10月10日 温度与生命 (刘静)-第2节
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再谈一谈热舒适性的问题，这个是专门提出来的，我们这引用一首诗，这是在国际期刊上发表的一首诗。它是这么说的，“人啊，真是奇怪的动物，当热的时候想到冷，当冷的时候他想要热，总想得到没有的东西，人真是奇怪的动物”。实际上，不管奇怪与否，确实这个舒适性的问题跟人类历史一样久远。比如说在人类的早期实际上用钻木取火，或者用火来取暖，这已经在文献上或者一些考古学都是有记载。但是通过融化冰雪来获得热舒适，比如像炎热的夏季，通过融化冰雪来获得热舒适，还没有考古学的记录，传说中古罗马的皇帝曾经命人将山上的积雪收集到他的花园里边来冷却自然微风，以此来获得热舒适，应该指出的就是19世纪之前还没有机械制冷，所以那个时候任何人工冷却空气的尝试都必然用到冰雪冷水或者蒸发冷却方式。近年来，随着家用冰箱的普及，所以炎热夏季也有人提出用冰块来获得热舒适性。
另外谈到生命现象，像生物体膜表面，它实际上也是很奇特的。比如说我们拿蝴蝶来看，我这儿展示的一幅图是指的凤蝶或者大闪蝶。大家可以看到体表，这两种蝴蝶的体表，实际上从外形来讲没有多大的差别，但是在结构上存在很多差别。它们就是说可以通过控制蝴蝶翅膀的表面，来调节它的辐射特性。一部分，就是用来比如说色彩，大家可以看到蝴蝶表面可以出现各种各样鲜艳的彩虹色，这些都是由于辐射所引起来的。再有就是做热量的收集器。实际上蝴蝶它们可以利用热量来调节自身的温度，所以还是有它这方面的作用。这幅图反映的是在蝴蝶翅膀表面上发生的一些辐射现象，比如说像干涉、散射、衍射、非平面镜面反射，所以蝴蝶翅膀在阳光下可以变得五彩斑斓的原因之一，其中就跟这些作用是密切相关的。
温度对生命的影响其实是非常奇特的，我再介绍一个现象。我们比如做这么一个实验，把一窝乌龟把它分成两半儿，一半儿放在30℃下，另一半儿放在25℃的恒温中来孵化。两个月之后，前者就孵化出来了，但是做性别检测以后，发现全部是雌性，后面一半儿当孵化出来以后检测，会发现它全是雄性，所以很奇特。温度对它在性别的显示上已经产生了作用，这就是所说的温度控制性别。实际上，我们知道控制性别，一般主要是遗传物质，所以人们据此推测温度控制性别，和遗传物质控制性别大概是生物进化史上两个互相独立的范围。但是应该提到的一点就是温度控制性别的现象毕竟在动物里面是少数，目前已经确认的温度控制现象，大概只是这么几类动物，一个就是龟。对于龟来讲，高温是产雌，那么低温呢，就是雄性比较多。对于蜥蜴来讲，正好相反，高温产雄、低温是产雌，对于某些龟，比如像鳄龟，或者鲵龟，是在20℃和30℃两个极端温度，就是过高过低的情况下，产雌，雌性。在中间温度呢，就是产雄性。所以温度控制性别这个现象实际上现在研究的比较少，这是非常奇特的。
下面我们来继续介绍高温生物医学，前面主要是一些理解生命现象，人类实际上现在已经发展到主动地来应用温度跟人体的一些关系来进行医学目的。这方面一个比较重要的例子，就是肿瘤热疗。因为通过大量的动物细胞学实验发现，加热对细胞是有直接的毒性作用，一般的细胞受热达到41℃到45℃的时候，而且能够维持数十分钟之上，就可以杀灭哺乳动物肿瘤细胞。所以这就是肿瘤热疗的一个基础。热疗其实也是很久远的，它这个历史，如果要追溯的话可以到达公元前5000年前，就已经有这种记载。传说中，古希腊有一个名医，他曾经用加温来治疗过肿瘤。当时他有一句格言，就是“药物不能治疗的，可以用手术来治。手术不能治疗的，可以用热疗治。而热疗不能治的，就确实无法治疗了。”当然像今天因为已经有更多新的生物医学技术，已经发展了，所以这个是很绝对。但是热疗的作用现在已经得到人们的重视和应用。
