第八讲 大脑的“保护伞” 发布日期:2018-06-13  浏览次数:1867

1. 神秘的37℃
不论是住在北极冰天雪地下的因纽特人、栖身于非洲伊图里森林的俾格米人,或是北京故宫里面的工作人员,把温度计放在他们的舌头下,量出来的体温全都一样。不管是黄种人、黑种人、棕种人或是白种人,高或矮、胖或瘦、老或少、男或女,他们的体温依然是37℃。无论是刚满月的婴儿、二十岁的运动员、或是百岁老人,体温也都相同。

         同时,人类的体温还有个性质,就是维持基本恒定。任凭你的肌肉发达或萎缩、牙齿正在生长或已经掉落,感受压力而心跳加倍、呼吸急促而胸口起伏,不自主的发抖、或汗如雨下,但是体温仍然可以保持不变。体温只要比正常值有0.5℃的变化,就会让你感到不舒服。如果体温比正常值上升或下降了1,你就可能需要赶快去挂急诊。在体温方面,人和人是如此相似,实在是太奇妙了。

         严格地说,37只是体温概略的数字,因为身体各部位的温度会略有差别。我们皮肤的温度通常比体内的温度大约低3到4℃,你可以把温度计放在舌头下,或夹在两个指头之间量一量,很会看到差别。口腔和肛门的温度也不相同,后者的温度一般比前者高1℃。此外,由于活动所产生的器官的新陈代谢与血液流动的变化,也会使体温有所改变。即使早在懂得测量体温以前,我们的祖先就已经假设,身体里面最热的部位是心脏,特别是“热血沸腾”的心脏。现在不再这样想了,因为我们发现,和热情最扯不上关系的肝脏,温度在38℃上下,反而荣登人体最热器官的宝座。 
             
2.为什么是37℃
哺乳类、鸟类以及其它的温血动物都具有恒定的体温。生物学上把动物分成“恒温动物”和“变温动物”两种。比如我们知道,寒带的南极企鹅和热带撒哈拉沙漠的骆驼,它们的体温同样是37℃上下。这些迥然不同的动物为什么都不约而同地选择了体温恒定的生活方式?大自然为什么会进化出恒温动物?

         让我们的体温于大多数情况下保持在正常范围之内的调节机制,是由在我们脑部深处的一个系统所控制,叫做“下丘脑”。

         如果下视丘的“体温测量报告”说:身体太冷了!皮下密布交织的小血管——微血管就会收缩,这样可以节省热量;假如它认为太温暖了,微血管就会扩张。同时,激素信息前往汗腺,命令汗腺透过皮肤的毛孔分泌水分,也就是汗水。这时,送往脑部的讯号会强烈建议:采取行动改变原来的状态,例如穿上衣服,或把衣服脱掉,目的始终都是要保持固定的体温。一个假说认为,脑在恒温下运作得最好,所以在长期的自然选择中,恒温的动物被选择下来。当然,脑部简单的低等动物,他们所选择的生存方法虽然不同,却是对他们适应自己所处的环境是最有利的。只是对我们而言,恒温是最好的选择。

         想想看,当人类的祖先在大草原上被狮子追逐的时候,会是什么样的情境。在奔跑的时候,四肢必须互相协调摆动,而脑部则在估量最好的逃生对策:是该使劲地逃跑,还是简单的棍子抵抗?那棵树有多远,在狮子追上我以前,爬到树上去的机会有多大?我是不是可以跳到河里,跳进河去会不会落到鳄鱼的嘴里?在四肢拼命摆动、身上流着汗、肺部用力呼吸的同时,所有这些念头全都会在脑中闪过。不论是人或狮子,思想和行动需要同时运作,这是动物必备的生存之道。

         支配人类思想和行动的主宰是脑,这是由几百亿交互连结的神经细胞所组成的线路,奇妙又精巧;狮子的头盖骨里也含有相似数目的神经细胞。假若体温发生变化,必然导致动物体内的各种复杂化学反应呈现出不同的状况,各种激素信息也有所不同。所以,保持恒定的体温是像我们一样复杂的动物的最佳进化选择。

         现在再回到我们祖先的例子,当他们被狮子追逐的时候,必须要做出决定。他们一定不希望,在自己的手正忙着爬上树的时候,腿还在拼命继续奔跑。当然也不希望,在眼睛看见一块石头的时候,鼻子却认为那是一只狮子。此时当然更不是决定是否该吃一点东西的好时机。反过来,狮子也在做同样的决定,它想尽办法告诉自己,它正在追逐一个原始人类,而不该想这个东西是不是容易消化。动物恒温的脑部在处理涉及同步的决定与行动时,显得快速、可靠又富有弹性,这样动物生存的机率以及把基因传给下一代的机会必然会增加。像人类和狮子这些生物的脑子,在恒温下才能达到最佳运作状态。恒温动物保持恒温,能够让复杂的化学反应固定在最佳的状态,这使得我们和其它动物可以胜任日常生活中的各种复杂活动。

