五年前,CNN报道了一个重大新闻,美国和英国的科学家对来自埃及、南美及太平洋岛国的一千余具木乃伊实施高分辨率CT检查,结果发现,40%~60%的木乃伊均有动脉硬化及钙化的影像学表现,而这些木乃伊在1000年至4000年前的死亡年龄是8岁~50岁。这一发现足以让世人惊叹,彻底颠覆了我们的常规知识及思维——科学家们不是说,心血管疾病是现代人特有的疾病吗?不是都怪现代生活方式才导致了心血管疾病泛滥的吗?
对于这一现象,科学家们给出了“合理”的解释:古埃及能以木乃伊形式下葬的人群,应该是贵族或大祭司,他们的饮食习惯及状态与现代人接近:高热量、高脂肪、高蛋白、甚至肥胖;而对南美及太平洋岛国木乃伊的心血管异常,其“合理”解释为:制作木乃伊是当地的风俗,因为当时卫生条件差,微生物的感染导致微炎症,从而导致了心血管的损害。
时间穿越到今天,心血管疾病已成为人类第一位的死亡原因。公认的解释为: 高血压、高血脂、肥胖是罪魁祸首,主张积极治疗、药物干预。
时间继续穿越,人类或许会在未来飞向太空,在宇宙中寻找及建立新的家园。那时,我们又会面临怎样的挑战?
20世纪六七十年代,美国实施了阿波罗登月计划,而期间真正到月亮上去的成员为数并不多,1968年到1972年间只有24人飞出了地球的磁层。磁层是围绕在地球周围的保护层,当航天员在近地轨道(low Earth orbit,LEO)飞行时能帮其阻挡来自宇宙空间的辐射。其中,7名阿波罗登月计划航天员已经死亡,而3人的死因被判定是心血管疾病。与35名从未“飞天”及35名近地轨道飞行航天员相比,阿波罗航天员死于心血管疾病的风险增高4倍~5倍。而两组从未飞到外太空的航天员,他们的心血管疾病病死率没有显著差异。这一结果提示,飞越地球保护层-磁层有关的某种因素导致了阿波罗航天员心血管疾病发生的增加。
流行病学数据已经确立的辐射与心血管疾病之间的关系显示,原子弹爆炸后的幸存者、职业性暴露或者癌症放疗人群有更高的心脏病发病率。例如,《新英格兰医学杂志》2013年发布的一项研究结果显示,乳腺癌女性患者接受放疗后最初5年内缺血性心脏病的发生率会增加,并且会一直持续20年。
航天员所暴露的辐射剂量比癌症患者放疗期间所接触的剂量要小得多,然而,宇宙空间里的高能带电粒子给人体的脉管系统造成了复杂的DNA损伤、导致了氧化应激,使得太空辐射对生物组织的损伤远大于临床放射。
人类心血管疾病不仅是现代病,也是古代病,一定还是未来病。随着人类飞向太空的步伐加快,必须做好准备。心血管疾病从古埃及到现代,再到未来太空移民的穿越故事,给人类一个启示:多种损害心血管的诱因,均可启动损伤、修复、再生、“结疤”的共同通道,殊途同归,导致心血管疾病。
虽然木乃伊的研究动摇了“心血管疾病是现代病”的学说,但进一步提示了人类祖先与现代人面对着共同的风险:古埃及贵族与现代人相似的生活习惯——不健康饮食、不运动;古南美人的微生物感染造成的影响与现代人的生活压力及大气污染相当——导致微炎症。因此,在飞向太空移民之前,我们可以通过改善生活方式、调整生活节奏及爱护环境而祛除风险因素,避免启动心血管疾病发生及发展的共同通道。另外,坏消息是,那一千多具木乃伊中只有一个“前辈”有疑似肿瘤,而1/3的现代人会在一生中罹患肿瘤。肿瘤,才是现代人类社会“创造”及加剧出来的现代疾病。好了,思考吧,我只能帮你到这了。
请关注本期现代观点:“阿波罗”航天员之死告诉我们什么?
