想象一下，在飞往月球、小行星或火星的旅程中发生医疗紧急情况——它可能没有电影《地心引力》中的危机那么灾难性，但也许宇航员正在流血。手术总是充满挑战，但在微重力环境下会更加困难，因为血滴会漂浮，可能会遮挡护理人员的视野。现在，研究人员测试了一种新颖的方法，可以通过将伤口隔离在充满液体的透明防水穹顶下来控制太空手术期间的出血。
太空飞行中发生过灾难，但还没有发生需要在太空进行手术的事件——但这种情况并非不可能。如果宇航员需要医疗救助，他们可以在相对较短的时间内返回地球，如果他们处于近地轨道，例如，从国际空间站出发，他们可能在24小时内通过总是停靠在空间站的俄罗斯联盟号飞船返回地面。
“然而，当谈到前往月球、小行星或火星等目的地进行探索级太空飞行时，这些探险可能需要很长时间，健康方面存在重大风险，手术可能会成为必要，”研究员、肯塔基州路易斯维尔大学外科和生物医学工程教授乔治·潘塔洛斯说。奥巴马总统呼吁美国宇航局在2025年之前派遣载人任务前往近地小行星，并在2030年代前往火星。前往小行星的往返可能需要几个月，而前往火星的往返可能需要三年时间。
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在过去的三十年里，科学家们一直在探索在太空中进行手术的方法。主要问题是，在没有重力的情况下，血液可能会漂浮到眼睛、鼻子和喉咙，并可能在机组人员中传播疾病。它还可能溅到航天器舱内，甚至可能弄脏重要的电子设备。1984年，研究人员报告了一种系统，该系统基本上是用塑料袋包裹伤口以试图控制出血，而在1993年测试的另一种系统是将患者完全封闭在刚性的透明盒子中。外科医生可以将他们的手和工具伸入任一约束系统进行操作。这两种策略的一个关键缺点是，血液可能会涂满容器壁并遮挡视线。
匹兹堡阿勒格尼综合医院的神经外科医生詹姆斯·伯吉斯提出了一个想法，即在伤口上放置一个透明的穹顶，然后用生理盐水等液体填充。液体的压力可以减缓甚至阻止出血，直到外科医生可以密封伤口。“静水压力就像一个力场——这是科幻小说家可能会想象到的，”卡内基梅隆大学的生物医学工程师詹姆斯·安塔基说。“这个想法既是革命性的，又是常识性的，是解决问题的发明性方案的定义，就像倒立的番茄酱瓶一样。”
穹顶上的端口可以插入传统的或内窥镜手术工具。此外，“也可以将吸力工具直接指向出血部位，以清除外科医生的视野，”潘塔洛斯说。
尽管伯吉斯最初提出这个想法是为了帮助在脑部和脊柱手术期间防止脆弱的组织干燥，并控制手术过程中可能发生的严重出血，但潘塔洛斯和他的同事们认为，这种水性浸入式手术系统（AISS）也可以在微重力下提供帮助。“我们已经开始感到满意，该概念几乎适用于任何手术情况——无论是在地球上还是在太空中，”伯吉斯说。
AISS带来了一些棘手的挑战。例如，研究人员希望在吸走血液的同时，以大致相同的速度泵入液体，从而保持穹顶下恒定的压力——否则，压力下降可能会加剧出血，而压力升高可能会将液体推入体内并引起肿胀。
研究人员在2012年通过美国宇航局的飞行机会计划对他们的系统的早期原型进行了两次飞行测试。被戏称为“呕吐彗星”的飞机以抛物线弧线上下飞行，以模拟宇航员在月球或火星上感受到的重力降低水平或他们在深空飞行中体验到的微重力，这相对于国际空间站上的此类测试具有优势，因为后者只能提供微重力。使用充满红色粘性液体以模拟血管的硅胶管进行的实验表明，他们的系统可以止血并吸走管子破裂时产生的血柱。研究人员在12月的《航空、航天和环境医学》杂志上详细介绍了他们的发现。
今年2月，科学家们在一系列新的减重力飞行中，使用更先进的AISS原型进行了各种复杂的测试。例如，他们创建了一个扭结肠的模型，以查看是否可以使用手术刀和订书机与他们的系统在太空中解决这种手术问题。其他实验包括检查穹顶的形状是否会影响其在零重力下的填充和排空；穹顶在模拟皮肤上的粘附程度；以及仪器进出时系统上的密封件可能泄漏多少。他们还试图模拟静脉的低压出血和动脉的高压出血，以了解更多关于血液在失重状态下在空气中和液体中如何移动和扩散的信息。“这是一个伟大的潜在想法，可能会为失重状态下的手术提供一种新方法，”卡尔加里山麓医疗中心的创伤外科医生安德鲁·柯克帕特里克说，他没有参与这项研究。
该系统的一个潜在批评意见与表面张力有关——表面张力是使液体表面收缩的力。先前的研究表明，在太空中，血液的表面张力使其主要聚集在伤口附近，而不是漂浮。这意味着封闭伤口可能是不必要的，只会增加执行外科手术的复杂性。尽管如此，“有时会发生意外出血，我们希望尝试管理这些风险，”潘塔洛斯说。
“太空手术是必要的，这是一个可能有助于解决该问题的工具，但尚未证明它比其他方法（如微创腹腔镜手术）更具优势，”柯克帕特里克说。“我认为应该创建AISS的实际原型，并在抛物线飞行中进行测试，并且应该试用实际的手术程序。我赞扬作者的创新思维和工作，并鼓励他们继续努力，”他补充道。
研究人员计划在未来的飞行中测试更先进的AISS原型。“我们已经申请在维珍银河的太空船二号上飞行，以测试基本是最终的系统，”潘塔洛斯说。