Nghiên Cứu Lịch Sử

GEN VÀ NHỮNG ƯỚC MƠ TƯƠNG LAI: 2000-NAY

Chào mừng bạn đến với một thế giới mới mẻ và tươi đẹp. Tế bào gốc phát triển thành bất kỳ mô hoặc cơ quan nào để cấy ghép vào cơ thể người chủ ban đầu mà không bị đào thải. Tế bào nhân bản hỗ trợ chúng. Kỹ thuật mô cũng vậy, với các khung sinh học thân thiện, cung cấp cho tế bào khung 3D để giúp chúng tạo ra các bộ phận dự phòng. Công nghệ nano cung cấp các cỗ máy kích thước phân tử có thể làm tan cục máu đông bằng tia laser, xâm nhập và tiêu diệt tế bào khối u, và gắn các loại thuốc kháng khuẩn mạnh trực tiếp lên các tác nhân xâm lấn cực nhỏ. Hồ sơ di truyền được thiết kế riêng cho phép bác sĩ xác định chi tiết các yếu tố nguy cơ, khả năng mắc bệnh và hỗn hợp thuốc hoàn hảo cho từng cá nhân. Liệu pháp gen sửa chữa mọi loại khiếm khuyết di truyền và điều trị các đột biến tế bào có thể dẫn đến ung thư. Các chuyên gia thế giới ở một châu lục điều khiển từ xa các bác sĩ phẫu thuật robot ở châu lục khác. Internet cung cấp chẩn đoán và kê đơn chuyên môn tức thì. Các công nghệ hỗ trợ sự sống tiên tiến giúp chăm sóc những cơ thể yếu ớt vượt qua những cơn khủng hoảng bệnh tật khó khăn nhất. Các phương pháp điều trị chống lão hóa, thuốc chống béo phì, thuốc tăng cường trí não, thậm chí cả thuốc chữa hói đầu và nếp nhăn, tất cả đều hiệu quả.

 

Một số tiến bộ này đang trên đà phát triển; một số hy vọng sẽ không quá vài thập kỷ nữa; một số khác sẽ vấp phải rào cản này hay rào cản khác. Nhưng thế kỷ 21 cũng tiềm ẩn những mối đe dọa – sự lây lan của vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh; đại dịch bệnh dịch hạch do các bệnh truyền nhiễm mới lây lan từ động vật; sự gia tăng chóng mặt của chứng mất trí nhớ; nhiều bệnh tật hơn do sự giàu có và tuổi già; chi phí leo thang và những khó khăn về tài chính và nguồn lực. Đối với y học, những năm 2000 có thể là thế kỷ của những cực đoan và bất bình đẳng lớn nhất từ ​​trước đến nay.

 

Di Truyền và Y Học

 

Tháng 6 năm 2000, dự án bản đồ người đã công bố một bước đột phá. Lần đầu tiên, dự án đã thành công trong việc lập “bản thảo thô” của bộ gen người – toàn bộ bộ DNA (axit deoxyribonucleic), vật liệu di truyền hình thành nên các chỉ dẫn cho việc xây dựng, vận hành và duy trì cơ thể con người. Bản thảo này là một thành tựu phi thường với những ý nghĩa to lớn đối với sinh học, sức khỏe và y học con người, nhưng nó đã bị hiểu lầm rộng rãi. Dự án không xác định được tất cả các gen trong cơ thể, giải thích cách thức hoạt động và chức năng của chúng. Để hiểu rõ tầm quan trọng của bộ gen và mối quan hệ giữa di truyền học và y học, việc quay ngược lại vài thế kỷ trước và khám phá bối cảnh của gen và DNA sẽ rất hữu ích.

 

Con cái giống cha mẹ. Không phải ở mọi khía cạnh, nhưng nhìn chung là giống nhau về ngoại hình và tính cách, cộng thêm một vài đặc điểm gia đình rất giống nhau như hình dáng mũi. Các nguyên tắc của quá trình này, được gọi là di truyền, được đặt ra bởi thầy tu người Áo Gregor Mendel, người đã thử nghiệm trên cây đậu Hà Lan chứ không phải trên con người, và công bố kết quả của mình vào năm 1866. Ông đã lai tạo khoảng 29.000 cây đậu Hà Lan có nhiều đặc điểm tương phản khác nhau, chẳng hạn như hoa có màu sắc khác nhau, và đã phát hiện ra rằng nhiều đặc điểm của cha mẹ không bị pha trộn với nhau như một loại súp lai nào đó ở con cái, mà được truyền lại dưới dạng các hạt hoặc đơn vị riêng biệt – ngày nay được gọi là gen – giữ nguyên tính toàn vẹn của chúng và được di truyền theo những mô hình cụ thể qua các thế hệ sau.

 

Vào đầu những năm 1900, một số nhà sinh vật học đã khám phá lại công trình của Mendel và nhanh chóng thu hút sự chú ý của cộng đồng khoa học.

 

Nhà sinh vật học người Đức Theodor Boveri, đang nghiên cứu nhím biển, và bác sĩ người Mỹ Walter Sutton, đang thử nghiệm trên châu chấu, đều độc lập đi đến kết luận rằng một tế bào đang phân chia sẽ truyền các bộ nhiễm sắc thể cho mỗi tế bào mới, và đây chính là yếu tố khiến chúng thừa hưởng các đặc điểm và tính chất. Nhiễm sắc thể lần đầu tiên được phát hiện vào giữa thế kỷ 19, và được mô tả chính thức vào năm 1878 bởi một nhà sinh vật học người Đức khác, Walther Flemming. Qua kính hiển vi quang học, chúng xuất hiện dưới dạng các vật thể hình chữ X giống như sợi chỉ khi tế bào chuẩn bị phân chia. Đến năm 1915, nhà sinh vật học người Mỹ Thomas Hunt Morgan, sử dụng ruồi giấm làm thí nghiệm, đã chứng minh rằng nhiễm sắc thể mang thông tin di truyền, và vào năm 1933, ông đã được trao giải Nobel về Sinh lý học hoặc Y học cho “những khám phá liên quan đến vai trò của nhiễm sắc thể trong di truyền”.

PHÂN CHIA TẾ BÀO

Hình ảnh chụp qua kính hiển vi quang học này cho thấy một tế bào đơn lẻ đang phân chia thành hai tế bào riêng biệt. Hai bộ nhiễm sắc thể có thể được nhìn thấy ở trung tâm với màu xám nhạt.