五年前,CNN报道了一个重大新闻,美国和英国的科学家对来自埃及、南美及太平洋岛国的一千余具木乃伊实施高分辨率CT检查,结果发现,40%~60%的木乃伊均有动脉硬化及钙化的影像学表现,而这些木乃伊在1000年至4000年前的死亡年龄是8岁~50岁。这一发现足以让世人惊叹,彻底颠覆了我们的常规知识及思维——科学家们不是说,心血管疾病是现代人特有的疾病吗?不是都怪现代生活方式才导致了心血管疾病泛滥的吗?
对于这一现象,科学家们给出了“合理”的解释:古埃及能以木乃伊形式下葬的人群,应该是贵族或大祭司,他们的饮食习惯及状态与现代人接近:高热量、高脂肪、高蛋白、甚至肥胖;而对南美及太平洋岛国木乃伊的心血管异常,其“合理”解释为:制作木乃伊是当地的风俗,因为当时卫生条件差,微生物的感染导致微炎症,从而导致了心血管的损害。
时间穿越到今天,心血管疾病已成为人类第一位的死亡原因。公认的解释为: 高血压、高血脂、肥胖是罪魁祸首,主张积极治疗、药物干预。
时间继续穿越,人类或许会在未来飞向太空,在宇宙中寻找及建立新的家园。那时,我们又会面临怎样的挑战?
20世纪六七十年代,美国实施了阿波罗登月计划,而期间真正到月亮上去的成员为数并不多,1968年到1972年间只有24人飞出了地球的磁层。磁层是围绕在地球周围的保护层,当航天员在近地轨道(low Earth orbit,LEO)飞行时能帮其阻挡来自宇宙空间的辐射。其中,7名阿波罗登月计划航天员已经死亡,而3人的死因被判定是心血管疾病。与35名从未“飞天”及35名近地轨道飞行航天员相比,阿波罗航天员死于心血管疾病的风险增高4倍~5倍。而两组从未飞到外太空的航天员,他们的心血管疾病病死率没有显著差异。这一结果提示,飞越地球保护层-磁层有关的某种因素导致了阿波罗航天员心血管疾病发生的增加。
流行病学数据已经确立的辐射与心血管疾病之间的关系显示,原子弹爆炸后的幸存者、职业性暴露或者癌症放疗人群有更高的心脏病发病率。例如,《新英格兰医学杂志》2013年发布的一项研究结果显示,乳腺癌女性患者接受放疗后最初5年内缺血性心脏病的发生率会增加,并且会一直持续20年。
航天员所暴露的辐射剂量比癌症患者放疗期间所接触的剂量要小得多,然而,宇宙空间里的高能带电粒子给人体的脉管系统造成了复杂的DNA损伤、导致了氧化应激,使得太空辐射对生物组织的损伤远大于临床放射。
人类心血管疾病不仅是现代病,也是古代病,一定还是未来病。随着人类飞向太空的步伐加快,必须做好准备。心血管疾病从古埃及到现代,再到未来太空移民的穿越故事,给人类一个启示:多种损害心血管的诱因,均可启动损伤、修复、再生、“结疤”的共同通道,殊途同归,导致心血管疾病。
虽然木乃伊的研究动摇了“心血管疾病是现代病”的学说,但进一步提示了人类祖先与现代人面对着共同的风险:古埃及贵族与现代人相似的生活习惯——不健康饮食、不运动;古南美人的微生物感染造成的影响与现代人的生活压力及大气污染相当——导致微炎症。因此,在飞向太空移民之前,我们可以通过改善生活方式、调整生活节奏及爱护环境而祛除风险因素,避免启动心血管疾病发生及发展的共同通道。另外,坏消息是,那一千多具木乃伊中只有一个“前辈”有疑似肿瘤,而1/3的现代人会在一生中罹患肿瘤。肿瘤,才是现代人类社会“创造”及加剧出来的现代疾病。好了,思考吧,我只能帮你到这了。
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长期以来,蝙蝠无与伦比的敏捷性和机动性一直激发着科学家和工程师的想象力。美国加州理工学院的Soon-Jo Chung等人实现了机器人像蝙蝠一样飞行的想象。
