书城科普生命的奥秘
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第19章 展望未来的新医学(1)

社会在发展,科技在进步,在医学领域人类也在不断取得新突破,这一切都是人类勤劳和智慧的结晶。诸如:用泡沫材料修补骨骼、纳米人工骨让断骨再生、未来的机器人医生、仿生手臂和仿生脚的研发与运用以及那些呼之欲出的太空医学等等。这一切的一切足以让我们感到无比的欣慰和惊喜。

皮肤病新疗法:穿药上身

皮肤做为人体的第一道生理防线和最大的器官,时刻参与着机体的功能活动,维持着机体和自然环境的对立统一。皮肤具备着近乎完美的生理保护功能:如屏障作用、感觉作用、调节体温、吸收作用、分泌和排泄作用等,在维护机体的健康,起到十分重要的作用。机体的任何疾病都可以在皮肤表面反映出来。

然而皮肤本身也会生病,皮肤病是严重影响人民健康的常见病、多发病之一。

皮肤病中皮肤感染病与过敏性皮肤炎占大部份,不过随着老化的退行性变化之老人性皮肤病,由恶性黑色肿代表的皮肤癌等也是重要的皮肤病,另外需注意因药物治疗疾病而引起副作用的各种皮肤障碍。我国人口多,患皮肤病的病人也多。有关皮肤病的文字记载,在我国大约已有3000多年历史。皮肤病种类繁多,大约有1000多种皮肤病。

皮肤病的治疗使用最多的是外用药,如果外用药选择或使用不当,往往无效,甚至会导致病情加重。那么,如何正确使用外用药物呢?具体来说,应注意以下几个方面:

相同的药物有不同的剂型,如溶液、糊剂、粉剂、霜剂、洗剂、软膏、酊剂和乳剂等。不同的剂型,有不同的作用和适应症,故应根据不同病期的临床症状和皮损特点,正确选用不同剂型的外用药。一般急性期局部红肿、水疱、糜烂时,多选用溶液湿敷,可起到消炎、散热作用;有渗液者,先用溶液湿敷,后用油剂。皮损处于亚急性期时,红肿减轻,渗液减少,可酌情选用糊剂、粉剂和洗剂,可发挥消炎、止痒、收敛、保护作用。慢性期皮损增厚,呈苔藓样变时,多用软膏和乳剂,它们穿透力强,作用持久,且有润滑及护肤作用。

还应注意的是,同一药物、同一剂型,也可因浓度不同而作用各异。如3%水杨酸具有消毒和杀菌作用,而10%水杨酸具有软化和溶解角质作用,20%以上的水杨酸则是一种腐蚀剂。浓度不同,作用大相径庭,故选用药物时应认准浓度。

然而,外用药的使用方法和药效维持的问题一直为医患所头疼。而且,日常生活中,很多外用药因为具有黏性容易给使用者的正常生活造成不便。

怎么才能让对症的外用药药效得以长时间维持,让患者换药更方便而又不影响其正常的生活呢?最近,德国科学家开发出的一种新型织布为解决皮肤病用药难的问题提供了很好的解决办法。

这种新型织布是由设在北威州克雷费尔德的德国纺织品研究中心的科学家发明的。据介绍,科学家利用自然纤维和人造纤维中都含有的一种名为“环式糊精”的糖分子使织布拥有了医疗功能。该分子化合物能在织布内形成微小的孔状空间,并具有吸收不渗水物质的性能。

科学家介绍说,通过特殊方法处理,他们将一些外敷药物的有效成分添加进新型纺织品内,从而使这种织布内部那些微孔能够较好地保存这些药物而不“流失”。在织布与人体接触时,极少量汗液“刺激”使药物被“激活”,有效成分会慢慢渗出被人体吸收,达到与外敷药物同样的疗效。

也就是说,使用这种布料缝制内衣提供给皮肤病患者,可以保持药物时效,而且使用方便。能够更有效地治疗患者的皮肤病。这项成果为许多皮肤病患者解除了频繁换药的痛苦。

该项目的科学家正考虑用这种织布缝制各种内衣,以给有大面积皮肤病的患者提供一种舒适的新疗法。相信在不久的将来,皮肤病患者的用药问题会在这种新型药衣的帮助下得到改善。

修补骨骼的神奇材质

泡沫材料如泡沫塑料、泡沫橡胶、泡沫玻璃等都是气体分散在熔融固体中的分散物系,经冷却而得。它具有轻便、耐压等特点,被人们广泛地使用在生活的各个方面。但是,新近美国科学家将泡沫用于修补骨骼却着实令人大吃一惊。

科学家发现,波音飞机所使用的一种保护天线的泡沫材料可用在完全不同的领域——修补受损的骨骼。为了保护F-18喷气式战斗机的无线电天线,美国空军委托波音公司的科学家研制出一种轻重量泡沫材料作为防护层,用以包裹飞机上的无线电天线。这种泡沫材料既能防止飞机天线损坏,又不会干扰飞机正常接收无线电信号。

