问题

瞬间低温冰冻人体,解冻后人体还会有生命活动吗?

回答
想象一下,如果一个人生生被冻住,就像冰雕一样,几秒钟之内就变成了一具冰冷的躯壳。接着,再被快速地解冻,身体又恢复了温度。那么,这样的身体,还能再次拥有生命的脉动吗?

要回答这个问题,我们得先理解身体在极端低温下的变化,以及解冻后的挑战。

瞬间低温冰冻下发生了什么?

如果真的能实现“瞬间”低温冰冻,并且是均匀地、快速地冻住全身,这听起来就有点科幻。但我们姑且假设这个前提成立。

在极低的温度下,人体内的水分会迅速结成冰晶。这才是问题的核心所在。

细胞的破坏: 细胞是构成我们身体的最小单位,它们壁很薄,里面富含水分。当水分结冰时,它会膨胀。这些膨胀的冰晶会像无数把微小的刀子一样,刺穿细胞膜,破坏细胞的结构。想象一下,把一个气球装满水然后冻起来,气球肯定会爆裂。细胞也是类似的道理。
蛋白质变性: 极低的温度,特别是快速降温过程,可能会导致细胞内的蛋白质发生变性。蛋白质是生命活动的工程师,它们负责催化各种化学反应、构成细胞结构等等。一旦变性,它们的形状就会改变,功能也就丧失了。就好比一个精密的机械零件,因为过度的撞击而弯曲变形,再也无法正常工作。
化学反应的停止: 生命活动本质上是一系列复杂的化学反应。在极低温度下,这些化学反应会几乎完全停止。这本身并不是坏事,因为理论上,如果能保持住所有生物分子(特别是DNA和蛋白质)的完整性,那么一旦温度回升,反应就可以重新启动。但是,上面提到的细胞损伤和蛋白质变性,使得这种“重新启动”变得异常困难。
血液循环停止: 血液在极低温下会变得非常粘稠,流动性大大降低,甚至可能凝固。一旦血液循环停止,氧气和营养物质就无法输送到身体各处,细胞也会因为缺乏能量和物质而死亡。

解冻后的挑战:

即使我们能奇迹般地将身体快速解冻,那些在冰冻过程中造成的损伤依然存在。

冰晶损伤的累积效应: 即使是最快的冷冻,也无法完全避免冰晶的形成,尤其是细胞内部。这些已经形成的冰晶造成的物理破坏,在解冻后并不会消失。细胞膜破裂、细胞器损坏等问题依然存在。
解冻过程的损伤: 快速解冻本身也可能带来问题。如果解冻不均匀,某些部位可能先解冻,而另一些部位仍然被冻住,这会造成更大的组织损伤。同时,解冻时冰晶重新融化成水,如果组织已经变得脆弱,重新融化的冰晶也可能造成进一步的破坏。
细胞器功能障碍: 即使细胞膜没有完全破裂,但线粒体(能量工厂)、核糖体(蛋白质合成器)等重要的细胞器,在极低温和冰晶形成过程中也可能受到严重损伤,导致它们无法正常工作。
缺氧和代谢紊乱: 如果在冰冻过程中血液循环停止,那么即使解冻了,也需要时间才能恢复正常的血液供应。在此期间,身体组织仍然处于缺氧状态,这会进一步加剧细胞的死亡。

回到“还会有生命活动吗?”这个问题:

从科学的角度来看,如果人体在瞬间被零下几十甚至上百度的低温冰冻,并且这个过程是自然发生的(而不是经过特殊处理的),那么解冻后几乎不可能再恢复生命活动。

原因主要在于:

1. 细胞结构被不可逆地破坏。 冰晶形成造成的物理损伤,以及蛋白质变性,都是难以修复的。
2. 身体各系统的功能丧失。 血液循环停止、神经信号传递中断,这些关键功能的丧失,在如此极端的条件下,几乎是致命的。

有没有例外或者类比?

