科学家们如何让死者复生

按下暂停键可能意味着生与死的区别。
How scientists are bringing people back from the dead

2011年2月的一个下午,凯莉·德怀尔穿上雪地靴,前往家附近的胡克塞特,新罕布什尔州一条河狸塘小径徒步。数小时后,太阳落下地平线,这位46岁的环境教育家仍未回家。她的丈夫大卫很担心。他抓起手机和手电筒,告诉两个女儿他要去寻找妈妈。当他走向池塘,用手电筒扫视着日益昏暗的冬日风景时,他呼喊着凯莉。就在那时,他听到了呻吟声。

大卫朝着声音跑去,打电话给14岁的女儿劳拉,让她拨打911。他的手电筒光束很快就落在凯莉身上,她被困在冰面上的一个黑水洞里,只露出脖子以上的部分。当大卫从后面搂住她,以保持她的头部露出水面时,凯莉昏了过去。当救援人员赶到时,她的体温只有十几度,脉搏几乎难以察觉。在登上救护车之前,凯莉的心脏停止了跳动。急救人员进行了心肺复苏——医生在附近曼彻斯特一家医院又进行了三个小时的抢救。他们温暖了她冰冷的身躯。无效。甚至除颤器也无法使她的心脏重新跳动。凯莉的核心体温维持在二十几度。大卫认为他永远失去了她。

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凯莉·德怀尔在雪地徒步时坠入冰面(上图),在医生将其救活前,她技术上已经死亡了五个小时。凯莉·德怀尔供图

但凯莉的生命并没有结束。一位医生将她送往附近的罗马天主教医疗中心,那里的一个新团队将她连接到一台心脏搭桥机上,该机器能更积极地加热、过滤和输送富含氧气的血液,并快速循环全身。最终,凯莉的体温回升了。在她“医学死亡”了五个小时后,医生关闭了搭桥机,她的心脏自发地重新跳动起来。

不可思议的是,凯莉·德怀尔两周后离开了医院,只有双手有轻微的神经损伤。看到她,从池塘里救出凯莉的救援队仿佛看到了鬼魂。从某种意义上说,他们确实看到了。五年后,朋友们仍称她为“奇迹女人”。

将人从“死亡”中救活不再是科幻小说了。通常情况下,在没有心跳几分钟后,脑细胞就会开始死亡,这是一个不可逆转的致命过程。但是,当一个人在心脏停止跳动前严重冻伤时,他的新陈代谢会减慢。身体消耗的氧气极少,可以在长达七小时内处于一种休眠状态,而不会造成永久性的细胞损伤。得益于技术(如拯救德怀尔生命的搭桥机)和医学知识的进步,从鬼门关返回的可能性越来越大。事实上,可能性大到一些医生和科学家正在测试一项大胆的新假设:能否通过诱导一种接近死亡的状态来拯救生命?如果可行,这可能将改变挽救每年近20万死于创伤性损伤的美国人的命运。通过按下“暂停”键,医生们可能能够争取宝贵的时间,这可能是生与死的区别。暂停生命不再是《星球大战》或《阿凡达》中的情节。

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凯莉·德怀尔在雪地徒步时坠入冰面。凯莉·德怀尔供图

全国各地的一小群科学家和医学专家正在寻找延长生命的方法,以便在不危及创伤患者生命的情况下进行手术,或者在心脏病治疗过程中防止组织损伤。一些人旨在将冰冷的生理盐水注入患者的静脉。另一些人则在寻找一种暂停生命的药物。国防部也深度参与其中,希望数千名军人能够受益:战场伤亡的90%源于失血。2010年,它启动了一项3400万美元的计划,名为“生物时钟学”(Biochronicity)——一项跨学科研究项目,旨在研究如何操控人体生物钟。

“目标是研究我们的身体如何感知时间的流逝,”马修·马丁上校解释道,他是一名48岁的现役创伤外科医生,其研究得到了“生物时钟学”的资助。“战场上的应用是减缓或停止时间,使受伤的士兵能够更长久地生存——甚至无限期地生存——以便我们能找到地方治疗伤口,”马丁说,“然后逆转这种暂停状态。”

