诱导人类的迟钝和冬眠可以提高心脏病发作和暴力受害者的存活率。它也可能是长途太空旅行的关键。把猫蓬松起来。在蒙大拿州去年美国冬季的深度冻结过程中,她发现在一场积雪中漂浮并显得毫无生气,她在到达卡利斯佩尔动物诊所时就像一块破烂的毛毯地毯。她的体温没有记录。
然而,仅仅几个小时之后,温和的复温引起了咆哮,而蓬松则完全放弃了猫科动物的健康状况。她很可能处于一个被称为“假死”的状态。体温下降和新陈代谢减慢到需要氧气的程度,即使没有呼吸,大脑等重要器官也毫发无损。它也发生在人类身上。
2006年,澳大利亚登山者林肯霍尔在珠穆朗玛峰上被宣布死亡,但两小时后没有出现任何生命迹象。尽管在没有氧气的情况下在8800米处度过了整整一夜,但是如果他被一名登山者迷住了,他会在第二天早上活着被发现。这些壮举并没有被科学家们忽视。
研究人员正在试图通过极端冷却来“购买时间”,以便外科医生修复在射击或刺伤后心脏停止的患者。其他人正在寻找冬眠动物用于将细胞系统搁置的转换,有时多年,当资源稀缺时。空间机构也非常感兴趣,希望“人类冬眠”可以解决长期太空飞行的问题。然而,在地球上,需求是最紧迫的。
Sam Tisherman是一名创伤外科医生,他的补丁是位于巴尔的摩的马里兰大学医学中心的震撼创伤中心,距离HBO系列电线中描绘毒品性暴力的坚韧住房项目只有一箭之遥。然而,他在30多年前进入创伤研究的过程受到看似无害的东西的刺激。
他说:“我们所知道的只是患者参与了某种争吵,据说是关于保龄球鞋的争论。” “但他内心被刺伤......我们实际上把他带到了手术室,但他一直在逮捕,我们无法使他复苏。”
这一事件使Tisherman决心研究如何冷却可能让外科医生有时间缝制刺破的心脏或血管,而不会因为缺氧导致脑部受损。
他在20世纪90年代初期在狗身上所做的最初工作取得了令人 “我们的动物模型是,我们会将它们放到心脏骤停的位置,然后我们将它们降温并让它们在心脏骤停中停留一段时间,”他说。
他回忆说,有一只狗是美国猎犬。它的心脏停了整整一个小时,但它完全恢复了,一名实验室技师将它作为宠物带回家。
如今,Tisherman的主要研究对象是人类,它很可能改变创伤的管理方式。
他领导了一项名为“创伤心脏骤停的紧急保存和复苏”(EPR-CAT)的试验,该试验计划于12月完成。它为穿透性创伤的受害者提供了生命机会,包括刺伤和枪伤,他们流血至心脏停止的程度。
这些条件的生存率非常低 - 介于2%和5%之间。
在一项后勤专长中,外科医生打开患者的胸部并将40升冰镇盐水向上泵入主动脉,使身体冷却到10摄氏度。当他们修复损伤时,第二个团队将患者连接到心脏旁路机器,当患者回暖时,该机器泵入富含氧气的血液。
该研究的结论尚未完成,Tisherman将不会讨论结果。然而,有理由认为他可能会反对它。近年来,冷却研究一直是过山车的事情,而熟悉骑行的人是斯蒂芬伯纳德。
我来到澳大利亚墨尔本阿尔弗雷德医院与伯纳德见面,在那里他是一名重症监护医生。
他带我穿过紧急和创伤中心到重症监护病房的三个“病房”中的一个,该病房照顾心脏病患者。一辆空中救护车刚刚降落在相邻的直升机停机坪上。
在哔哔的监视器和匍匐的病人的安静紧张中,伯纳德散发着平静; 无意识是一个典型的入门要求。
他低调的举止掩盖了这样一个事实:2002年,他几乎单枪匹马地改变了心脏病发作后心脏停止的人的治疗方法。
他领导了一项研究,发现如果你通过在他们周围堆放冰袋来冷却这些人,那么将近一半的人幸免于出院。那些没有上冰的人,只有四分之一的人回家。这项研究引发了心脏骤停治疗的构造转变。“治疗性低温”是一天的顺序。
来自这个时代的照片展示了一个病人,大概是从一家超市收回来的,埋在一堆冷冻薯条下。
所有这一切都在2013年崩溃,然而,当一项更大规模的研究发现冷却心脏骤停患者的死亡率与常温下相同。伯纳德改变了方向,而是将冰镇的生理盐水注入心脏骤停受害者的静脉。
他们做得更糟。
“从我们得到的信件中,世界各地普遍接受了这一点,是的,这是非常确定的。我们不会这样做,“他说。
心脏骤停后,当地护理人员不再让患者感到寒冷,但同时也是救护车维多利亚医疗主任的伯纳德仍然坚信冷静的力量。
他说心脏病患者的问题可能不是感冒本身,而是你如何实现这一目标。他说:“将平均80公斤的人类,即60升的水,并将其降低,超过五分钟,从36度降至33度的想法,其物理特性令人望而生畏。”
伯纳德解释说,将冰镇的生理盐水注入有胸部按压的人体内,可能会更难以产生使血液在身体周围移动所需的压力梯度。
那么,这对Tisherman来说是不是很糟糕?