 

Nhiễm sắc thể được cấu tạo từ gì? Vào những năm 1920, câu trả lời đã trở nên rõ ràng hơn – các protein gọi là histon, cũng như chất mà chúng ta biết là DNA. DNA lần đầu tiên được phân lập và nghiên cứu dưới dạng “nuclein” bởi bác sĩ kiêm nhà nghiên cứu người Thụy Sĩ Friedrich Miescher vào khoảng năm 1870. Trong những thập kỷ đầu của thế kỷ 20, các thành phần cơ bản của DNA đã được xác định chi tiết hơn là đường deoxyribose, nhóm phosphate và bốn loại thành phần được gọi là bazơ nucleotide, hay đơn giản là bazơ. Đến những năm 1940, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng DNA là một phân tử khổng lồ và là chất mang thông tin di truyền, một sự thật được xác nhận thêm vào năm 1952 bằng các thí nghiệm với vi rút. Tuy nhiên, cấu trúc vật lý chính xác của DNA vẫn chưa rõ ràng. Năm 1953, nhà khoa học người Anh Francis Crick và nhà sinh vật học người Mỹ James Watson đã có khám phá quan trọng về cấu trúc xoắn kép của DNA, với sự hỗ trợ của nhà vật lý sinh học người Anh Rosalind Franklin và Maurice Wilkins, người New Zealand. Phát hiện này đã giải thích cách thông tin di truyền trong DNA được mang bởi trình tự các bazơ của nó. Trình tự này được sao chép khi tế bào phân chia và sau đó được truyền cho cả hai tế bào mới, bao gồm cả tế bào trứng và tinh trùng, rồi tiếp tục được truyền vào hợp tử (trứng đã thụ tinh) và sang thế hệ kế tiếp. Người ta cũng chứng minh rằng DNA hoạt động theo cùng một cơ chế ở vi khuẩn, nấm mốc, thực vật, ruồi giấm và các loài động vật khác, bao gồm cả con người.

 

Cùng lúc đó, các nhà nghiên cứu y học cũng đang nghiên cứu nhiễm sắc thể. Vào những năm 1920, các nhà khoa học nghiên cứu đã đề xuất rằng có 24 cặp nhiễm sắc thể trong mỗi tế bào cơ thể người – một của mỗi cặp được thừa hưởng từ mẹ, và một còn lại được thừa hưởng từ cha. Năm 1956, với công nghệ tiên tiến hơn nhiều, nhà di truyền học tế bào người Mỹ gốc Indonesia Joe Hin Tjio, làm việc tại Thụy Điển, đã có thể điều chỉnh con số này thành 23 cặp hiện được chấp nhận, tạo ra tổng cộng 46 nhiễm sắc thể trong mỗi tế bào cơ thể. Không lâu sau, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những bất thường trong nhiễm sắc thể là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh bẩm sinh (có từ khi sinh ra). Năm 1958, người ta phát hiện ra rằng những người mắc hội chứng Down có ba nhiễm sắc thể thay vì hai trong cặp thứ 21 trong tổng số 23 cặp. Do đó, đôi khi các bệnh nhân này được gọi là “có thêm một nhiễm sắc thể”.

NHỮNG KHỐI XÂY DỰNG CỦA SỰ SỐNG

Các nhà di truyền học James Watson (trái) và Francis Crick với mô hình DNA – phân tử chứa thông tin di truyền.

 

TỶ LỆ GEN ĐƯỢC CHIA SẺ GIỮA NGƯỜI VÀ CÂY

50%

 

Bất chấp những khám phá này, việc xác định chính xác cơ chế của từng loại bất thường di truyền và hiểu cách khắc phục chúng, hoặc thậm chí biết cơ thể con người có bao nhiêu gen, vẫn còn là một chặng đường dài. Tuy nhiên, điều chắc chắn là gen là một đoạn DNA chứa thông tin cần thiết để tạo ra protein. Một số protein là khối xây dựng cấu trúc của tế bào và mô, chẳng hạn như collagen trong da và keratin trong móng tay – trong khi những protein khác tham gia vào quá trình kiểm soát và phối hợp: ví dụ, insulin quản lý lượng đường trong máu và kháng thể chống lại vi khuẩn. Các chất được gọi là enzyme phân hủy thức ăn trong quá trình tiêu hóa cũng là protein, cũng như các enzyme khác đồng bộ hóa khối lượng thay đổi hóa học xảy ra mỗi giây bên trong tế bào.

 

Protein được tạo thành từ các đơn vị nhỏ hơn được gọi là axit amin, được liên kết với nhau theo trình tự. Một lỗi di truyền có thể khiến cơ thể sử dụng axit amin sai khi tạo ra protein, dẫn đến protein bị dị dạng. Một ví dụ về điều này là tình trạng di truyền được gọi là bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm, trong đó các tế bào hồng cầu không có hình dạng giống bánh rán thông thường mà có hình lưỡi liềm, làm giảm khả năng vận chuyển oxy. Năm 1949, các nhà khoa học Hoa Kỳ Linus Pauling, Harvey Itano, Seymour Jonathan Singer và Ibert C. Wells đã công bố bằng chứng cho thấy trong bệnh nhân mắc bệnh hồng cầu hình liềm chất hemoglobin (huyết sắc tố) – thành phần của tế bào hồng cầu vận chuyển oxy và carbon dioxide khắp cơ thể – khác với hemoglobin bình thường. Năm 1956, nguyên nhân gốc rễ của tình trạng này đã được biết là do một phần nhỏ của chuỗi  axit amin có sự hiện diện một axit amin khác với bình thường. Đây là phát hiện đầu tiên về cơ sở phân tử cho một rối loạn di truyền.

 

Bản thảo thô của Dự án Bộ gen Người không phải là một danh mục tất cả các gen, mà chức năng của chúng là cung cấp danh sách các tiểu đơn vị hóa học của DNA, hay còn gọi là bazơ. Các bazơ này trải dài dọc theo chiều dài khổng lồ của mỗi phân tử DNA xoắn, mỗi phân tử tạo thành một trong 46 nhiễm sắc thể. DNA có bốn loại bazơ hóa học khác nhau: A (adenine), T (thymine), G (guanine) và C (cytosine).