现在肿瘤热疗学基本上是开始于几十年前，由于多学科的介入，人们开始用科学的手段来研究热疗问题，特别是人们发现热疗合并放疗、化疗治疗肿瘤的效果往往是出人意料的。目前，这门学科正在向科学化、规范化和量化方向发展。
热疗有几种情况。第一种情况是体外加热的热疗方式。大家可能都有这个经验，就是微波。微波实际上也是一种体外加热。食物，微波炉它也是利用空间场的效应来对食物进行加热。热疗也有一种就是从体外，利用微波或者超声等等这样一些仪器来进行加热。还有一种就是介入式的热疗，就是把加热探针直接穿刺到体内，进行直接加热。当然还有一种热疗就是全身热疗，我们知道当肿瘤发展到全身的时候，治疗起来是很困难的。像化疗或放疗目前是应用的比较多的。但是这两种方法杀伤性痛苦是比较大，人们也以此发展了全身肿瘤热疗。但目前看来实际上也是存在很多问题的，这个全身肿瘤热疗的一个做法，主要是把人体的血液循环，把人体里边血管（液）分出来，通过一定外界的加热装置，对它进行升温，然后再回送到体内，从而对人体全身各个部位进行加热，来治疗肿瘤。
但是热疗，虽然说它很有用，比如说对简单的这些肿瘤，体表的，其实加热的话很容易杀灭肿瘤的。但是在深部，或者说人体实施起来的话，有时候这个效果，并非是按照人们所预测的那样，实际上它是很复杂的。比如像生物体受到加热的情况下，会出现很多很奇怪的一些现象，目前实际上不是很清楚。比如有一现象，就是活体组织温度的振荡效应。因为对于一般的非生物来讲，如果加热的话，它一个效应就是温度上升，但是对于人体来讲的话，比如说微波的功率不一样的情况下，它可以出现单调上升，然后出现振荡，或者说振荡以后再回复到一个比较平稳的温度范围，或者说这个振荡就一直持续下去。所以这些都是生命体里面所体现出来的一些非常复杂的现象。还有对于人体来讲，这个血流如果升温以后它也是出现很复杂的行为，即使是在正常的静息状态下，人体的体温也是存在各种各样的涨落。就是由于这些复杂现象，所以对于肿瘤的一些机制现在认识得还不是很清楚，肿瘤热疗的机制还不是很清楚，所以这都是工程上需要加以解决的问题。
人们试图来反映血管这种错综复杂的分布情况。其中一种就是用分型理论来描述这个血管。当然现在实际上工程人员已经在大力地对跟热疗有关的基础应用问题进行研究。在狗的前列体上所开展的一些热学研究，有理论的，有实验的。从中可以看到，实际上对于前列腺，因为前列腺跟人类的前列腺癌，是有它的医学应用背景，前列腺癌是一个非常重要的问题，这方面的问题，也需要工程上加以研究。
在肿瘤热疗方面，有一个很重要的问题就是热疗计划，所谓热疗计划就是通过对人体加热，多大的功率，可以导致人体多高温度的，或者人体的热效应是怎么发展的，可以通过一些计算机加以编程来进行预测，以此来提供治疗的一些方案，这就是所谓的热疗计划。目前工程上可以做很多这方面的一些工作。关于高温医学，实际上还包括激光医学，激光医学实际上它也是利用一种激光的热效应来进行医学目的，这方面的应用范围也是非常广泛的。我这儿主要是列出几类应用情况，比如像激光切割，切割组织，激光血管融合技术，包括血管的扩增。关于利用加热来进行医学目的，还有这么一个非常重要的应用，国际上正在尝试的一种做法，就是对眼球来进行有选择性的加热，以此来对它的角膜进行裁型。目前可以用来治疗两类眼的疾病，像近视和锥形角膜，所以这个在眼科上也是有重要应用的。另外当然像激光操作眼球（手术），激光眼外科也是很重要的一个临床部门。