这种泡沫材料由空心的二氧化硅球与聚合物胶合而成,每个二氧化硅空心球的直径约为90微米,粘结在聚合物中的显微空心球的空隙之间,可以让空气渗透通过。研究者发现,通过调整显微空心球和聚合物的比例,能够控制泡沫材料的强度和泡沫材料的空隙度。研究人员设计出多种不同比例的泡沫材料,其中有一种的“配方比例”正好与人体骨骼的性能极为相配。

矫形外科医生十分需要像骨骼一样的材料以代替发生病变或被撞伤损坏的骨骼,很快,这种材料就受到了骨科医生的青睐。这种泡沫材料能够吸引骨细胞生长,其强度和坚固程度足以取代骨骼,从而能有效地对损坏的骨骼进行修补。

以往,由于并不总是能够满足被替代部位骨骼的需要,从人体其他部位移植的骨骼往往难以满足移植要求;目前使用的钛制人工骨植入物因缺少弹性效果也不理想。理想的植入物应该是一种“脚手架”一样的材料,在“脚手架”上可沉积骨细胞并使其自然生长,但目前使用的许多“脚手架”材料不很坚固,难以承担骨骼需要承受的力量。

以往经验再加上新材料的特性,矫形外科医生认为,波音公司发明的这种保护天线的泡沫材料是用以修补受损骨骼的理想“脚手架”材料。他们通过实验把这种材料植入了兔子骨骼,结果没有发现排异反应;在取出泡沫材料植入物后他们发现,在泡沫材料植入物上已有许多新的骨细胞和血管在泡沫材料的孔隙中生长。

有人可能不禁要问,这种材料是怎样促使骨骼生长的呢?科学家进一步的研究为我们找到了答案:骨细胞是以电信号方式相互“通信联系”的,吸引骨细胞生长的方法是在“脚手架”材料上加一个电场。由于电磁信号能够无阻碍地通过泡沫材料,因此,可使骨细胞电信号很方便地吸引新生的骨细胞进入泡沫材料,从而使骨细胞能顺利生长,完成受损骨骼的愈合。

除了上述泡沫材料以外,还有一种材料成为了人类的福音。前不久,美国密苏里——罗拉大学(UMR)称,关节炎患者可以从一种以往认为不大可能的物质中得到帮助,这就是玻璃。该学校的研究人员正在研制能用来修补骨骼的特殊玻璃和能注入关节的微小玻璃球。

退休的陶瓷工程师教授德尔伯特·戴博士把碾碎的玻璃颗粒与一种聚合物混合在一起,研制出一种能用来修补断裂和患病骨骼的物质。将这种混合物注入碎裂的椎骨或其他受损骨骼部位,可以填充裂缝,把碎裂的骨骼重新粘合。混合物变硬后,就会变成一种类似骨骼的物质,与原有的骨骼粘结在一起。

风湿性关节炎患者也许能从玻璃可以治疗他们的疾病上获得鼓舞。研究人员正在完善用来对关节实施放射治疗的生物降解玻璃球。可以把这种直径大约是头发丝直径的1/5到1/10的放射性玻璃小球注入患病的关节。放射完成后,小球就逐渐与体液反应,最终从人体消失,从而开创了患者接受放射治疗的安全途径。

研究人员说,可以用相似的操作治疗其他疾病。可以用添充了某些种药物的空心球或壳体取代实心玻璃球,注入人体或像乳膏一样敷在皮肤上,然后使药物逐渐释放到人体系统中。这种治疗方法能以更加均衡的方式释放药物,并直指感染或患病的部位。该学校已经准许一家公司使用这种技术。该公司打算用填充药物的壳体治疗皮肤疾患,比如牛皮癣和慢性湿疹。

纳米人工骨让断骨再生

许过骨损伤患者都梦想有一天骨头能像身体的其他组织一样,在受损后进行自我修复。长期以来,许多医生也致力于修复创伤、肿瘤、感染造成的大范围的骨缺损,以恢复肢体功能。然而现如今临床上对大范围骨缺损的医治仍是世界难题:采用自体骨移植难以满足大段骨移植的要求;异体骨移植产生的疾病传播和排斥反应又令人担忧;临床上广泛使用的各种以金属、陶瓷或高分子制造的人工骨在生物相容性、生物活性、生物可降解性及与被植入者原有骨的力学匹配性等方面都有各自的缺点。于是,设计制造新型骨替代材料成为了解决这一问题的关键。

骨是最复杂的生物矿化组织,在微米尺度和纳米尺度的观察下,它的结构都是不同的。纳米骨仿照人类骨的生成机理,采用自组装方法制备纳米晶羟基磷灰石胶原复合的生物硬组织修复材料,使复合材料的微结构具有天然骨分级结构,并且具有和天然骨类似的多孔结构,人体对它完全没有排异反应等副作用。

