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第26章 人体重大发明、发现(17)

人到20岁左右,嘴里牙齿尽头部位的一颗大牙方始长出来,少数人甚至要到25岁或30岁才萌出。这上下左右的最后4颗大牙,医学上叫做第三磨牙,按习惯也可说它是“尽根牙”。由于第三磨牙要在人的青春期生出来,此时人的生理和心理接近成熟,故也称做“智齿”。据说人类“远祖”都是有智齿的,但现代人不长智齿的已达20%~25%,原因是现代人的容貌已与几十万年前的“祖先”大不相同,目前的额骨已很难容纳智齿的存在了。远古人类智齿的出现,是为了咬啮难啃的骨肉,如今的食物比较精细,牙齿咀嚼起来已不必太费劲,有无智齿似已无关紧要。但很多牙科专家认为,将智齿归入无用的“鸡肋”,为时尚早。打个比方说,树木长期被风吹雨打,总会出现一些歪斜,这时如果有木桩将其固定,那么树木就可以继续保持直立。智齿就是固定其他牙齿的“木桩”,它们在两边一夹,我们的其他牙齿就不容易松动了。

在我们头顶正中的深处,有一个豌豆般大小的东西,形似松子名为“松果体”。由于松果体位于前后脑的关键部位,古人就认为它是座“智慧库”、“灵魂所在之地”。不过学术界在一段时间内却认为它是退化无用的器官。20世纪初,瑞典的解剖学家从一些动物的松果体内发现了具有对光敏感的结构,于是它有了“第三只眼”的名字。现在,俄罗斯科学家声称,人类胎儿在早期确有第三只眼,但随着胎儿成长,这只眼逐步消失,并演变成了松果体。进一步的研究表明,松果体有抑制生殖和防止性早熟的功能,还有促进睡眠与降血糖、防肿瘤的作用。

胸腺是重要的免疫器官,而在20世纪60年代以前,人们一直以为它是进化过程中退化残余之物。胸腺在幼年时期非常发达,青春发育期后开始缩小。到了花甲或古稀之年,就由昔日的核桃大变为花生米大以至更小了,80岁以后几乎完全消失。科学家认为,人的衰老乃至死亡,可能与胸腺功能的大幅度减退有关。1996年初,德国、美国同时出现了“储寿银行”,就是在20岁左右将自己的胸腺细胞取出一部分冷藏,待自己五六十岁以后,再将这些储存的胸腺细胞解冻并输回自己的体内。这样一来,人就能够重新获得青春活力,并有望通向“天年之路”了。这种做法,谓之“储寿”。

尾骨是人类进化后的“尾巴”所残留的部分。其实,尾骨也是人体的一个重要“零件”。研究表明,这小小的一节骨头是帮助内脏保持在必要位置的盆腔肌的支点。如将“退化无用”的尾骨割除,则有一半以上的人会出现内脏器官下垂或者发生脊椎方面的问题。

人一张开嘴,在小舌头的两边,就可以看到像扁桃一样的扁桃体。多少年来,医学专家一直在争论扁桃体的作用。有人认为扁桃体是退化无用之物。它位于细菌出没的咽喉要道,成了“细菌窝”,对健康不利。另一种看法则认为,扁桃体是重要的免疫器官,能产生淋巴细胞,这些淋巴细胞进入血液后,能杀灭细菌和增强身体的抵抗力,包括抗癌能力,它还可以中和、消灭许多微生物的毒素等。

知识链接

人的器官及机能是按照“用进废退”规律发展的。“用进废退”是法国生物学家拉马克进化学说的一个组成部分,也是达尔文对生物进化研究的著名理论根据。这种理沦认为:器官及其机能的发育总是跟它们的使用程度成正比的,生物体频繁地持续使用某一器官便会逐渐增强这个器官的功能,使之发达,并且给它一种跟其使用期成正比的能力;反之则会逐渐衰弱,直至最后功能消失。

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。

学科展望

目前最引人注目的是用生物工程的方法培育人造器官。科学家乐观地预料,不久以后,医生只要根据患者自己的需要,从患者身上取下细胞,植入预先有电脑设计而成的结构支架上,随着细胞的分裂和生长,长成的器官或组织就可以植入患者的体内。

