15分鐘冷卻全身血液：心跳驟停時，這種方法能挽救生命？

心臟停止跳動後，如果5分鐘內無法復甦，便會對大腦造成不可逆的損傷。而有這麼一種前沿技術，設法將肺部作為熱交換器來冷卻血液，這或許可以為我們搶救心臟病突發者爭取更多的時間。

撰文 | Michael Brooks

翻譯 | 唐靜宏

審校 | 吳非、王妍琳

低溫延緩損傷

心臟停止跳動後，如果5分鐘內無法復甦，便會對大腦造成不可逆的損傷。這裡介紹的一項技術，或許可以為心臟驟停的患者延續生命。而該手段所用到的原理，則是另一個臭名昭著的人體殺手：低溫症。

這聽上去或許很矛盾，但卻可以歸結為簡單的化學原理。我們每個人都是一個有機體，但從更基礎的層面來看，我們也是一個個化學體。化學物質掌控著我們的細胞、感覺、消化甚至思維能力。

在人體內，化學反應的速率隨溫度的下降而減緩，因此溫度過低對身體會產生壞處。失去太多的熱量，你可能會陷入低溫症。而如果將足夠多的熱量移除，機體的各類反應最終將完全停止，生物學家將這種停止狀態稱為死亡。

低溫可以導致死亡，但有些時候，尤其當死亡已迫在眉睫，它卻或許能為人類帶來一線生機。法國阿爾夫爾國立獸醫學校的Renaud Tissier說：「低溫症也可以有重要用途。」

Tissier與合作者製造了一種儀器，這種儀器可以在幾分鐘內使機體溫度迅速下降。其使用方法如下：深呼吸，做好窒息的準備，隨後冷凍液會泵入你的肺里。

對於低溫在醫療中的作用，人類在兩千多年前就有所了解。古希臘的醫學之父希波拉克底就是這一觀點的推崇者，他提出將受傷的士兵迅速埋在雪裡，有助於士兵的恢復。上世紀的研究也表明，低溫尤其有助於減輕頭部受損的患者的傷害。不過，如果能有效實現低溫狀態卻是一個難題。在身體上鋪放冰袋或冰膠墊，能夠在三小時內延緩心臟病的進程或傷口發展，但這個過程顯然太過漫長了。

就心臟病而言，如果人們在購物途中或是球場上突發心臟病，便會陷入極其危險的狀態。「3-5分鐘內，你的大腦便會遭受永久且不可逆的損傷。」英國西英格蘭大學的Jonathan Benger說道。

隨著心臟的停搏，血液將無法被泵往身體各部。Benger 解釋道：「我們的大腦需要有充足氧氣和葡萄糖供應才能正常工作，而一旦供應被切斷，神經元就會迅速死亡。」在無氧狀態下，我們的機體會進行厭氧代謝，這會導致一系列對身體有害的生物化學反應。細胞的能量來源線粒體，則會因缺氧而逐漸壞死。隨後腦細胞中的DNA會受到損傷。這意味著即使能夠存活下來，細胞增殖仍會出現紊亂。心跳終止的時間越長，其所造成的損傷就越大。

伴隨這一系列生理現象的，是一組駭人的心臟病發病數據：出現心臟驟停的患者中，僅有15%能倖存下來。這些存活案例得益於及時的醫療干預，但在現實中，干預往往來得太晚了。具體的倖存率取決於患者的居住地等因素，但在英國，在送醫的心臟驟停患者中，只有9%能倖存下來。即使是這些倖存者，其中半數都伴隨永久性認知損傷。

保持正常穩定的體溫有助於機體各類新陳代謝的進行，而當我們的體溫下降1°C，大腦的代謝速率降低6%~10%，有害的生物化學反應速率也隨之下降。因此，體溫下降3至4°C，能為患者爭取大量的時間。

