糯米txt论坛☆+100仿生学-第8章
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（3）肺磁场：心磁场和脑磁场属于内源性磁场；而肺磁场则属于外部含有铁磁性物质的粉尘侵入人体肺部在磁化后所产生的剩余场。
测量肺磁场时；首先应清除人身上的铁磁性物质；如手表、钮扣等。再将受试者胸部置于数十毫特斯拉磁场中进行磁化；然后立即到磁强计探头处进行测试。
肺磁场是1973年美国麻省理工学院的科恩首先探测出来的。70年代后期至今；日本、加拿大、芬兰和我国都开展了一系列研究工作。肺磁场的研究之所以受到人们的重视；一个直接的原因是在医学上的重要应用。众所周知；职业性尘肺痛诊断的唯一有效手段是X身线法。但此法属于影响像学；一般来说只有粉尘与肺组织形成生化反应而导致病变的才能检查出来。肺磁法则属于含量学；只要肺部积存一定量的粉尘；不管侵入的时间长短都能被检测出来；这就意味着对那些虽积存一定粉尘但尚未构成病理改变的早期病人也能检查出来；从而进行早期预防；这对防止某些职业性尘肺病的发生有着重要。
生物医学材料与人工器官
生物医学材料是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官功能的材料。近年来；器官移植虽然取得了巨大的进展；但排异和器官来源及法律等问题仍是一个难题。因此；医学界对生物医学材料和人工器官的要求日益增加。古代人类只能用天然材料（主要是药物）来治病；包括用天然材料来修复人体的创伤。
例如；公元前3500年；古埃及人用棉花纤维、马鬃等缝合伤口；墨西哥印第安人用木片修补受伤的颅骨。公元前2500年中国的墓葬中发现有假牙、假鼻、假耳。1588年；人们用黄金板修颚骨；1755年；用金属在体内固定骨折；1809年；有人用黄金修复缺损的牙齿；1851年；发明了天然橡胶的硫化方法后；采用硬胶木制作人工牙托和颚骨。
最近几十年来；生物医学材料和人工器官的研究才有了较大的进步；在很大程序上应归功于高分子材料科学和工业的发展。1936年发明了有机玻璃很快就用于制作假牙和补牙；1943年；赛璐珞薄膜开始用于血液透析；1950年开始用有机玻璃做人工股骨头。50年代；有机硅聚合物开始应用于医学；对人工器官的研究起了促进作用。特别是60年代以后；具有各种特殊功能的高分子材料不断研制出来；一部分从事高分子科学的人员也把研究方向转向生物医学高分子材料方面。在经济发达国家；用高分子材料制造医疗用品已十分普遍。1976年美国医用塑料的消耗量占当年塑料消耗量的4。4％；达53。6万吨。同年；日本用于医疗一次性使用的塑料制品达一万吨。现在；除了大脑之外；几乎所有的人工器官都在进行研究；有些已经作为商品出售。仅美
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国和欧洲；每年用于人体自然缺陷和损伤的修复植入材料就有四五百万件；每年有上百万病人在用人工器官。全世界有六万人靠人工肾维持生命；美国和德国每百万居民中有超过500人的心脏病患者要植入心脏起搏器。在美国；每年有3。5万人安装人工心脏瓣膜；有18万人植入人工血管；有12万人安装人工髋关节；有10万人注射有机硅隆胸美容。人工器官和以高分子材料为主的生物医学材料已开始成为一个新兴的工业。
人工肺人工肺又名氧合器或气体交换器；是一种代替人体肺脏排出二氧化碳；摄取氧气；进行气体交换的人工器官。以往仅应用于心脏手术的体外循环；需和血泵配合称为人工心肺机。70年代初；已将人工肺作为一个单独的人工器官进行研究。因它可以不用血泵而进行部分呼吸支持；并且有植入性人工肺的实验报告。
目前；用于心脏手术的人工肺大部分采用一次使用的附有热交换装置的鼓泡式人工肺。这种人工肺已趋成熟；在国内外得到广泛的应用。
