据估计,在未来,火星任务将平均每2.4年进行一次紧急手术。
简介:
在太空中,受伤了怎么办?和地球环境有什么区别?我们应该防范哪些潜在的危险?
原文翻译如下:
据报道,今年早些时候,一名宇航员在太空中的颈部出现了血块,可能会危及生命。地球上的医生成功地指导宇航员通过药物治疗康复,从而避免了手术。但考虑到太空机构和私人太空公司已经承诺在未来几十年内让人类登陆火星,如果下次遇到类似的事故,我们可能就没那么幸运了。
事实上,外科急诊是人类太空旅行面临的主要挑战之一。然而,在过去的几年里,太空医学研究人员提出了许多可能的方法,从可以进行手术的机器人到3D打印机。
即使火星离地球最近,离地球的距离也高达万公里(万英里)。相比之下,国际空间站(ISS)的轨道距离地球只有公里。对于国际空间站上的外科急症,目前的方法是通过实时通讯稳定病人,并将病人运送回地球。但是这种方法在火星任务中是行不通的。在火星任务中,将病人运送回地球需要数月或数年时间,通信延迟可能超过20分钟。
除了距离的考验,宇航员还要面对往返火星途中的极端环境,包括微重力、高水平辐射和密闭的压缩舱或宇航服。这些都是对航天员身体素质的极度考验,也需要时间去适应。
目前,我们知道太空飞行会影响宇航员的细胞生长、血压调节和心脏功能。同时,太空旅行会影响体液的分布,削弱骨骼和肌肉。太空旅行者也可能更容易感染细菌或病毒。因此,就太空手术的条件而言,宇航员受伤或身体不适是极其不利的。
宇航员克里斯哈菲尔德在国际空间站的心脏病学实验室工作。(来源:美国宇航局)
然而,宇航员真的需要手术的几率有多大?研究人员估计,在火星任务中,一个由七名宇航员组成的团队平均每2.4年需要进行一次紧急手术。手术原因主要包括外伤、阑尾炎、胆囊炎症或癌症。虽然宇航员的选拔很严格,但手术急症仍然可能发生在健康人身上,太空中的极端环境很可能会增加这种事故的风险。
失重的肠子
虽然微重力下的操作还没有在人体上进行临床试验,但确实是可行的,而且已经成功了。比如宇航员在微重力条件下成功接上老鼠的尾巴,还可以对动物进行腹腔镜检查。(腹腔镜是一种检查和修复腹部器官的微创手术。)
这些实验导致了医疗方面的新的创新和改革,例如磁化的手术工具,可以吸附在手术台上,减少手术失误。
微重力手术的一个主要问题是开腹手术时肠道会漂浮,会遮挡手术视野。为了应对这个问题,太空旅行者最好选择微创手术。比如锁孔手术,只在患者体内开一个小切口,利用摄像头和手术器械就可以在腹腔内完美完成。
在抛物线状的“零重力”飞行中,外科医生对模拟腹部进行了腹腔镜检查,并成功止血。但他们仍然担心宇航员在这样的环境下心理上无法接受这些操作。
太空手术有很多缺点。首先,人体体液在太空和火星的分布会和地球上不一样。其次,由于表面张力,我们静脉中的血液可能会附着在器械上;而且漂浮的液滴也会形成雾,干扰手术医生的视线;最后,密闭舱内的循环空气也会增加感染的风险。解决这些问题的关键可能是构造手术气泡面罩,研究不被血液污染的手术工具。
研究人员在微重力环境下开发并测试了各种外科手术护罩。例如,美国国家航空航天局评估了一个可以防止污染的医疗封闭系统,该系统由一个透明的外科手术塑料盖和一个手臂端口组成。
反正我们绕火星轨道飞行或者定居火星的时候,最好给飞船配备一个“医疗舱”。舱内不仅可以屏蔽辐射,还可以配备医疗机器人、先进的生命支持系统和控制装置。它应该是一个特殊的医疗模块,可以过滤空气,并使用计算机进行诊断和治疗。
机器人与3D打印技术
到目前为止,实验表明,在太空中进行手术需要大量的医疗设备。但恐怕没有宇航员能在首航火星时享受到如此奢侈的服务,因为我们不能在火箭上携带太多设备。因此,有人建议我们可以使用3D打印机,用火星上的当地材料制作医疗工具。
在实际测量中,一名没有手术经验的宇航员成功使用3D打印技术制作的工具,在模拟人体上完成了类似的切割或缝合操作。但使用3D打印工具(如毛巾架、手术刀手柄、牙钳)完成手术,与平时并无太大区别。
火星定居点可能需要一个医疗舱。(来源:美国宇航局)
机器人手术通常是地面手术的另一种选择。我们测试了为短距离星际导航设计的机器人手术。NEEMO7是美国航天局在佛罗里达群岛水下栖息地宝瓶座,进行的一系列实验之一。在这次实验中,由实验室控制的机器人在隔壁房间操作,成功地从假人体内取出了胆囊和肾结石。
但远程控制的主要问题是空间通讯太滞后,手术机器人最好能自主完成手术。
我们已经为火星任务中可能出现的手术紧急情况做了大量的研究和准备,但在太空中进行手术仍然存在许多变数,尤其是在诊断和麻醉方面。无论如何,预防肯定比补救更重要。因此,选择健康的航天员,设计保证人身安全的工程方案是重中之重。
这篇文章最初由伦敦国王学院的尼娜路易斯普维萨特发表在期刊《对话》上
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