 

Các bazơ này tạo thành cặp, và trình tự các cặp này dọc theo chuỗi xoắn kép mang thông tin di truyền được viết thành chuỗi gồm bốn chữ cái: A-T-C-C-G-T-T-, v.v. Điều quan trọng là bazơ trên một mạch của chuỗi xoắn kép chỉ có thể gắn vào một bazơ khác, là đối tác của nó trên chuỗi xoắn kép thứ hai: A luôn ghép cặp với T, và G luôn ghép cặp với C.

 

Khi một tế bào phân chia, chuỗi xoắn kép tách theo chiều dọc để tạo thành hai chuỗi xoắn đơn, sau đó mỗi chuỗi xoắn tạo nên một mạch đối tác mới. Do đó, một A trên chuỗi xoắn hiện có gắn vào một T cho mạch mới. Nếu bazơ tiếp theo là C, nó sẽ liên kết với một G mới, v.v. Điều này dẫn đến hai chuỗi xoắn kép mới, mỗi chuỗi bao gồm một mạch của chuỗi xoắn kép ban đầu cộng với một mạch đối tác bổ sung mới. Do sự ghép cặp bazơ, hai chuỗi xoắn kép này giống hệt nhau và giống hệt chuỗi xoắn kép mẹ. Thông tin di truyền đã được sao chép từ tế bào ban đầu sang hai tế bào con của nó. Như chúng ta đã thấy, chỉ có bốn loại bazơ khác nhau trong DNA, nhưng số lượng của chúng là vô cùng lớn – hơn ba tỷ cặp bazơ được kéo dài dọc theo tất cả các phân tử DNA trong tất cả các nhiễm sắc thể của bộ gen người. Và thông tin di truyền này được đóng gói một cách tiết kiệm. Nối liền hai đầu, bộ phân tử DNA này có thể kéo dài hơn 6 ft (2 m), nhưng chúng lại cuộn chặt và gấp lại thành một tế bào nhỏ đến mức 500 phân tử có thể nằm gọn trên đầu một chiếc ghim.

 

Dự án Bộ gen Người bắt đầu vào năm 1990 với mục tiêu giải trình tự tất cả các bazơ DNA trong các phần chính của bộ gen. Dự án được tuyên bố hoàn thành vào tháng 4 năm 2003 và thông tin được cung cấp miễn phí trực tuyến cho công chúng, bao gồm các nhà khoa học nghiên cứu, bác sĩ, công ty dược phẩm, nhà công nghệ sinh học, công ty bảo hiểm nhân thọ, người cho vay thế chấp và luật sư. Dự án còn mang lại những tác động sâu rộng khác – hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động thực sự của gen, làm sáng tỏ những gì xảy ra trong các bệnh và tình trạng di truyền, và tìm hiểu cách thức và lý do tại sao DNA trong một số tế bào trong cơ thể thay đổi hoặc đột biến để tạo ra khối u, chẳng hạn. Chương trình Ý nghĩa Đạo đức, Pháp lý và Xã hội (ELSI) của dự án đã xem xét các hậu quả của kiến ​​thức này, đặc biệt là ứng dụng của nó vào sức khỏe và y học con người.

BỘ GEN CON NGƯỜI

Một nhà khoa học làm việc trong Dự án Bản đồ gen người năm 1998 tại Đại học Washington ở Hoa Kỳ sử dụng tia cực tím để nghiên cứu các chuỗi DNA của con người.

QUÉT BỘ GEN NGƯỜI

Một kỹ thuật viên làm việc tại Viện Công nghệ California sử dụng máy quét tròn để đọc các phần ảnh chụp X-quang DNA để phân tích trên máy tính.

 

“Bản thảo thô” được công bố vào tháng 6 năm 2000 đã liệt kê các trình tự cho khoảng 85 phần trăm các bazơ – 25 phần trăm có độ chính xác cao đến mức chúng được coi là hoàn thành, và hơn 50 phần trăm khác gần như vậy.

 

Một lĩnh vực nghiên cứu bộ gen đặc biệt là SNP (đa hình nucleotide đơn), phát âm là “snips”. Đây là những biến thể về vị trí của một bazơ cụ thể. Ví dụ, một người có thể có bazơ A ở một vị trí nhất định trên một nhiễm sắc thể cụ thể, trong khi người khác có thể có bazơ C. Trên thực tế, trung bình cứ 100-300 bazơ trên toàn bộ bộ gen người lại xuất hiện một lần. Chúng là một phần tạo nên sự độc đáo về mặt di truyền của mỗi người (ngoại trừ những cặp song sinh giống hệt nhau). Nhiều SNP không ảnh hưởng đến sức khỏe, nhưng một số thì có. Một SNP gây ra bệnh hồng cầu hình liềm, như đã đề cập ở trên, và hiện nay chúng ta biết rằng sự thay đổi hoặc đột biến này xảy ra trong một gen gọi là HBB, chứa các chỉ dẫn cho một phần của hemoglobin. Nhiễm sắc thể mà nó xuất hiện dài khoảng 134 triệu cặp bazơ, có khoảng 1.500 gen và liên quan đến hơn 150 rối loạn di truyền và các vấn đề sức khỏe khác. Khi những chi tiết như thế này được biết đến về các rối loạn di truyền, hy vọng là chúng sẽ dẫn đến việc điều trị tốt hơn và khả năng chữa khỏi.

 

SNP giúp theo dõi các rối loạn di truyền qua các dòng họ, ngay cả khi bản thân các SNP không trực tiếp gây ra rối loạn. Những SNP nằm gần hoặc nằm giữa các trình tự đột biến có thể hoạt động như “dấu hiệu” để xác định các kiểu di truyền. SNP và những thay đổi tương tự trong gen cũng liên quan đến các hiện tượng tổng quát hơn, chẳng hạn như phản ứng với các yếu tố môi trường như độc tố hít phải; phản ứng với một số loại thuốc và thực phẩm; và nguy cơ mắc các bệnh cụ thể – thậm chí cả các bệnh phức tạp như ung thư. Ví dụ, vào năm 2010, gen APCDD1 được cho là có liên quan đến một dạng rụng tóc di truyền. Vào năm 2011, việc mất một nhóm, hoặc một cụm, gồm 27 gen, được cho là có liên quan đến các đặc điểm giống tự kỷ. Vào năm 2013, một nghiên cứu  đã báo cáo tìm thấy thêm bảy vị trí hoặc locus trong bộ gen liên quan đến thoái hóa điểm vàng do tuổi tác, đây là nguyên nhân chính gây mất thị lực ở người cao tuổi.

