想象一下，在飛往月球、小行星或火星的旅程中發生醫療緊急情況——它可能沒有電影《地心引力》中的危機那麼災難性，但也許宇航員正在流血。手術總是充滿挑戰，但在微重力環境下會更加困難，因為血滴會漂浮，可能會遮擋護理人員的視野。現在，研究人員測試了一種新穎的方法，可以透過將傷口隔離在充滿液體的透明防水穹頂下來控制太空手術期間的出血。
太空飛行中發生過災難，但還沒有發生需要在太空進行手術的事件——但這種情況並非不可能。如果宇航員需要醫療救助，他們可以在相對較短的時間內返回地球，如果他們處於近地軌道，例如，從國際空間站出發，他們可能在24小時內透過總是停靠在空間站的俄羅斯聯盟號飛船返回地面。
“然而，當談到前往月球、小行星或火星等目的地進行探索級太空飛行時，這些探險可能需要很長時間，健康方面存在重大風險，手術可能會成為必要，”研究員、肯塔基州路易斯維爾大學外科和生物醫學工程教授喬治·潘塔洛斯說。奧巴馬總統呼籲美國宇航局在2025年之前派遣載人任務前往近地小行星，並在2030年代前往火星。前往小行星的往返可能需要幾個月，而前往火星的往返可能需要三年時間。
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在過去的三十年裡，科學家們一直在探索在太空中進行手術的方法。主要問題是，在沒有重力的情況下，血液可能會漂浮到眼睛、鼻子和喉嚨，並可能在機組人員中傳播疾病。它還可能濺到航天器艙內，甚至可能弄髒重要的電子裝置。1984年，研究人員報告了一種系統，該系統基本上是用塑膠袋包裹傷口以試圖控制出血，而在1993年測試的另一種系統是將患者完全封閉在剛性的透明盒子中。外科醫生可以將他們的手和工具伸入任一約束系統進行操作。這兩種策略的一個關鍵缺點是，血液可能會塗滿容器壁並遮擋視線。
匹茲堡阿勒格尼綜合醫院的神經外科醫生詹姆斯·伯吉斯提出了一個想法，即在傷口上放置一個透明的穹頂，然後用生理鹽水等液體填充。液體的壓力可以減緩甚至阻止出血，直到外科醫生可以密封傷口。“靜水壓力就像一個力場——這是科幻小說家可能會想象到的，”卡內基梅隆大學的生物醫學工程師詹姆斯·安塔基說。“這個想法既是革命性的，又是常識性的，是解決問題的發明性方案的定義，就像倒立的番茄醬瓶一樣。”
穹頂上的埠可以插入傳統的或內窺鏡手術工具。此外，“也可以將吸力工具直接指向出血部位，以清除外科醫生的視野，”潘塔洛斯說。
儘管伯吉斯最初提出這個想法是為了幫助在腦部和脊柱手術期間防止脆弱的組織乾燥，並控制手術過程中可能發生的嚴重出血，但潘塔洛斯和他的同事們認為，這種水性浸入式手術系統（AISS）也可以在微重力下提供幫助。“我們已經開始感到滿意，該概念幾乎適用於任何手術情況——無論是在地球上還是在太空中，”伯吉斯說。
AISS帶來了一些棘手的挑戰。例如，研究人員希望在吸走血液的同時，以大致相同的速度泵入液體，從而保持穹頂下恆定的壓力——否則，壓力下降可能會加劇出血，而壓力升高可能會將液體推入體內並引起腫脹。
研究人員在2012年透過美國宇航局的飛行機會計劃對他們的系統的早期原型進行了兩次飛行測試。被戲稱為“嘔吐彗星”的飛機以拋物線弧線上下飛行，以模擬宇航員在月球或火星上感受到的重力降低水平或他們在深空飛行中體驗到的微重力，這相對於國際空間站上的此類測試具有優勢，因為後者只能提供微重力。使用充滿紅色粘性液體以模擬血管的矽膠管進行的實驗表明，他們的系統可以止血並吸走管子破裂時產生的血柱。研究人員在12月的《航空、航天和環境醫學》雜誌上詳細介紹了他們的發現。
今年2月，科學家們在一系列新的減重力飛行中，使用更先進的AISS原型進行了各種複雜的測試。例如，他們建立了一個扭結腸的模型，以檢視是否可以使用手術刀和訂書機與他們的系統在太空中解決這種手術問題。其他實驗包括檢查穹頂的形狀是否會影響其在零重力下的填充和排空；穹頂在模擬皮膚上的粘附程度；以及儀器進出時系統上的密封件可能洩漏多少。他們還試圖模擬靜脈的低壓出血和動脈的高壓出血，以瞭解更多關於血液在失重狀態下在空氣中和液體中如何移動和擴散的資訊。“這是一個偉大的潛在想法，可能會為失重狀態下的手術提供一種新方法，”卡爾加里山麓醫療中心的創傷外科醫生安德魯·柯克帕特里克說，他沒有參與這項研究。
該系統的一個潛在批評意見與表面張力有關——表面張力是使液體表面收縮的力。先前的研究表明，在太空中，血液的表面張力使其主要聚集在傷口附近，而不是漂浮。這意味著封閉傷口可能是不必要的，只會增加執行外科手術的複雜性。儘管如此，“有時會發生意外出血，我們希望嘗試管理這些風險，”潘塔洛斯說。
“太空手術是必要的，這是一個可能有助於解決該問題的工具，但尚未證明它比其他方法（如微創腹腔鏡手術）更具優勢，”柯克帕特里克說。“我認為應該建立AISS的實際原型，並在拋物線飛行中進行測試，並且應該試用實際的手術程式。我讚揚作者的創新思維和工作，並鼓勵他們繼續努力，”他補充道。
研究人員計劃在未來的飛行中測試更先進的AISS原型。“我們已經申請在維珍銀河的太空船二號上飛行，以測試基本是最終的系統，”潘塔洛斯說。