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探秘人体配件梦工厂
当听力丧失、关节老化、血管堵塞甚至心脏衰竭时,去做个以新换旧的手术吧.3D打印的骨骼、真丝或尼龙材质的血管,依靠电池运行的耳蜗……那些量身的人体组织和器官配件,不但能够修复人类残缺的躯体,也正在改变人类的生命长短.
文｜《小康》记者 杨柳
美国电影《重生男人》描绘了一个人工器官像商品一样流通的未来世界.肾脏、视觉器、发声器、膝盖等,无论身体的哪个部位受损,更换一款最新型号的机械制品就可以解决问题.科幻电影中的畅想也许终有一天会变成现实,随着医学发展的进步,人类在不久的将来,可以像变形金刚一样随意更换自身的“零件”.
蓉蓉今年刚刚6岁,一直在家人的疼爱下长大.和大多数同龄孩子不一样的是,出生时,蓉蓉没有通过新生儿听力筛查,这就意味着,她缺失了听力.
声音进入耳朵时,首先会传到耳蜗,这个螺旋状的器官就像一台精妙的“转换器”,能够将声波震动的机械能转换为生物电能,传递到大脑皮层,从而形成听觉.但小蓉蓉的耳蜗发育残缺,属于先天性双耳重度神经性耳聋.在蓉蓉的世界中,她看得见画面,却听不到声音.为了解决这个问题,医生建议家人为蓉蓉进行耳蜗移植.
为小蓉蓉进行人工耳蜗植入手术的主刀医生殷善开,是上海交通大学附属第六人民医院副院长,也是耳鼻咽喉科研究所所长.像这样的人工耳蜗植入手术他每年要完成上百台.而每次手术前,殷善开都会尽可能详细地向患儿家属描述手术过程,如何让没有听力的蓉蓉“听”到声音？殷善开指着一根异常柔软的电极解释道,手术中,他将要把这根电极直接植入耳蜗部位,这样做的目的,是为了让电极绕过耳蜗中无功能的部分,直接向听神经发送信号.
手术的原理并不难理解,植入体部分和外部的接收装置相互配合.它们就像一对微型电脑,能够瞬间处理极大量的信号.麦克风采集声音,处理器进行解码分析,再由植入体完成信号转换并传递给大脑的听觉神经,这样,一条人工模拟出的听觉通路就重建完成了.
凭借该技术,人类第一次使用医疗器械,替代了人类的一种感官.
从20世纪90年代到今天,我国的人工耳蜗植入的技术在不断地取得重大的进步,在最初的起步阶段,全国每年仅有10例左右人工耳蜗植入的病例,发展到现在,每年至少5000余例.
“由于人工耳蜗在治疗双侧极重度耳聋方面的巨大成功,使它当之无愧地成为当今社会最为有效、最为成功的人工替代器官.”殷善开说道.
手术很成功,就在人工耳蜗正式开机的一瞬间,蓉蓉的表情有了些许变化.此时她听到的,还只是一连串混杂的、类似电流一样的声音.接下来几个月,蓉蓉的大脑要学习这些声音的意义,像刚出生的宝宝一样,她的大脑开始做新的连接.植入人工耳蜗为蓉蓉提供了听的可能,不过想要开口说话,还需要进行系统科学的术后康复,包括听觉康复、言语矫治和语言训练.
在第一次听到语音后的半年,蓉蓉开始学着自己说话.暑假里,蓉蓉会去少年宫学琵琶、学跳舞.而在今年秋天,她刚刚成为一所普通小学的一年级学生.植入的人工耳蜗会陪伴她一辈子,这是她回到有声世界、回到主流社会的钥匙.
2009年7月,中国残联和卫生部共同启动了“贫困聋儿人工耳蜗抢救性康复项目”,通过财政投入,以及社会捐赠,为至少1500名重度以上听力障碍儿童免费植入人工耳蜗,为9000余名听障儿童免费提供助听器.而在蓉蓉之外,每年,全球仍有数以千万计的人不幸成为疾病和事故的受害者,看着那些残缺不全的躯体和荧荧将息的生命,我们是多么希望医生能够像汽车修理工一样,用闪闪发光的新零件替换那些损坏的“旧零件”.
