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打造更好的半机械马

了解马匹假肢如何改变马匹护理,为受伤的马匹带来希望,并减少安乐死案例。

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图片来源:Niki Marie Hansen

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马匹曾被用作技术载体,通过拉动重物,开辟了广阔的贸易和迁徙路线,以及用战车和骑马作战,推动了人类文明的崛起。然而,一旦马匹因腿部受伤而“崩溃”,即使有最好的医疗护理,马匹的生物学特性通常也意味着判处死刑——即使在现代,机器已在很大程度上取代马匹用于运输、农业和战争,这种情况依然如此。现在,一位研究人员希望通过为马匹植入假肢,创造出第一代“赛博马”,从而改善我们四条腿朋友的命运。

在人类截肢者可以获得仿生腿,以及人们为狗、猫、兔子甚至海龟等各种动物创造了巧妙的假肢装置的时候,马匹假肢的想法可能听起来并不复杂。其中一个问题是,任何马匹假肢都必须足够坚固,能够承受约 1000 磅(约 453.6 公斤)的马匹所产生的 4000 磅(约 1814.4 公斤)的力。如果没有更永久的连接方式,这种重量也会轻易导致马匹身体与假肢接触处出现溃疡或摩擦。这就是为什么路易斯安那州立大学兽医学院的博士生 Niki Marie Hansen 想要测试将假肢直接植入马匹腿骨的可能性。

Hansen 说:“我们目前正在研究的是,在没有水泥和骨整合(人造腿与活骨之间的连接)的情况下,骨骼植入物是否足够坚固,能够承受马匹施加在上面的力。”

Niki Marie Hansen 和一匹马站在一起。这位兽医假肢技师希望为我们四条腿的朋友打造更好的假肢。图片来源:Niki Marie Hansen

该项目旨在筹集 25,000 美元捐款,用于购买六个基于英国兽医 Noel Fitzpatrick 开发的所谓的 PerFiTS 技术定制假肢。Hansen 计划在死马的腿骨上测试这些假肢,看看它们在断裂前能承受多大的力。她还将模拟假肢在马匹后踢站立再落下前腿时所承受的全部力量,以及马匹从侧卧起身时身体的重量压力。众筹项目的资金将用于支付测试结果的 CT 扫描费用。

马蹄上的死亡

人造腿植入物可以极大地扩展马匹腿部受伤的医疗选择。赛马中反复发生的“崩溃”案例,就显示了现代医学在治疗马匹下肢损伤方面的局限性,下肢损伤占赛马安乐死案例的 60% 至 70%。下肢损伤对马匹来说很容易致命,部分原因是骨折或断裂的腿很难愈合。马匹膝盖以下的肌肉很少,这意味着血管也少,而血管是马匹免疫系统对抗感染和促进愈合过程的“高速公路”。

马匹也不能卧床数周“休息”,否则会面临死亡的风险。这是因为它们沉重的身体重量会迅速造成溃疡和对肌肉及神经的长期损伤。马匹躺下时,肺部积聚的液体可能导致肺炎。即使马匹大部分时间保持站立并跛行,其三条健康腿所承受的额外重量也可能导致如蹄叶炎(连接马蹄和腿部的软组织损伤)等毁灭性疾病,在最终来临之前加剧马匹的痛苦。因此,兽医通常不得不建议对腿部严重受伤的马匹实施安乐死。

2006 年,一匹有前途的年轻赛马 Barbaro 遭遇了类似的命运。Barbaro 被誉为有潜力赢得赛马界享有盛誉的三冠王头衔。在赢得肯塔基德比赛后,Barbaro 在普利克尼斯锦标赛的开赛瞬间粉碎了右后腿。经过风险极高的腿部手术和数月的康复尝试,他的主人和兽医最终做出了安乐死的痛苦决定。最终,蹄叶炎导致 Barbaro 的前腿都残疾了,用当年负责 Barbaro 治疗的外科医生 Dean Richardson 的话说,他“没有一条腿可以站立了”,这一消息被《纽约时报》和许多其他出版物报道。