这里需要区分一下“瞬间低温冰冻”和“低温保存”。

低温保存(冷冻保存): 现代医学和生物学中有“冷冻保存”技术,例如冷冻保存精子、卵子、胚胎,甚至一些小型器官。但这些技术并非“瞬间”冰冻,而且在冷冻前会使用特殊的“冷冻保护剂”。这些保护剂可以渗透到细胞内,降低水分子的自由度,减少冰晶的形成,从而最大程度地减少对细胞的损伤。解冻后,经过精心设计的复苏过程,这些细胞和组织才有可能恢复活性。但这与“瞬间将活人冻成冰块再解冻”是完全不同的概念。
某些极端生物: 确实存在一些生物,比如一些水熊虫(tardigrades),它们在极端环境下可以进入一种“隐生”状态,包括脱水和极低的温度,能够存活相当长的时间,并在环境适宜时复苏。但它们的身体结构和生理机制与哺乳动物截然不同,无法直接类比。

总结一下, 那个被瞬间冰冻然后解冻的人,很可能已经变成了一具被严重破坏的“生物学遗骸”。细胞已经凋零,组织结构已经破碎,生命的化学反应链也已经断裂。即便身体表面看起来恢复了温度和形态,也只是徒有其形,内部的生命之火早已熄灭。

这个设想,虽然充满了想象空间,但以目前我们对生命和物理规律的理解,要实现“瞬间冰冻后还能复活”的奇迹,还是属于科幻的范畴。

网友意见

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实验室冻细胞、冻组织,之后复苏目前还是很容易的。

人体冷冻的技术难点在于人体太厚,热传导有一定速度,不像实验室冻组织一样可以均匀的快速冷冻、解冻。不均匀的冷冻,肯定会有一部分组织在周边已经冻上的情况下缺氧坏死,热胀冷缩以及水降温过程中的膨胀产生的组织龟裂也会破坏组织完整性。

也许可以在先用药物控制在低体温低代谢状态的基础下(就像目前预防神经组织水肿以及神经系统感染的附损伤中、以及心肌炎和心脏手术中使用的技术),再在冷冻过程中依次以不同凝固点的醇类缓慢替换部分组织中的水分(不能只替换血液,所以不得不适当的加压,可能会损伤一部分神经系统,而且每一步等待渗透的时间都很长),同时还要给与合适的抗氧化药物,预防神经系统等重要组织的损伤(目前还没有合适的抗氧化药物研发出来),在解冻过程中反向重复以水替换醇类的过程。也许可以尝试,但目前实现的可能性不大。

此外即使能成功冷冻、解冻,但不论是为了到“未来”治病、执行任务,还是为了亚光速星际旅行,冻个几百年时间本身也会造成问题。

细胞生理活动一停,各种理化因素,比如宇宙射线一类带来的遗传损伤也不会被修复了,即使呆在某个有强大磁场的行星(例如地球)上某个严密防护各种化学损伤的实验室里,冻个几百年,遗传损伤积累的程度也很有可能导致解冻后重要的细胞直接坏死。

所以亚光速星际旅行目前也还是别想了,我们还是讨论一下曲速的可能性吧。

补充一下,也许可以利用一些鳞翅目昆虫幼虫版本的抗冻蛋白(Antifreeze protein),使结冰的温度低于零下70℃。这样也许就可以不用考虑冷冻过程中结冰带来的组织损伤,也不会完全停止细胞内所有的生化反应。

直接输入血管肯定不行,必须保证每个细胞都能在细胞质内表达,这样也就只能依靠逆转录病毒向人体内转入昆虫抗冻蛋白的基因,但是这种技术保证让大多数重要细胞都能表达的成功率还是很低,而且用逆转录病毒作为载体并且直接输入体内,需要受者免疫功能相对正常。所以保存重病者到未来治病是不可能了。除非地球突然遭遇大灾难,可能临时招募一些志愿者对这种方法进行尝试,生死由命,幸存下来成功冷冻,就放入亚光速星际飞船为人类保留“火种”。

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