泵入肺部的液體

2005年，Tissier在南阿拉巴馬大學接受心臟病治療的培訓時，開始考慮降低人體體溫的可行性。醫學工程師James Downey和James Parker當時正在研究如何將液體呼吸治療用於緩解早產兒呼吸障礙。成人的肺泡表面有一層表面活性物質，而一些早產兒則不具有這類物質，因而他們的肺葉會粘在一起。Parker和Downey試圖探究一類名為全氟碳（PFC）的液體能否對此有所幫助。

從上世紀60年代起，已有研究表明PFC能攜帶溶解氧，而且這些氧氣能被肺部吸收。但難題在於，如何實現液體在肺中的進出。在一次呼吸作用中，含氧液體需要被泵入肺里，而富含二氧化碳的液體則被泵出。但如果壓力值出現錯誤，可能導致氣管破裂甚至肺部爆裂，或者液體根本無法填滿肺部。Tissier認為，若想使用PFC進行治療，首先需要非常準確地測定肺部壓力和填充壓力，從而計算出理想流量。

準確地測定壓力對於治療至關重要，否則肺部可能會破裂。

Tissier注意到，在帕克和唐尼的研究設置中，必須加熱全氟碳來避免體溫的下降。這啟發他考慮利用肺來作為熱交換器。人類的肺部具有巨大的表面積，所以用低溫液體來填充肺部，可以成為一種由內而外冷凍機體的有效方法。

Parker和Downey發明了一種將液體注入肺里的泵，他們安裝了加熱控制裝置和壓力測量儀來精確地監測液體的溫度和流量。準備就緒後，他們在兔子身上開始了試驗。

「我們發現在兩分鐘內，兔子的心臟和大腦就被冷卻了。」Tissier說。後續試驗表明，利用PFC來進行液體呼吸能夠實現機體的快速降溫，這可以延緩兔子心臟病發作的進程，從而減少由此導致的神經損傷。

向人體試驗進發

結束培訓後，Tissier回到了法國。他很快意識到，如果要在將來嘗試進行人體試驗，他需要更加精緻、可控性更強的新設備。他與來自加拿大舍布魯克大學的研究人員合作進行儀器的開發，這個團隊同樣也對應用液體呼吸幫助早產兒緩解肺粘連的研究很感興趣。

在過去的幾年中，他們一直在對泵的各項參數進行調整，使其能夠校正細微的壓力波動。去年，Tissier和他的研究團隊在六隻羊羔身上測試了新設備，在精準的壓力條件下，他們將12°C的PFC泵入肺部。在7分鐘內，羊羔的股動脈溫度就從正常的39°C下降到33°C，在這個溫度下，有害的生化反應速率明顯減慢。他們還進行了另一項試驗：麻醉兔子後誘導其心臟病發作，一組使用液體呼吸法進行降溫，一組不做處理。試驗結果顯示，相較於對照組，經過處理的兔子在五天後出現大腦功能紊亂的概率要低得多。

舍布魯克大學的研究人員驚訝於該設備的表現。Tissier對於這台機器在治療心臟病上的巨大潛能激動不已，他表示：「這項技術需要麻醉和插管才能對患者進行治療，但試驗已經證明，我們能夠在15~20分鐘內對一個成年人進行降溫處理，相比那種需要一兩個小時的傳統方法優勢巨大。」

研究團隊表示，這項技術已經為人體中的應用做好了準備，下一步將是進行臨床試驗。但距離液體呼吸機在世界範圍內的普及，還有很長的路要走。Benger認為，在心臟病突發的緊要關頭，這種方法可行性有限，因為設備的安置需要時間。相比之下，他更願意看到公共衛生教育上的投入。「最理想的情況是訓練每個人掌握心臟復甦的操作，知道叫一輛救護車，為病人安裝心臟除顫器，」他說，「這可比複雜的冷卻技術成本要低得多，還會挽救更多的生命。」

但Tissier相信，降低化學反應速率會對令現代醫療頭疼不已心臟停搏問題產生幫助。此外，它還將在槍傷和刀傷的治療中發揮更大的效力。他指出，以現在的技術，兩小時內將一個成年人降溫至33°C還無法實現，這使得15分鐘降溫的技術凸顯出巨大的優勢。Tissier期待著，這項技術可以開創一個令人驚嘆的未來。

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