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外科之花的艱難綻放(1)

科學松鼠會_96
・2013/07/13 ・2294字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

我第一次看到跳動的心臟,真是激動人心的經歷,那彷彿是在尋找通往天堂之門。

——丹頓‧阿瑟‧庫利,胸外科年鑑, 1986; 41(1): 20 [Denton Arthur. Cooley, Annals of Thoracic Surgery 1986;41(1):20]


和悠悠人類歷史長河相比,區區六十餘年的心臟外科發展史,不過是石火光中的一瞬而已。回望這半個多世紀以來的人與事,多是殺戮與爭鬥、慾望與權謀不斷地被搬上銀幕,為人們所津津樂道反覆咀嚼的歷史人物,似乎也只有踏著枯骨的黨魁與流氓。不過可曾有人想過,相比於殘殺同類以建功立業的所謂「人物」,那些為拯救萬千生靈而嘔心瀝血與死神抗爭的人,才是我們人類的驕傲,才是真正值得銘記的英雄。他們,以及由他們譜寫的那一段壯麗詭譎如傳奇般的現代史詩,本不該如此悄無聲息地被歲月淹沒。謹以此文向那個偉大時代的心臟外科的拓荒者們致敬。

第一章  破冰之舉,走出魔咒(上)

十九世紀末,西方傳統醫學在生命科學體系完成基本構架之後,逐步擺脫了黑暗與矇昧,開始了在現代醫學軌跡上的漫漫征程,各個分科與專業在科學之火的指引下迅速攻城略地到處開花結果,號稱「醫學之花」的外科的發展尤為引人注目,這其中又以被後世尊為「外科之父」的奧地利醫生西奧多‧比爾羅特(Theodor Billroth,1829-1894)的成就最為輝煌。由於他開創性的貢獻,使腹腔幾乎成了外科醫生縱橫馳騁的跑馬場,以其名字命名的部分術式甚至至今仍在外科領域的臨床實踐中繼續發揮作用。可就是這樣一位現代外科的開山祖師爺,卻曾經為心臟外科下過這樣一個「魔咒」似的評語: 

「在心臟上做手術,是對外科藝術的褻瀆。任何一個試圖進行心臟手術的人,都將落得身敗名裂的下場。」

以歷史的眼光看來,當時不但有關心臟的病理生理狀態人們所知甚少,手術器械與技巧亦處於初級階段,也基本沒有高級生命支持手段,進行心臟手術無疑是盲人瞎馬夜半深池,其危險性不言而喻。但這是一個時刻充滿著變數的偉大時代,歷史的巨輪必將滾滾向前,諸如蒸汽機似的偉大發明,已徹底顛覆了此前人們對動力的認識,並深刻改變著整個世界。或許打破比爾羅特這一魔咒也只是時間的問題,可將由誰在什麼時候完成這一破冰之舉呢?據說一顆有生命力的種子,在起破土而出的時候,可以掀翻壓在它身上的巨石,也許心外科正是這樣一顆種子,只待雨露充足。

沒有多久,比爾羅特的這一訓誡就遭到挑戰了。僅僅在其去世後不到3年,一位德國法蘭克福的外科醫生路德維希‧雷恩(Ludwig Rehn,1849-1930),便成功地為一位心臟外傷的病人進行了縫合。時間是1896年9月7日,警察送來一個重患:一位22歲的小夥子被刺中心臟,面色蒼白,呼吸困難,脈搏不規則,衣服被血浸透,情況十分危急。此時,若遵循大師的訓誡,為不使自己身敗名裂而不予施救的話,這個年輕人當然必死無疑。雷恩記錄道「我決定進行開胸手術,發現心包內持續有血流出。擴大心包傷口,清除了陳舊的血液和血塊,發現右心室上有一個1.5釐米的傷口……我決定縫合這個傷口。當縫合至第三針後,出血得到了控制,脈搏心率呼吸都得到了改善……這個手術無疑證明了心臟縫合修補的可靠性。」

在那個沒有心臟外科專業醫生的年代,心臟受傷而居然不死,我懷疑,這個病人在當時很可能比救他性命的醫生雷恩還要出名,太狗屎運了。由於人類爭鬥的本性,我們有理由相信,遭遇到心臟外傷病例的外科醫生顯然不止雷恩一位,這些醫生當中,也一定會有人為救病人性命而置前輩的警告於不顧的,可其他人處理的結果是怎麼樣的呢?也許我們大約可以從同年的這樣一句話中推斷出來,出生於醫學世家的著名英國外科醫生斯蒂芬‧帕赫特(Stephen Paget,1855-1926)爵士,在1896年時曾經說過:「心臟外科可能已經達到外科的天然極限,處理心臟外傷的各種自然困難,是沒有任何新的方法或發明能夠克服的。」這一番話,我們甚至無法用悲觀來形容,因為顯然在當時人們對心臟外科的前途是幾乎不抱任何希望的。既已絕望,悲觀自然無從說起。既然連蜚聲世界的外科大師們都持以如此堅決的反對態度,還會有人為這個根本不會有前途的事業繼續奮鬥麼?

