神外历史上的今天｜致敬开创“换头术”和脊髓低温治疗的“那位教授”

2010年9月16日，15年前的今天，神经外科领域的先驱、美国神经外科医生罗伯特·J·怀特（Robert J. White）去世，享年84岁。怀特曾在脊髓降温和低温治疗领域取得重大进展，在神经麻醉和生物伦理学领域也做出了巨大的贡献。怀特一生中最为举世瞩目的成就，当属他和他的团队首次成功分离了猴子大脑并保留了其生物活性，以及他之后对猴子进行的头部交换手术。在2004年和2006年，怀特和他的同事获得了诺贝尔生理学或医学奖提名。在他的职业生涯告一段落时，怀特已进行了1万余次脑部手术，累计发表了1000多篇文章，并出版了多部专业著作。怀特终生致力于谋求神经外科领域在前沿方向的突破和创造，尽己所能推动了神经外科研究的发展。

1926

1926年1月21日，怀特出生于美国明尼苏达州德卢斯地区的一个工人阶级家庭。怀特的父亲在第二次世界大战太平洋战场服役时阵亡，他由母亲和一位阿姨抚养长大，艰苦的童年却孕育了怀特开朗阳光的性格，同时也铸造了他坚韧顽强的心志。在怀特升入当地的德拉萨尔高中（DeLaSalle High School）后，他开始接触基础的生物知识，也对生物的神经系统产生了浓厚的兴趣。他的生物老师发现，这个年轻男孩虽然没有什么解剖生物的经验，但他解剖青蛙头部时的操作却十分流畅。这位“伯乐”很欣赏怀特的实验能力，并告诉他或许可以尝试成为一名脑外科医生。从此，怀特将医学列为了自己的人生目标。

1946

1946年，服兵役结束的怀特进入圣托马斯大学就读。在他即将升入大四时，学校里又一位“伯乐”教授发现了他在医学方面的独特天赋，建议他直接去医学院就读。

1950

1950年，怀特以“千里马”之姿进入明尼苏达大学医学院进行为期一年的学习，并于1951年转至哈佛大学医学院，并获得了哈佛大学医学院全额奖学金。

1953年，怀特以优异成绩获得哈佛大学医学学位。毕业后，怀特在波士顿的哈佛大学附属彼得·本特·布里格姆医院（the Peter Bent Brigham Hospital，Brigham and Women's Hospital的前身之一）接受了普通外科和神经外科培训。这一时期的学习工作经历，也自然而然成为了怀特未来创造头部交换手术的灵感源泉。

在彼得·本特·布里格姆医院，怀特的神经外科主任唐纳德·马特森（Donald Matson）医生，同样观察到了怀特在神经外科方面的独到能力，鼓励他在这一领域开始缔造属于自己的职业生涯。1954年彼得·本特·布里格姆医院进行了第一次成功的肾脏移植，这让怀特大为振奋。1955年，怀特听从马特森医生的建议，前往梅奥诊所进修，并被任命为工作人员助理和研究助理。在梅奥诊所的数年里，怀特不仅在临床领域卓有成效，还在明尼苏达大学获得了博士学位。他的研究成果包括在猴子身上进行的实验性全大脑半球切除术，并证明了该手术作为治疗大型肿瘤或难治性癫痫的潜在方法的可行性。

在获得研究员资格后，怀特立刻着手开展了他在神经外科方面的研究。当时，脊髓损伤患者的手术总是伴随着糟糕治疗结果和患者预后，怀特对此深感失望，并积极利用各种基础科学和临床研究结果，来开发能够改善脊髓损伤治疗的方法。

自20世纪50年代以来，在心脏手术中应用低温治疗的临床研究一直在继续。而同时期的脊髓损伤却一直萎靡不振。人们普遍认为，即使对脊髓损伤采取低温治疗，脊髓损伤也不会有任何好转，这一偏见限制了该方法在神经外科中的应用和研究，而怀特对此却有着不同的看法。他曾说：“我清楚地记得，在完全四肢瘫痪或截瘫的患者受伤后几个小时，我在椎板切除术后看到了暴露的脊髓……然而，令我惊讶的是，这些患者的脊髓除了有局部肿胀以及少量蛛网膜下腔和硬膜下出血外，常常表现出解剖完整性。”

