当宇航员在太空需要手术麻醉，会面临哪些重大挑战？

   2021年6月18日，三名中国航天员进入天和核心舱，标志着中国首次进入自己的空间站。据悉，航天员将完成为期3个月的在轨驻留，开展机械臂操作、出仓活动等工作。长期生活在太空中，一个不可忽视的问题就是身体健康和机能的维护。在太空失重环境下，一旦当航天员需要紧急手术时，如何进行应急保障是一个难题。    近期，Anesthesiology杂志在线刊发一篇临床焦点综述，探讨人类在火星或月球表面面临严重外科手术紧急情况时的关键挑战，例如重大创伤。文章检索了现有文献中与太空医疗撤离、远程医疗、麻醉和手术以及康复相关的因素。该文还分析了一些可能影响麻醉实践的技术和未来概念。    该篇综述的第一作者Matthieu Komorowski，一直着迷于太空医学问题。12年前，他作为太空医学的实习生，前往德国科隆的欧洲宇航员中心学习。随后，他有前往美国国家航空航天局，开始研究如何在太空实施麻醉。我们的征途是星辰和大海。人类对外空间环境的每一步探索和利用，都在不断拓展人类的疆域，也将带来新的医学问题。    该文为开源获取文章，麻海新知对其予以编译，以飨读者。    登陆火星两个月后，一名宇航员在舱外活动中摔倒，导致股骨骨折。返回地球几无可能，必须立刻进行处理。现代探险家在遇到极端的生理和地理环境下，救援、医疗和交通运输需要迅速而创新的方法。人类的太空探索正是如此，尤其是面临紧急医疗和创伤护理等挑战时。    在太空任务中，宇航员面临的最大风险是创伤、失血性休克和感染。通过电脑模拟及对航天探索中预测可能发生的医疗事件进行分析，每次火星飞行任务中发生下肢骨折事件的风险为4.6%（6名宇航员组950天任务），专家们认为这种创伤对任务的影响最大（在30种严重医疗事件中位列第5）。    在月球或火星上活动的持续时间、距离和活动类型，导致的危险暴露与地球轨道不同。月球环境独特，带来引力降低、电离辐射、流星体、行星尘埃、减压病和极端温度等极端挑战。在星球地表探索期间进行大量舱外活动，会使宇航员面临的外伤事故和减压病累积风险较高。失重会使骨密度降低，几个月未治疗会进展为骨质疏松，增加宇航员病理性骨折的发生风险。

一、太空任务中的医疗难题

    1．撤回地球的难度大    去往火星的行程可能需要200天，因而紧急返回地球几乎不可能，乘员必须自力更生。月球也是如此，紧急情况下从决定撤离至到达地球医疗点至少4天，即刻撤离的可能性很小。来自地球的航空救援医疗队要花几周时间才能到达现场，不能对伤亡人员及时处理。    2．医疗用品和补给要求高    在极端环境下，理想的医疗支持要求设备、人员能力与最可能的医疗条件相匹配。医疗包的设计必须协调乘员的技能与其他各种参数，包括容量、重量、预期医疗状况负载的功率需求（依据任务持续时间和舱外活动次数等）、乘员人数。

表1早期太空任务、国际空间站及未来太空探索任务中的医疗包清单

   表1显示了早期太空探索和当前国际空间站的医疗包内容，以及未来太空探索任务较需要的物品。当前国际空间站的医疗包无法进行侵入性手术或长时间的器官支持，因此需要进行重大更新以用于将来的飞行任务。危重患者的医疗护理除了需要临床技能，更需要大量支持服务和设备，例如水、电、外科手术设备和消毒手段、个人防护设备、实验室检查、成像设备、血液制品以及连续供氧。然而，这些设备的数量与目前的存储能力并不匹配，在月球基地的补给选择极为有限，火星更难实现。若乘员只凭一些随身携带的物品，很难保证设备的可靠性和适航性。