面對一個心臟受了外傷的病患,不要說在外科學剛剛興起的當年,即使是在各種施救條件均已相當完善的今天,如果醫生表示無力回天的話,恐怕人們也不難接受。可如果是面對一個先天性心臟病的孩子呢?懷著無比的欣喜迎接他的出生,而後眼睜睜地看著他羸弱,青紫,直到最後衰竭死亡,所有的人都束手無策——當時學界普遍認為,一個因先天心臟畸形而發生青紫的孩子,是超越了手術可以糾治的極限的——也許這是造物主早已判定了的死亡。這是怎樣的人間悲劇!那些多次目睹,並傾聽著這些言語訴說的慘狀的醫生們,就沒有人能站出來,為拯救這些可憐的孩子,向不公平的造物主,向死神反戈一擊嗎?

從這些數據中,我們大致可以估計到在當時有多少這樣令人心痛的悲劇不斷上演了,終於有些醫生坐不住了……我們知道人類的心臟是個「四居室」,分為左右心房和左右心室,各自與重要的大血管相連接,左心室連接主動脈,右心室連接肺動脈,左心房連接肺靜脈,右心房連接上下腔靜脈,左右心房間以房間隔為隔斷,左右心室間以室間隔為隔斷,房室之間存在二尖瓣和三尖瓣以保障血液不會發生返流。先天性心臟病就是由於上述心臟大血管等重要結構在胚胎發育過程中出現發育障礙,產生位置、連接的異常,從而使血液的分流出現問題,輕則影響生存質量重則致命。據統計先天性心臟病的發病率約為出生活產嬰兒的7‰至8‰,未經治療者約34%可在1個月內死亡,50%在1歲內死亡。那些僥倖獲得相對長期生存時間的人(畸形程度較輕),其生活質量也是極低的,發育差,體力差,容易被感染等等。

心臟的解剖(待續)

關於本文

轉載於科學松鼠會 外科之花的艱難綻放系列,作者李清晨

文章難易度
科學松鼠會_96
112 篇文章 ・ 5 位粉絲
科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀

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鑑識故事系列:車禍無外傷,心臟卻破裂
胡中行_96
・2022/09/22 ・2292字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

有個 14 歲的少年戴著安全帽,騎乘輕便型機車[註]。一輛轎車正對著衝過來,他閃避不及,摔落地面,胸部撞擊油門把手。[1]

人類的心臟。圖/J.Wong on Wikimedia Commons(CC BY 3.0

少年至醫院就診時,雖然胸部觸診會疼痛,但肉眼看不到瘀青, X 光也顯示沒有骨折。從心電圖可見心臟跳動的頻律正常,不過有左束支傳導阻滯(left bundle branch block,簡稱 LBBB)的現象。[1] 也就是說心肌裡流動的電脈衝,在前往心臟左邊下面,那個叫做左心室的部位時,被阻斷或變得遲緩。這可能會影響血液的輸送。[2] 他被留院觀察一夜,隔天早上回家。預計一週後,至心臟科回診。[1]

正常的心電圖。圖/Madhero88 on Wikimedia Commons(CC BY-SA 3.0
左束支傳導阻滯的心電圖。圖/Madhero88 on Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0

不料,才過五天,少年便猝死了。[1]

為了釐清死因,驗屍團隊在二天後進行解剖。他們發現少年的左心室肥大(left ventricular hypertrophy), [1] 該症狀的常見成因是心肌太過賣力運作[3] 此外,心臟不僅有多處破損及血浸潤;盛裝心臟的心包裡頭,還有 700 毫升的血液,[1] 差不多就是臺灣一般大杯手搖飲的容量。[4] 因此,他被認定死於心臟破裂導致的心包填塞(cardiac tamponade 或 pericardial tamponade)。[1] 換句話說,因心臟受傷而流出的血液,在心包裏頭緩緩累積,使得內部壓力不斷升高,最後心臟承受不住,於是停止跳動。[5]

