人口的激增已成了全世界三大难题之一(其他两大难题是:环境污染及能源缺乏)。当然这是一个复杂的社会问题,但从医学角度说最主要的还是人类不知道,或是缺乏有效办法来控制自身繁衍的缘故。人口问题在第三世界尤为突出,我国也不例外。例如1952年我国人口为5.7亿,到了1992年达到11.6亿,即增加了一倍以上。这不仅是一个惊人的数字,而且将严重制约我国经济建设和社会发展的进程。为此我国将“控制人口数量、提高人口素质”。并且提出要将平均年人口增长率控制在12.5%以内。那么从医学发展看,人类如何能控制自身的繁衍呢?
请再想一想“人体的由来”那一节,或许可以给你许多启发,并从中想出好办法来。今后我们是否可从以下几方面着手,解决人类的生殖问题呢,而且它们必将比现有的办法更有效、更安全。
(1)调节人体的内分泌水平来控制生殖。首先让我们讲一下什么是内分泌。原来我们人体的某些细胞可以分泌一些称为激素的物质,它可以对其他细胞的功能起调控作用,这种细胞叫内分泌细胞。事实上人类女性的排卵以及子宫内膜的改变都是在内分泌控制之下进行的。因此只要我们人类彻底了解了人体内这些激素的分泌规律及作用方式,那么我们便可以随意安排排卵时间,调度子宫内膜的周期改变,一方面不让精子与卵子“相遇”;一方面即使有受精发生,而子宫内膜可以不接受受精卵的植入。这样当然便不会有胚胎的形成了。
(2)控制精子的发生与成熟。正如前面说过人体的精子是在曲细精管中源源不断地形成的。同样地人们也可以采用药物来控制精子的成熟过程。事实上我国的科学家已发现数种药物有这种作用,然而有毒副作用。今后只要人们想出好办法一方面发挥它们阻止精子发生的作用,一方面去除它的毒副作用,那么此类药物便可大显神通了。
(3)杀伤已排出的精子或卵子。主要的是可以发明专门针对精子或卵子的疫苗,或者用后面我们要提到的“单元隆抗体”,它们能如导弹一样追击精子或卵子,一旦这种导弹打击到精子与卵子,便可将它们灭活。当然,杀伤性药物也可运用,但至今却缺乏特异性,它们也可能伤及其他正常细胞,未来的科学家们或许可找到更特异的药物来。
“人口爆炸”不能继续下去,这不仅是社会学、更是未来医学的一大任务。
医生们的好帮手
按理说,人体是很完美的,除了“五官俱备”、“四肢皆全”之外,机体还有一整套保护与防卫的系统与机制,以防止发生疾病。但有时仍难免遭受诸如病毒、细菌、寄生虫等生物因子的骚扰或是有害物质、射线等理化因子的伤害;或者因本身代谢、遗传、衰老的缘故和偶然的外伤等而导致器官功能的衰弱与失常,于是人们产生了各种疾病。虽然有些疾病医生们一望便知,如面部长个疖子、大腿摔跤而骨折、饮食不慎而腹泻等。但有些疾病却不可能“一眼看穿”,它们或是隐藏于机体内部;或者没有什么表现,这样也会使医生们陷于困难的境地。遇到这种情况,医生们往往须利用现代化工具,将疾病找出来。这些工具就是当今与未来医生的好帮手。
“火眼金睛”找病魔
小朋友们都知道,齐天大圣孙悟空有一双“火眼金睛”,不但可以遥望几千里之外的事物,还可窥察人体,知道一个人体内是否有病。当然,“火眼金睛”只是我国古人们的奇思异想。然而,当代医生们真的有如“火眼金睛”一样的好帮手,借此可找出隐藏在我们人体内部的疾病。这些“火眼金睛”是什么呢?它们就是X射线、计算机体层扫描术(简称CT)等。
上个世纪末,德国物理学家伦琴,一天当他在暗室中研究高压电流通过低压气体的放电现象时,偶然发现实验室内一块表面涂有铂氰化钡结晶的纸板发出了荧光。这一现象引起了他极大的兴趣,他想一定有某种射线作用于纸板。为了证实这一想法,他用数层黑纸包裹一张照相底片,然后让这种射线通过,结果发现底片竟然也曝光了。这无疑证实这种未知的射线具有普通光线所没有的穿透能力。由于当时不明了这种新发现射线的各种性质,所以伦琴给它取名为X射线。后来,人们为了纪念他的功绩,又称X射线为伦琴射线。
现在知道,X射线是一种电磁波,它以光速沿直线前进,具有以下四个基本特性:
穿透性:即能穿透可见光不能穿透的物质,其中包括我们的人体。