早期以蝙蝠为灵感的机器人无法飞离地面,许多飞行机器人是以鸟类和昆虫为模型建造的。Soon-Jo Chung等人建造的蝙蝠机器人(Bat Bot,B2)则可以进行直线飞行、俯冲及倾斜转弯。蝙蝠具有40多个主动关节和被动关节,而B2机器人则缩减为9个实现飞行动作所需的最重要的关节(5个主动关节和4个被动关节)。研究人员用薄的硅凝胶膜覆盖B2机器人的骨架,这使得机器人的翼可进行折叠和伸展。每个翼可独立运动,每个翼的首部和尾部也可独立运动。
该研究团队制造的完全自主飞行的机器人重达93克,模仿了蝙蝠翅膀的形态学特征。研究人员未采用分布式控制致动器,而是使用可高度伸缩的硅胶薄膜,这使得机器人的翼所需的主要关节数量减少,可以更好地模拟蝙蝠飞行的形态学特征。蝙蝠飞行机制中的主自由度(dominant degrees of freedom,DOFs)被纳入B2机器人的设计当中。这些具有生物学意义的DOFs包括蝙蝠前臂翅膀的不同步的中间外侧的动作,以及蝙蝠后腿的背腹侧的动作。
研究人员称,该蝙蝠机器人可用于进一步研究蝙蝠飞行的力学。现有的研究方法为基于视觉的动作捕捉系统,利用高速成像传感器记录蝙蝠飞行时关节和肢体的轨迹。虽然这些方法可有效分析蝙蝠翅膀关节的运动学,但无法帮助理解特定的翼运动模式如何促成特殊的飞行动作。B2机器人可通过应用翼运动模式来重建蝙蝠的飞行动作,进而帮助理解蝙蝠DOFs的作用。(作者:卜燕)
参考文献: Science Robotics 2017;2:eaal2505
英国格拉斯哥大学的研究员正开展一项计划:用3D打印技术合成“定制”骨骼,用于帮助遭遇地雷爆炸而接受重建手术的患者,增加术中可保存组织的量。
全球估计每年有4300人因地雷遭遇肢体残缺或死亡。例如,图片里叫Mohammad Mahdi的男孩,在阿富汗因地雷爆炸不幸失去了一条腿。
而骨骼重建手术受到可保留骨块的数量的限制。骨再生从理论上讲是可行的,但目前临床还没有成功试用。格拉斯哥大学的研发团队使用3D打印来创建人工骨支架。这些骨支架将被称为骨形态发生蛋白2(bone morphogenetic protein,BMP-2)的生长因子和干细胞的纳米层所覆盖。
将骨支架放置于专门设计、被称为“Nanokick”的机器中,通过振幅15mm、1000次/秒的频率,通过震动骨支架来刺激干细胞和生长因子之间的相互作用,以促进骨组织快速生长。
该研发团队希望能够在3天~4天内,为患者制作定制的3D骨块。首次人体临床试验将会在五年内完成。一旦将3D打印骨架植入到患者体内,骨组织将会在体内继续生长,并完全替代3D打印的骨支架。而这些骨支架将会逐步溶解,只留下新生长的骨骼。
起初,该研究项目只是集中在较小的骨块上,但是对于多少合成骨可以移植到爆炸幸存者身上,目前还没有理论上的限制。如果研发成功,新技术将为外科医生进行爆炸修复手术提供更多的可行性方案,帮助患者重建和修复肢体和颅骨损伤。
该研究项目从慈善机构Find a Better Way(www.findabetterway.org.uk)获得了280万英镑的资助,该组织由前英格兰足球队员Bobby Charlton创立于2011年,旨在帮助因地雷爆炸而肢体缺陷的受害者。(作者:卜燕)
参考文献:British Medical Journal 2017;356:j23