在左心室後壁中央深色的挫傷處,放入刺針以展示破洞。圖/參考資料 1,Figure 1(CC BY 4.0

追根究底探討起來,少年的心臟流血,是源自所謂的心臟鈍傷(blunt cardiac injuries)。[1] 它雖非遭受外物穿刺,卻有幾種可能造成破裂的機制,例如:

  1. 直接衝擊胸口的外力,使心臟在胸骨與脊椎之間被擠壓。[1, 6] 這也是心肺復甦術(cardiopulmonary resuscitation,簡稱 CPR)的罕見副作用之一,發生機率只有 0.6%。[7] 請大家千萬不要因噎廢食,該救人的時候,還是要做 CPR。
  2. 按壓身體的下肢和腹部時,突然增加靜脈的壓力,並間接提高胸腔內壓,因而壓迫到心臟。[1, 6]
  3. 在瞬間加速、減速或旋轉的過程中,[1] 扯壞了心臟本身的結構,以及它與血管之間的連結。[6]
  4. 爆炸事件改變受難者周遭的氣壓,朝著胸部直來的衝擊,造成看似微不足道的心臟挫傷,卻引發心肌壞死。尤其是年輕人血流改道的功能較差,特別容易受到的影響。[1]

這個案例中少年遇到的,應該是屬於上述的第一種情形。他的前胸被油門把手擊中,心臟順勢往脊椎撞上去,並挫傷後壁。心臟鈍傷從外表看不出來,又未必有明顯症狀,所以診斷時較具挑戰性。不過,有些病患能迅速痊癒,不見得會產生致命後果。事實上,驗屍團隊發現少年的心臟,也的確有一些復原的跡象,只是所受的傷害太大,於事無補。[1]

為了安全起見,當醫療人員見到第一張心電圖有異狀,就應該持續再做幾張,觀察心臟的狀況。同時,要反覆測量血液中肌鈣蛋白(troponin)的濃度,以協助判斷。[1] 肌鈣蛋白只有在心臟受損的時候,才會出現在血液裡,從其含量可以推測傷害的程度。[8] 值得注意的是,少年車禍後的驗血報告正常。[1] 這也是為什麼醫師通常不僅要為胸痛病患驗血,而且 24 小時內可能會抽血 2 次以上,注意結果是否隨時間變化。[8]

嚴重心臟鈍傷的肇因,50% 為車輛交通意外;35% 是行人被車撞;9% 與機車事故有關;而 6% 則是從高處摔落所致。[6] 臺灣有些都市交通繁忙,所以事故頻傳。[9]若是不幸遭遇車禍,就算沒有顯著外傷,大家最好還是去醫院稍做檢查。

非當事輕便型機車。圖/Elizabeth M on Flickr(CC BY 2.0

  

延伸閱讀

保護腦袋都靠它!——安全帽的科學技術

備註

輕便型機車(moped)的排氣量在 50 c.c. 以下,視覺上和小綿羊機車(scooter)最大的差別,在於駕駛座前方,沒有臺灣人拿來載小狗的那個腳踏板。[10]

參考資料

  1. Gentile G, Tambuzzi S, Giovanetti G, et al. (2021) ‘Sudden death due to cardiac contusion: Forensic implications in a rare pediatric case’. Journal of Forensic Sciences, 66, 5, pp. 1996-2001.
  2. Bundle branch block’. (11 JUN 2022) Mayo Clinic.
  3. Left ventricular hypertrophy’. (25 NOV 2020) Mayo Clinic.
  4. 黃韻文(01 JUL 2022)〈環保杯6大QA懶人包!今起帶杯折5元 杯子挑多大才夠裝?〉NOWnews
  5. Cardiac Tamponade’. (22 OCT 2021) Cleveland Clinic.
  6. Singh S, Heard M, Pester JM, et al. (22 MAY 2022) ‘Blunt Cardiac Injury’. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  7. Yonezawa N, Takei T, Fujisawa M. (2021) ‘Right ventricular blowout rupture complicating cardiopulmonary resuscitation in a patient with acute pulmonary embolism’. BMJ Case Reports, 14:e245520.
  8. Troponin Test’. (09 SEP 2021) MedlinePlus.
  9. 道安資訊查詢網」交通部道路交通安全督導委員會(Accessed on 17 SEP 2022)
  10. Scooter Vs Moped – What’s The Difference?’. The Bike Insurer. (Accessed on 16 SEP 2022)
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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醫生,你在做什麼?教導孩子認識看診過程——《看醫生,不怕不怕》
台灣愛思唯爾_96
・2022/07/12 ・918字 ・閱讀時間約 1 分鐘

走吧,看醫生囉!醫生會仔細檢查你的心臟跟肺臟,也會看看你長了多高。

醫生是怎麼檢查身體的呢?又為什麼要檢查呢?來一探究竟吧!

