27 　电

600伏特：阿提斯动物园的电鳗

外科医生每天都要用到电。根据电压、导电性和频率的不同，电可以是无害的、有用的、碍事的、危险的或致命的。2013年3月1日，在阿姆斯特丹进行了一次非同寻常的手术，清楚地显示出电的危险。然而，这次手术不是由外科医生进行的，手术室也不在医院。地点是阿提斯动物园，做手术的是兽医玛诺·沃尔特斯，他为各种动物进行了手术。

当然，外科医生的工作对象仅限于哺乳动物，更具体地说，仅限于一种灵长类动物，但能在人类身上进行的大多数手术也可以在其他动物身上进行，外科学的发展也有助于推进兽医医学。阉割和绝育手术是兽医日常工作的一部分，但他们也为狗做剖宫产手术，为牛做胃部手术，为大腹便便的猪做腹壁整形，为马修补腹部疝，为猎豹治疗骨折，为河马矫正牙齿。

有些外科医生在老鼠小小的胃和肠子上做手术，是为了科学研究，但是，如果能给火烈鸟做食管手术，给长颈鹿做颈动脉血管成形术，给乌龟的肺做手术，给考拉做阑尾切除术（它们的阑尾有2米长），或给老虎的甲状腺做手术，想必会很有意思。给鲸鱼做心脏直视手术（它的心脏大到人可以站进去），或是给大象做鼻子矫正手术会是什么感受呢？

阿提斯动物园的这场手术同样奇特，而且要进行手术的动物也很危险。沃尔特斯对一条电鳗（Electrophorus electricus）进行了手术。这条在动物园水族馆里畅游多年的动物，腹部出现了肿块。电鳗是一种身长约1.5米的鱼类，有电击的能力，这使得它们比水下带电的插座还要危险。

动物会发电并不是什么奇怪的事。体内的每一个细胞都不断地在其内部和外部之间创造一个电场。我们身体产生的电压非常微弱，但这个强度也足以被轻易测量。大脑的电脉冲可以用脑电图（EEG）来测量，心脏的电脉冲则可用心电图（ECG）测量。神经细胞利用电荷传递信号。我们的大脑是一个靠电力驱动的巨大调控中心。产生和维持这些电能需要大量的能源。人体所需的约1/5的氧气进入大脑，为我们提供必要的电力。

电鳗用来发电的器官独一无二。这些器官并非单独地产生电荷，而是串联在一起，因此电荷的能量是累积的。这使得电鳗能够产生非常高的电压。由于电鳗需要大量的氧气来产生这些电，远远多于鱼类能通过鳃从水中获取的量，所以它们必须定期浮出水面，从空气中吸入额外的氧气。

电鳗有3个发电的器官，这3个器官都在尾巴上，尾巴几乎占了整条鱼的长度。萨克斯器官（the Sachs'organ）发出微弱的电脉冲，电鳗用这种电脉冲作为一种雷达来探测周围的环境（它的眼睛非常小）。电脉冲定位猎物后，狩猎者器官（the Hunter's organ）会放电，使猎物瘫痪。第三个器官——“主要”器官（“main”organ），是电鳗处于危险时使用的。它能产生600伏特的电量，可以使附近包括人类在内的任何动物都无法动弹。

这条电鳗的腹部已经肿了数个星期，这使它的头一直向上翘着。电鳗的腹部通常很小，位于头部和巨大的电尾巴之间，几乎难以被注意到。起初，动物园的兽医认为它吃得过多或是便秘，但减少食物摄入、使用泻药之后并没有好转。抗生素也没有效果，所以大概不是感染，这条鱼好像得了癌症。它的痛苦显然在迅速增加，兽医们决定对它进行检查，看看能否做些什么。这意味着要把电鳗从鱼缸里取出来，拍一张X光片，并进行活组织检查——手术切除一小块肿块，然后在显微镜下检查。显然，电鳗会把这些举动认为是一种威胁，还会用600伏的电来对付饲养员。这一切会使它筋疲力尽并需要额外的氧气。总而言之，不管是对人类，还是对这条电鳗自身来说，这都是一项冒险的事业。因此，这场手术必须要认真准备。