 

Khi chúng ta tìm hiểu thêm về gen, chức năng của chúng và cách chúng hoạt động sai lệch, câu hỏi đặt ra là: liệu chúng ta có thể điều trị các bệnh lý di truyền bằng cách đưa DNA bình thường vào cơ thể để giúp nó sản xuất một chất, chẳng hạn như enzyme hoặc hormone, vốn bị thiếu hụt hoặc bất thường hay không? Việc đưa DNA bình thường vào các tế bào cơ thể được gọi là “chuyển giao”, và một phương pháp như vậy sử dụng vi rút. Khi một vi rút xâm nhập vào tế bào, nó sẽ chiếm quyền điều khiển bộ máy sản xuất của tế bào, sau đó sử dụng chính các gen của nó để tạo ra nhiều vi rút hơn. Trong liệu pháp gen, vi rút được sử dụng để đưa các gen bình thường của người vào tế bào. Vi rút được sử dụng theo cách này được gọi là “vectơ vi rút”. Kỹ thuật vectơ này đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học sinh học khác kể từ những năm 1970, chẳng hạn như để tạo ra vi khuẩn và cây trồng biến đổi gen. Một hình thức khác của liệu pháp gen là chèn các gen chính xác dưới dạng các đoạn DNA “trần”. Một trong những kỹ thuật như vậy, điện di, bao gồm việc áp dụng một điện trường vào tế bào theo những xung ngắn và đột ngột, để tạo ra các lỗ chân lông trên lớp vỏ ngoài của tế bào, qua đó các phân tử hoặc chất lớn hơn bình thường có thể đi qua – bao gồm thuốc tiêu diệt khối u, hoặc các đoạn DNA để sửa chữa một bệnh di truyền. Điện di đã được thực hiện trên cả tế bào trôi nổi trong chất lỏng phòng thí nghiệm (in vitro) và trên mô sống được tiếp cận bằng các đầu dò nhỏ được đưa vào cơ thể (in vivo). Việc đưa gen vào tế bào theo cách này được gọi là chuyển gen bằng điện. Một cách khác để đưa DNA vào là bọc nó trong các chất béo để tạo thành các bong bóng nhân tạo, hay còn gọi là liposome, sau đó được tiêm vào tế bào. Phương pháp này được sử dụng để điều trị ung thư. DNA khỏe mạnh kích hoạt các gen tiêu diệt ung thư tự nhiên đã có sẵn trong bộ gen, vốn không hoạt động vì lý do nào đó. Khi được kích hoạt trở lại, các gen này sẽ chống lại sự phát triển của ung thư. Phương pháp đưa thuốc vào cơ thể bằng liposome cũng đã được nghiên cứu cho bệnh xơ nang di truyền. Dù sử dụng phương pháp nào, mục tiêu là đưa càng nhiều gen bình thường vào càng nhiều tế bào càng tốt và đảm bảo chúng duy trì hoạt động càng lâu càng tốt.

CỤM LIPOSOME

Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét này cho thấy các liposome – bong bóng được làm từ cùng vật liệu với màng tế bào – được sử dụng để đưa DNA vào bệnh nhân.

 

“Có hình thức nghiên cứu nào về nhân loại có hiệu quả hơn việc đọc sách hướng dẫn của chính mình không?”

FRANCIS S. COLLINS, NHÀ DI TRUYỀN HỌC HOA KỲ

 

Năm 1990, liệu pháp gen đã trở nên phổ biến khi một bé gái bốn tuổi được điều trị một chứng rối loạn enzyme hiếm gặp gọi là thiếu hụt ADA (adenosine deaminase). Tuy nhiên, niềm tin vào phương pháp điều trị mới đã bị lung lay vào năm 1999, khi Jesse Gelsinger qua đời tại Philadelphia, Pennsylvania. Gelsinger, khi đó mới 18 tuổi, đang tham gia nghiên cứu lâm sàng về một chứng rối loạn di truyền khiến gan không thể xử lý amoniac, một sản phẩm thải ra khi protein bị phân hủy. Các vectơ vi rút đã được sử dụng để đưa các bản sao bình thường của gen vào, nhưng hệ thống miễn dịch của Gelsinger đã phản ứng một cách thảm khốc. Anh bị tổn thương não, hôn mê và qua đời bốn ngày sau đó. Các cuộc điều tra sau đó cho thấy nhóm thử nghiệm trước đó đã không thông báo cho Gelsinger và gia đình anh về các phản ứng với phương pháp điều trị. Tiếp theo đó là tin tức rằng các thử nghiệm liệu pháp gen khác đã thất bại, với hơn 600 báo cáo về “biến cố bất lợi”, bao gồm cả tử vong. Những bi kịch này là những đòn giáng mạnh vào liệu pháp gen, nhưng theo thời gian, số lượng các thử nghiệm lâm sàng đã tăng lên.

 

Một lĩnh vực mà liệu pháp gen IS đang phát triển mạnh là tiêm chủng – đưa các phiên bản vô hại của vi khuẩn gây bệnh hoặc các sản phẩm của nó vào cơ thể. Hệ thống miễn dịch của cơ thể nhận diện các chất lạ, được gọi là kháng nguyên, và huy động hệ thống phòng thủ chống lại chúng. Tiêm chủng DNA tiến xa hơn một bước và đưa vào cơ thể các gen nhân tạo mang thông tin chỉ dẫn để tạo ra kháng nguyên. Khi các kháng nguyên được sản sinh, cơ chế phòng vệ của cơ thể sẽ hoạt động. Các loại vắc-xin như vậy đã được thử nghiệm từ những năm 1990, và mục tiêu của chúng bao gồm bệnh lao, HIV và sốt rét. Tiêm chủng DNA có thể giúp loại trừ các bệnh này, cũng như các nghiên cứu di truyền như nghiên cứu lý do tại sao bệnh hồng cầu hình liềm bảo vệ con người khỏi bệnh sốt rét.

 

Trong những năm 1980, ước tính tổng số gen trong bộ gen người thường vượt quá 100.000. Khi Dự án Bộ gen Người tiến triển, giới khoa học đã đồng thuận giảm con số này xuống còn 60.000-70.000, rồi xuống còn 40.000-50.000. Năm 2013, khoảng 10 năm sau khi dự án kết thúc, hầu hết các ước tính đều nằm trong khoảng 20.000-25.000 – một con số mà 20 năm trước đó dường như quá nhỏ đối với một sinh vật phức tạp và tinh vi như con người. Hơn nữa, hầu hết DNA trong bộ gen người không thực sự đại diện cho mã di truyền. Các trình tự bazơ mà chúng ta gọi là gen, được gọi là DNA mã hóa, chỉ chiếm chưa đến hai phần trăm bộ gen. Phần còn lại, DNA không mã hóa, được cho là một mảng các phần thừa vô hại hoặc các bản sao ngẫu nhiên của thứ đôi khi được gọi là “DNA rác”. Gần đây, người ta đã chứng minh được rằng phần lớn DNA này thực chất không phải là “rác” và chứa các hướng dẫn để tạo ra các chất và phân tử kiểm soát hoạt động của gen, thời điểm và cách thức hoạt động của gen.