圖/台灣愛思唯爾

我們不平凡的身體裡有各種器官。

圖/台灣愛思唯爾

醫生也會用聽診器聽你的心臟。如果你把手放在胸前,說不定也可以感覺到心臟的跳動。
Your doctor will use the stethoscope again to listen to your heart. If you put your hand on your chest, you might be able to feel your heart beating!

不停搏動的心臟,驅動我們的生命。

圖/台灣愛思唯爾

醫生會聽看看血液在心臟不同地方流動的聲音。心臟的血流是很複雜的喔!
Your doctor will try to listen to the different places where blood flows in your heart. The path can seem pretty complicated!

血液像是遵循心臟的指揮,用規則的旋律流動全身。

圖/台灣愛思唯爾

肺臟就像胸中的氣球,會容納你吸入的氣體(獲得氧氣),然後再排出廢氣(如二氧化碳)。
Your lungs are like balloons in your chest. They take in the air you breathe (to get oxygen), and then push out waste gases (like carbon dioxide).

吸入氧氣和排出二氧化碳,是我們每分每秒都在做的事。

圖/台灣愛思唯爾

醫生也會摸摸你的脖子下方、腋窩附近,以及身體的其他部位來檢查淋巴結
The doctor will feel under your neck, near your armpits, and along other parts of your body to check your lymph nodes.
淋巴結是免疫系統的一部分,如果你生病了,淋巴結就會腫起來。
Lymph nodes are part of your immune system and can swell if you are sick.

喉嚨裡的扁桃腺,最常在我們感冒的時候腫起來。

——本文摘自《寶寶醫學院:中英雙語繪本系列套書》(看醫生,不怕不怕),2022 年4月,台灣愛思唯爾出版。

台灣愛思唯爾_96
3 篇文章 ・ 0 位粉絲
愛思唯爾(Elsevier)於1880年成立於荷蘭阿姆斯特丹,是全球首要經營醫學、科學和技術資訊產品及出版服務的出版商。台灣愛思唯爾致力深耕繁體中文版的醫學知識內容,包含專業教科書、醫學資料庫,以及符合大眾需求的知識普及書。

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「我需要再打疫苗嗎?」,讓血液來告訴你!
台灣科技媒體中心_96
・2022/06/22 ・2535字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

最近,國際期刊《自然生物科技》(Nature Biotechnology)發表研究,發現透過血液的 PCR 定量技術,加以分析與「T細胞免疫」反應有關的細胞因子「CXCL10」在血液中的濃度,可以有效反映出T細胞對新冠病毒(SARS-CoV-2)的免疫反應程度和持續時間,未來將有助於評估疫苗追加接種的優先策略。

透過血液的 PCR 定量技術,可以有效反映出T細胞對新冠病毒的免疫反應程度和持續時間。 圖/envato

體液免疫力 vs 細胞免疫力

台灣大學醫學院醫學檢驗暨生物技術學系副教授 蘇剛毅 說明:這篇發表在 Nature 子期刊:《自然生物科技》的研究,建立一套量化的「趨化激素」(chemokine):CXCL10 訊息核糖核酸(mRNA)的快速檢測技術,來判定個體對於新冠病毒感染保護性的細胞免疫能力(cellular immunity),進而預測是否可能發生再感染的風險。

CXCL10 是一個受到新冠病毒感染後,抗原特異性T細胞釋放「伽瑪干擾素」(IFN-g)去刺激單核細胞(monocyte)產生的一種趨化激素,可評估個體在保護性的細胞免疫能力。

國立陽明交通大學臨床醫學研究所副教授 陳斯婷 表示:自新冠肺炎疫情延燒至今,對於免疫力的理解大多數屬於「體液免疫力」,亦及抗體產生及其中和性的效價。然而適應性的免疫力,包含細胞免疫力以及體液免疫力,兩者協力方可徹底清除病原菌感染,以及提供完整的記憶型免疫力。

由於體液型免疫力的分析方式較為單純,且所耗費的經費以及分析的技術門檻較低,僅使用血清及蛋白質抗原便可完成分析,因此是研究之初各單位爭相開發的分析模式。相反的,細胞型免疫力因為牽涉複雜的T細胞作用機制、預測蛋白質抗源的專一性,以及分析儀器的高度研究門檻,眾多原因使得相關的研究進展較為緩慢。