另外就是高温，如果高温高到一定程度，就会发生烧伤，这实际上也是工程和医学同时需要解决的问题。像电烧伤，电烧伤在日常的工作里边实际上是很常见的。在美国的医院里面，人们做过统计，像一般烧伤病人的话，3％是由于电烧伤引起来的。人体一通电，由于不小心、或者由于一些事故，可以导致很快的身体的烧伤。比如手臂抓到电线上，这个电流迅速地流向全身，这个时候一般会发生焦耳加热，比如像电路或者电烙铁，大家可能有这么一个印象，一通电的话，它实际上就会发热，这个热量发到一定程度的时候，实际上会造成烧伤。那么工程上，一般就是通过这些可以对它的电场进行求解计算，以及对温度进行求解计算，来进行烧伤的评价。烧伤的形式当然是很多的，像激光烧伤或者烫伤这都跟生物热学是密切相关的。当激光打进来的激光加到人体生物组织上，会发现刚开始是形成一个小的脱水脐，这个脱水脐不断地长大，当长到一定的情况下，中心会出现一个小的气泡，最后，发展到一定程度，这个气泡会发生长大，最后会发生撕裂，这就是由于加热所引起来的烧伤。
前面讲的主要是常温下的一些生命现象，以及人们如何应用它，还有就是包括用高温来进行医学目的的一些技术，下面我主要想集中介绍一下低温生物医学技术。低温医学的范畴一般可以分做这么几个范围，一个就是低温生理，再有一个就是寒冷损伤，就是冻伤了，再有就是低温外科，还有就是生物材料的冷冻保存。
低温生理所涉及到的一些范围，可以是比如像冷适应，比如极地居民的一些生活状况。像爱斯基摩人，他长期有一个冷适应的情况，像寒冷损伤，这也是涉及到一些冻伤的问题，其实这些问题都是一个相互关联的，冷冻外科主要是涉及到冻结或融化的一些损伤，利用降温和复温来进行肿瘤细胞的杀伤。而生物材料的冷冻保存研究的与冷冻外科正好是相反，一个研究的是破坏，一个研究的是保存，都涉及到细胞组织和器官里面的融化和冻结这么一个复杂的物理化学过程。
低温医学里面主要是分两大块，一般所说的，就是一个是生物材料的低温保存，再有就是低温外科冷冻外科。我先介绍生物材料的低温保存的一些典型应用，一个就是人体细胞和组织的低温保存，以及它的临床应用。刚才讲到的血液的保存等等，这样一些都属于这么一个范畴，另外在农牧业上也是有重要应用的，再有就是最近刚出现的一些组织工程里边也存在低温保存问题，因为利用组织工程的一些手段形成一些器官或组织以后，也存在一个利用低温来加以保存的问题。这幅图反映的是骨髓细胞低温保存的一个医学方面的一些应用，这涉及到放疗和化疗这么一个医学背景，传统放化疗，行使以后会导致正常的人体里面正常的骨髓细胞，骨髓细胞我们知道它是有造血功能的，会导致骨髓细胞和癌细胞同时被杀伤。所以，即使做了放化疗后，病人的康复是一个很重要的问题。由于生物骨髓细胞的低温保存技术提出来以后，人们就有了这么一个尝试，或者说一个应用，就是说在做放化疗之前，可以把骨髓细胞把它提取出来，然后保存在体温环境之下，当做完放化疗之后，再把经过保存的细胞骨髓细胞再回注到人体内，可以加快病人的康复，使他的造血功能很快恢复到正常。再有就是生命个体的低温保存，我们知道现在的生物组织的低温保存已经趋于成熟，但是关于整个生命个体的保存进展实际上是非常缓慢的。目前通过低温所能保存的最发达的多细胞动物个体大概是沙蚕幼虫，这是在美国《科学》杂志上发表的。低温保存，我想就是我们也许可以朝自然界，向大自然来学习。实际上在自然界里面，有很多已经实际上是很成功的低温存活的一些现象，其中一个很重要的就是冬眠现象，我们知道在寒冷的冬季，有的甚至是零下几十度，会发现很多动物可以采用冬眠这么一个行为，来达到顺利越过寒冷的冬季。比如