 

Sau nhiều thập kỷ hứa hẹn nhưng không thành hiện thực, năm 2017 đã chứng kiến ​​những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực y học này, đặc biệt là trong lĩnh vực huyết học, với một số liệu pháp mới đã được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt. Liệu pháp gen cũng đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong việc chữa trị các rối loạn di truyền nghiêm trọng, và năm 2018, FDA cũng đã phê duyệt liệu pháp gen đầu tiên nhắm vào DNA đột biến cho những bệnh nhân mắc một dạng mù di truyền hiếm gặp. Tất cả những điều này có ý nghĩa to lớn đối với việc nghiên cứu bệnh di truyền và thiết kế các liệu pháp gen cho tương lai.

 

Mã Di Truyền

 

Mọi sinh vật sống đều được tạo thành từ các chất hóa học phức tạp gọi là protein. Chất liệu trong nhân tế bào kiểm soát cách sản xuất các protein này và do đó quyết định sự giống và khác nhau giữa các cá thể chính là DNA (axit deoxyribonucleic). DNA có cấu trúc chuẩn mực. Nó được James Watson và Francis Crick xác định là một chuỗi xoắn kép giống như hai lò xo xoắn vào nhau vào năm 1953.

 

DNA hiện diện trong mọi tế bào sống và chứa một tập hợp các chỉ dẫn – gen – kiểm soát các đặc điểm di truyền. Khi một sinh vật phát triển, các tế bào của nó phân chia theo cách mà mỗi tế bào đều có một bản sao của các chỉ dẫn DNA để tạo ra protein. Vì vậy, các gen là nhất quán trong một cá thể, nhưng khác nhau giữa các cá thể trong cùng một loài. Việc giải mã di truyền – cách các gen ảnh hưởng đến cấu trúc hóa học của cơ thể – vẫn đang tiếp tục thu hút các nhà khoa học, và đang dẫn đến sự hiểu biết sâu sắc hơn về các bệnh lý và rối loạn di truyền.

 

Friedrich Miescher

Nhà khoa học Thụy Sĩ Friedrich Miescher bắt đầu nghiên cứu protein trong tế bào bạch cầu ngay sau khi tốt nghiệp bác sĩ vào năm 1868-1869. Trong nhân tế bào, ông tìm thấy một chất chứa phosphat và các nguyên tố khác thường không có trong protein. Miescher đặt tên cho chất bí ẩn này là “nuclein“, vì nó có trong nhân tế bào, và thuật ngữ này vẫn là một phần trong tên gọi hiện đại của chất này: axit deoxyribonucleic (DNA).

FRIEDRICH MIESCHER TRỞ THÀNH GIÁO SƯ SINH LÝ HỌC TẠI ĐẠI HỌC BASEL NĂM 1871

 

XOẮN KÉP

DNA là một phân tử chuỗi dài được tạo thành từ các khối xây dựng lặp lại gọi là nucleotide (xem hình dưới). Cách sắp xếp các nucleotide ảnh hưởng đến thành phần của protein.

 

• Các cặp bazơ bổ sung của các nucleotide được sắp xếp theo một thứ tự cụ thể được sao chép trước khi tế bào phân chia (hình dưới)

 

 

• Nhân tế bào là trung tâm điều khiển của tế bào và chứa DNA dưới dạng nhiễm sắc thể

 

• DNA cuộn quanh các protein gọi là histone

 

• Liên kết adenine-thymine (cặp bazơ A-T)

 

• Protein histone hoạt động như một khung đỡ cho một lượng lớn DNA cuộn quanh

 

• Liên kết guanine-cytosine (cặp bazơ G-C)

 

• Chuỗi xoắn kép DNA bao gồm hai chuỗi nucleotide. Các chuỗi này được tạo thành từ các đơn vị đường và phosphate nằm ở hai bên của lõi các cặp bazơ.

 

Cấu trúc của DNA

Nucleotide, các khối xây dựng nên DNA, mỗi nucleotide được tạo thành từ một loại đường, một loại photphat và một loại bazơ. Có bốn loại bazơ, mỗi loại chỉ ghép đôi theo hai cách do hình dạng và kích thước của chúng. Mỗi cặp bao gồm một bazơ lớn và một bazơ nhỏ.

Robot và Y Học Từ Xa

Ở chiến trường tương lai, một chiếc xe tải bọc thép đến gần tiền tuyến – một đơn vị phẫu thuật quân sự – sẵn sàng hành động. Bên trong là một phòng phẫu thuật thu nhỏ chứa đầy thiết bị chẩn đoán và phẫu thuật. Mỗi thương binh đưa vào đều được kết nối với màn hình để đánh giá chi tiết, sau đó, phương pháp điều trị chuyên môn nhanh chóng, bao gồm cả phẫu thuật, được thực hiện cho hầu hết mọi bộ phận trên cơ thể bởi các chuyên gia tư vấn hàng đầu trong hầu hết mọi ngành y. Tuy nhiên, đơn vị chỉ có một số ít nhân viên được đào tạo bài bản. Các chuyên gia y tế ở hậu phương, cung cấp dịch vụ của họ từ xa thông qua truyền thông vệ tinh siêu nhanh và công nghệ phẫu thuật bằng robot. Đây là một kịch bản cho phẫu thuật từ xa, bản thân nó là một nhánh của y học từ xa – chăm sóc y tế từ xa. Y học từ xa chỉ là một phần nhỏ của cuộc cách mạng y học đang được thúc đẩy bởi máy tính và công nghệ thông tin – một cuộc cách mạng bắt đầu vào đầu thế kỷ 20 và đang phát triển mạnh mẽ.