3.37℃还是36.5℃?
         人体正常温度约为37℃,但36.5℃可能更好。美国科学家发现,某些实验鼠的体温比体温正常的实验鼠低0.5,但其预期寿命比后者长20%,相当于人类多活7年到8年。这意味着用安全的办法使人体温度略微降低,可能有助于延长寿命。负责这项研究的美国斯克里普斯研究所科学家说,对个体的生存而言,37℃可能并不是最理想的,略低一些更好。

         以前许多研究证明,限制饮食可以使实验鼠等多种哺乳动物的寿命显著延长,动物的体温也会略微降低。但人们并不清楚,体温略低是寿命延长的原因之一,或仅仅是热量摄入减少造成的结果。

         哺乳动物是温血动物,无论外界环境如何,都会将自身体温保持在一定水平,因此很难检验体温对哺乳动物寿命的影响。斯克里普斯研究所科学家利用基因手段,成功地“欺骗”实验鼠的体温调节中枢,使其体温下降。  科学家将一种基因植入实验鼠下丘脑的脑细胞中,下丘脑就像一个恒温器,能感知并调节体温。植入的基因促使细胞更多地释放热量,使下丘脑升温,使其误以为体温偏高,从而将身体其他部位温度调低0.3℃到0.5℃。经过这种处理的雌鼠预期寿命比普通鼠长20%,雄鼠的寿命则延长了12%,而且它们在老年时显得相当健康。

         研究人员推测,限制饮食导致寿命延长,可能应部分归功于体温下降。较低的体温使机体新陈代谢放缓,可能减少了有害副产品如自由基的产生。如果类似的基因手段可用于安全地降低人体温度,或许能使人无须节食就可活得更久。

         我国《黄帝内经》中曾有“高者其气寿,下者其气夭”的论述。意思是说“高处气温低,住在那里的人寿命较长;低处气温高,生活在那里的人寿命较短”。美国、日本、俄罗斯等国家在长寿学领域的研究中均发现,降低体温可延年益寿。当体温降低3度时,代谢率可降低一半,机体耗氧量仅为正常的50%,寿命可延长一倍以上。

         但是如果36.5℃的确更有利于人类个体生存,那么更加低的温度是否能够产生令人意想不到的神奇呢?

4.在猕猴身上出现的奇迹
         一只4岁的雌性猴的一次手术,也许将挽救千百万脑损伤病人。在世界上首次使一只大脑在超低温下完全阻断血流达80分钟之久的实验猴“死而复生”后这项神经外科研究领域的重大突破引起了广泛的兴趣:“死”猴是如何复苏的?猴脑能复活,人脑也能复活吗?

         让我们通过手术画面看一看科学家是如何让“死”猴复活的:一只体重4.5公斤的4岁雌性实验猴躺在手术台上,两眼圆睁,周身插满管子。医生在它的脖子两旁切开两道口子,让颈动脉暴露于外,一侧结扎,另一侧引入体外循环机。然后大脑血液断流,以每分钟20-30毫升的速度,向颈动脉内连续灌注4℃的生理盐水,生理盐水替代血液在脑内循环后,再从颈静脉中汨汨流出,经体外循环机过滤椎动脉渗漏而进的少量血液后,再回灌股动脉。在这个周而复始的过程中,实验猴的脑温从37℃渐渐下降,最后,跌至12.9℃,此时,脑电波已变成一根直线。而它的体温则是33℃,比正常体温仅下降4℃,心跳、血压如常,其余重要脏器一如既往工作。80分钟后,猴脑恢复血流。手术一小时后,实验猴的麻醉药性渐渐解除,它四肢伸展,一骨碌坐了起来,抓起一只苹果就大嚼起来。

         有趣的是,脑断血80分钟而不死的实验猴,在预实验时却已死过一回。这只猴本是第3次预实验动物,结果,连它在内的3次预实验都失败告终。第1次,是因为进生理盐水的颈动脉粗而出水的颈静脉细,进出不平衡,导致手术失败,第一只预实验猴子“光荣”了;第2次是手术时不仅结扎了颈动脉,连向小脑和脑干部位提供10%左右血液的椎动脉也从血管内介入栓塞,结果,第二只预实验的小猴当即出现偏瘫等脑功能障碍,手术再次夭折。第3次预实验时,现在实验成功的小猴上手术台,科技人员用的麻醉药物竟然无效,怎么也无法让这头4岁的小母猴“醉生梦死”,无奈之下,静脉注入20克杜冷丁,小猴过量吸毒,当即呼吸骤停,血压剧跌。科技人员整整抢救了2个小时,最后用强效解毒药--纳洛酮,才使小猴起死回生,“腾”地一下从手术台上坐了起来,睁着迷茫的眼睛看着一头汗水的科研人员经历失败后,科研人员不断探索,设计出一条全新的技术路线:增加一条股静脉作生理盐水的另一出口,使进出平衡;脑供血量仅10%的椎动脉不结扎;寻找合适的麻醉剂及剂量。知恩图报的小猴休养一段时日后,正式实验手术时再上手术台,果然不负众望,创造了超深低温下脑部断血80分钟而存活的世界记录。

5.超深低温成“保护神”
在常温下,人和动物的大脑血流阻断极限是5-8分钟,超过这一极限就会因脑缺氧而死亡。这只实验猴为什么能断血80分钟而不死呢?