这种渴望由来已久.在新疆出土的两千年前的文物中,人们就发现了木头和皮革制作成的义足.虽然用当今的眼光来看,它们都是些中看不中用“摆设”,但这却是人类修补身体最早的尝试.随着人类对我们自身了解的逐步深入和外科技术的日益精细,修复或者替换某个“身体零件”,已经不再是单纯的梦想,越来越多的普通人,正在从中受益.
换个关节散步去
家住北京安桂珍,在75岁那一年,体会到了人造器官带给她的便利.在更换了一块金属的关节之后,她终于能够摆脱折磨她已久的疼痛了.“主要就是左边膝盖疼,别说是爬楼梯了,就是遛弯儿时多走几步,回到家膝盖就肿.”安桂珍说.
在中日友好医院骨关节外科,郭万首主任经常会见到像安桂珍这样的病人：“人体的任何一个部件都不是永久牌的,总会有磨损,功能也会逐渐减退.特别是随着年龄增长,活动量比较大,或者体重比较大的人,无形当中给关节增加了额外的负担,所以他们的关节磨损就会更快.”
问题出在了衰老的左膝关节上.膝关节,是人体内最大、最复杂的关节,承担着我们人体运动的重要功能.当安老太太每跨出一步时,她接触地面的压力,都相当于体重的三倍.不仅仅是行走,就连我们自身的体重,也会给膝关节带来负担.而当自身的关节不可避免地出现损伤或者老化之后,使用一个人工关节,来满足运动和负重的需求,无疑是最明智的选择.
“人工关节置换不像咱们老百姓想的那样,不是把这个关节全部拿掉,换个新的.关节置换,它相当于在磨损的关节表面加个套子.” 郭万首解释道,“采用人工关节这种方式,替代病损的关节,恢复关节的功能.这种技术已经几十年了,现在已经非常成熟了.”
由金属和聚乙烯材料构成的人工关节,具有耐磨、润滑的优点,它能很好地和人的肉身融为一体.日常生活中,安桂珍根本感觉不到它的存在,现在,安桂珍能够上下楼梯、下蹲,不要小看新关节带来的这些看似简单的改变,郭万首说“人工关节给病人带来了很多的益处,改善了病人的生活质量”,在他看来,小小的人工关节,堪称“骨科历史上一个里程碑似的突破”.
科学家们向着人造器官的梦想不断努力.用新零件替换旧零件,人类发挥了天马行空的想象力.在骨科领域,金属、陶瓷、碳纤维甚至泡沫塑料,都是人工骨骼的热门材料.2016年6月,北医三院的手术室里完成了一台不平凡的手术：世界首例3D打印人工椎体手术.植入的多节胸腰椎体,替代了患者被彻底切除的5节脊柱,长度达19厘米.这在以往,是不可想象的.
可以完成这例手术的医院、医生,全球寥寥无几.而完成这一壮举的,正是北京大学第三医院骨科主任刘忠军带领的团队：“利用3D打印技术,按照人体的解剖结构,完成脊椎结构重建,完成内固定,最终装上一枚从形状到功能都与人体原本解剖结构相近的人造脊椎,使患者可以挺起脊梁,像普通人一样,正常工作生活.”
目前,经国家食品药品监督管理总局（CFDA）注册批准的3D打印人体植入物,我国仅有人工髋关节和人工椎体这两项,这意味着,以前无计可施的患者有可能借助先进的技术得到施治,中国制造将造福更多的患者；并且,产品国产化后也将打破国外产品对高端市场的垄断,大大降低,为患者节约大笔医疗支出；对推动整个3D打印产业链的发展具有重大意义.
人工耳蜗、人工关节,可以在人类丧失听力、关节退化时,帮助人类恢复健康.但当心脏衰竭、血管堵塞这样的问题出现时,用木头、金属或高分子材料造出一个保命的脏器,在现阶段看来还有些不太现实.尽管移植手术可以满足一小部分病人对器官的需求,但一个严峻的问题是,可供移植的器官实在太稀少.
