太空手术：现状与未来

A Cut Above: Surgery In Space, Now And In The Future | Hackaday

如果您没注意到，我们生活在一个危险的世界。虽然我们柔软的肉体在吸收动能和修复损伤方面表现出色，但人类能承受的伤害是有明确限度的，超出这一限度就需要外界帮助。车祸、高空坠落，甚至是枪伤等穿透性创伤——这类事件常常会将您送入创伤中心，在情况足够危急时，您将在所谓"黄金时间"内被推上手术台，以修补伤口和止住出血。

尽管"黄金时间"可能不像其名称暗示的那样是硬性限制，但事实仍然是，严重创伤患者越早接受手术，生存几率就越高。在地球上，大多数城市地区都能支持一个或多个一级创伤中心，使大部分人口能在60分钟内到达。即使在农村地区，配备高级生命支持团队的紧急医疗服务系统也能在将重伤患者通过直升机疏散到创伤中心之前对其进行稳定处理，使更多人口处于这一保护范围内。

但讽刺的是，人类历史上最高价社区的居民却无法享受这种奢侈。尽管距离仅相当于一次快速直升机飞行，但国际空间站上的宇航员和航天员在轨道上遇到任何创伤性伤害或医疗紧急情况时，基本上只能靠自己。虽然ISS机组人员已为此类情况做好了充分准备，但正如我们将看到的，目前我们能做的事情有限，在准备好在太空中进行手术之前，我们还有很长的路要走。

未雨绸缪

在人类进入太空的相对较短时间里，我们在医疗紧急情况方面表现得异常幸运。除了导致飞船和机组人员全部损失的事故外，轨道上的医疗事件往往很少见，而且当它们发生时，往往比较轻微，如割伤、擦伤、鼻塞和"空间适应综合征"——这是一个与适应失重有关的各种问题的统称。在更严重的一端，有几例心律失常，但都不需要干预或导致人员伤亡。

太空中的医疗事件如此稀少有几个原因。其中最主要的是宇航员和航天员的严格选拔过程，这往往会淘汰任何可能危及任务的潜在问题。这意味着每个进入太空的人都非常健康，这减少了轨道上发生意外事件的可能性。飞行前隔离也被用来防止宇航员将传染病带到轨道上，在轨道上，紧密的空间可能导致机组人员之间迅速传播。

此外，一旦这些非常健康的人进入轨道，他们就是历史上医疗监测最密切的人群之一。早期太空竞赛计划和航天飞机计划时期的宇航员都配备了大量仪器，飞行外科医生不断测量工程师能想到的几乎所有医疗参数。除非是特定的轨道医疗研究，否则现在基本上不再持续监测机组生命体征，但宇航员仍然比地面上的普通人受到更好的监测，这提供了早期发现潜在问题并在其成为威胁任务的问题之前进行干预的可能性。

奇怪的是，所有这些减轻医疗风险的专注似乎并不包括您认为应该是显而易见的一项预防措施：飞行前预防性阑尾切除术。虽然某些陆地冒险活动，如在南极洲过冬，需要切除阑尾，但该手术并未强制要求宇航员和航天员进行，可能是因为逻辑上认为任何有肠道疾病倾向的人都会在成为问题之前被筛选出计划。此外，即使是常规手术如阑尾切除术也有手术并发症的风险，如腹部粘连。这带来了肠梗阻的风险，如果在轨道上发生，可能会危及生命。

受伤机制

在地球上的我们有很多空间可以陷入麻烦。我们有楼梯可以跌倒，有地毯可以绊倒，有汽车可以撞，而在这个过程中，那个讨厌的加速度矢量总是威胁着将足够的动能传递给我们的脆弱架子造成损坏。然而，在国际空间站或用于为其服务的任何航天器的舒适环境中，很难达到足以造成真正损害的速度。此外，缺乏加速度——大多数时候——消除了跌倒和撞到东西的风险，这是地球上最常见的受伤机制之一。

尽管如此，太空仍然是一个危险的地方，并且有越来越多的太空碎片可能造成伤害。即使ISS船体上有弹道防护和EVA服中内置的微流星体保护，穿透性创伤仍然是可能的。钝器创伤也是一个令人担忧的问题，特别是在宇航员可能需要处理大型设备的舱外活动期间；即使在自由落体状态下，大型物体也很危险。在延长的太空飞行中，骨骼往往会脱矿，这意味着EVA可能导致骨折。EVA也可能带来心脏风险，太空行走的压力可能会触发未检测到的潜在严重心律失常。

微重力下的高级诊断超声(ADUM)目前是国际空间站上唯一可用的医疗成像方式。

太空飞行中另一个被低估的风险是泌尿系统问题。阿波罗13号任务中，登月舱飞行员弗雷德·海斯(Fred Haise)因机组人员漫长、寒冷的返回地球过程中的压力和脱水而患上了严重的尿路感染。即使在常规太空飞行中，保持足够的水分也很困难；加上由于体液重新分布和骨质脱矿导致的钙排泄增加引起的过度排尿，肾结石是一个真正的风险。

肾结石不仅仅是一个潜在问题；它们确实发生过。据报道，1990年代在和平号任务期间，航天员阿纳托利·索洛维约夫(Anatoly Solovyev)患上了有症状的肾结石。幸运的是，他只需服用液体和止痛药就能继续任务，但肾结石可能极其疼痛且完全致残，如果结石导致梗阻和尿潴留，则可能需要手术解决。

