的任務(wù)，這包括運動、環(huán)境檢測以及遠程基站進行無線通信。

該設(shè)備已經(jīng)過測試，結(jié)果非常令人振奮，雖然科學家們承認，0.11％的能量轉(zhuǎn)換效率“有點低。” 但盡管如此，這是“同類中第一個”通過概念驗證的原型，而且研究人員們還沒開始提高能量轉(zhuǎn)化效率的研究。”看來科學家們對提高能源轉(zhuǎn)換率已然是胸有成竹。

科學家們開展這個項目已經(jīng)10年時間了，在這十年中，研究人員已經(jīng)制造出四代ecobots原型機。

在制造首個機器“心臟”樣機時，科學家采用stratasys公司的光敏聚合物噴射技術(shù)打造剛性結(jié)構(gòu)和機械部件?？招捏w的致動器和蓋子都使用720剛性3d打印樹脂創(chuàng)建。同樣的3d打印工藝和材料被用來制造一個模具，然后使用有機硅彈性體澆鑄來構(gòu)建柔軟、可壓縮的區(qū)域。在第二個版本中，科學家們使用了的stratasys公司柔軟的橡膠狀3d打印材料tangoplus。通過3d打印直接構(gòu)建彈性體部件，省去了模具制造和鑄造階段。

ecobots的研發(fā)團隊曾經(jīng)接受過比爾和梅林達-蓋茨基金會10萬美元的捐贈。他們未來將著眼于提高機器“心臟”的工作效率，并將其納入下一代mfc-動力機器人。

從人體的尿液中可以看出多少健康問題

從人體的尿液中可以看出多少健康問題？

身體健康是每個人最期盼的，只有身體健康才是最大的幸福。每個器官都能反應(yīng)每個身體狀況，就比如說尿液也能體現(xiàn)身體的健康狀況，那如果從人體的尿液中可以看出多少健康問題呢？

第一尿是紅色的。如果尿液呈紅色，并伴有排尿疼痛、排尿次數(shù)增加和尿急，應(yīng)盡快到醫(yī)院進行泌尿系統(tǒng)檢查，尿液中無緣無故沒有血液。如果尿中有血，則表明泌尿系統(tǒng)有病變，如感染、結(jié)石和腫瘤，可能是系統(tǒng)性疾病。如果發(fā)現(xiàn)血尿，需要選擇正規(guī)醫(yī)院改進檢查，找出根本原因并進行針對性治療。

第二尿濁度。尿液混濁呈乳白色。泌尿系統(tǒng)可能受到感染，尤其是發(fā)生嚴重尿道炎時，早晨尿道口有膿性分泌物?；鞚岬哪蛞阂部赡苁侨槊幽?，尿液呈米湯狀或乳白色?；加屑甭阅I臟疾病、腎周淋巴管阻塞和絲蟲病、腹部腫瘤以及尿液中過多結(jié)晶鹽也會導(dǎo)致尿乳。

第三黃尿。尿液長期呈深棕色。十有八九是肝臟病變，如肝臟炎癥、腫瘤或結(jié)石。如果尿液長時間變黃，更多地注意其他身體癥狀，看看是否有上腹部不適、疼痛、全身疲勞、疲勞和黃疸。不必擔心偶爾會有一兩次尿液變黃，比喝水太少、出汗太多以及服用一些藥物和食物就可以解決。

第四黑尿。黑尿是罕見的，但它是一個非常嚴重的癥狀。尿液多次呈深棕色，表明身體出現(xiàn)嚴重病變或嚴重血尿。有黑色素瘤病史的患者尿液呈深棕色，表明疾病正在進展。棕褐色與醬油一樣，這是由血管溶血引起的血紅蛋白尿，如血型不合的溶血性輸血反應(yīng)和蠶豆病。

所以在生活中，要愛護自己的身體，多注意自己身體發(fā)生的變化。

生死之戰(zhàn) 心臟也能被快遞？

還有一個月就要高考，學子們將迎來他們?nèi)松械谝粓鲋亓考壍目荚?。說是生死之戰(zhàn)，大概也不為過。而他們身后的父母，更是操碎了心。前兩天，我的一位長輩不顧巨大的時差，打來電話問：“你看快遞這幾年發(fā)展這么迅速，物流是不是一個很熱門的專業(yè)？”筆者不知道該如何回答。雖然我不喜歡給專業(yè)硬生生地貼上“冷門”或者“熱門”的標簽，但是我能感覺到電話那頭，一個父親對孩子的關(guān)心和期待。