荧光作用:X射线肉眼看不见,但被某些荧光物质吸收后,可发出荧光,这便是X射线用于荧光透视的原理。
摄影作用:X射线有一点与日光相同,即可以使胶片感光,这是应用X射线作照相检查的基础。
电离作用:X射线通过任何物质并被吸收后,都会产生电离作用。例如当我们人体暴露于X射线时,人体细胞可发生一系列化学变化,产生生物效应。医生们正是利用这种电离效应来治疗某些疾病的,如肿瘤等。
我们知道,人体各部分组织的密度是不同的,厚度更不一致。因此,它们对X射线的吸收系数也不一样。密度大、体积大的器官组织吸收的X线多,在荧光屏上的影像为黑暗部分,相反地,在照片上因曝光少而呈白色;反之,密度小的器官影像在荧光屏上为明亮部分,胶片上因感光多而显黑暗。这样我们便得到了明暗不同的平面图像。同样不难想像,当某种组织器官发生病变或损伤,对X射线的吸收也不同于原来的组织,这样就会形成异常的X线平面图像。医生们即可根据这些平面图像,发现体内病灶,从而作出正确的诊断,如肺结核、胃溃疡、骨折、脑肿瘤等等。
虽然X射线透视机在帮助医生诊断疾病上显示出无比威力,作出了巨大的贡献。然而,X线仍具有两个重要的缺陷:一是人体的器官都是三维结构的立体实物,而X线照片只是以平面图像来反映,它相当于透视部位的全部器官、组织的重叠图像,因此仍不能得到更多、更明确的有用信息;二是X射线透视机尚不能显示密度变化在5%以下的人体软组织病变,也找不出早期细小的病灶。那么如何克服X射线透视的这两个重要缺点呢?科学家们想到了一种古老的数学图像重建原理,就是说可以将人体的扫描图像重塑成立体结构,做法是从不同方位的角度对一个物体进行投影,然后用数学的方法重建它的图像。当然,这在技术上是较为困难的。首先从理论上说必须从无限多的角度投影,另外,要在荧光屏上显现出一个实体图像需要取30万~150万个数据,并且还要进行繁琐的计算才能实现。于是人们自然想到了电子计算机的帮助。1967年这一宏伟目标终于实现了,一位名叫豪斯·弗德的电子工程师设计出了一台最早的计算机体层摄影装置,并试用于临床,1972年他正式发布这种新诊断技术,并命名为计算机体层扫描术,简称CT。由于它诊断效果好,方法简单、迅速、无痛苦、损伤小、不具危险性,因而迅速得到了广泛的应用,大大地促进了医学影像学的发展。
那么,CT是怎样工作的呢?大体上说它分三大步骤;即X光扫描、数据处理、终端显示。在扫描过程中,由于扫描装置是可以活动的,因此可从各个不同角度对患者的病变部位进行扫描,然后将扫描所得的数据由光信号变成电信号,并输送给电子计算机处理系统,经过分析处理后以电信号的形式输送给显示装置,经过阴极射线管,再将电信号转变成光信号,这样就可以在荧光屏上显示出患者病变部位的清晰图像。
CT可以查出一厘米以上的器官或组织的病变,因此用途很广,它常被用于以往很难做到的心血管动态扫描,以及头颅及内脏器官病变的检查等。然而CT技术仍有不尽如人意之处,譬如只能诊断一厘米以上的病灶,事实上对于某些疾病一厘米已属不小了,一厘米大小的癌症可能早有转移,因此今后还须对CT进行改良,使它真正能做到“明察秋毫”,更小的病魔也可以被它揪出来。
后来居上的磁共振成像术
除了X线、CT之外,医生们还有一种“神秘武器”,这就是磁共振成像术,简称为MRI。这是在磁共振频谱学及CT技术基础上发展起来的一项崭新的成像技术。
我们知道,构成我们机体的70%是水分,其分子式是H2O,在这个分子结构中,“H”原子具有一个不对称的质子,而质子具有自身旋转的特性,同时也就产生电磁效应。但在通常的情况下,许多质子皆是无规律地排列,因此各个质子所产生的磁效应相互抵消,表现不出具体的磁性来。然而当外加一个磁场时,各个质子所产生的有如一个个小磁体的磁矩便会排列成为一个方向,此时若再加一个脉冲磁场,就会使这些方向一致的磁矩产生一定角度的回旋运动,而且随这个脉冲磁场的变化还可产生一系列的电磁波,这就是人们熟知的“磁共振现象”。另外,科学家们将一个回旋运动时间称为质子的“驰豫时间”。