垂直救护车之旅

考虑到所有这些潜在的医疗风险，国际空间站是否配备了手术干预能力？简而言之：没有。尽管ISS机组成员接受了广泛的医疗培训，站上的医疗包也配备齐全，但没有为在轨道上进行最简单的手术程序做出任何安排。原因很简单：由于至少有一艘联盟号(Soyuz)或龙飞船(Dragon)始终停靠在站上，并且船员人数少且风险低，处理重大医疗问题的最安全方法是将患者撤离回地球。

当然，说起来容易做起来难。从ISS发射联盟号或载人龙飞船至少需要三到六小时，如果严重受伤的宇航员不能轻松穿上所需的压力服，可能需要更长时间。一旦舱体着陆，恢复时间可能会因计划外的生命船返回而延长；加上到医疗机构的运输时间，可能需要六小时或更长时间才能开始高级治疗。

为了确保宇航员能够在这段漫长而昂贵的救护车之旅中存活下来，机组人员将尽最大努力稳定患者。指定的机组医疗官(CMO)接受过静脉注射、气管插管甚至胸腔穿刺术（即放置胸腔引流管）的培训。凭借站上医疗包中可用的药物以及地面飞行外科医生的帮助，机组人员应该能够将患者稳定到足以进行回家旅程的程度。

熟能生巧

显然，医疗后送策略只有在事故发生地点靠近地球时才有效。当我们将载人任务推向更远的太空时，撤离可能将不再可行，即使船员经过精心挑选以确保极高的身体素质，最终平均法则也会追上我们，有必要在太空中进行手术。尽管第一次太空手术可能会在紧急情况下进行，可能由未经培训的机组人员执行，但这并不意味着未来的太空外科医生会完全盲目飞行。

2016年，加拿大的一个跨学科团队进行了一项独特的比较研究，在失重条件下模拟手术。使用达索猎鹰20研究飞机——本质上是加拿大版的NASA著名"呕吐彗星"——十名外科医生轮流执行一种常见的创伤手术程序：对大出血肝裂伤进行手术止血控制。这种伤害很容易在太空中发生，无论是通过钝器还是穿透性创伤，特别是在包括任何类型建设任务的任务中。

试验的目的是比较在零重力条件下进行的手术与在地面上进行的相同手术之间的模拟失血量。一种名为"切口模拟器"(Cut Suit)的手术模拟器，看起来和行为都像人体躯干，被固定在猎鹰狭窄舱内的临时手术台上——很好地模拟了未来任何星际航天器可能的狭窄空间。外科医生和一名助手用弹力绳固定在模拟器前的跪姿位置，还有一名技术人员负责在切口模拟器中维持80毫米汞柱的模拟血压。

对于零重力手术，猎鹰飞行抛物线路径，导致20秒的失重爆发。所有空中手术任务仅在失重期间执行；对于1-g手术，该手术在停在机库中的同一架飞机上执行，外科医生被限制在与零-g手术相同节奏的20秒工作窗口内。手术通过摄像机进行了广泛记录，用于术后审查并与手术过程中的模拟血流测量进行核对。

结果出人意料地好。十次手术全部成功完成，尽管有两名外科医生不得不退出最后的缝合任务，以免呕吐到手术区域。尽管所有外科医生都表示零-g手术主观上更难，但客观结果，如失血量和完成每个手术任务所需的时间，在零-g条件下至少略好于1-g。需要强调的是，即使是模拟，这些也是简化的手术，可能过于简化。没有尝试感染控制；没有给病人铺巾或消毒手术区域，没有穿手术服或刷手，也没有在处理器械时采取无菌程序。此外，没有模拟麻醉，这是手术中的关键步骤。但即便如此，它表明在深空条件下，某种手术的基本机制可能是可控的。

在NASA"呕吐彗星"上模拟太空手术。路易斯维尔肯塔基大学的这项研究旨在开发工具和技术，使太空手术成为可能。

除了在零-g条件下测试更真实的手术程序外，还需要进行更多测试，以了解失重术后和恢复情况。试验中选择的手术有些不完整，因为打包肝脏伤口本身并不是终点，而是恢复过程中的一个步骤。打包就是字面意思——在伤口周围填充吸收材料，以止住血流并提供一些直接压力，使血液凝结，让伤口自然愈合。打包材料最终必须被移除，虽然可以通过在打包手术中放置的手术引流管移除，但更可能需要另一次开放手术或至少是腹腔镜手术来取出打包材料并整理任何未自行愈合的伤口。

手术引流管的放置也带来了零-g手术的另一个问题。在陆地手术中，引流管通常放置在预计血液和液体会积聚的位置。以肝脏打包为例，引流管通常会放置在肝脏后方，因为患者在恢复期间会躺在床上，血液往往会积聚在腹膜腔的后部。然而，在太空中，如何去除这些液体是一个悬而未决的问题。探索这个问题可能很困难；由于恢复需要几天甚至几周，很难在20秒的爆发中模拟。人工重力可能有助于伤口引流，但也必须探索科里奥利力对愈合过程的影响。

鉴于我们在地球上已经进行了数千年的手术，令人惊讶的是在微重力下做完全相同的事情仍有疑问。但对于手术来说，太空仍然是最后的边疆。

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