早在1882年Schroder首次提出在体外静脉血内通入氧气使血液氧合的设想以后；Bayliss、clark分别采用转碟和鼓泡的方式使血液得到氧合；从实践上证实该设想是切实可行的。1953年Gibbon首次采用静立垂屏式人工肺进行体外循环；成功地开展了心房间隔缺损的修补手术；建立了现代人工心肺和体外循环的概念。此后各种类型的人工肺相继问世。随着高分子化学的飞速发展；为研制膜式人工肺提供了大量可选用的膜材料和新技术。1960年Kolobow用硅胶为原料试制出膜式人工肺；具有较高的气体转输功能；适宜于长期体内循环。而后；又有不少学者从血液动力学角度进行研究；以期获得符合生理性能、功效更佳的人工肺。
目前人工肺基本上可分为四种：静立转屏式、转碟式、鼓泡式和膜式。
人工心脏人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。
人工心脏分为辅助人工心脏和完全人工心脏。辅助人工心脏有左心室辅助、右心室辅助和双心室辅助；以辅助时间的长短又分为一时性辅助（二周以内）及永久性辅助（二年）两种。完全人工心脏包括一时性完全人工心脏、以辅助等待心脏移植及永久性完全人工心脏。
要想制成像自然心脏那样精确的组织结构、完全模拟其功能的人工正脏是极不容易的；需要医学、生物物理学、工程学、电子学等多学科的综合应用及相当长时期的研究。
从广义及泵功能这一角度考虑、人工心脏研究可以回溯到体外循环的动脉泵开始；即1953年Gibbons将体外循环应用于临床。心肺机利用滚筒泵挤压泵管将血泵出；尤如自然的搏血功能进行体外循环。而人工心脏这个血液泵恰是受此启发而开始研究的。1957年美国KOlff和Akutsn将聚乙烯基盐制成的人工心脏植于人体内生存一个半小时；以此为开端展开了世界性人工心脏研究。1958年日本及前联邦德国均设立了专门研究中心。1964年KOlff利用人工心脏使小牛生存24小时。1966年DcBakey将人工心脏用于瓣膜置换病例；辅助数小时。1968年开始临床研究；1969年动物实验生存记录为40天。同年Cooley进行了第一个临床病例植入一时性完全人工心脏后因合并症死亡。1970年Nose等的动物实验生存100天。1973年以后；动物实验成活率迅速上升：1976年Kolff试验牛成活89天、122天；1980年度美和彦试验山羊生存232天、242天、288天；1982年12月1日美国盐湖城犹他
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大学医学中心人工心脏研究小组为一患者植入完全人工心脏使其存活卫112天。世界上虽已进行了几例完全人工心脏临床应用；但目前人工心脏仍处于动物试验为主的研究阶段。但已有的临床应用表明；完全人工心脏能代替自然心脏功能；用其较长维持循环是可行的；其前景是乐观的。
人工血管1950年以来；由于高分子化学的发达；促进了合成高分子材料的研制；因此；在50年代末；60年代初；采用高分子合成纤维编织人工血管；经实验研究而用于临床；到目前为止；世界各国已普遍采用。
目前用机器编织的人工血管有两种；一种是平织；又称机织；另一种是针织；又称线圈编织。最初的材料为尼龙；后因其稳定性差；在机体内易被破坏；缺点很多而被废弃。目前普遍采用的人工血管材料为涤纶及聚四氟乙烯；大多数使用的是针织人工血管。1960年以后；国际市场上出售无缝带有皱纹加工的人工血管。最受欢迎的是DeBakey的涤纶针织人工血管及Edwards的聚四氟乙烯人工血管。
人工血液近年来由于外科手术日益进步；因而输血用血液也愈感不足；迫切需要研制代用品。
血液由有形成分及无形成分组成；其主要生理功能是携氧、运输氧和营养物质；清除二氧化碳和代谢产物以及免疫防御等。多年来曾研究了血浆、血浆成分的制品及各种血细胞悬液；以期合理而节约地使用血液。其后又研制了许多种血浆代用品；目前广泛使用的有右旋糖酐、明胶代血浆和羟乙基淀粉。它们都是胶体溶液；其扩充血浆容量的效果显著；但均不具备血液气体交换的主要功能。