   此外，太空环境会加快药物的降解，因此需要设计特殊药物包装。超声检查可用于各种临床场景，例如创伤评估、气胸诊断、血容量和心功能监测、区域阻滞或辅助骨折外固定。超声仍将是主要影像手段。

   3. 医疗技能必须全面

   当前国际空间站计划要求配置医务人员，太空探索任务的最佳医生是接受相关外科手术和野外训练的急诊科医生。表2概述了已在航天或太空模拟环境中进行了调试的相关急救技能。同时，医务人员还必须具有广泛的基础知识，熟悉非医疗任务，具备基本的外科手术技能和管理危重患者的能力，他们可能担任多个角色，既是外科医师又是麻醉医师。乘员技能冗余对提高安全性至关重要，特别是指定的机组医师丧失工作能力时。建议培训几名乘员来处理最常见的紧急情况，可以参考世界卫生组织的医疗能力模型，其包括基本的复苏和初级创伤护理。

表2在航天或太空模拟环境中需具备的急救技能

   4. 远程医疗存在延迟

   远程医疗可通过远程通信技术为偏远地区的患者提供专业的诊断和治疗建议。当前航天飞行中，远程医疗被广泛用于远程监测、培训、诊断和治疗宇航员。月球与地球之间几乎可以实时通信，延迟约为2 s，这允许语音和视频通信，但很可能不允许外科手术机器人等危险操作。然而，在火星通信延迟可达4至20分钟，这将阻止实时通信和设备远程控制。这也推动了非同步远程医疗的发展，例如在火星上进行阑尾切除模拟手术。

二、麻醉与手术管理面临的挑战

      1. 生理系统      生理系统会受太空微重力影响。心血管系统主要特征包括：流体向头部转移；血容量减少、心功能减弱；下肢静脉顺应性增加；动脉系统阻力和压力反射改变（图1）。心血管系统将很难应对失血等挑战，重力恢复时生理状态会需要更久时间适应。目前尚不知道在月球/火星表面人类心血管变化的程度以及避免这些变化所需的重力水平，因此需要更多研究来探索这些基础问题。   除心血管系统外，麻醉医师还会担忧宇航员脓毒症发生风险的升高。许多因素加剧感染风险，包括卫生条件受限、免疫系统改变、抗生素活性降低、细菌抵抗力增强以及受试者和环境中微生物组新发现的动态变化。   图1在不同引力环境中   人体心血管系统的变化        2. 麻醉方案的选择      在困难环境中选择麻醉方案一般取决于以下因素，包括患者状况、护理人员经验、药物和设备的可获得性、紧急程度、是否饱腹及患者意愿。经验有限的麻醉人员应使用能胜任的、确保安全且可广泛应用的技术。有人建议，在技能和用品有限的情况下，应尽可能减少全身麻醉剂的使用。      直至今日，在太空飞行期间或任务完成后的短期内都没有接受麻醉的案例。因此，在缺乏强有力证据的情况下，应根据最坏情况来制定方案，对宇航员进行手术应基于下述情况考虑：病情严重、血容量减少、困难插管且不耐受琥珀酰胆碱；饱胃；并由受过有限培训的非医务人员进行过处理。总之，应尽可能尝试区域阻滞。任务前短期训练与现场实践相结合将使乘员在区域阻滞获得成功。当不合适或区域阻滞失败时，需要全身麻醉。      建议实施简化静脉麻醉方案：清醒镇静（用于操作检查、外周手术和浅表躯干手术）和进行气管插管的全身麻醉（用于头面部和深部躯干手术）。通常不建议在这样小的封闭环境中使用挥发性麻醉剂。另外，目前还没有关于在失重或部分重力下进行椎管内麻醉的安全性和有效性的研究，交感神经阻滞对微重力环境下患者的影响应引起关注。      3. 手术面临的风险      在月球表面进行手术仅限于对挽救生命或四肢绝对必要的手术。对不复杂的阑尾炎等疾病，非手术治疗是首选。股骨骨折时，可采用石膏或外部固定器等临时稳定措施。这些临时措施的技术难度小，但对临床骨愈合而言欠佳，且不利于撤离。对股骨干骨折，使用顺行髓内钉早期固定仍是公认的标准措施。太空飞行中X线检查不太实际，超声检查简单易学，可以勾勒出骨折的解剖结构并指导介入治疗。尽管确认远端锁定螺钉非常困难，但超声预计能显示髓内钉位置。用于远端锁定螺钉有效的非影像引导技术已有描述，但可能需要更大的手术暴露及适当的闭合方法，低重力对此的影响仍存在争议。      髓内稳定的康复目标是术后第一天完全负重，以及髋关节和膝关节的早期活动，这在低重力环境中是可能的。然而，计算机模型和体内模型均强调了生物学对骨折愈合的深远影响，提示需要进行后续影像学检查和评估骨折不愈合的风险。在太空发生静脉血栓和栓塞的风险可能会增加，因此需要采取适当的血栓预防措施。  