不必要。他的患者已经放血,制造“空间”以注入冰冷的液体。他还从心脏切口吸出生理盐水,并接受心肺机接管,所有这些都使大量泵送工作。
尽管如此,这些挑战使得更简单的方法变得诱人。“能够注入能减慢一切的东西的梦想”是伯纳德所说的。
事实上,梦想实现很可能以冬眠研究为幌子。
Fritz Geiser是澳大利亚新南威尔士州新英格兰大学的动物学教授。他研究冬眠及其较短的版本,“每日麻木”,持续不到24小时。在这些州,动物会降低能量消耗并将其代谢率降低至正常水平的5%。体温在10到35摄氏度之间急剧下降。
Geiser告诉我,Torpor比你想象的更常见。
我们估计有40%左右的陆生动物在澳大利亚这样做,”他说。其中一种动物是针鼹,Geiser解释说,它不仅仅是冬天的寒意,而是丛林大火引发的麻木。
“针鼹鼠的体温从32摄氏度到4摄氏度或5摄氏度。真的很低,“他说,并补充说,由于食物稀缺而且它们不需要那么多,因此它适应了针对火蜥蜴的无生命。地面覆盖物失去了它们成为捕食者的鸭子,因此隐藏在洞穴中的价值。
但是,恰恰是如何触发?
“如果你将动物暴露在烟雾和木炭中,它们就会变得迟钝。所以不知何故,它是一根棍子,告诉他们注意,“盖泽说。
“我们不知道神经信号,我们也不明白触发器是什么触发器。”
不出所料,有很多人想要找到它。
其中包括昆士兰大学动物学教授克雷格富兰克林。富兰克林研究了一种澳大利亚动物,它具有极端的诀窍,能够承受大干涸,因此经常在内陆地区肆虐。
“生活在沙漠和地下洞穴中的青蛙仍然处于休眠状态,称为夏季,可以持续多年。他们不喂食,饮酒或搬家,“他说。
“在没有下雨的情况下,有三到四年的干旱期,下雨,青蛙不知从何处冒出来。”
富兰克林说,如果你把一只青蛙放在柜子里的罐子里,它就会进入夏日。在那些黑暗的范围内,它可以减少高达80%的氧气消耗。这令人印象深刻,但它必须更低,让青蛙在没有进食的情况下存活多年。灌木必须有自己的秘密成分; 四月,富兰克林的团队开始寻找它。
“我们工作的物种钻入这个真正厚实的粘土,这种黑土,发生在达令唐斯。当你深入研究它时,你注意到的一件事就是它会闻到硫化氢的味道,“富兰克林说。
他对硫化氢的兴趣是可以理解的,因为在降低新陈代谢时,会产生腐烂的鸡蛋气体。
硫化氢对细胞利用氧气制造能量来源三磷酸腺苷(ATP)的过程产生了严重的制动作用,这种情况发生在它们的强大的线粒体中。
Peter Radermacher,德国乌尔姆大学医学院麻醉学和重症监护医学教授,十多年来一直在研究硫化氢。他拥有一个非常特殊的设施。
“我们可能会成为欧洲一家独特的机构,拥有啮齿动物以及大型动物实验重症监护室,”他说。
2010年,在那个动物ICU中,Radermacher做了一项研究,阻止猪流到猪肾脏90分钟。得到硫化氢的动物最终肾脏受损较少。
硫化氢可能部分地通过减少氧代谢的有害副产物来保护肾脏。这听起来不错,但是Radermacher说这种效果在剃须刀的边缘徘徊。
他说:“你喜欢拥有它的操纵与有毒的不可逆损害之间的区别非常狭窄。”
简而言之,硫化氢剂量使得线粒体发电速度变得缓慢,并且完全炸毁植物之间存在细微差别。
因此,Radermacher改变了方向,寻找具有明确安全性的现有药物,同时也释放出硫化氢。他可能有一个很有希望的候选人 除了用于金矿开采和水处理外,硫代硫酸钠也恰好是人类氰化物中毒的解毒剂之一。
在3月份的研究中,Radermacher的团队用硫代硫酸钠治疗了一种特殊的猪。这些动物的基因突变降低了先天硫化氢的可用性。
模仿创伤的出血,他们也有30%的血量被排出。
硫代硫酸盐猪的肺损伤明显少于对照组,这表明该药可以防止低血流引起的缺氧。
“硫代硫酸盐是有希望的,我必须承认我很惊讶,”Radermacher说,他的研究部分由德国国防部资助。他是德国海军的一名医生,在我们发言后不久,他将与一队潜艇艇员一起在海浪中摔倒。
那么,硫代硫酸盐有可能帮助人类 - 例如受伤的服务人员?