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马克·罗斯博士的办公室位于西雅图占地15英亩的弗雷德·哈钦森癌症研究中心,里面堆满了关于那些从“死亡”中复活的人的新闻剪报和期刊文章。有挪威的一名滑雪者,萨斯喀彻温省的一名幼儿,还有在阿拉斯加湾倾覆的两名渔民——所有这些人都曾因极度寒冷而心电图呈直线。

“我研究这些病例已经20年了,”罗斯告诉我。59岁的罗斯看起来像个疯狂科学家——白发竖起,并且经常一边滔滔不绝地讲着代谢反应和元素周期表,一边挥舞着双手。他也是麦克阿瑟“天才奖”的获得者,因为他操控小型鱼类和花园蠕虫的生物钟方面的工作。他被广泛认为是利用暂停生命治疗创伤的先驱。

他穿着酒红色的T恤和同色系的匡威帆布鞋,低头看着显微镜,邀请我看看一个装有几个小时大的斑马鱼的培养皿。“因为它们是透明的,你可以看到它们的心脏在跳动,血液在尾部流动,”他说。“这是我们生命力的核心——心脏和血液流动。我将像开关一样打开和关闭它。我们将去除氧气,改变它们的生命活动。我们将创造一种不同的空气。”

罗斯用一根透明的管子,开始将氮气注入一个装有培养皿的透明盒子。“我们将让那个东西过夜,”他说。“我们现在呼吸的空气是里面的空气,但随着时间的推移,整个系统将变成纯氮气,最终会到达这些生物并使它们关闭。早上,我们将把它们放回室温空气中,它们就会重新激活。”

然后,罗斯准备了一个类似的实验——这次是为了展示暂停生命的效果,而不是可能性。他取了两个发育阶段完全相同的线虫培养皿,将其中一个放在他的氮气箱里,另一个留在实验室的桌子上。他的假设是:被充入气体的线虫的新陈代谢会逐渐减慢,直到它们基本上停滞在时间里,而留在新鲜空气中的同类则会继续生长。由于线虫生长迅速,他的理论将在第二天被证实或证伪。这就像线虫版的电影《异形》,片中船员们在吊舱中进入“超睡眠”状态,以熬过漫长的星际旅程而不衰老。就像那些吊舱一样,罗斯的氮气箱将他的线虫船员们在代谢上静止一晚。

直到21世纪初,罗斯的暂停生命实验都仅限于微小生物,如蠕虫和鱼类。然后,一个晚上,他正在PBS观看科学纪录片系列《新星》(Nova)。节目展示了墨西哥的一个洞穴,由于一种看不见的硫化氢气体,探险者会昏迷。

“如果你吸入太多,你就会昏倒,”罗斯说。“这被称为‘击倒’——你看起来死了。但如果你被带出洞穴,你可以在没有伤害的情况下恢复。我想:‘哇!我得弄点这个!’”

在室温下将小鼠暴露于80 ppm的某种气体后,罗斯发现他可以诱导一种暂停状态,该状态可以通过将小鼠放回常规空气中来逆转,而不会造成神经损伤——就像墨西哥的探险者一样。这对罗斯来说是一个突破。医学界立即注意到,看到了他的工作在治疗心脏病发作患者和癌症患者方面的潜力。不久之后,他获得了50万美元的麦克阿瑟奖。

从那时起,他一直在研究其他致命气体的化合物,这些气体被锁在附近一个有严密监控摄像头和警报的实验室房间里。“这些气体能杀死你,”罗斯说。“硒化物、一氧化碳、氰化物——你可能在两分钟内死亡。”

但它们有一天也可能拯救你的生命。

罗斯已经确定了四种化合物(硫、溴、碘和硒),他现在称之为“元素还原剂”或ERA。这些物质自然存在于人体中,并且可以减缓身体的氧气消耗。罗斯希望开发一种ERA作为一种可注射药物,它可以防止再灌注损伤——即医生停止心脏病发作后可能发生的组织损伤。这种情况发生在正常血液流动恢复时;突然涌入的氧气可能会永久性地损伤心脏细胞,导致慢性心力衰竭(这是全球主要的死亡原因)。