心脏也可以人造

有人估算,全世界有将近25%的人患有心脏病。而心脏是人体的动力中心,它每时每刻都在不停地工作,一旦它停止了工作,那么人的生命也就终止了。为了挽救心脏病人,科学家们进行了艰苦的努力。首先攻克了心脏移植的难关。目前,做过心脏移植手术的人已经能活10~20年了。但是,需要移植心脏的人太多,无法找到心脏完好、突然死亡的人做代用品,心脏来源极少,于是,科学家们提出一个大胆的设想——人造心脏。

1937年,苏联一位外科医生把世界上第一颗人造心脏装进了狗的体内,这只狗仅仅活2.5个小时便死去了。然而却给奋斗的人们带来了希望,因为它毕竟可以代替真心脏了。后来,有位外科医生又用牛来做实验,经过数次失败,最后,创下了使牛的生命维持184天的记录。1969年,一位47岁的心脏病患者濒临死亡,医生在绝望的时候为他装了第一颗用于人体的人造心脏,结果这颗心脏只跳动了64小时。这是世界上第一个装置人造心脏的人。

1975年,美国制成了一种人造心脏,并将它成功地安装到动物身上。5年之内,这种人工心脏已移植到数千头小牛和羊的体内,其中有一头小牛移植心脏后竟活了184天之久。人工心脏在动物体上虽已初步成功,但想用它永久地代替天然心脏工作,还存在不少问题。

一颗人工心脏要达到天然心脏的水平,1分钟内必须跳动70次左右,1年内则要跳动3600万次,10年内跳动3.6亿次,在这10年一刻也不间断的工作中,还不允许人工心脏有任何的损坏,这样的耐久性、坚韧性和柔软性,是目前已有的材料难以达到的。因此,做人工心脏移植手术,必须冒很大的风险。可是,勇敢的医学家和心脏病患者,却接二连三地进行人工换心的试验。1982年12月2日,美国西雅图62岁的退休牙科医生克拉克成为世界上第一个接受人造心脏移植手术的人。一颗塑料心脏在他的胸腔里跳动了将近1300万次,维持了112天的生命。这颗人造心脏是由犹他医疗小组成员贾维克设计的。它通过两条2米长的软管连到体外的一部机器上,压缩空气维持着这颗人造心脏的跳动。后来又陆续给另外4名病人移植了贾维克人造心脏,全都死了,其中活得最长的一个活了620天。从此,人造心脏移植处于停滞阶段。医学界认为,这种技术还不成熟和完善,暂时不能用于人体。

美国食品和药物管理局1984年规定:只能用贾维克人造心脏移植作为过渡,使垂死病人延长生命,等待移植人心。该局1990年又作出更严格的规定:除急救外,禁止使用贾维克人造心脏。

由于美国食品与药物管理局仍不允许在美国实施永久性电动人造心脏手术,因此英国成为第一个实施永久性电动人造心脏的国家。1995年10月,一位64岁的英国退休电影制片人成为世界上第一位接受永久性人造心脏的人。病人埃布尔·古德曼患有严重的心脏病,医生认为如不接受特殊治疗他很可能活不到次年春天。手术在英国牛津一家医院实施。这颗价值8万英镑的电动人造心脏大小如同拳头,固定在古德曼的腹腔内,通过从胸部引出的导线与体外的电池组相连。古德曼接受手术后情况良好。在他手术初步成功的激励下,当时英国很多心脏病患者都跃跃欲试。但次年3月,医生发现古德曼植入的电动心脏出现了问题,于是在3月23日对古德曼实施了电动心脏移出手术。移出电动心脏后,古德曼依靠自己的心脏生存,手术30个小时后,古德曼心脏病发作,离开了人世。

2008年,法国科学家经过15年的攻关,把动物纤维、钛金属和导弹科技结合在一起,研制出一个有史以来最近似人类心脏的人造心脏。它利用多部本来应用在导弹上的电子感应器,控制心跳和血液流通,仿照人类真心脏的心跳模式,令病人可以和正常人一样泵血。目前,科学家们已经将这项新科技在小牛和羊身上试用并取得了成功。如果顺利,可望在2013年正式用作医疗用途。