书城科普解读自身的人体科学(科普知识大博览)
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第37章 人造器官的诞生

机器如果坏了一个零件,只要换上一个好零件就能正常运转了。人体也像一架大机器,只是当它的一个零件——器官损坏时,能不能换上一个完好的器官呢?

早在1542年,欧洲弗莱密西国的医生们就提出:动物的静脉坏了可以用苇管代替它。200年后,波兰医生加迪尼建议,在摘除白内障的同时,用人造水晶体植入眼睛,可以使盲人重见光明。结果是人们非但不相信,反而有人控告他“妖言惑众”,结果他被法庭治罪。再过100多年,英国的眼科医生加·理德利偶然发现,手术时留在一名飞行员眼中的有机玻璃碎片竟没有引起他的眼睛发炎。这意味着把人造晶体植入人眼是不会有副作用的。于是他用塑料精心制作了人造晶状体,第一次用这种晶状体替换了病人眼中的混浊晶状体,结果使病人恢复了良好的视力。从那时开始一直到现在,世界上就有数以万计的人在眼睛里装入了人造晶状体。并且人造晶状体的透明度甚至比天然晶状体还要高出35%!人造晶状体可以装入人眼内,那么其他人造器官是不是也可以植入人体,以取代损坏的天然器官呢?美国哈佛医学院的肾病专家默雷尔制造了一种特殊的容器,里面盛有一种专门配制的液体——透析液,当病人的血液从半透膜的管道中通过容器时,血液中的尿素和其他废弃物质便会跑到溶液中去而被清除掉。显然,这种容器具有肾脏的功能,因此被称为人工肾。

1959年,当人工肾刚刚制成时,默雷尔就接到一名患有严重肾病的经济学家的求救信,恳求医生设法延长他几个月的寿命,好让他将一部巨著的最后几章写完。默雷尔只好把还不很完善的人工肾移植到他的体内,果然延长了那位学者的生命,使他完成了传世的巨著。第二年,美国大学生阿尔伯斯也接受了人工肾,从而健康地活到老。从那以后,人工肾已挽救了数以百万计的人的生命,创造了医学史上的丰功伟绩。

人工肾的移植成功推动了人造器官的迅速发展。现在,几乎人体内的所有器官都可以人工制造了。假牙、假发早已在市场普及;仿生耳可以使听觉神经完全受损的人恢复听觉;用金属或陶瓷材料制成的关节可以用来替代人们受损的髋关节、肩关节、肘关节、膝关节和腕关节;人造韧带也被用来代替受损的膝韧带。

人们不仅可以制造功能健全的假肢,而且可以制造肌肉和皮肤。用聚丙烯网状物制成的人造肌肉虽然不能产生力量,却能够有效地把人的肌体连结在一起,并起到加固肌肉组织的作用。科学家们用牛皮为原料生产出一种人造皮肤,它的较厚的下层是骨胶原,它的表层是薄薄的胶乳封闭层。把这种人造皮肤植于创伤处,可以使肌体逐渐吸收骨胶原,促使肌体自行分泌骨胶原,然后揭去表面封闭层,再将真皮移植上去。

英国人研制出了人造塑料肺,主要由与小型光盘播放机大小相当的扁平盒子组成,扁平盒子可以植入胸腔,它盒子中包含由多孔纤维管组成的氧气、二氧化碳两套网络。氧气管网中的氧气可以进入通过盒子的血液,而正常肺部需要通过口或鼻部排出的二氧化碳,可以通过另外一套纤维管网排出。新型塑料人工肺植入猪体内后,成功地替代了大部分猪肺的功能。研究人员认为,虽然目前塑料肺还无法模拟自然肺的所有功能,特别是无法实现为满足体内不同能量需要而发生的复杂化学反应,但这一新技术有望首先应用于那些等待肺移植的病人及用于紧急治疗肺部功能暂时丧失的患者。

英国还研制成一种人造血管,将它植入患者体内后可长期使用,并不易形成血栓。英国血管技术公司研制的这种人造血管的管壁是用聚合物纤维编织成的毛衣状结构,这样的结构具有很好的弹性,并且坚实耐用。科学家在这层管壁上再薄薄地涂上另一种聚合物,这种聚合物非常光滑,油脂很难在上面沉积。这样就可防止血栓的形成。这种血管直径只有6毫米,在现有人造血管中已算很细的了。

日本研制出一种可以靠人的意识大便并且能用电控制的新型人造肛门,并投入临床应用。人造肛门的制造方法是,先把位于大腿内侧的大腿薄肌的肌肉切下一半,然后将其反转缠到肛管前端部分的周围。大腿薄肌的顶端代替括约肌,它是靠埋入腹部的起博器的电刺激进行收缩。当患者想大便时,就用体外开关的专用磁铁中断起博器的电流,使患者能够及时大便。采用这种人造肛门可以使患者靠自己的意识大便,排便口也设计在大致肛门的位置,因此它与过去的人造肛门相比,能更接近自然的排便状态,同时也减轻了患者的精神负担。

尽管人造器官研究取得了飞速发展,但是人们在制造人体最重要的一个器官——大脑时却碰到了异乎寻常的困难。这是因为人类虽然可以利用自己的大脑认识、改造世界,但至今也无法认清、改造人脑。医生们只能用速凝塑料修补病人受损的颅骨,却对产生意识和智慧的源泉无能为力。

日本和美国科学家在20世纪90年代开始研制“人造脑”。这一又名“单元自动机”的“人工脑”主要采用了计算机神经网络技术,其中将包含约3770万个人造“神经元”,但这一数字与人类的1000亿相比还相去甚远,其“智能”可想而知。2005年,瑞士科学家开始了“蓝脑计划”,最初的目的是研究大脑的构造和功能原理。几年后该项目影响扩大,来自英、美、以色列等国的脑科学专家也参与这一研究。于是,科学家们决定向“整体脑部模拟”进军,即根据实验数据与仿真计算,逆向打造哺乳动物的大脑。2009年,“蓝脑计划”的主管表示,先进的功能性人造大脑将在10年内变成现实。

很多人对“蓝脑”期待不已,希望人造大脑的出现能帮助揭开人类智慧的终极秘密。然而,即使先进的“蓝脑”被制造出来,它的各项指标也远远落后于人脑。“蓝脑”虽说还不能被称作真正意义的大脑,但它对神经系统科学、人工智能、纳米生物材料等前沿研究,具有显而易见的推动作用。最终,科学家们希望利用人造大脑,来了解从现实世界中获得的感知信息是如何被解读和储存的,以及意识是如何产生的。

人造器官的问世,有望解决人体器官捐献者太少的难题。如果人造器官可以真正代替人体器官正常工作,那么科学家可以建成很多“人体零件工厂”,大量生产人体内的各种“零件”,这样,那些需要进行器官移植手术的患者就不会苦于无米下锅了。