在此基础上，怀特与大卫·唐纳德（David Donald）博士合作开发了一种技术——他们通过一种T型套管装置，将股动脉的血液通过布朗-哈里森交换装置泵入颈总动脉，从而选择性地冷却大脑。此外，他们同时采取夹闭4~5肋间动脉和双侧乳动脉以及头臂动脉和左锁骨下动脉的主动脉起始处的措施来控制大脑血液循环。这一综合方法，能够安全地将大脑温度降低到15℃以下。不过，由于血液粘度在较低温度下会升高，导致这项技术需要持续抗凝治疗，因此对有其他损伤的急性损伤患者是不合适的，往往会伴随出血的风险。

怀特认为，脊髓损伤后应用低温的主要障碍是难以有选择地冷却脊髓，并在不造成进一步伤害的情况下保持神经完整性。怀特与威廉·希塞尔伯格（William Hitselberger）合作制作了一个蛛网膜下腔冷却模型。他们在硬脑膜下插入一条硅橡胶导管，并将其固定在第四至第五腰椎节段。藉由此导管，他们得以在5℃下用0.85%氯化钠溶液冷却脊髓。该模型可以选择性地冷却脊髓而不影响核心体温。正当这一研究出现了曙光时，该项目却因种种原因不得不被搁置了几个月，直到怀特结识了著名神经麻醉学家莫里斯·S·阿尔宾（Maurice S.Albin），这一研究才得以继续进行。怀特并没有被无数次的失败和挫折吓到，在阿尔宾的帮助下，他们一起雄心勃勃地继续进行了许多前沿的神经外科研究。

怀特和阿尔宾一起开发了一种可用于安全暴露基底动脉的颈前下部入路，随后评估了恒河猴在结扎基底动脉后出现的生理反应。实验中，他们使用了一根螺旋气管导管来确保猴子的气道通畅。这一实验首次证明了与人类有相似结构的动物可以在结扎基底动脉的情况下存活下来，术后缺陷也较小。此外，到20世纪60年代，神经科学界已经了解了体外低温冷冻神经组织会导致神经纤维发生变性；但由于全身降温技术的限制，人们对低温对体内神经组织的直接影响仍知之甚少。怀特和阿尔宾因此就这一方向再次开展了实验，他们利用先前设计的选择性降温模型，研究寒冷温度对狗体内脊髓的影响，实验结果在1963年发表。这一实验证明，将脊髓降温至5.86-6.33℃的4小时内，无神经后遗症和脊髓组织病理学损害的证据。这为之后的许多神经外科手术技术的孕育提供了温床。

1961

1961年，怀特担任克利夫兰大都会健康总医院（Cleveland Metropolitan General Hospital）神经外科主任，领导着医院的大脑研究实验室。不久后，老朋友阿尔宾也紧随怀特的脚步加入了总医院，成为麻醉科的一员。

1962

1962年，怀特正式从明尼苏达大学获得神经科学博士学位，同时他也顺利获得神经外科研究员资格，可以继续将动物研究应用于他未来的研究工作。

1966

1966年，他们再次发表了相关的研究论文。研究中，他们不使用氧合器，而是通过股动脉到颈动脉的灌注回路来选择性地冷却狗的大脑。低温保护了受试对象大脑免受脑缺血，减少抗凝治疗的时间。两年后，他们再次证明，在猴子的T-10脊髓损伤4小时后进行脊髓降温治疗，可以有效减轻脊髓肿胀；50%的猴子能够在手术后3天内攀爬和奔跑。这些举世瞩目的实验结果支持了人体实验的进行。随后，怀特和阿尔宾测试了脊髓降温治疗对严重脊髓损伤患者的效果。尽管患者在受伤后6小时内并不能采取脊髓降温治疗措施，6小时后采取降温治疗后的神经结果也常常超出他们的预期。遗憾的是，由于这些严重受伤的患者往往病情危急，当时的法律不再允许他们继续探索这一治疗方法，他们被迫终止了研究。

大脑的分离、保存和移植一直是怀特的热情所在，他一直在思考如何保存这一复杂精细的器官，以便更好地研究它。早在1963年，怀特、阿尔宾与哈维尔·维尔杜拉（Javier V Erdua）就发表了世界上首篇在成功地完全分离猴子大脑的同时保留其生物活性的实验论文。他们切断了除颈内动脉和颈静脉外的所有颅外血管，然后在颈动脉中插管，以允许从5只匹配的恒河猴供体身上提取新鲜的血液并进行体外灌注。在1964年《自然》杂志的一项后续研究中，他们再次报告了独立的猴子大脑的生存能力。

研究发现，在体外循环开始后3小时，分离出的大脑开始肿胀，皮层活动减少，脑血管压增加。此外，研究人员还注意到包括高水平的乳酸和丙酮酸在内的大脑代谢分解产物的积累，并在2到3小时后逐渐发展为酸中毒。这是世界首个对由机械循环支撑的完全孤立灵长类大脑器官的生存能力进行的研究。1965年，研究小组同样分离了6只狗的大脑，并将它们移植到受体狗的颈部。

研究人员指出，通过硅化不锈钢叉形套管在大脑移植物的颈动脉与供体近端颈内动脉之间建立颈部血管连接很困难。脑电图、A-VO2和A-VCO2差值显示6个大脑移植物分别存活6~48h不等。移植物的失败归因于受体动脉灌注压低或静脉流出不良，但没有观察到排斥反应的迹象。

由于这些具有里程碑意义的哺乳动物大脑隔离研究的结果，怀特、阿尔宾和维尔杜拉分别于2004年和2006年获得诺贝尔生理学或医学奖提名。

1966

1966年，怀特被任命为凯斯西储大学医学院（Case Western Reserve University School Of Medicine）神经外科教授，开始了他为期40年的教授工作。但是，从布里格姆、梅奥、克利夫兰再到凯斯西储大学医学院，怀特对神经外科的前沿冲击从未停歇。

在成功分离狗和猴子的大脑后，怀特和他的团队宣布，他们将尝试进行第一次涉及恒河猴的头部交换手术。该手术得到了媒体的广泛关注，被称为有史以来的第一次“头部移植术”。这次行动笼罩在激烈的争议之下，神经科学界也出现了巨大分歧。动物保护组织甚至称怀特博士为“屠夫博士”，对他进行了批评和攻击，更有甚者甚至放言威胁他和家人的人身安全。但怀特并不畏惧这些汹涌激流，仍然继续实验。

1970

1970年3月14日，怀特和团队里大约30名医生、护士和技术人员共同在4只猴子身上完成了头部交换。他们切断了脊髓，结扎了除颈动脉和颈静脉之外的所有血管，将供体猴的头部分离出来，并将移植物的颈动脉和颈静脉直接缝合在受体猴头的颈动脉和颈静脉上。由于直接进行血管吻合可能形成凝块，因此他们持续进行肝素输注。术后三到四个小时，接受移植的受试猴开始咀嚼、吞咽，能够用眼睛跟踪运动，保留着咬人的能力，甚至表现出供体猴在手术前的习得反应，脑电图记录显示活动模式清醒，这表明大脑皮层功能完整。然而，由于脊髓没有连接，猴子无法移动移植的身体，并且需要机械呼吸支持。在随后出现的失血等并发症的影响下，受体猴仅存活了6到36h。这一手术的完成，使得将大脑作为一个孤立的器官保存下来，并在人类间进行头部交换的想法似乎触手可及。然而，重新连接受体和供体之间脊髓的难题和种种伦理问题至今仍有待攻克。

尽管争议不断，但怀特的初心一直是推动神经外科和医学的发展，突破二者之间的界限，令截瘫患者和那些患有脊髓疾病的人有一天可以过上更好的生活。

2010年，在与糖尿病和前列腺癌苦苦斗争后，怀特在瑞士日内瓦去世，享年84岁。怀特在1998年退休后，一直积极从事教学和写作工作。他不仅参加了众多的学术团体，并因其职业生涯中的成就而获得了多项奖项，同事和学生们亲切地称他为“那位教授（The Professor）”。好友阿尔宾形容怀特是一个“在他真正开朗善良和快乐的面孔下，隐藏着博学的人格、精湛的外科技能、近乎理想的记忆力、极强的幽默感和与生俱来的善良。”怀特是一个脚踏实地、直言不讳的人，他鼓励医学科学家公开讨论诸如脑死亡和动物研究等难题。无论是在手术室、在研究中，还是在辩论中，他都从不回避挑战。怀特是神经外科研究领域的创新者，他的研究改变了神经外科的手术方法，并使头部交换手术成为潜在的现实。无论是过去还是现在，他都是神经外科学界当之无愧的楷模。怀特以身作则，证明医学可以通过努力、知识和一点大胆，突破生命的界限，给无数身患绝症的人带来希望。

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