筆者想起剛看到的一則關(guān)于"葉勁捐心"的新聞，打算給他講一個快遞的故事，只不過這次快遞的“貨物”比較特殊——是一顆心臟。它的起點在廣西桂林，而終點，在北京安貞。一次成功的快遞，需要上門取件，需要長途運輸，需要簽收拆檢。而我們的故事，就從包裹之中的“貨物”說起。

奧西里斯

“懇請2014年5月2日，下午17:55，南航航班號CZ3287由桂林飛往北京的航班全力確保準點起飛，因為有一個捐贈器官搭乘該架飛機，我的孩子急需這個器官移植救命?！?】”

埃及神話里有位奧西里斯，作為冥神，他的職責之一，是稱一個人心臟的重量，以此來定他的善惡。剝?nèi)ミ@個傳說中的神秘和蒙昧，我們能看到，早在幾千年前，人們就意識到了心臟的重要性——人們將它和其他器官區(qū)分開來，給它一個特殊地位。

如果說冥神代表著未知且殘酷的生死之謎，那么，希波克拉底就是人類派出的解密者。這位公元前四世紀的醫(yī)生，弄清楚了心臟的位置，以及它和血管的關(guān)系?？上У氖?，當時他觀察的對象是尸體。在尸體內(nèi)，幾乎所有的血液都被驅(qū)入靜脈，而動脈中則是空的。因此，他斷言動脈內(nèi)充滿來自肺進入的空氣。

無獨有偶，同時代的亞里士多德也對心臟進行了系統(tǒng)探索。在觀察了天體的運動之后，他得出結(jié)論：永恒不朽的天體在做著永無休止的勻速圓周運動，而地球上的一切都是有始有終的直線運動。他將這一天地輪回的思想納入到心臟研究之中，認為血液是從心臟流至全身，并營養(yǎng)全身。這一設(shè)想對認識心臟產(chǎn)生了極大的影響【2】。

在羅馬帝國時代，蓋倫正確認識到了血液在人體內(nèi)的運行方向，可惜他唯心的認為心臟是用來呼吸的，這一錯誤一直到一千四百多年后的文藝復(fù)興時期，才得以糾正。

真正第一位正確認識心臟和血液循環(huán)的人是哈維，他在1628年發(fā)表的《關(guān)于動物心臟與學業(yè)運動的解剖學進展》中指出了兩個重要結(jié)論，第一，血液是循環(huán)著的，而不是有始有終的直線運動，第二，心臟的波動是血液循環(huán)的唯一原因。

達芬奇的心臟畫手稿

這條向著生命真相的探索之路上，還有一長串如雷貫耳的名字，其中就有大名鼎鼎的達芬奇。正是他們的不懈努力，揭開了心臟的神秘面紗，使得一切成為可能。

可以看出，對血液循環(huán)認識上的每一次進步，無不與世界觀、方法論上的進步以及相關(guān)學科科學技術(shù)的進步具有密切關(guān)系。如果我們要討論哲學方法論與自然科學的關(guān)系，血液循環(huán)發(fā)現(xiàn)史的研究無疑會成為一面最好的鏡子，給予我們很多寶貴的啟迪【3】。

心游身外

“北京華彬天星通用航空有限公司于2014年5月2日接到北京急救中心的電話后，協(xié)調(diào)首都機場等相應(yīng)部門開通“綠色通道”，19:38救援線路獲批，臨時起降點為安貞醫(yī)院。19:38，密云機場醫(yī)療救援直升機開動，19:44起飛，20:48降落安貞醫(yī)院。”

正確認識心臟，只是萬里長城的第一步。它和心臟移植術(shù)之間還有很長一段路要走。這條路上布滿著無菌術(shù)、相關(guān)器材、手術(shù)技術(shù)、抗生素等一系列關(guān)隘，當你千辛萬苦走過這些之后會發(fā)現(xiàn)，一個小小的，不起眼的，但是關(guān)乎勝敗的垛口出現(xiàn)了，它叫做“心臟保存”。

1967年，南非開普敦Barnar醫(yī)生成功地進行了世界首例人的原位心臟移植。那個時候，他可能并沒有考慮過這樣一個問題：當器官的捐獻者和需要器官的病人不在同一個城市的時候，該怎么辦？

實際上，隨著技術(shù)的進步，心臟移植術(shù)的術(shù)后長期生存率得到明顯提升，心臟移植的臨床需求日益增加。筆者查到的資料顯示，1995年，英國需要心臟移植的患者有10000例，但僅有30%可接受移植術(shù)。供需的嚴重不平衡使得心臟移植術(shù)的發(fā)展速度變得緩慢，世界各移植中心通過不斷的研究來延長離體心臟的保存時間【4】。