蘇剛毅副教授 認為,本研究重要性在於,有別以往是偵測病毒相關抗原、抗體、核酸,更進一步了解個體本身對抗病毒的免疫能力,除了有助了解本身抗病毒能力與感染風險外,亦可幫助疫苗施打策略以及評估追加劑的必要性。而隨著病毒變異株陸續產生,這也有助我們了解,感染後康復或接種疫苗者,對這些變異株是否仍具抵抗力

這項新技術未來將有助於評估疫苗追加接種的優先策略。圖/envato

研究過程是什麼?

先前 2020 年 11 月,南非的研究團隊率先發表研究,以 SARS-CoV2 相關蛋白質刺激受試病患的血液樣本,再以高階的細胞分析儀器(高階多色流式細胞分析儀),找出血液中針對新冠病毒的T細胞活化的標幟,並以新冠病毒檢測陽性之病患與健康的人交叉比對,確認可成功分析有 SARS-CoV2 專一性的活化型T細胞群[1]

2022 年 6 月,紐約西奈山伊坎醫學院團隊的發表文獻,主要是採用上述團隊利用血液樣本的方式分析特定T細胞活化的標幟,但是分析T細胞活化的方式改用行之有年的一種快速的定量 PCR 方法,合併分析共同存在血液中的另一種免疫細胞(單核球)的特定基因表現(CXCL-10),此特定基因表現量會受到T細胞活化後產生的訊息(第二型干擾素)所調節,因此當共同存在血液中的免疫細胞接收到T細胞活化釋放出的訊息後,會讓此特定基因表達增加。因此團隊先透過分析各組別中血液的基因相關檔案,挑出這基因做為T細胞活化的替代標幟。

這個基因標幟在免疫學中並不陌生,但是團隊從各種 COVID19 病人及疫苗注射後的健康族群採樣,以上述方式分析後,得到這個具有統計意義的交集。團隊有鑒於此方法可能在專一性及敏感度稍嫌不足,因此也將測試結果與其他傳統的分析方式進行比較。

結果顯示,快速測試特定的標幟基因,與傳統方法分析T細胞的敏感度及專一性相當接近。

這種檢測方法有風險嗎?

陳斯婷副教授認為:

  • (1) 本研究雖然使用血液檢體,但仍必須經過傳統的T細胞活化流程後,包含後續的定量 PCR 分析,耗時大約兩個工作天。
  • (2) 用極少量的血液(2 uL)且不抽取 DNA,直接定量分析,在台灣的檢驗量能及學術單位並不普遍,若想開發仍必須熟練此技術的操作。
  • (3) 利用其中一種免疫細胞的基因表現,間接做為T細胞活化的替代性指標,若遇到T細胞活化的反應不明顯時,可能會呈現誤差,不如單純分析T細胞來得精準。
  • (4) 每一種蛋白質抗原由特定分子較小的胜肽所組成,會引起特定的T細胞反應,但這些胜肽片段都是經由電腦模型模擬預測並經過實際驗證後才能得知,才有助分析專一性T細胞的免疫力,而不是直接從現有資料庫就可以得到。

蘇剛毅副教授則表示,這篇研究結果確實可以輔助醫師、感染者甚至衛生主管單位在治療與防疫上的策略。但我們也必須要了解幾件事:

  • 人體免疫系統受到任何內在、外在的刺激時,本來就會產生許多分子去因應,雖本研究是利用新冠病毒的「特異性抗原」誘發免疫系統,但研究中觀察T細胞是出的細胞因子「伽瑪干擾素」與單核細胞細胞因子「CXCL10」並非只受到新冠病毒刺激才產生,本研究並沒有評估新冠病毒以外的感染源或其他生理病徵影響。因此在臨床應用上,需要考量受測者的背景因素甚至疫情發展。
  • 免疫反應伴隨的「細胞激素」或「趨化激素」,在數量上都需要受到適當調控,過多或過少都會造成身體的傷害,如果本研究在數量上面可以進一步探討決策閾值的問題,將更有應用性
  • 本研究應用主要仍在輔助性評估,對於防疫與治療而言,還是需要遵照常規病毒檢測、生活防疫、疫苗接種等措施。

研究原文

參考文獻

台灣科技媒體中心_96
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台灣科技媒體中心希望架構一個具跨領域溝通性質的科學新聞平台,提供正確的科學新聞素材與科學新聞專題探討。