这并不是第一次在电鳗身上进行手术。阿提斯动物园联系了在2010年做过同样手术的芝加哥兽医。准备工作已做好，一份日志被整理出来。要知道，电鳗只在它想放电的时候才会放电，无意识时则不会。也就是说，如果它睡着了，就不会放电。这有两个好处：第一，一旦电鳗被麻醉，手术时就可以不用担心被电击了；第二，在水中用电压表就可以轻易地测量睡眠深度。电荷越弱，麻醉剂的效果就越好。

手术在动物园水族馆园史大厅后面的画廊里进行。每个人都戴着特殊的电工手套，负责捕捉和移动这条电鳗的两名饲养员甚至穿着橡胶潜水衣，手术台是用一块PVC排水管做成的，可以把电鳗放在里面做X光和活组织检查。工作人员用网把它转移到一个装满水的塑料水箱里，泵入额外的空气。用一个简易电压表测量电击强度的同时在水中加入麻醉剂（三卡因），经过了大约1个小时，电击的强度减弱了，鱼的活动也减少了。

一旦它完全睡着，就被抬出水面，放在沟状的手术台上。电压表显示没有更多的电荷产生。它的嘴不断地被用三卡因溶液冲洗。现在，肿块的大小清晰可见，肿起的腹部里可以摸到一些硬块。拍完了X光片，沃尔特斯戴着橡胶手套，在肿瘤上方的皮肤上做了一个小切口。电鳗没有鳞片，而是有着和真正的鳗鱼很相似的皮肤，这使得沃尔特斯的工作非常容易。他从腹部取出一小块组织，用可吸收的线缝合了伤口。对于鱼，使用的缝线不能溶解得太快。温血动物的伤口会在两周内愈合，但鱼作为冷血动物，新陈代谢要慢得多，所以缝线必须要能够保持6～8周，以确保伤口愈合良好。小手术完成后，它被放在装满淡水的水箱里等待醒来。不一会儿，它又开始活动，放出的前几次电击就显示出高压。

然而大约1个小时后，它明显不对劲了。电击不再有规律，也不那么活跃了。突然间，它放出了一次高压电，就完全停止了活动，它死了。它仿佛以放电的形式呼出了最后一口气。是麻醉和手术让它过于紧张，还是恶性肿瘤令它难以承受？

沃尔特斯对它的尸体进行了解剖。肿瘤很大，已经扩散到了肝脏和脾脏，后来的显微镜检查显示，它得的是转移性胰腺癌。这就解释了肿瘤的生长为何会如此快速。无论如何，这条鱼的前景预期都不会很好，或许，由于死在麻醉后，它还免受了许多痛苦。

缝合

缝合用一种叫作持针器的特殊工具来完成，缝针被紧紧夹在其中。右利手的外科医生用右手拇指和无名指握住持针器。他的左手拿着镊状的手术镊提起组织，并从持针器接过缝针。缝针是弯曲的，所以在缝合时可以尽可能少地影响组织。针是一次性的，缝线已经接在了上面。针和线采用双层消毒包装，不接触内层就可以打开外层，手术医生或他的助手可以在不接触外层的情况下拿到内部包装。这样可以确保外科医生拿针时不会被细菌污染。缝针有锐针、钝针、切割针、大针和小针。缝线分为可吸收缝线和不可吸收缝线，有的是一根线，有的由几根线编织而成。所有这些不同线和针的组合都是单独包装的，且线的粗细和强度有所不同。线的强度用数字表示。1号较粗，2号更粗，一直到5号。0号线比较细，但是大多数线更细。它们由一系列的零表示。2个0（00号）比0号线还细。3个0（000号）是皮肤缝合线的正常粗细。血管是用非常细的6——0线缝合的，而12——0线（比人的头发还细）则用于显微外科手术。