心臟移植中的供體心臟遭受的損傷大致可以分為3個過程：首先在與供體分離之前，供體的血流動力學的紊亂，酸堿電解質(zhì)的失調(diào)及一些藥物的應(yīng)用會對心臟產(chǎn)生一定的損傷；其次，離體心臟在體外保存的一段時間內(nèi)，心臟可能會遭缺血、缺氧或高鉀等損害；最后，對植入的供體心臟進行再灌注后，供心會遭受再灌注及排異反應(yīng)的損傷。

這其中的第二個過程是最可控也最應(yīng)該注意的。

現(xiàn)在，讓我們來回憶一下初中學過的生物學知識——首先，心臟是由心肌構(gòu)成，心肌在神經(jīng)系統(tǒng)的控制下，一刻不停地跳動，將血液送往全身；其次，心肌本身也是要進行新陳代謝的，它需要營養(yǎng)和氧氣，這些都由冠狀動脈提供；最后，新陳代謝和溫度有關(guān)。

看到這里，你是不是已經(jīng)有思路了？

是的，心臟的保存需要給心臟提供一個有效的環(huán)境，這個環(huán)境必須是液態(tài)的，才能同時滿足提供養(yǎng)分和排走代謝廢物的需求。同時，應(yīng)該想辦法用低溫技術(shù)降低心臟的新陳代謝，減少心臟在運輸過程中的損傷。

目前，常用的心臟保存方法有很多，例如單純低溫保護法、低溫高壓氧保存法、連續(xù)灌注保存法、間斷灌注保存、深低溫保存等。其中單純低溫保存法因具有簡潔、安全和經(jīng)濟的特點，為目前最常用的保存法。

一般認為，供心在缺血的情況下保存3～4小時是安全的，當然，時間越短越好。那么，新聞中提到的這次用了多久呢？答案是3小時53分。這3小時53分是每一個參與者默默付出的結(jié)果，他們獻出了自己的時間，傳遞了葉勁的愛心，給了小包活下去的希望。

生死速遞

“2014年5月3日凌晨2時6分，經(jīng)過5個多小時的奮戰(zhàn)，手術(shù)順利完成，小包被轉(zhuǎn)送至重癥監(jiān)護室。”

好了，現(xiàn)在心臟已經(jīng)運到了，是不是該進行心臟移植術(shù)了？

且慢，還早著呢！造物主似乎有意考驗人類對于生命的虔誠，因而設(shè)置了一系列的難關(guān)。這其中的每一個都需要人類前仆后繼的努力，用愛心、汗水和才智去打破。

奧地利醫(yī)生西奧多?比爾羅特曾說過：“在心臟上做手術(shù)，是對外科藝術(shù)的褻瀆。任何一個試圖進行心臟手術(shù)的人都將落得身敗名裂的下場?！?/p>

然而，不到100年后，1978年4月，瑞金醫(yī)院張世澤醫(yī)師為一例38歲風濕性心臟瓣膜病患者施行了首例心臟移植術(shù)，這也是亞洲第一例心臟移植術(shù)【5】。

雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越。

前文已經(jīng)多次提到，心臟是輸送血液的器官，那么病人在心臟移植手術(shù)期間，必然要經(jīng)歷一個缺少心臟的過程，這一過程中如何維持病人生命？這就需要為病人提供體外循環(huán)。

體外循環(huán)，顧名思義，就是在患者體外建立一套行之有效的循環(huán)系統(tǒng)，維持手術(shù)中，患者的生命。想象一輛汽車，把它的發(fā)動機拆下來，進油管和排氣管連接到汽車之外的一臺發(fā)動機上，以保證這臺汽車正常工作。相信不少人已經(jīng)撓頭了吧？要提醒的是，這輛汽車是在行駛中的，而發(fā)動機一刻也不能停。

還有一個問題——心臟的修整。人的心臟和身高體重有關(guān)，大致跟其本人的拳頭差不多。這就意味著，可能存在著不配套的現(xiàn)象。以這次的愛心接力為例，器官捐獻者葉勁是個21歲的小伙子，對父母孝順，對愛人真摯，對同鄉(xiāng)、同事一副熱心腸。卻不幸罹患腦癌，于2014年5月1日上午6:00，永遠離開了這個世界。他的父親做出了心臟捐獻的決定——大愛無言，但是這份愛對于等待心臟的小包來說，有點“太大”了。因為他才12歲，心臟必須經(jīng)過一系列的修整之后，才能順利被植入。

接下來，就是選方案。

嫁接蟹爪蘭

隨著人們生活水平的不斷提高，不少人開始注重生活質(zhì)量，擺弄花草成為一個很好的選擇。時間長了，就會漸漸熟悉一些嫁接技術(shù)。筆者在這里，就以嫁接為比方，介紹一下心臟移植術(shù)。