三、心理和行为健康

   1.个人因素      封闭且局限的极端环境会带来生理和心理压力。长期暴露于压力、疲劳、社交孤立、照明条件和昼夜节律改变等因素，人类行为健康遭受威胁。在孤立和局限的环境中生活会产生负面心理反应，包括轻度认知障碍、时间感受紊乱、主动性下降、睡眠障碍、精神症状、焦虑、抑郁和社交冲突。这些因素会损害乘员应对紧急医疗事件的能力，增加包括认知错误在内的风险。专家共识确定了长期航天过程中处理严重医疗紧急情况的关键非技术技能，其中就包括正确交换信息的能力，支持和领导/服从能力。      此外，在漫长的太空任务中，紧急医疗是小概率事件，因此要维持几个月或几年的基本技术技能和非技术技能将非常困难。      其次，突发事件本质上包括认知错误在内的各种错误。认知错误会导致错误的诊断或治疗。麻醉中最常见的认知错误和偏倚类型包括锚定（专注于一个问题而不了解整体情况）、可用性偏倚（由于情绪性的经历记忆而选择最先想到的诊断）、过早断定（过早接受诊断，未考虑到可能存在其他合理的差异性）、确认偏倚（仅搜寻或确认自己期望的或怀疑的诊断信息）。这些认知错误（和其他常见错误）在麻醉紧急事件中占50％至80％。      2.团队合作      紧急事件通常会通过整合各种信息使整个团队适应和协调复杂的任务、检测并纠正体系的不稳定性。轻微的认知或组织性无法识别的错误会迅速升级为灾难性故障。如果发生重大医疗事件，乘员将向地球医学专家请求紧急援助。在通信不稳定或延迟的情况下，双方及时交换相关信息将面临相当大的挑战。远程医疗中，由于不同的社交模式可能会导致地球和太空团队难以协调，必须建立共享的心理模型和正确的相互理解，以避免协调不当、产生冲突。  

四、从太空医疗到地球医疗的成果转化

      许多创新性概念或技术，在航天和地球上应用均有益，不仅能拓展专家能力，还能为农村或偏远地区缺乏专业知识的医务人员提供帮助。      最初在航天领域开发的许多技术和概念使陆地医学发展受益，特别是麻醉学。太空机构以对风险评估和安全文化高度重视。NASA是第一个提出安全矩阵概念的组织，该矩阵通过结合其可能性和严重程度来量化潜在威胁的影响。来自航空航天业的相关风险量化方法已应用于医疗康复和麻醉。例如，失效模式和效果分析法可减少麻醉中的用药错误。      为太空飞行而开发的远程医疗技术和生物遥测技术被用于支持对地球偏远地区的医疗和外科紧急情况的管理。经典案例是在南极进行的脊柱麻醉下髌腱断裂修复术，由位于马萨诸塞州波士顿的外科医师和麻醉医师协助。视频数据增强了远程医疗支持的价值，远程专家可以实时看到由操作超声探头的新手生成的图像，远程指导地球上的医生或月球表面上的乘员进行区域阻滞。在通信延迟较低的情况下，可通过在低地球轨道上进行测试的远程操作机器人超声仪来提高图像质量。由于人工智能辅助的超声仪可定位血管或神经等重要结构，因此能用全自动超声仪进行检查，自动获得高质量图像，提供诊断建议以及中线定位或神经阻滞等程序。      气道和心血管问题仍是麻醉相关病残和死亡的两大原因，人工智能推动的创新可能会提供宝贵的帮助。尽管远程遥控的智能喉镜已有报道，但仍有一些模型试图通过识别相关解剖标志并操纵内窥镜来提供自动插管。多个团队已报道了能优化麻醉药、液体和升压药输送的闭环系统，对护理质量和安全性产生积极影响，在远程环境和太空飞行中都将极为有用。  