 

Năm 2001, phẫu thuật từ xa lần đầu tiên được thực hiện qua Đại Tây Dương. Các bác sĩ phẫu thuật ở New York đã tham gia cùng bệnh nhân và nhóm phẫu thuật tại Strasbourg, Pháp, bằng liên kết cáp quang tốc độ cao. Được hướng dẫn bởi các camera hiển thị cận cảnh khu vực phẫu thuật, cùng với thông tin hiển thị trên màn hình bệnh nhân và âm thanh hai chiều, các bác sĩ phẫu thuật ở New York đã vận hành một bảng điều khiển phẫu thuật từ xa, các chuyển động của bảng điều khiển này được sao chép tại Strasbourg bằng các cánh tay và thiết bị hiệu ứng robot. Bệnh nhân nữ 68 tuổi đã trải qua phẫu thuật cắt túi mật nội soi qua một vết rạch nhỏ. Vì đây chủ yếu là một thử nghiệm tiên phong để chứng minh tiềm năng của phẫu thuật từ xa, nên một nhóm y tế giàu kinh nghiệm đã túc trực tại Pháp để phòng trường hợp có sự cố. Một trong những thách thức mà các bác sĩ phẫu thuật từ xa phải đối mặt là làm cho các robot thao tác sao chép các chuyển động của bác sĩ phẫu thuật gần như theo thời gian thực qua một khoảng cách gần 4.350 dặm (7.000 km). Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng độ trễ thời gian hơn 250-300 mili giây (khoảng một phần tư giây) từ chuyển động của người vận hành đến camera của cánh tay robot và trở lại màn hình hiển thị của người vận hành có thể khiến bác sĩ phẫu thuật cảm thấy bị hụt hẫng và mất phương hướng. Độ trễ giữa NY-Strasbourg và NY là 155 mili giây có thể chấp nhận được. Một yếu tố quan trọng khác là phải có một đường truyền thông tin riêng biệt, không giống như lưu lượng truy cập web thông thường trên toàn thế giới, không được chậm lại hoặc bị ngắt quãng, và phải có thể tải được lượng dữ liệu cần thiết để điều khiển robot, giám sát y tế và giao tiếp âm thanh, hình ảnh hai chiều. Toàn bộ ca phẫu thuật kéo dài chưa đầy một giờ và bệnh nhân đã xuất viện hai ngày sau đó. Sự kiện quan trọng này được đặt tên là “Phẫu thuật Lindbergh”, theo tên chuyến bay đầu tiên xuyên Đại Tây Dương một mình, không ngừng nghỉ của Charles Lindbergh vào năm 1927. Giáo sư Jacques Marescaux, Giám đốc Viện Phẫu thuật Từ xa Châu Âu, người đã thực hiện ca phẫu thuật từ xa từ New York, cho biết: “Nó đặt nền móng cho việc toàn cầu hóa các quy trình phẫu thuật, giúp chúng ta có thể hình dung rằng một bác sĩ phẫu thuật có thể thực hiện một ca phẫu thuật cho bệnh nhân ở bất kỳ đâu trên thế giới”.

 

Ca phẫu thuật Lindbergh sử dụng một hệ thống robot ba cánh tay từ xa gọi là ZEUS, được điều khiển bằng chuyển động của bàn tay bác sĩ phẫu thuật. Hai cánh tay của ZEUS giữ các dụng cụ phẫu thuật, bao gồm một ống soi ổ bụng, trong khi cánh tay còn lại giữ một bộ định vị ống soi ổ bụng gọi là AESOP (Hệ thống Nội soi Tự động Định vị Tối ưu). Ống soi ổ bụng là một ống dài, mảnh có thể mang đèn, camera và nhiều dụng cụ phẫu thuật khác nhau bao gồm kẹp, kẹp gắp, dụng cụ nghiền, lưỡi dao và đầu đốt. Ống soi được đưa vào cơ thể bệnh nhân thông qua một vết rạch nhỏ trên thành bụng. Nội soi ổ bụng là một ví dụ về phẫu thuật xâm lấn tối thiểu, hay còn gọi là “phẫu thuật lỗ khóa”, so với phương pháp rạch lớn truyền thống, giúp giảm đáng kể sự phá vỡ mô, mất máu, đau sau phẫu thuật, thời gian hồi phục nhanh và ít sẹo. AESOP được thiết kế chủ yếu để giúp bác sĩ phẫu thuật điều khiển ống soi ổ bụng, và do đó, đây là giai đoạn đầu của phẫu thuật robot hỗ trợ bởi máy tính.

PHẪU THUẬT LINDBERGH

Các bác sĩ quan sát cánh tay điều khiển từ xa của robot phẫu thuật ZEUS thực hiện phẫu thuật cắt túi mật nội soi trong Ca phẫu thuật Lindbergh lịch sử năm 2001.

 

Tiếp nối AESOP và ZEUS là hệ thống Da Vinci vào năm 2000. Sử dụng công nghệ vũ trụ của NASA ban đầu được điều chỉnh cho điều kiện chiến trường, hệ thống Da Vinci có ba hoặc bốn cánh tay robot. Một cánh tay mang theo ống nội soi và camera kép dùng để hiển thị hình ảnh 3D, trong khi các cánh tay còn lại giữ các dụng cụ phẫu thuật khác nhau. Cánh tay và cổ tay của robot tận dụng rất nhiều trục xoay và khớp xoay, giúp chúng có phạm vi chuyển động rộng hơn bất kỳ con người nào. Bác sĩ phẫu thuật sử dụng tay, chân, đầu và giọng nói để điều khiển ống nội soi, dụng cụ, màn hình hiển thị, ánh sáng và các tính năng khác.

PHẪU THUẬT TIM TỪ XA

Một bác sĩ phẫu thuật đang vận hành cánh tay robot da Vinci trong ca ghép tạng đầu tiên được thực hiện bằng hệ thống này. Ca phẫu thuật diễn ra tại Bệnh viện Guy’s và St. Thomas, London, vào năm 2004.