沃尔特斯及其团队不得不顾及的电力是不可预测的。外科医生（给人做手术的人）在日常工作中也必须注意电的危险，但幸好，手术室中的电是可以调节和控制的。在手术过程中，电力无处不在。麻醉师的呼吸机，还有监测心跳、氧气水平和血压的仪器，都靠电力运转。手术台需要用电来移动，灯光当然是用电的，腔镜手术的设备离不开电力，移动X光机产生几千伏的电荷，手术室里记录和检索医疗数据的电脑，还有观看手术和X光片的视频显示器——这些都是电力驱动的。还有一些手术方法需要用电，离患者和术者近到甚至超出你的想象。例如，在现代外科手术中，几乎所有手术都离不开电凝。电凝用的是一种电刀——从手术刀和烙铁的结合进化而来。在电凝过程中，患者是“带电的”，但这很安全。

在石器时代，外科医生用的是石头，吾珥的亚伯拉罕用石刀割去包皮，希腊人用的是青铜手术刀，罗马人用的是铁，而我们用的是钢。在过去的100年里，由于技术的发展，新型的刀具已经被发明出来。压电（由于潜艇声呐系统而为人所知）在手术中被应用在一种特殊的仪器上（指超声刀，常用于腔镜手术），通过振动进行解剖和止血。在辐射（核能）的力量被发掘后不久，利用伽马射线、名为伽马刀的工具开始用于外科手术。可用微波（例如用于烹饪）发展后，这项技术也很快被应用于外科学，激光亦是如此。但最成功的工具仍然是简单的电刀，它是在电被广泛应用于日常生活（电灯泡）后就被引入外科学的。

早在1875年，人们就进行了利用电灯丝烧灼来阻止手术出血的实验（名为电灼术，electrocauterisation，源自拉丁语cauterium，意思是烙铁）。然而，灯丝的热量过高，烧灼到的周围组织面积比预期要大得多。这种方法既缓慢又不精确，而且还很危险。

法国物理学家雅克-阿尔森·达尔松瓦尔更进了一步。他知道，电在电阻最大时主要产热。人体足够大，导电时电阻很小，电也可以在金属手术刀上自由传导。因此，电阻最大的点是手术刀和身体接触之处，更具体地说，是电刀尖端周围组织的小区域，正是手术所需要产生热量的地方。而且，只有当手术刀与组织接触时热量才会产生。

达尔松瓦尔提出了一个想法，如果能量以交流电而不是直流电的形式传递，那么对身体有害的电流能量就可以保持在一个较低的水平。我们墙壁上的插座中就是交流电（AC）。从原则上来看，它是致命的，对神经、心脏和肌肉有麻痹作用。但是这位法国物理学家发现，如果交流电的频率足够高，达到10000赫兹以上，它的不良影响就会消失。

电刀与发电机用电线相连，为了完成电路循环，必须用第二根电线将发电机与患者连接，此时，患者会成为电路的一部分。如今，这第二根电线变成了贴在患者大腿上的一次性导电胶垫，通常称为“患者板”。因此，外科医生在开始动手术之前，一定会问手术团队“板子接好了没有”。

热可以将血液及周围组织中的蛋白质从液体转化为固体从而止血，就像煮熟后的蛋白会凝结一样。蛋白质的这种特性被称为凝固，如果用的是电，就叫作电凝。如果向一小片组织施加更多的热量来提高温度，细胞中的所有水分就会突然蒸发，导致它们在蛋白质凝固之前就发生爆炸，这个效果就不是止血，而是将组织切开。

20世纪20年代，美国工程师威廉·博威进一步发展了电凝原理。他发明了一种发电机，可以更好地调节组织中的能量水平。他通过把交流电的频率提高到30万赫兹达到了这个目的。这种发电机以脉冲形式提供电流，也就是所谓的调制交流电。此外，它还可以调节电压。通过减少每分钟脉冲数来抵消较高的电压，总能量水平就不会升得过高。这使得热能的效果可以在凝固和切割之间调整，而保持电流在安全范围内。在今天的外科手术中，这一原则也没有改变，在许多国家，电外科设备仍然以其发明者的名字——“博威”命名。

