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MIT发明植入大脑的血糖电池

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MIT发明植入大脑的血糖电池

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#Linda健康分享014#

麻省理工学院的神经工程师们最近造出了一款神奇的电池,该电池可以被植入大脑,通过大脑和脊髓循环的血糖获得充能。理论上该款电池足以为低能耗的计算芯片与传感器供能。理想中,它可以为残障人士体内的大脑解码装置供电,以实现假肢的智能化。

肝是人体糖代谢的中心,在肠道内,食物中的淀粉被消化成葡萄糖吸收。葡萄糖进入人体后,在肝脏和肌肉两个地方合成糖原。糖原是葡萄糖在体内的储存形式,可以理解成,把葡萄糖打包压缩,就成了糖原。人体内糖原有两种,肌肉内的称为肌糖原,肝类的称为肝糖原。肌糖原是为了给肌肉提供运动所需的能量,肝糖原的目的只有一个,即维持血糖稳定。

该电池的材料是硅和铂,采用了标准的半导体制作工艺。铂的作用是充当催化剂,就好比动物体内的酶。铂帮助电池从葡萄糖分子上吸走电子,就好比酶和氧气帮助动物细胞从葡萄糖上获得电子。电池功率可达数百微瓦(也就是不到1毫瓦),与计算器上的太阳能电池相比这是个不低的水平。这种功率的电池为复杂的计算芯片供能绰绰有余。不过也正因它的能量来自脑内的血糖,大脑获得的能量会因被剥夺而下降。科学家的解释是,人可能会更容易感到饥饿,但是不会察觉出任何的差别。

血糖为什么要稳定呢?因为血糖存在的意义主要是给大脑,红细胞和骨髓供能。血糖一低,你的大脑就不能获得足够的能量供应,你就会出现头晕甚至昏迷,这就是低血糖。血糖过高,一方面糖会从尿排出,造成浪费。另一方面,全身的细胞都处在高盛的环境下,细胞内的很多反应都无法顺利进行,而造成很多病症的发生,所以要将血糖维持在一定范围内。维持血糖稳定的这一任务,主要是由肝脏来完成的。因此肝是糖代谢的中心。

目前麻省理工大学的科学家们造出最大的电池有2.5英寸*2.5英寸(约64mm*64mm)大小,也有一些较小的型号。虽说电池越大性能越好,不过如果要在大脑内植入64mm*64mm的异物也许还是会有些太大了。大脑是人体内最重要的器官之一,电池的大小要经过谨慎考虑。

当血糖偏低时,肝会立即分解肝糖原进入血液,以维持血糖正常。但肝内的糖原有限,才70克左右,而仅供大脑每天需要消耗的葡萄糖就达120克左右,更何况红细胞,心,骨髓,也要消耗相当数量的葡萄糖。所以肝糖原在一般情况下也只能供给人体十多个小时的葡萄糖。如果在运动量较大的情况下,半个小时左右就消耗光了。但我们每个人都看到过这种情况,马拉松运动员一跑就是两个多小时,也没有因为肝糖原不够血糖降低而晕倒。节食的人一天也不吃一点食物,没有什么糖类进入身体,他也不会晕倒,这是为什么呢?就因为身体的一种产糖机制,要坐“糖异生”。所谓“糖异生”,顾名思义,那糖的产生不是正道来的,所谓正道,应该是由糖原分解成葡萄糖。而“糖异生”是人体利用体内的氨基酸,乳酸,甘油等原料合成葡萄糖。糖异生的场所在肝脏。所以一个人出现低血糖,主要原因就是他的肝脏糖异生的能力下降。

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医生怎样治疗低血糖呢?医生通过给病人注射葡萄糖来缓解低血糖的状况。这种做法永远无法改善肝的糖异生能力,因此无法从根本上解决患者低血糖的问题。在医院我们会看到这样的人,因为低血糖晕过去了,马上被送到医院静脉推一支葡萄糖就好了,再晕过去,就在被送到医院推一支葡萄糖,这种情况反复发生。

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