两年后,一匹名叫 Eight Belles 的年轻赛马在 2008 年肯塔基德比赛中,作为唯一参赛的母马,双前踝骨骨折。在全国直播的比赛中,她立即被安乐死,这一事件引起了公众的愤怒,并促使国会举行听证会,要求提高美国赛马业的安全标准。《纽约时报》后来发表的一份 2012 年的调查报告发现,每周平均有 24 匹马在美国赛马场死亡。北美纯种马注册机构“育马者协会”也编制了《马匹受伤数据库》,显示近年来赛马的死亡率一直徘徊在每 1000 场比赛中约 1.9 起。

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肌肉骨骼损伤,如腿部受伤,似乎占赛马死亡的大部分。一项对四分之一英里短跑赛马(Quarter Horse)的尸检研究发现,从 1990 年到 2007 年,加州赛马委员会解剖的赛马中,约 71% 的死亡是由肌肉骨骼损伤造成的。最近,加州赛马委员会的年度报告也证实,肌肉骨骼损伤是导致马匹死亡的最常见原因。

人造腿

任何能够让受伤马匹过上正常、无痛生活的选择,都比当场实施安乐死要好。然而,传统的假肢对马匹来说仍然是一个相当不稳定的选择。Hansen 解释说,马匹假肢的记录最早可以追溯到 20 世纪 50 年代。但无需植入的绑带式假肢需要持续清洁、拆卸和重新安装,以保持马匹的舒适。马主必须注意假肢与马匹身体接触处可能出现的溃疡。一些性情更紧张或更活跃的马匹可能会直接踢掉假肢,拒绝佩戴。

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Hansen 在改进马匹假肢方面不乏灵感。她所在的学校路易斯安那州立大学曾救助了一匹名叫 Molly 的小马,在一次狗袭击中,Molly 的一条腿感染了。兽医截掉了 Molly 受感染的腿,并帮助这匹小马安装了由 Bayou Orthotic and Prosthetic Center 公司制造的假肢。Molly 在卡特里娜飓风袭击新奥尔良地区后获救,之后获得了第二次生命。

尽管 Molly 是一匹体重约 375 磅(约 170.1 公斤)的小马,但她仍然需要主人的持续关注。她的主人为此付出了巨大的努力,建造了一个特殊的操作系统和马具,将小马放入游泳池,并为绑带式假肢不断进行定制修改。这种维护需要他们与 Molly 相处的时间比与他们全部 32 匹马相处的时间还要多。“他们为这匹小马付出了额外的努力,但有多少人愿意这样做呢?”Hansen 说。

仿生马

Hansen 的第一个项目如果成功,将为更持久的假肢应用铺平道路,减少马匹额外的护理和维护工作。但首先,Hansen 仍需在 11 月 2 日截止日期前,在科学众筹平台 Experiment.com 上筹集到其项目所需的 25,000 美元总额。Hansen 承认,对于这类研究,并没有其他更好的融资选择。她选择 Experiment.com 而不是 Kickstarter 或 Indiegogo 等更受欢迎的众筹网站,是因为她希望吸引那些懂得研究价值的受众。

测试 PerFiTS 植入物在马骨上的强度是 Hansen 论文的第一步。如果这些装置被证明足够耐用,Hansen 希望最终启动一个独立项目,测试马的皮肤是否能够以一种防止感染的方式长入植入物。这项测试必须涉及活马——尽管 Hansen professes 了她不喜欢在活体动物身上进行测试——但只会植入 LSU 教学医院几匹健康马身上的微型假肢,以测试马肉和假肢材料之间的相互作用。一旦该项目完成,Hansen 将移除装置,缝合小伤口,并将马匹送往救援收容所。

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Niki Marie Hansen 还为这条名叫 Jake 的狗等小型动物制作了假肢。图片来源:Niki Marie Hansen

Hansen 已经为小型动物制作了传统的假肢,比如她从收容所领养的、失去右前腿的宠物狗。但她希望在 2015 年夏天完成她的博士学业,并最终创办一家基于植入式假肢的公司。这最终可以为两类潜在客户提供新的选择:赛马行业和那些足够关心“崩溃”马匹,愿意尝试用一两个替换零件延长它们生命的个人马主。

“我做这件事不是为了钱;我做这件事是因为这是我的热情,”Hansen 说。“但我希望最终能以此建立有意义的职业生涯,帮助所有物种的动物。这包括人类。”

要为这项研究提供资金,请访问 Experiment.com 上的项目

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