 

Hàng trăm nghìn ca phẫu thuật được thực hiện hàng năm bởi da Vinci, mặc dù hầu hết trong số chúng không được thực hiện trên khoảng cách xa, nhưng người vận hành và bảng điều khiển thường được đặt ngay cạnh giường bệnh nhân. Giao diện máy tính/robot này cực kỳ đắt đỏ đối với nhiều trung tâm y tế, nhưng được cho là có lợi thế hơn so với thao tác thủ công trực tiếp. Ví dụ, nó giúp giảm rung động nhỏ thông thường của bàn tay mà ngay cả những bác sĩ phẫu thuật giàu kinh nghiệm nhất cũng khó tránh khỏi. Hệ thống có thể “giảm tốc” để một chuyển động lớn của bàn tay tạo ra một phiên bản chuyển động robot nhỏ hơn nhiều, do đó cải thiện độ chính xác cho vi phẫu. Hệ thống giúp phát hiện và loại bỏ các trường hợp trượt tay hiếm gặp, và bác sĩ phẫu thuật có thể ngồi ở tư thế thoải mái, hiệu quả, giảm thiểu mệt mỏi. Nó cũng cho phép bác sĩ phẫu thuật chạy các thao tác thử nghiệm trên bảng điều khiển; hệ thống lấy thông tin chi tiết từ bệnh nhân thực tế và điều chỉnh chúng bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu để hiển thị kết quả dự đoán trên bệnh nhân ảo. Nếu mọi thứ đều ổn, bác sĩ phẫu thuật sẽ ra lệnh cho các robot thực hiện thao tác.

 

Vào những năm 2000, phẫu thuật từ xa đã đạt đến một tầm cao mới về độ nhạy cảm ứng, hay phản hồi xúc giác. Các mảng cảm biến phát hiện những rung động nhỏ nhất đi qua các dụng cụ phẫu thuật, cung cấp thông tin như sức cản của mô và độ trơn của dịch. Thông tin này được phản hồi dưới dạng lực cản trong bộ điều khiển của bác sĩ phẫu thuật, cho phép bác sĩ cảm nhận được những gì đang diễn ra.

 

Phẫu thuật hỗ trợ bằng robot vi tính có danh sách ứng dụng ngày càng mở rộng. Cắt tử cung và các thủ thuật phụ khoa khác, phẫu thuật bắc cầu van tim và động mạch vành, cắt bỏ khối u, và phẫu thuật thần kinh đều đã được thực hiện theo cách này, và các hình thức phẫu thuật từ xa, trong đó bệnh nhân và bác sĩ phẫu thuật ở xa nhau, cũng đang gia tăng. Hướng dẫn và giảng dạy từ xa cho phép các bác sĩ phẫu thuật giàu kinh nghiệm tư vấn, theo dõi và thậm chí hỗ trợ các học viên trên toàn thế giới khi họ thực hành trên động vật hoặc bệnh nhân ảo mô phỏng trên máy tính, hoặc thậm chí (với tất cả các biện pháp bảo vệ) với bệnh nhân thực tế. Các bác sĩ phẫu thuật cũng có thể theo dõi và hỗ trợ lẫn nhau, thảo luận về các ca bệnh cụ thể và chia sẻ kiến ​​thức.

 

Phẫu thuật từ xa là đỉnh cao công nghệ của việc sử dụng máy tính ngày càng tăng trong y học. Ở nhiều nơi trên thế giới, máy tính hoạt động âm thầm hỗ trợ bác sĩ và bệnh nhân. Chúng phân tích và hình ảnh hóa các phân tử và hợp chất có tiềm năng trở thành thuốc mới, đồng thời phối hợp dữ liệu về hiệu quả và tác dụng phụ của thuốc. Chúng xử lý số liệu để theo dõi các đợt bùng phát dịch bệnh, và liên kết nguyên nhân và kết quả cho các nhà dịch tễ học. Chúng làm sắc nét, tô màu và giải thích hình ảnh từ máy quét, vốn cũng dựa vào sức mạnh của máy tính, và đề xuất chẩn đoán dựa trên những dữ liệu này. Bảng câu hỏi bệnh sử tự động bằng máy tính giúp bác sĩ sử dụng thời gian hiệu quả hơn, và bằng chứng cho thấy bệnh nhân trả lời máy tính trung thực hơn so với bác sĩ, đặc biệt là về các chủ đề nhạy cảm, chẳng hạn như rượu bia, ma túy và quan hệ tình dục. Từ việc cảnh báo bác sĩ chăm sóc sức khỏe ban đầu về tác dụng phụ của thuốc đối với một bệnh nhân cụ thể, đến việc thực hiện phẫu thuật cứu sống một phi hành gia thông qua một bác sĩ phẫu thuật từ xa ngay trên Trái Đất, những thiết bị điện tử này một ngày nào đó có thể thay thế bác sĩ. Trong khi đó, y học – nhất là phẫu thuật – đang trở nên khó tưởng tượng nếu không có chúng.

PHẪU THUẬT ROBOT

Một bác sĩ phẫu thuật (bên trái) thực hiện phẫu thuật xâm lấn tối thiểu (MIS, hay phẫu thuật “lỗ khóa”) trên tim của bệnh nhân bằng robot da Vinci điều khiển từ xa. Bác sĩ phẫu thuật xem hình ảnh ba chiều của vị trí phẫu thuật trên màn hình.

 

Y Học Cấp Cứu

 

“Đó là một sự cố lớn. Báo động tất cả lực lượng ứng cứu đầu tiên, nhân viên y tế, và đưa các EMT (kỹ thuật viên y tế cấp cứu) khác đến. Huy động trực thăng cứu thương. Liên hệ với ER (Phòng Cấp cứu), ICU (Đơn vị Chăm sóc Tăng cường), CCU (Đơn vị Chăm sóc Tim mạch), HDU (Đơn vị Chăm sóc Phụ thuộc Cao). Chuẩn bị cho phân loại mức độ nguy cấp, SCA (Ngưng tim đột ngột), MI (Nhồi máu cơ tim), CAB (Tuần hoàn-Đường thở-Hô hấp, CPR (Hồi sinh Tim Phổi), Defib (Khử rung tim và AED (Máy khử rung tim ngoài tự động). Chúng ta sẽ đo BP (huyết áp) và các dấu hiệu sinh tồn khác, đo sats (độ bão hòa oxy)…” Y học đầy rẫy những từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành. Một trong những ngành giàu thuật ngữ chuyên ngành nhất là y học cấp cứu, hay EM – một phần, người ta nói, để rút ngắn thời gian nói, đọc và viết trong lĩnh vực chăm sóc y tế, nơi thời gian là vô cùng quý giá.