五月正是嫁接蟹爪蘭的好時候，用仙人掌做砧木，將其頂部切掉，削出楔形插口，剪取一株旺盛的嫩枝條，插入固定，就算大功告成?？梢钥吹剑谶@個過程中，并沒有把仙人掌的葉面完全切去，而是形成一種相互依存的關(guān)系。好處很明顯，一旦嫁接不活，至少還可以保住仙人掌。

與之對應(yīng)的，是異位心臟移植術(shù)，這里說的異位就是指保留病人的心臟，將供心與之并列縫合。不過這種辦法的缺點很多，并發(fā)癥不少，患者存活率低，所以臨床上已經(jīng)極少被運用【6】。

嫁接蟹爪蘭

筆者推測，新聞里的小包應(yīng)該采用了原位心臟移植術(shù)。所謂原位，顧名思義，就是位置不動，將病人的心臟取出，然后植入新的心臟。這就像果木的嫁接，去過果園的朋友可能注意到，有時候，一棵樹上會有不同的果子。這些是怎么來的呢？首先要選一個大枝干，砍去舊枝條，然后嫁接上一條新的。有經(jīng)驗的果農(nóng)，不但知道合適的時機，而且練就了嫻熟的手法。而當這一切發(fā)生在人身上的時候，難度可想而知。

近年來，隨著技術(shù)的進步、經(jīng)驗的累積，以安貞醫(yī)院為代表的一批醫(yī)療機構(gòu)，在心胸外科領(lǐng)域，取得了蜚聲中外的成績。

5個多小時的手術(shù)，猜都能猜出其中的辛苦。首先要進行有效而且安全的麻醉；其次要切開胸腔，充分游離上腔靜脈和主、肺動脈，插管建立良好的體外循環(huán)；接下來摘取病人的心臟，一般按主動脈、肺動脈、右房、左房順序切除病心，止血后植入供心，按左房、右房、肺動脈、主動脈的順序吻合，取出插管。止血后，逐層次關(guān)胸，常規(guī)放置心外膜起搏導(dǎo)線。

而更多的辛苦，普通的讀者壓根看不到。比如為了選擇合適的供心進行匹配，比如在圍手術(shù)期對患者進行的生理、心理護理，比如在術(shù)后監(jiān)測病人排斥反應(yīng)。

心的未來

心臟捐獻者葉勁的父親，在接受采訪時說：“兒子的器官能對別人有用，我感覺這樣做很值得。好男兒就該有擔當！”

葉勁的父親葉紹毅

我把這句話告訴了那個長輩，跟他說：“你看，這是一次生死速遞，這其中有飛行員、警察、醫(yī)生、護士，很多很多人的參與，少了任何一個，可能就不是這么美好的結(jié)果。冷門專業(yè)還是熱門專業(yè)又有什么關(guān)系呢？人應(yīng)該成為社會中有效的一環(huán)，成為一個對自己、對親友、對他人有用的人。能像葉勁一樣，成為一個敢于奉獻，讓自己父親驕傲的人，才是受教育的目的之一?！?/p>

而且，冷和熱都是相對且經(jīng)常轉(zhuǎn)變的，以心臟移植為例，3D打印、干細胞療法都將有可能成為新的突破，而舊的、成熟的技術(shù)也在不斷被改進，以更好的服務(wù)病人。從2014年5月2日下午4:55起，醫(yī)生摘下葉勁的心臟，到當日晚上20:48，運送心臟的直升機降落到安貞醫(yī)院附近，是3小時53分。又過了兩個多小時后，晚上23:00，這顆心開始在小包體內(nèi)跳動。次日凌晨2:06，手術(shù)順利完成。

時間是個偉大的東西，它洗去浮華，留下那些真正值得記憶的美好。

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參考文獻

[1] 新華網(wǎng).“一顆心的生命接力”——各方“千里送愛心”營救患兒紀實. /local/2014-05/03/c_1110509798.htm .2014,5,3

[2] 江時森. 血液循環(huán)正確途徑發(fā)現(xiàn)的漫長歷史——啟示與思考[J]. 醫(yī)學研究生學報, 2010, 23(6): 561-564.

[3] N·瑪格納.生命科學史[M].武漢：華中科技大學出版社，1985：156—16

[4] 黃晶晶, 王巍, 朱平. 心臟保存技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]. 廣東醫(yī)學, 2012, 33(20): 3167-3169.

[5] 王春生. 中國大陸心臟移植的現(xiàn)狀與進展[J]. 繼續(xù)醫(yī)學教育, 2008, 21(11): 6-9.

[6] 臧旺福. 心臟移植新進展[J]. 國際心血管病雜志, 2006, 33(4): 211-213.

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