正因为如此,人们尝试用机器来取代部分器官的功能.如今,你可以在一家普通规模的医院里看到这种尝试的结果：比如尿毒症病人离不开的透析机,它就是庞大的体外人工肾；而重症监护室和手术室里的人工心肺机,则是另一种意义上的“人造器官”,依靠它,医生才可以让我们的心脏暂时停止跳动,以完成精细的心脏矫正与修补.这些看起来冰冷、复杂的机器,在挽救危重病人、争取移植时间方面起到了越来越重要的作用.不过,它们还算不上真正意义上的“人造器官”,因为除了功能性之外,用来替换的“零件”最好小巧、便携、节省能源.
血管也能涤纶造
每年入秋,许宝明都会在自家院子里晒上玉米和辣椒,做这些农活时,她看起来和普通农民没什么区别,但她的身体里,却有着总长度将近60厘米的人造血管.这使她听起来有点像科幻小说里的人物.
2012年,北京大学第一医院心脏外科肖锋主任曾主刀,抢救了一位患有“主动脉夹层动脉瘤”的中年女性,她,正是许宝明.主动脉夹层动脉瘤,历来是心外科医生公认的最凶险的一种疾病,病人随时都有可能猝死.
正常的血管壁是由内膜、中膜和外膜三层结构组成的.而许宝明的血管发生了病变,血管的膜与膜之间出现了缝隙,致使血液不通过正常的血管腔,而是流进了管壁夹层之间.这样的情况非常凶险.因为一旦外膜支撑不了来自血管的压力,血管就会爆裂.
更糟糕的是,许宝明主动脉夹层的范围累及整个胸、腹主动脉及其各大分支.而她自己身上,根本找不到足够粗、足够长的,能够替换的血管.人造血管成了她唯一的选择.
“所有的主动脉都换完了”,谈及那次手术的难度,肖锋仍然印象深刻：“从主动脉瓣一出来开始,一直到我们的髂血管,都变成了人造血管.
自1952年首次投入使用,人造血管在大约50年的时间里取得了迅猛发展.最初,人们用化纤材料编织成人造血管,比如尼龙、涤纶甚至真丝等.目前,还有一种流行的“面料”是聚四氟乙烯,它还有一个更广为人知的商品名——“特氟龙”.是的,正是厨房中不粘锅的表面涂料.以这种材料编织而成的人工血管可以随意弯曲而不致吸瘪,现在,它们正广泛地应用在大血管替代手术中,为大动脉瘤等重大疾病的治疗提供了出路.如今,更细的人造血管也已接近实用水平,最终攻克冠状动脉等疑难病症的大门即将在人类面前打开！
“在心血管外科的话,人工组织器官运用相对来说还是比较普遍的.”肖锋说道,人工器官离我们并不遥远,“老百姓最常知道的人工瓣膜,已经有很多病人都进行过瓣膜置换.人工瓣膜不仅在中国,在全球也是临床运用最多的人工器官之一”.
带着体内的涤纶人造血管,许宝明度过了自己的49岁生日.无论是人工瓣膜还是人造血管,这些人造的配件已经不知不觉参与到普通人的生活中,像许宝明这样的普通患者,还能够通过医疗保险来解决大部分的治疗费用.对他们来说,如同离不开空气、食物和水一样,离不开这些人体配件.
“正常家务、农活,都能干,要硬说有什么不一样的地方,就是得长期吃凝血的药,它人造的血管跟咱们自己的血管怎么也不一样.”许宝明说道.
显然,和使用人工材料制成的身体“零件”相比,有血有肉的器官组织会令人体感到更加舒适.生物工程学家们正在朝这个方向努力,他们尝试利用人体细胞和生物材料复合,在特定的环境下“养”出一个“肉乎乎”的人体组织或者器官.而随着医学与工程学、机械学、生物材料学的不断发展、整合,将会给病人带来更多的益处,甚至,完全颠覆现有的医诊模式.在可期的未来,人体,也许会被更多人工部件取代.
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2、人体工程学论文