输血时配血费时又易发生错型；此外由于输血而传播肝炎及爱滋病的危险也无法妥善解决；故而有待研制出既可携带又无毒害的人工血液；这对平时和战时的医疗来说都是极为重要的课题。
近几十年来；世界各国在人工血液方面做了不少研究工作。这里仅以氟化碳乳剂人工血液加以介绍。
1966年Clark等发现；美国3M公司所制全氟碳化合物、对氧的溶解度约为水的20倍；携氧能力为血红蛋白的数倍；在氟碳化物F×80中给以一个大气压的氧；小鼠得以生存。
1967年Sloviter等以白蛋白为稳定剂的全氟碳化合物乳剂对大鼠实行脑灌流成功。
1968年Geger等以全氟三十胺乳剂给大鼠进行血液交换接近100％；大鼠生存八小时。其后Clark动物试验心脏灌流成功。
1970年光野、火柳等以狗试验；用氟碳化合物作90％血液交换；生存一年以上；这是在动物中以人工血液进行全血交换的第一次成功。其后火柳等与日本绿十字中央研究所共同研究达11年。初期研究全氟碳化合物乳剂的携氧及二氧化碳能力；并可保持离体器官组织较长期存活；后期研究活体输入全氟碳化合物乳剂；力求减少副作用。经反复改进；在猴体内进行99％的换血；无一例失败；全部长期存活。
人工肾人工肾是一种替代肾脏功能的装置；主要用于治疗肾功能衰竭和尿毒症。它将血液引出体外利用透析、过滤、吸附、膜分离等原理排除体内过剩的含氮化合物；新陈代谢产物或逾量药物等；调节电解质平衡；然后再将净
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化的血液引回体内。亦有利用人体的生物膜（如腹膜）进行血液净化。它是目前临床广泛应用、疗效显著的一种人工器官。就慢性肾炎和晚期尿毒症的治疗效果而言；其五年生存率已达70～80％；其中约有一半患者还能部分恢复劳动力。由于上述成就；人工肾的治疗范围逐步扩大；并进入免疫性疾病的治疗领域；受到各方面的重视；成为人工器官研究最活跃的领域之一。
早在19世纪中叶；就有人设法用透析法除去血液中的尿素；因未找到合适的半透膜未获成功。1913年Abel等用火棉胶膜制成管状透析装置进行动物透析实验；1943年Kolf等首次将转鼓型人工肾应用于临床并获得成功；开创了人工肾治疗肾衰竭患者的历史；1960年Kill研制平板型人工肾；1966年Steward研制空心纤维人工肾临床应用成功。进入70年代以来；透析器向小型化方面发展。
近年来开发的新的人工肾技术主要包括血液滤过、血液灌流和腹膜透析。人工肝人体中的肝脏是一个极为复杂的器官；根据现代科学技术水平；要研制一个装置；可以长期或基本上代替肝脏主要功能的名副其实的人工肝；还是不可能的。近代对人工肝的研究；只是用一种装置或系统来暂时代替肝脏的某些功能。如清除肝衰竭时的毒性物质；治疗肝昏迷及调整其氨基酸平衡等来协助患者渡过危险期；等待肝细胞再生；或等待肝移植；因而许多学者称之为〃人工肝辅助〃。
因为肝脏有强大的再生能力；临床患者或动物实验中将肝切除一半；2～3月以内；其剩余的肝组织又可生长到原来体积；而且其功能也完全恢复；这样；如能研制成一种装置；协助肝衰竭患者渡过危险期；等待肝细胞再生；则患者可能获救。
目前国际上对人工肝辅助的研究；多处于基础及动物实验阶段。有些已进行临床应用；但尚无根本性突破。
人工关节多年来人们就采用各种关节成形术治疗关节强直、关节畸形和各种破坏性骨关节疾病；力图将这些有病的关节矫正和恢复功能；使之成为稳定的、不疼的并有一定的功能的；为此许多学者做出了巨大的努力。迄今已研制出膝、髋、肘、肩、指、趾关节假体用于临床。