1926年10月1日，神经外科的先驱哈维·库欣在波士顿将博威的仪器引入了外科学。库欣专注于研究人体中不能简单地通过施加压力、缝合或打结来止血的一个器官：大脑。

大脑和大多数头部肿瘤都由众多小血管提供充足的血液。因此，切除脑肿瘤是非常血腥的手术，库欣为此制定了一系列预防措施。他用小银夹夹住小血管止血，术后银夹可以留在组织里。库欣还养成了分次切除脑肿瘤的习惯。如果患者因为严重失血而被迫停止手术，他将在几天或几周后等患者血液水平恢复以后继续手术，这就是所谓的分段法。在大手术中，他会在必要时让一名志愿者到手术室为患者当场献血。大多数情况下，志愿者是医学院的学生，他们将得到近距离观察开创性脑部手术的机会。

库欣在一份医学杂志上描述了他第一次使用电凝的手术，以宣传这种止血新方法的重要性。不过，他绝不是第一个应用这种新技术的人，有几位外科医生在他之前就进行过这种手术，但库欣在神经外科中将电凝技术运用得非常成功，而且库欣本人也更有知名度。他在1926年发表了这一令人震惊的结果，对这种方法的推广起到了决定性的作用。

但要使电凝技术得到更广泛的应用，必须先解决一个严重的问题。尽管波士顿已经使用交流电提供街道和房屋的照明，但库欣工作的布里格姆医院使用的仍然是直流电。因此，为了库欣的开创性手术，手术室必须特地从大街上接一根电线，引入交流电。

当天，库欣用威廉·博威的发电机为一名颅骨恶性肿瘤（颅外肉瘤）患者做了手术。3天前，由于患者失血过多，他不得不中止了手术。库欣没有花大力气去理解电凝装置背后的物理原理，他说：“不了解内燃机原理的人也能学会驾驶机动车。”所以他让博威亲自到手术室去。如果库欣要调节用于止血的电流大小，博威可以摆弄旋钮，改变电压大小和脉冲频率。库欣重新打开第一次手术的伤口，继续一块一块地切除肿瘤。这一次，他用的不是手术刀和剪刀，而是电凝法。他烧灼肿瘤时产生的烟味道很难闻，旁观席上的观众都感到恶心。等待献血的医学生晕倒了，从椅子上摔了下来，但库欣很快意识到：这种方法效果十分惊人。

在下一场手术中，库欣要从一个12岁女孩的头骨上取一个类似的肿瘤，在博威的帮助下，他一次性就成功地把肿瘤完全切除了。两位患者都恢复得很好，没有出现并发症，库欣在随后的所有手术中继续使用博威的设备，这些设备甚至让他能够进行以前不敢做的手术。他在给一位同事的信中写道:“我成功地在大脑中做到了从未想过可能做到的事。”来自世界各地不同学科的外科医生纷纷开始效仿他。

起初，偶尔还是会出点小问题。在一次颅骨手术中，一簇蓝色火焰从患者打开的额窦中喷射出来，患者作为麻醉剂吸入的可燃乙醚通过手术切口逸出，被电凝产生的火花点燃了。在那之后，库欣的手术都是直肠麻醉，而不是吸入麻醉。还有一次，库欣的手臂无意中靠在一个金属伤口牵开器上，受到了电击。这启发他使用了一段时间的木制器械和手术台，直到博威通过调整发电机的设置找到了更好的解决方案。

如今，人们采取了各种各样的措施来保护患者和手术团队免受电击。手术团队戴着医用橡胶手套，患者、手术台以及所有用电设备都是接地的。整个手术室是一个法拉第笼：墙壁和门里有铜线网络，以确保来自外部的电荷（如雷击或电网过载）都不能进入房间扰乱手术。此外，现代手术室与外部世界是隔绝的，也就是说，没有一根导电线可以直接接入手术室，手术室使用的电力都是通过变压器提供的，计算机网络中的数据则通过光纤电缆传输。

博威的电凝装置在近一个世纪里几乎没有改变过。它经过了改进，变得更加安全，它所使用的环境也必须符合比库欣的先驱时代更严格的要求。然而，尽管现在人们认为电凝是完全安全的，但在患者身上施加的电荷与电鳗产生的电击并无差别——都能达到几百伏。