“人们可以想象,如果没有后勤障碍,你可以在战场上使用那个分子治疗出血的士兵,为明确的管理购买时间,”Radermacher说。
然而,他很快就能缓和期望。
“这确实是投机性的,也是未来的。肯定不是明年。“
如果Radermacher专注于战争战场,其他研究人员正在寻找明星。
Matteo Cerri是博洛尼亚大学的生理学家,也是欧洲航天局的顾问。他也可能已经发现了休眠开关。
2013年,他做了一项针对老鼠脑干的实验。这是一个充满生命气息的区域,呼吸和心跳的中央控制室。然而,Cerri的焦点在于其下端的一个豆形神经元群,称为中缝苍白球。
“当你激活这个区域时,新陈代谢会变高,体温会升高,心率就会增加。这就像你发烧时一样,“他说。
“这个脑干区看起来可能是你可以关闭新陈代谢的地方。所以我说,好吧,试试吧。“
试试他做到了。这些大鼠进行纳米注射蝇蕈醇,一种模仿大脑化学信使γ-氨基丁酸(GABA)作用的药物,直接进入中缝苍白球。在Skype上,有一个愉快的意大利变化和一些严重的轻描淡写,Cerri告诉我结果。
“令人惊讶的是,它第一次运作。”
大鼠的脑温和心率大幅下降。他们变得昏昏欲睡,所有这一切都与一个名为“合成变态”的状态一致。
然而,塞里有一个更大的奖项,一个涉及人和遥远的行星。
“辐射是长期太空探索的首要问题,”他说,指的是通常所说的“宇宙射线”。
“如果你飞向火星,你会得到高剂量的辐射,就像非常重要的一样。它不会立刻杀死你,但它很高。如果你考虑飞越火星,它肯定会杀了你。“
Cerri解释说,一些冬眠动物对辐射损伤具有抵抗力,可能是因为麻痹可以减缓细胞分裂并增强DNA修复。这是他想要在人类中复制合成麻木的一个重要原因。
但他明白,让脑外科医生注射人脑干可能会很棘手 - 这就是手术虎国的定义。因此,他在目前准备提交期刊的实验中探索了不同的大脑区域。
“我们知道下丘脑中有一个神经元网络,看起来很明显是在麻木中被特别激活,”他说。
“我相信他们正在详细阐述动物的能量状态,就像大脑计算或计算能量消耗一样。当这个计算的结果是负数时,当存在负能量平衡时,就会触发torpor。“
Cerri告诉我,他的数据强烈支持这样一种观点,即禁食通过下丘脑对中缝苍白的影响引发老鼠麻木。
结果是他正在追逐可能针对下丘脑的现有药物; 他有一杯鸡尾酒,他希望用老鼠来试验。如果它奏效,他告诉我,它有朝一日可以解决长途太空旅行的另一个琐碎挑战。
“六名工作人员几乎被保留在工作室的公寓里。隐私问题非常严重,“他说。“如果有人在翻身,那就不奇怪了。”
塞里警告我最近发生的事件,一名男子在一个偏远的南极研究站刺伤了一名同事。冬眠肯定会让太空中的这种争吵付诸东流。这表明创伤预防和行星际旅行的目标都在人类冬眠研究的轨道上。