全世界几乎一半人口需要依靠生物质燃料进行烹饪,例如动物粪便、作物残茬、木材和木炭。通常,生物质燃料是明火燃烧,常发生在室内,可因产生烟尘而导致室内空气高度污染,而这些往往会引起妇女和儿童出现不良的健康状况,包括慢性阻塞性肺疾病、肺癌、缺血性心脏病、哮喘和肺炎。世界卫生组织(World Health Organization,WHO)估计,生物质燃料燃烧引起的室内空气污染导致全球每年超过400万例死亡,其中约50万例为因肺炎死亡的幼儿。
英国利物浦热带医学院的Mortimer K等人开展了一项社区水平、开放性、集群的随机对照试验,以评估通过使用清洁生物质燃料的炉灶来替代明火炉灶是否能降低儿马拉维Chikhwawa和Karonga两个农村地区的儿童肺炎的发病率。育有4.5岁以下儿童的家庭符合入组条件,发放给干预组家庭两个生物质燃料的炉灶和一个太阳能电池板。主要终点为5岁以下儿童出现WHO儿童疾病综合管理(Integrated Management of Childhood Illness,IMCI)定义的肺炎发作。
在2013年12月9日至2016年2月28日期间,共招募了8626户家庭的10750名儿童,其中来自8470户家庭的10543名儿童提供了15991儿童年的随访数据,并被纳入意向治疗分析。结果发现,干预组的IMCI肺炎发病率为15.76例/100儿童年(95% CI:14.89~16.63),而对照组为15.58例/100儿童年(14.72~16.45)。干预组对比对照组的相对发病率指数(incidence rate ratio,IRR)为1.01(0.91~1.13;P=0.80)。19例儿童发生了烹饪相关的严重不良事件(烧伤),其中干预组有9例,对照组有10例(1例死亡),IRR为0.91(0.37~2.23;P=0.83)。
该研究认为,应用清洁生物质燃料的烹饪用炉并不能降低马拉维农村幼儿的肺炎发生风险。(作者:王敏骏)
参考文献:Lancet 2017;389:167-175
美国辛辛那提儿童医院医学中心的Jerilyn Gray等人发现,新生儿过度使用抗生素可妨碍肠道细菌正常生长,从而增加肺炎患病风险。
有时候,抗生素作为预防用药(而不是因为感染)被开具。然而,在抗生素预防细菌感染的同时,也可作用于在免疫系统发育过程中发挥重要作用的“有益”细菌。事实上,新生儿免疫系统和肠道细菌之间的相互作用影响了免疫系统如何发育及如何与其他器官(如双肺)协同工作。研究人员在小鼠中研究了宿主免疫系统和肠道共生细菌之间的相互作用,结果发现,小鼠出生后不久立即暴露于共生细菌,足以产生针对细菌性肺炎的稳健的宿主防御。肺炎是新生儿死亡的主要原因。该窗口期的特征是,小鼠肺部突然涌入大量产生白介素-22(interleukin-22,IL-22)的3群固有淋巴细胞(IL-22 producing group 3 innate lymphoid cells,IL-22+ILC3)。该迁移过程依赖于通过肠粘膜树突状细胞感受共生细菌。破坏出生后的共生定植,或选择性的耗竭树突状细胞,可中断IL-22+ILC3的迁移,进而使小鼠对肺炎易感;出生后转移共生细菌可逆转这一过程。因此,共生细菌指导了IL-22+ILC3迁移至小鼠肺部,IL-22介导了宿主对肺炎的抵抗。
该研究表明,肠道细菌定植对于新生儿肺部防御的发育至关重要。这或许也解释了为何新生儿时期使用抗生素的个体在以后的生活中易发生哮喘或其他肺部疾病。如果早期且短期给予抗生素,新生儿可能有时间补充其肠道细菌。但这一过程可能花费数月,也可能导致异常的混合细菌。婴儿在1岁时可完成免疫系统的发育,这一期间发生的差错可能是永久的。(作者:黄希瑶)
参考文献:Science Translational Medicine 2017;9:eaaf9412