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美科學(xué)家首次使用激光束控制心臟跳動(dòng)

[2011/5/19]

　　美國(guó)科學(xué)家首次使用激光束控制了心臟的跳動(dòng)。這一發(fā)現(xiàn)為人類探索心臟奧秘翻開(kāi)了新的一頁(yè)，也使光控心臟起搏器的問(wèn)世成為可能。

　　普通的心臟起搏器是通過(guò)微弱的脈沖電流刺激心肌細(xì)胞，進(jìn)而調(diào)整心跳的節(jié)律。早在1967年，電信號(hào)起搏器面市不久，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)光能夠提高心臟的跳動(dòng)頻率，但由于條件所限，人們還不懂得如何控制它。

　　直到2008年，日本的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)才使用一種近紅外激光束，成功地控制了一團(tuán)離體心肌細(xì)胞的搏動(dòng)。但到目前為止，還沒(méi)有人能夠控制整個(gè)心臟。

　　但有一個(gè)人還沒(méi)死心。Michael Jenkins是美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的一名生物醫(yī)學(xué)工程師，他閱讀了1967年的發(fā)現(xiàn)之后，決計(jì)將這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)下去。他和他的同事使用激光束照射一些鵪鶉的離體活胚胎，這些胚胎只有2~3天大，其心臟體積只有2立方毫米，比一團(tuán)心肌細(xì)胞大不了多少，是非常合適的實(shí)驗(yàn)材料。

　　奇跡出現(xiàn)了。Jenkins發(fā)現(xiàn)，胚胎的心跳跟激光的脈沖頻率同步了起來(lái)。研究者嘗試調(diào)整脈沖頻率，先從每秒2~3次開(kāi)始，然后逐漸減慢，但結(jié)果依然如故，脈沖頻率變化的幅度甚至可達(dá)50%。Jenkins的研究團(tuán)隊(duì)將這一結(jié)果發(fā)表在8月15日出版的《自然—光子學(xué)》雜志上。隨后，研究小組測(cè)試了不同能量的激光，來(lái)尋找最安全和最有效的那一束。結(jié)果表明，0.8焦耳/平方厘米的激光不會(huì)對(duì)心臟造成傷害;當(dāng)能量提高到五倍時(shí)，受試的心肌細(xì)胞就被烤焦了。

　　Jenkins表示，雖然需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀察實(shí)驗(yàn)，才能確定這些心肌細(xì)胞究竟是不是真的毫發(fā)無(wú)傷，但這次的結(jié)果毫無(wú)疑問(wèn)是意義重大的！拔覀兿胫老忍煨孕呐K病是如何形成的，也想知道心臟搏動(dòng)頻率是怎樣一步步發(fā)生變化的。”Jenkins說(shuō)，“我們更想使用一種無(wú)創(chuàng)的手段來(lái)治療心臟疾病！

　　日本大阪大學(xué)的生物物理學(xué)家Nicholas Smith是使用激光控制心肌細(xì)胞的第一人，他表示Jenkins的研究是一項(xiàng)重大突破！拔曳浅８吲d看到這一進(jìn)展，這是世界上首次用激光調(diào)控了整顆心臟。如果這項(xiàng)研究能夠深入下去，人們將會(huì)發(fā)現(xiàn)，激光能做的事情還有很多”。但要深入挖掘下去，卻不是那么簡(jiǎn)單的事情，有一些問(wèn)題還等待科學(xué)家來(lái)解答。首當(dāng)其沖的就是激光究竟是如何刺激心臟工作的，盡管許多科學(xué)家猜測(cè)是因?yàn)榧す庥绊懥思?xì)胞的溫度，但這一機(jī)制還沒(méi)有得到證實(shí);第二，目前Jenkins還無(wú)法確定他的研究結(jié)果能不能應(yīng)用于體積更大的成熟心臟。

　　Smith表示，如果上述問(wèn)題能夠得到解決，并且能確保心臟不會(huì)受到損傷的話，激光就很有可能應(yīng)用于臨床治療，比如心臟手術(shù)或者起搏器的移植。