罗斯目前对猪的研究表明,如果在移除阻塞之前注射ERA,就有可能防止心脏肌肉在再灌注中被破坏。

“我们已经证明,可以通过静脉注射碘化钠来治疗患者,从而将标准治疗过程中对心脏造成的损害降低75%,”他说。“通过暂时减缓心脏的跳动,你可以保护你的心脏免于死亡。”罗斯最近创立了一家名为Faraday Pharmaceuticals的私营公司,并希望在2017年初开始在人类心脏病患者身上试验他的ERA。

距离罗斯在弗雷德·哈钦森的实验室约五分钟步行路程,法拉第公司的办公室在我3月参观时非常新,散发着油漆味,整个楼层仍然是一片空荡荡的隔间。首席执行官斯蒂芬·希尔(Stephen Hill)是一位前外科医生,在飞往北卡罗来纳州的航班前还在处理一些收尾工作。他是在9月遇到罗斯并谈论挖掘能够拯救重症患者的自然生物学的潜力后,于2015年9月接受了这个职位。“他对我说的其中一句话是,”希尔回忆道,“‘如果你把死人给你最先进的疗法,有多少人能康复?’”

这当然是个奇怪的问题,因为死亡不是什么可以“康复”的事情(希尔和罗斯都不从事复活业务)。但是,将死亡视为可以改变的东西让他们两个都感到兴奋。“在某些情况下,可能需要改变身体利用氧气的方式,”希尔说,“导致受损组织暂时‘休眠’而不是永久死亡。”

希尔和罗斯说,ERA有一天可以用于一系列医疗状况,包括器官和肢体移植。然而,他们的第一个目标可能是接受恢复冠状动脉血流手术的心脏病患者。其他紧急创伤,如枪伤,也是暂停生命的有希望的候选者。事实上,东海岸的一组医学专家已经获得了进行人类试验的许可,对这些创伤性损伤的患者使用一种不同的减缓时间的技术。

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萨姆·蒂谢曼博士讨厌“暂停生命”这个短语。作为马里兰大学医学院(巴尔的摩)重症监护和创伤教育中心的主任,他更喜欢“紧急保存和复苏”(EPR)。

“它没有科幻小说的吸引力,”他说。“但在好玩的一面,你可以说EPR可能是新的CPR。我们想在停止出血并使其复苏之前,尽可能地保存患者。”

与罗斯的方法不同,蒂谢曼的方法是将患者冷却到低温状态,也就是有意地诱导凯莉·德怀尔曾经处于的那种状态。为此,他用冰冷的生理盐水取代了体内的血液,迅速将患者的核心温度降低到冰点50到55华氏度。这听起来很极端,但如果有效,它可能挽救生命——尤其是在一个刚刚经历了第二年凶杀案死亡人数最多(2015年为344人)的城市。

对枪伤等创伤性损伤的患者进行常规治疗通常包括插入呼吸管,然后使用大型静脉导管补充失去的液体和血液,同时外科医生拼命试图在患者心脏衰竭之前修复损伤。“这是一场与时间的赛跑,”蒂谢曼说,“而这些努力通常不会成功。只有5%到10%的因创伤导致心脏骤停的患者能够存活——你的生存机会非常渺茫。”

诱导低温状态可以为外科医生争取多达一小时的手术时间。之后,他们可以恢复血液流动并逐渐重新给患者供暖。蒂谢曼和他的同事们花了二十多年的时间在动物身上完善他们的手术。他们取得了如此大的成功,以至于在2014年,美国食品药品监督管理局(FDA)批准他们在宾夕法尼亚州匹兹堡的UPMC Presbyterian医院进行首次人体试验。蒂谢曼不愿透露是否已有患者接受手术,但试验仍在进行中。如果人类患者能像动物研究那样成功,他们的生存机会可能会翻倍。

“如果我们能把现在的5%到10%提高到20%,那将是一个巨大的改变,”蒂谢曼说。“这是一个划时代的进步。”