人体由各种器官及组织构成。因此,在磁共振的过程中,不同组织有不同强度的磁共振信号,以及不同的“驰豫时间”;另外,即使同一组织,在病理及生理状态下,磁共振信号强度及驰豫时间亦不相同。这些差异可由磁共振信号反映出来。这样便构成了磁共振成像而应用于临床诊断的基础。再者,由于不同组织及同一组织不同状态下质子密度不同,因而通过MRI还能提供组织器官及病灶细胞内外的物理、化学、生物及生化等方面的信息。还有一点要提及的是,在操作过程中,MRI不造成放射性损伤,还可以从任何方向作断层分析,因此MRI技术“异军突起”,在当代医学诊断中愈来愈显出它的特殊地位。MRI几乎可用于全身各处疫病的检查与诊断,如脑内、胸腔内、腹部、盆腔等。
20世纪是科学技术迅猛发展的时期,医学影像学的巨大成就除了上面提到的CT及MRI以外,还有一种最新技术叫放射性核素发射计算机断层,简称为ECT。它包括正电子发射断层(简称PET)和单光子发射断层(简称SPECT)。ECT综合利用了核医学的示踪技术和CT的图像重建原理,兼有二者之长,既具备形象化显示活体生理和代谢功能的能力,又有分辨率高、能进行立体探测和断层显示的优势,是目前医学影像诊断技术中的后起之秀。
近几年科学家们还研制出一种比CT清晰一千倍的成像新技术,叫作离子微层析扫描,简称IMI。它是利用有丝加速器发射出细微的离子来,让这种离子束通过组织,再用特制的硅探测器测定出它通过该组织时损失了多少能量,而后再由计算机进行综合分析,从而从不同角度显示该组织的结构或病变。科学家们相信,IMI甚至可以识别出早期癌细胞的变化,如果真是这样,将大大提高癌症早期的诊断率,挽救更多的生命。
“神探”超声波
我们知道,当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率,它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为16~20,000赫兹。因此,当物体的振动超过一定的频率,即高于人耳听阈上限时,人们便听不出来了,这样的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1~5兆赫。
虽然说人类听不出超声波,但不少动物却有此本领。它们可以利用超声波“导航”、追捕食物,或避开危险物。大家可能看到过夏天的夜晚有许多蝙蝠在庭院里来回飞翔,它们为什么在没有光亮的情况下飞翔而不会迷失方向呢?原因就是蝙蝠能发出2~10万赫兹的超声波,这好比是一座活动的“雷达站”。蝙蝠正是利用这种“雷达”判断飞行前方是昆虫,或是障碍物的。
我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声波,这就是利用“声纳”的原理来探测水中目标及其状态,如潜艇的位置等。此时人们向水中发出一系列不同频率的超声波,然后记录与处理反射回声,从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。医学上最早利用超声波是在1942年,奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构;以后到了20世纪60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。
医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性,即将超声波发射到人体内,当它在体内遇到界面时会发生反射及折射,并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的,因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同,医生们正是通过仪器所反映出的波形、曲线,或影像的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变,便可诊断所检查的器官是否有病。
目前,医生们应用的超声诊断方法有不同的形式,可分为A型、B型、M型及D型四大类。