这种由纳米尺度级别材料构成的人工骨还可以根据不同部位骨生长的需要制成不同的硬度,并且植入人体硬组织缺损处降解速率和新骨生成速率基本匹配,修复效果接近植入自体骨。

而且,与原有传统人工骨材料相比,纳米人工骨修复后的骨头和人体骨完全一样,不会在体内留下植入物。综合这些优点来看,纳米材料无疑是修复大段骨缺损的理想材料。

纳米骨的移植手术已经在我国成功实验了。安徽一位颈椎损坏十几年的老人,术前走路都成问题,纳米人工骨移植手术之后,他的腿不疼了,脑子也不涨了,术后三天就能走路了。

在这之前,专家们采用纳米人工骨完成了在兔子和狗身上进行的长骨、颅骨、颌骨、脊椎骨的大量修复实验,实验证明了纳米生物材料作为修复材料具有安全有效性,并达到大尺度(40毫米)的长骨缺损修复。

一位资深骨科医生说:“对于骨愈合我们需要观察半年时间,目前来看病人对纳米人工骨没有任何排斥反应。纳米人工骨已用于多种骨病的治疗,预期可以在全国各大医院应用。”对于广大饱受折磨的骨科患者来说,这绝对是一大福音。

人体植入纳米骨后,就好像藤会沿着支架不断生长一样,人体的骨细胞就会慢慢爬进多孔的生物材料内部,破骨细胞一边“吃掉”纳米骨,成骨细胞一边巩固阵地,在纳米骨的内部生长起来。随着时间的推移,骨细胞在纳米骨的内部聚集得越来越多,纳米骨的材料逐渐被人体吸收,直到最后纳米骨完全被人体自身的骨细胞所代替。

专家介绍说,纳米人工骨比较轻,如果纳米人工骨能正式投入临床使用,1~2克纳米人工骨移植术需要收费一千到两千元钱,与其他种类的产品价格相近。而且根据不同的需要,现在的纳米人工骨可以加工成颗粒状、柱状、块状等多种形状,目前专门用于治疗骨质疏松的可注射的纳米人工骨针剂正在研发中。

在我国,每年因为骨肿瘤切除手术后需要进行骨修复的病例就有25万例左右。毫无疑问,这种纳米人工骨将会改变千千万万个因为骨缺损造成伤残的人的命运。

未来的机器人医生

我们都知道,外科医生的地位无与伦比。他们接受了几十年严格的训练,能妙手回春,起死回生。每天有成千上万的患者把自己的生命托付给他们。

然而,机器人给病人做手术听起来好像是天方夜谭,但这项技术无疑是外科手术史上的重大突破。随着手术机器人的出现,外科医生这个职业发生了巨大的变化。它能使外科医生长出“千里臂膀”,来穿越整个大西洋给患者做手术;它能给外科医生升级,使一个普通大夫做出来的手术可以与最有经验的大夫做出来的相媲美。但是,除了给外科医生们锦上添花外,它也给他们以严峻的挑战,说不准将来的某一天,外科医生的位置将会拱手让给机器人来坐呢!

2001年6月,“林德伯格手术”震撼了医学界,手术的实施堪称医学史的一场革命。手术本身其实很简单:施行胆囊摘除。不同凡响的是,站在手术台前执行手术的外科医生是“宙斯”机器人,他真正的指挥操作者是远在大西洋彼岸的外科医生雅克·马雷斯科。

“宙斯”通过光缆同纽约的计算机控制台相连,雅克·马雷斯科在纽约看着电视屏幕,通过计算机控制台遥控着宙斯进行手术。宙斯首先把一根装有微型光纤摄像头的腹部显微管导入患者的腹部,然后用解剖刀和镊子摘除了病变的胆囊组织,整个手术过程只有54分钟。患者在手术后48个小时恢复排液,而且没有任何并发症。

这是史上第一的远程手术,并迅速成为报纸的头条新闻。而这次由机器人实施的跨洋手术,也是史无前例的壮举。因此,医学界都把这次手术命名为“林德伯格手术”。

这个具有开拓性的手术之所以能成功,与高精密的遥控外科手术机器人的帮助密不可分。早期的外科手术非常原始,几乎没有麻醉,患者们忍受着极大的痛苦,有的人痛得受不了,需要好几个人才能按住患者挣扎扭动的身躯,以便让手术继续进行下去,不少人痛得晕了过去,甚至不乏痛死的例子。

那时的手术室通常就是普通房间,手术床也是人们睡觉的床,有时候甚至就是一块木板,一张桌子;没有任何消毒设备;没有今天手术专用的无影灯;地上往往铺着一层锯木屑用来收集血液。