五、讨论

      本综述着重分析了影响太空严重医疗事故管理的生理、后勤、医学和环境因素。医学挑战是关键问题，由于极端的环境因素及医疗技能和用品问题，在地球附近提供高级医疗服务并疏散患者仍面临困难。      在未来太空探索任务中，将可用的医疗包和机载医疗技能与预期的医疗和手术条件相匹配极具挑战。环境的独特性可导致使用极端措施，在最坏的情况下，只有最有限的装备，任何严重的医疗事件都将意味着乘员的死亡。在这种情况下，乘员甚至不需要医生，因为试飞员、天文学家或地质学家会带来更多有价值的技能。      但是，对宇航员进行的一项调查证实，他们对舱上的医生会更有信心。从好的方面来看，医学教育的进步和出色的宇航员素质使得他们即使没有经过医学培训，也可执行医疗程序，包括高级程序，例如肢体阻滞、全身麻醉。相关的模拟环境中证明，新手可以执行麻醉医师通常执行的任务，包括快速顺序诱导和经口气管插管。超声可能是辅助完成这些操作的首选。即便是新手，运用超声也可加快掌握一些关键技能的速度。例如，运用超声引导只需少于10次就可掌握中心静脉置管和臂丛神经阻滞。基于人工智能的医疗技术（例如增强现实设备、智能超声机器或用于血液动力学优化或全身麻醉的闭环系统）也提供了希望，这些辅助工具可帮助乘员诊断疾病和执行医疗程序。      没有医疗设备时，即使是训练有素的医生也会无能无力。有效载荷量和存储的限制将意味着用于月球和火星探测任务的医疗包可能比在国际空间站上更为紧凑。计算机模型对帮助设计满足严格任务限制的医疗包很重要。此外，乘员还可能要利用到现场资源，例如建筑、电力、建立静脉通路、3D打印外科设备、甚至输血。乘员可通过新鲜的全血输注来缓解预期的血液制品缺乏，这也意味着乘员选择标准中将增加血液相容性指标检测。      在长期太空任务中，尤其需要关注的是宇航员的行为健康，这是长时间在孤立而密闭环境中生活最大的挑战之一，需要专门的实验研究投入以及开发和测试新对策。  

六、总结

随着人类太空探索计划的扩大，健康风险与严重医疗事件风险逐渐增加。尽管可以通过提供必要的医疗技能和设备来降低风险，考虑到医疗/外科紧急情况的异质性，我们仍需认识到任务的不确定性、进行人员培训的必要性以及充分利用现场条件。医学无疑将在未来的太空探索计划中发挥至关重要的作用。提供紧急护理仍然是关键，通过提高对太空医学理解和技术进步可能有助于克服这一障碍。此外，这些方案及经验可能会对地球上一些资源有限、环境严峻的医师和患者提供帮助。

（张笑婷 编译  薄禄龙 评述）

原始文献：KomorowskiM, Thierry S, Stark C, Sykes M, Hinkelbein J. On the Challenges of Anesthesiaand Surgery during Interplanetary Spaceflight. Anesthesiology.2021;10.1097/ALN.0000000000003789. doi:10.1097/ALN.0000000000003789

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