当然,在拥有尖端设备的医院里拯救患者是一回事。在战场上拯救他们是另一回事,那里的最近设施可能远在数百英里之外。这就是困扰——也是激励——马修·马丁这位现役外科医生的问题。在伊拉克和阿富汗经历了四次巡逻后,马丁试图在没有前线不可能使用的昂贵设备的情况下,获得与蒂谢曼相同的结果。这意味着使用化学物质——而不是寒冷——来减缓身体的时钟。

Medics at field hospitals like this one in Kandahar, Afghanistan, have little time to save trauma patients.
像阿富汗坎大哈这样的野战医院的医务人员,拯救创伤患者的时间非常有限。Chris Hondros/Getty Images: FredHutch.org

“问题是,”马丁说,“‘我们能否降低一个人对血液的需求,以至于在一段时间内,他实际上不需要血液流动?’那将是最终目标。”

马丁在进行手术休息期间,从他在华盛顿州塔科马的马迪根陆军医疗中心的基地进行研究。在那里,他检查一种实验药物对在模拟大出血创伤的猪的生理影响。

“目标是创造‘口袋疗法’,”他说,“这样一名医务人员就可以把药装在包里,给一名重伤士兵掏出来。他可以注射这种药物,开始暂停生命的过程,为士兵争取更多时间去医院接受手术。”

他和他的同事们已经确定了一系列称为PI 3-激酶的酶,这些酶有助于调节新陈代谢。他们还发现了一种控制这些酶活性的药物,该药物已在临床试验中作为潜在的癌症治疗方法。马丁的早期数据显示,在缺血——心脏血流不足时——给药可以减缓新陈代谢而不伤害动物。

对马丁来说,紧迫感不仅是科学上的;也是个人的。2007年,他担任巴格达一家战斗支援医院的创伤科主任时,他所负责的第一个病人(我们就称他为X少尉)的死亡,这种药物可能会救他。X少尉因一枚简易爆炸装置而伤痕累累,其中一名士兵和几名平民。X少尉的腿被炸断了。弹片击穿了他的腹部,他的一个肺部受伤,肋骨多处骨折。在马丁和他的团队进行手术后,X少尉似乎已经稳定到可以转院。

但就在医务人员将他推入重症监护室时,一切都出了问题。士兵的氧气水平突然下降,内部出血再次进入他受伤的肺部。不久之后,他心脏骤停。这次,马丁的团队没能挽救他。

Doctors are experimenting with machines to replace blood with cold saline.
医生们正在试验用冷生理盐水代替血液的机器。Chris Hondros/Getty Images: Courtesy Fredhutch.org

“在美国,有好的医院,有一些高科技的办法可以从内部阻止肺部出血。”马丁说。“但那些都不可用。我记得就站在床边,感到完全无助。”

与此同时,在西雅图的马克·罗斯实验室,他也希望减缓时间的方法在于一种便携式的注射药物。尽管ERA可能在FDA审批过程中面临一些挑战,但最终的应用可能非常广泛。

“当你认为你找到了一个锤子,你首先要看它是否能把钉子敲进木头里,”他说。“然后,如果你建立了实用性和价值,其他人就会随后来建造各种东西。这就是‘梦想之地’。”

在让他的线虫“睡着”一天后,罗斯回到实验室检查它们的进展。不出所料,在氮气室里过夜的小虫子没有长大,但当暴露在新鲜空气中时,很容易就恢复了生命。同时,留在桌子上的虫子则明显长大了。很快它们就会有自己的后代。

这离拯救一名人类创伤患者还差得很远。

但是,在罗斯实验室白炽灯下看到那些微小的蠕虫被“复活”,很难不感受到驱动他的那种狂热的热情。对那些蠕虫来说,时间静止了——但对我来说,我觉得我看到了未来的曙光。

更正:本文章的原始版本错误地陈述了凯莉·德怀尔的年龄。

本文最初发表于2016年7月/8月号的《大众科学》(Popular Science),标题为“复活者”。

 

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