1890年；Gluck首先应用象牙制造下颌关节；1938年；Wiles用不锈钢作髋臼与股骨头；而后Moor开展了人工股骨节置换术；1940年Wder兄弟用合成树脂制造人工关节；1951年开始全髋人工关节置换术。1952年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髋关节；由此合成树脂开始用于人工关节的结合。1958年Charnhey根据重体环境滑润理论；用聚四氟乙烯髋臼和金属股骨头制成低磨擦的人工关节；接着在1962年；Charnley把高密度聚乙烯髋臼和直径为22毫米的股骨头组成全髋人工关节；并用骨水泥（甲基丙烯酸脂）固定；获得较满意的效果。自此；人工关节置换术进入实际应用的新阶段。目前；英美各国每年可施行全髋人工关节置换术数万例；并获得了较好的治疗效果。
生物工程在各方面的应用
现在；生物工程已经发展成为一个新兴的工业部门。短短十年时间；部
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分产品已经达到了应用阶段。
在医药工业方面。1977年；美国第一次用大肠杆菌发酵生产人的生长激素——生长激素释放抑制素。1981年已经正式投放市场。1982年底；美国的基因技术公司和有名的利莱化学制品公司联合生产出人的胰岛素；今年可以供应国际市场。可望不久将供应市场的产品有乙肝炎疫苗、阿尔法型干扰素、伽马型干扰素、尿激酶等基因工程新药。这些新药给癌症、脑血栓、血友病、侏儒症等疾病患者带来了新的希望。其他用基因工程生产的免疫球蛋白、流感疫苗、小儿麻痹疫苗等也都已进入试制的最后阶段。单克隆抗体技术已经广泛应用在临床诊断、监测以及对疾病的进一步治疗上。
在兽用药物方面。用基因工程生产猪、牛的幼畜腹泻疫苗也已经在荷兰正式投产。其他如猪、牛生长激素、牛干扰素；以及口蹄疫疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗已经进行试验性生产。
在农业方面。正在研究用遗传工程的方法使小麦、水稻等农作物能够吸收空气中的氮；自行固氮。如果成功；就可以大幅度地提高单位面积产量；并且避免施用尿素等化肥所带来的环境污染和氮化物致癌等弊病。现在已经能够取出大豆上的固氮基因放到小麦、水稻根部细菌上去；但是还不能表达它的作用。这牵涉到一系列的基本理论问题；还没有突破。
在工业方面。可以用基因工程培养出特殊的〃超级细菌〃。这种细菌喜爱吸收某种金属；这样不用花大力气就能够探明矿藏；并且利用它来进行采矿。据统计；全世界每年用〃超级细菌〃浸出的铜高达20万吨。培养某种〃超级细菌〃还可以吸掉石油里某种杂质；相应减低石油产品的成本。
在食品工业方面。国外应用遗传工程的发酵法和酶法已经生产了18种氨基酸；年产量达到30万吨。苏联用生物工程方法生产的单细胞蛋白；年产量达到120万吨。
在能源方面。目前正在研究能够再生的生物能源；如用基因工程培养特殊的细菌；把没有用的植物纤维素分解成葡萄糖；生产酒精；用来补充或替代石油。
生物工程作为一门新兴的工业；今天还处在方兴未艾的开发阶段；仍是它越来越引起人们的高度重视；相信它在人类的生活中将日益显示出巨大的作用。我国在这个领域里有一些基础；如果急起直追；到本世纪末是可以赶上世界水平的。
跨世纪的研究热点——大脑与人工智能大脑结构与人工智能
现代神经科学的研究指出；所有行为都是脑功能的某些表现；思维、学习、智力也不例外。因此；研究智能理论与技术必须考察一下脑的结构与功能。脑位于颅腔内；由延髓、脑桥、中脑、小脑、间脑和大脑六大部分组成。
由脊髓开始向上；依次是延髓、脑桥、小脑、中脑、间脑和大脑皮层半球。胼肌体是联接大脑两个半球的神经纤维组织。
有时；把延髓、脑桥、中脑三者统称为脑干；它含有丰富的神经核。
间脑包含丘脑和下丘脑。丘脑是大脑皮质下高级感觉中枢；来自全身的躯体浅感觉和深感觉都先在丘脑进行处理之后�
