采血時(shí)看到針頭就腿軟的人有福了？
受水蛭的啟發(fā)，瑞士的研究人員在幾個(gè)月前發(fā)布了一種新的采血設(shè)備。該設(shè)備摒棄了讓許多人恐懼的針頭，而是采用吸盤和微針的組合，從而以盡量小的創(chuàng)傷獲得足夠多的血液。
圖片來源：參考資料[1]
吸血水蛭的嘴部有一個(gè)吸盤，嘴里有許多鋒利的“小牙齒”，進(jìn)食時(shí)通過吞咽產(chǎn)生負(fù)壓進(jìn)行吸血。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)的這款新型采血設(shè)備也是類似的工作原理——先通過吸盤吸附在人的上臂，按壓后，裝置內(nèi)部的微針會(huì)刺穿皮膚，再通過負(fù)壓就能收集血液。
說起水蛭，很多人可能都會(huì)感到害怕或覺得它們惡心，但科研界一直以來都在努力研究水蛭潛在的治療價(jià)值，其中有些已經(jīng)得到了積極的應(yīng)用。
認(rèn)識(shí)水蛭
饑餓的吸血水蛭對(duì)光線、震動(dòng)等周遭環(huán)境變化非常敏感。遇到目標(biāo)宿主時(shí)，一些水生環(huán)境中的水蛭甚至還會(huì)“追逐”目標(biāo)動(dòng)物。它們的頭部和尾部都各有一個(gè)吸盤，口吸盤小，尾吸盤大。跑起來的時(shí)候，水蛭的身體會(huì)像毛毛蟲那樣不停地“伸展-收縮”向前蠕動(dòng)，前后兩個(gè)吸盤交替移動(dòng)，直到前面的吸盤接觸到宿主并成功吸住。
圖片來源：Chiswick Chap
不過別擔(dān)心，人們徒步時(shí)遇到的陸地水蛭一般不會(huì)追著目標(biāo)跑，它們經(jīng)常是意外地附著在宿主身上。用吸盤將自己固定住后，水蛭嘴里排成 Y 形的三個(gè)顎就會(huì)開始工作。每個(gè)顎就像一把鋸齒狀的刀，上面是許多排成一排的小牙齒，它們前后移動(dòng)，切開宿主的皮膚。
正常情況下，我們受傷出血后，身體會(huì)自發(fā)啟動(dòng)一些生理機(jī)制來停止出血：血小板會(huì)在血管受損的地方聚集，之后產(chǎn)生大量凝血酶，傷口處會(huì)形成血凝塊來進(jìn)一步止血。
不過，水蛭自有對(duì)策，它們會(huì)釋放一種叫做水蛭素（hirudin）的酶，直接抑制宿主凝血酶的活性，從而防止宿主的傷口形成血塊，傷口的血液可以保持流動(dòng)，水蛭也就能一直吸血。它們吸血的時(shí)間在數(shù)十分鐘到數(shù)小時(shí)之間不等。
有些吸血水蛭的嘴里有三個(gè)顎，上面排列著很多很小的牙齒。在野外，如果發(fā)現(xiàn)身上有水蛭想趕走它，可以用手指甲推掉水蛭頭尾的吸盤使其掉落。圖片來源：American Museum of Natural History
水蛭在吞咽的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，從而將血液吸入到消化道。吃飽的水蛭可以膨脹至其之前體重的 5 倍，有時(shí)吸血量甚至可達(dá)其體重的 10 倍。“如果血液在其體內(nèi)凝固，那么水蛭就會(huì)像磚頭一樣掉到水底。”加拿大皇家安大略博物館昆蟲學(xué)高級(jí)館長(zhǎng)科維斯特·柯里 (Kvist Currie) 說道。
水蛭素是一種強(qiáng)效抗凝劑。當(dāng)水蛭吃飽脫落后，水蛭素還會(huì)在叮咬部位發(fā)揮作用，宿主的傷口還會(huì)繼續(xù)出血一段時(shí)間。而水蛭吃飽離開后，它消化道內(nèi)的宿主血液也可以很久都不凝固。之前有研究人員發(fā)現(xiàn)，有的水蛭吸一次血可以生存一年！
在英語(yǔ)中，“水蛭”一詞還被用來形容那些一味索取而不愿給予的人。不過事實(shí)上，并不是所有水蛭都吸血，也有很多種水蛭是捕食者，它們主要以蝸牛、蛞蝓、蚯蚓等小型無脊椎動(dòng)物為食。同時(shí)，在食物鏈中，水蛭也是魚類、烏龜、水禽等動(dòng)物的食物。
水蛭來幫你
在科研界，水蛭是很多研究人員的寵兒，有些科研人員甚至?xí)寣?shí)驗(yàn)室里的水蛭吸自己的血。通過研究水蛭素，科學(xué)家正在開發(fā)副作用更小的治療血栓和預(yù)防中風(fēng)的藥物。另外，在進(jìn)行外科手術(shù)時(shí)，水蛭也可以發(fā)揮作用，例如當(dāng)人類截?cái)嗟氖种副恢匦逻B上時(shí)，水蛭可以通過吸血讓新鮮的含氧血液重新進(jìn)入斷指。
為了找到并收集水蛭，有些研究人員拿自己當(dāng)誘餌。等水蛭吃飽了，它們就會(huì)自動(dòng)脫落，掉進(jìn)研究人員準(zhǔn)備好的袋子里。圖片來源：American Museum of Natural History
現(xiàn)在，以水蛭為模型開發(fā)的采血設(shè)備又有望幫助人們更輕松地采血。
在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院今年 3 月發(fā)布的一項(xiàng)研究中，新采血裝置的吸盤、微針就是模仿水蛭的嘴部吸盤和小牙齒。吸盤固定在患者的手臂上，按壓后，吸盤內(nèi)部的微針將會(huì)刺破皮膚。之后，吸盤內(nèi)壓力的釋放就會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，從而將血液吸入，并存在一個(gè)含有抗凝劑的儲(chǔ)存空間內(nèi)。
圖片來源：參考資料[1]
微針的侵入性更低，引起的疼痛感和不適感也更小，傷口更容易愈合。另外，由于微針是被固定在吸盤內(nèi)部，因此和傳統(tǒng)的采血針頭相比，這減少了人們?cè)诖┐踢^程中和后續(xù)處理中的受傷風(fēng)險(xiǎn)。研究人員也正在開發(fā)一種由完全可生物降解材料制作而成的新版本裝置。
非醫(yī)療專業(yè)的人也可以使用這個(gè)采血設(shè)備。而且和指尖采血相比，它能夠采集更多的血液，提高了診斷的準(zhǔn)確性。另外，它能以較低的成本進(jìn)行制造，且便于攜帶，因此很適合中低收入地區(qū)，有望幫助人們更好地對(duì)抗瘧疾等疾病。
目前瘧疾的診斷需要從患者的耳垂或指尖進(jìn)行采血，然后檢測(cè)是否有瘧原蟲。當(dāng)一只感染了瘧原蟲的蚊子叮咬健康人時(shí)，蚊子會(huì)將唾液中的瘧原蟲注入到人體中。之后，瘧原蟲會(huì)進(jìn)入血液循環(huán)。寄生蟲首先會(huì)侵入肝臟，在肝細(xì)胞中生長(zhǎng)繁殖；成熟后，它們會(huì)離開肝臟，感染血液中的紅細(xì)胞。
人感染瘧疾會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、畏寒、頭痛和嘔吐等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可能危及生命。通過檢查血液涂片中的瘧原蟲，醫(yī)護(hù)人員可以診斷和監(jiān)測(cè)患者的瘧疾感染情況。
通過血液涂片，可以觀察到瘧原蟲進(jìn)入紅細(xì)胞內(nèi)繁殖。2021年6月30日，我國(guó)被世界衛(wèi)生組織認(rèn)證為無瘧疾國(guó)家。圖片來源：Lukas.S
兒童面臨嚴(yán)重瘧疾感染的風(fēng)險(xiǎn)較高。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，在非洲地區(qū)，5 歲以下的兒童約占所有瘧疾死亡人數(shù)的 78%。
但與此同時(shí)，針頭恐懼癥在人群中的比例并不低，兒童對(duì)針頭的恐懼尤其明顯。據(jù)估計(jì)，大約四分之一的成年人、高達(dá)三分之二的兒童都對(duì)針頭有強(qiáng)烈的恐懼。一般而言，隨著年紀(jì)的增長(zhǎng)，人們對(duì)針頭的恐懼會(huì)慢慢減弱或者消失。
如果你也害怕采血針，不妨期待一下“水蛭采血裝置”。
參考文獻(xiàn)
[1] Zoratto, N., Klein-Cerrejon, D., Gao, D., Inchiparambil, T., Sachs, D., Luo, Z., & Leroux, J.-C. (2024). A Bioinspired and Cost-Effective Device for Minimally Invasive Blood Sampling. Adv. Sci., n/a(n/a), 2308809. doi: 10.1002/advs.202308809
[2] Blood diagnostics modelled on leeches. (2024, May 14). Retrieved from https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2024/05/blood-diagnostics-modelled-on-leeches.html
[3] Leech-inspired device may make for kinder, gentler blood sampling. (2024, May 03). Retrieved from https://newatlas.com/medical/leech-inspired-such-cup-blood-sampling
[4] Needle fears and phobia. (2023, July 27). Retrieved from https://www.cdc.gov/childrensmentalhealth/features/needle-fears-and-phobia.html
[5] Katz, B. (2019). Why the World Needs Bloodsucking Creatures. Smithsonian Magazine. Retrieved from https://www.smithsonianmag.com/science-nature/why-world-needs-bloodsucking-creatures-180973670
[6] Leeches. (2024, May 15). Retrieved from https://australian.museum/learn/animals/worms/leeches
[7] Who, W. H. O. (2023). Malaria. World Health Organization: WHO. Retrieved from https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/malaria
[8] Greenwood, V. (2018). The Stuff That Helps Leeches Get Their Fill of Blood. N.Y. Times. Retrieved from https://www.nytimes.com/2018/07/19/science/leeches-blood-anticoagulants.html
[9] Hiolski, E. (2018). WATCH: See How Leeches Can Be A Surgeon's Sidekick. NPR. Retrieved from https://www.npr.org/sections/goatsandsoda/2018/04/03/598829579/watch-see-how-leeches-can-be-a-surgeons-sidekick
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