         保护神就是超深低温。科技人员发现,脑温每降低1%,细胞的耗氧量就降低4%,脑温比体温降低20℃,脑细胞几乎不耗氧。因而,脑温越低,越能使脑细胞延长缺血缺氧的耐受时间,也越能保护脑神经元。在1个月内,科研人员成功地让5只实验猴在超深低温下,脑部断血50-80分钟而后复活。经历了长时间缺血缺氧考验的5只实验猴,并没有出现弱智痴呆状,行为、能力同术前一模一样。

         低温保护,是个古老的医学。早在2000多年前,古代医学专家就发现,危重病人在冬天比夏天容易存活。现代医学研究低温医学是在上世纪一战期间,且是在不道德和残忍中进行的:德国曾把俘虏扔到冰天雪地里,在战俘活活冻死的过程中观察血压、脉搏及各脏器变化。上世纪80年代,科研人员在作脑损伤治疗实验时无意发现,同样是颈动脉结扎,有的实验动物术后照样欢蹦乱跳,有的却长眠不醒。经过深入研究,发现是麻醉的作用,越是体积小的动物,经麻醉后体温下降越多越快,也就越容易复活。而一些大型的实验动物体温降得慢,如再碰上位手脚麻利的医生,三下五除二完成手术,反而死得快。于是,医生们尝试降温方法救治脑损伤病人,1989年,中国上海的科学家在世界上首次用30℃左右的亚低温方法,成功地进行了脑损伤救治。1995年,开始进行了10例狗脑超深低温状态下断血50分钟的手术,科研人员让实验狗全身降温,脑温和体温均下降至10℃以下,血液全部用生理盐水置换,结果,10只实验狗术后虽然“汪汪”会叫,回复术前神态,但短则数分钟,长则数小时,却全部而亡。经解剖发现,10只实验狗均死于心肺衰竭。由此,科研人员发现,心肺冷不得,而脑细胞却很抗冻。受此启发,科研人员设计了一条全新的技术路线:脑温与体温分离,让脑部处于超深低温状态下断血复苏,并最终在实验猴身上获得成功,近来,科学家又通过超深低温技术,使脑缺血10分钟的猴子接受超深低温治疗,所有的猴子都得到了良好的恢复,把中国的超深低温研究推向了新的高度。

6.让低温成为大脑的保护伞
“死而复生不再是梦”———看到这样一句话,无论是谁,可能都会产生这样的想法:超深低温技术人类真的可以超越生死了吗?
         实际上,这些研究是通过冷却生命体,延缓真实死亡的速度,为治疗赢得时间,并不是像有些媒体报道的让死人复活这类试验的根本目的是建立一整套超深低温和复温技术,治疗更多的病人,绝对不是为了所谓的让‘死人复活’”。目前“超深低温复苏”技术的“死亡”时间纪录是:狗3个小时,老鼠6个小时。而将整个躯体冷冻在液氮中的设想,现在还无法实现。因为在零下196℃的条件下,虽然新陈代谢会停止,但人体细胞也会结晶并摧毁组织器官。在很多教授看来,“那些将躯体冷冻在液氮中的人可能永远无法‘复活’”。

         话说回来,虽然“超深低温复苏”技术具有重要意义,但也确实存在一些伦理、道德方面的隐患。就像克隆人一样,在人体上进行这种复生试验,也会面临伦理学和社会学的压力。”他指出,医学试验中停止对猴脑供血,人们尚可接受,但如果在现实生活里,人脑被人为地“断血”,就无异于以医学的名义将人“置于死地”,虽然会“复活”,可万一“有去无回”,医生岂不变成了谋杀犯?此外,还有人怀疑,如果这种技术发展成熟,人可以一冻几十年,保不准会有谁跨越时空,以活人甚至年轻人的身份出现在未来世界里,带来伦理、道德隐患。这些不能不说是“超深低温复苏”技术在未来面临的巨大考验。

         科学道路上的探索是没有止境的,对于超深低温保护脑神经系统的研究也正在不断深入。随着技术的成熟和理论的完善,这一技术必将成为人类健康的又一柄保护伞。

上海市神经科学学会秘书处

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