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?
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。
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
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