 

Đã trải qua một hành trình dài từ các quy trình cấp cứu trên chiến trường La Mã Cổ đại, Ba Tư và Trung Quốc (chủ yếu là thắt garo gần vết thương, hoặc khâu vết thương hở bằng dao găm và chỉ xé từ quần áo) đến dịch vụ cấp cứu y tế (EMS) tinh vi ngày nay. Tiến bộ trong y học cấp cứu đã tăng tốc, đặc biệt là từ những năm 1980, nhờ vào giao tiếp tức thời qua điện thoại di động và internet, việc vận chuyển bệnh nhân và nhân sự ngày càng nhanh chóng bằng ô tô, trực thăng, máy bay và tàu cao tốc, và việc sử dụng máy tính trong chẩn đoán và lập kế hoạch điều trị. Cũng có một xu hướng ngày càng chuyên nghiệp hóa, từ những người nghiệp dư hoảng loạn thử nghiệm các kỹ thuật sơ cứu lúc nhớ lúc quên, đến các chuyên gia được đào tạo bài bản, có trình độ cao và liên tục cập nhật kiến ​​thức trong lĩnh vực này. Thuật ngữ chính xác có thể khác nhau tùy theo quốc gia và khu vực, nhưng hiện nay có rất nhiều nhân viên y tế cấp cứu được cấp phép, từ nhân viên sơ cứu không chuyên, được cấp phép đến nhân viên ứng cứu, nhân viên sơ cứu cơ bản và kỹ thuật viên y tế cấp cứu (EMT) và nhân viên y tế cấp cứu chuyên sâu. Ngoài ra còn có nhân viên khoa cấp cứu (ED) và phòng cấp cứu (ER) của trung tâm y tế và bệnh viện, chẳng hạn như y tá, bác sĩ nội trú và bác sĩ chuyên khoa cao cấp.

 

Là một nhánh chính thức của hệ thống y tế, y học cấp cứu còn khá non trẻ. Các bác sĩ chuyên khoa bệnh viện đầu tiên của ngành này được bổ nhiệm vào những năm 1950. Trước đó, nhân viên từ các chuyên khoa khác đã làm nhiệm vụ luân phiên tại Phòng Cấp cứu. Các khoa y học cấp cứu được công nhận đầy đủ đã được thành lập tại các bệnh viện lớn ở Hoa Kỳ, Châu Âu, Canada, Úc và Nhật Bản từ những năm 1970. Tạp chí Y học Cấp cứu Hoa Kỳ (American Journal of Emergency Medicine) ra đời năm 1983; Tạp chí Y học Cấp cứu Vương quốc Anh phát hành số 1 năm 1984; và đến năm 2010, một cuộc khảo sát lớn cho thấy khoảng một phần ba các quốc gia trên thế giới đã công nhận y học cấp cứu là một chuyên khoa chính thức.

 

Mọi chuyện bắt đầu từ đâu? Trong cuộc Thập tự chinh lần thứ nhất (1096-1099), quân đội châu Âu đã tổ chức các nhóm như Hiệp sĩ Dòng Thánh John thành Jerusalem (Hiệp sĩ Bệnh viện), chuyên sơ cứu cho binh lính bị thương trong trận chiến và giúp đỡ những người hành hương cần điều trị y tế. Một trong những tổ chức sơ cứu hàng đầu của Vương quốc Anh, St. John Ambulance, có nguồn gốc từ thời điểm này. Các tổ chức như vậy tiếp tục hoạt động trong suốt thời Trung cổ muộn và thời Phục hưng, đặc biệt là trên khắp châu Âu. Vào đầu thế kỷ 19, bác sĩ phẫu thuật chiến trường Nam tước Dominique Jean Larrey và các cố vấn của ông đã tiên phong trong khái niệm xe cứu thương dưới hình thức vận chuyển nhanh bằng ngựa kéo cho những người bị thương trong quân đội của Napoleon. Họ đã sắp xếp nhân sự được đào tạo y tế để điều hành các đơn vị tiền tuyến và thành lập các phiên bản đầu tiên của các cơ sở chăm sóc y tế chiến đấu hoặc bệnh viện dã chiến. Các nhóm của Larrey đã tinh chỉnh ý tưởng về phân loại – quá trình đánh giá và ưu tiên nhanh chóng cho bệnh nhân khi đối mặt với những chấn thương quá nặng. Những người có khả năng được cứu sống đã được ưu tiên, trước những người có khả năng hồi phục mà không cần can thiệp y tế và những người ít có khả năng sống sót ngay cả khi được điều trị. Cả tỷ lệ thành công trong điều trị và phân loại đều đã được cải thiện vượt bậc, nhưng những vấn đề thực tiễn và đạo đức cơ bản vẫn như cũ, và xung đột vũ trang vẫn là chất xúc tác cho những tiến bộ trong y học cấp cứu.

BÁC SĨ PHẪU THUẬT CHIẾN TRƯỜNG

Nam tước Dominique Jean Larrey, bác sĩ phẫu thuật trưởng của quân đội Napoleon, đang cấp cứu cho một người lính trong Trận Hanau năm 1813.

 

Ngày nay, một trong những phương pháp điều trị phổ biến nhất trong cấp cứu là hô hấp nhân tạo. Phương pháp này có lịch sử lâu đời, được nhắc đến từ thời cổ đại và thời Trung cổ, nhưng chỉ đến thế kỷ 18, nó mới trở nên phổ biến. Năm 1744, bác sĩ phẫu thuật người Scotland William Tossach đã ghi lại một ví dụ điển hình khi ông cứu sống một thợ mỏ than đang hôn mê: “Tim và động mạch không còn đập, thậm chí không còn hơi thở. Tôi áp miệng sát vào miệng anh ta và thổi mạnh hết sức có thể; nhưng vì quên bịt lỗ mũi anh ta nên toàn bộ không khí đều thoát ra mũi; vậy nên khi dùng một tay bóp chặt chúng… tôi lại thổi… nâng ngực anh ta lên, tôi lập tức cảm thấy sáu hoặc bảy nhịp tim rất nhanh.” Phương pháp này lan rộng khắp châu Âu và Bắc Mỹ vào những năm 1760 và 1770 khi các “tổ chức cứu hộ” được thành lập – chủ yếu để ứng phó với số lượng người tử vong do rơi xuống sông băng vào mùa đông. Việc thông khí đôi khi được thực hiện bằng ống thổi (có thể dùng để thổi khói thuốc lá thay vì không khí), nhưng phương pháp hô hấp nhân tạo tỏ ra hiệu quả hơn.

BỘ HỒI SỨC

Thiết bị thổi khói thuốc lá vào phổi bệnh nhân này ra đời vào thế kỷ 19 và được sử dụng để hồi sinh những người đã ngừng tim và ngừng thở.

 

Đây là cách một trong những kỹ thuật cấp cứu nổi tiếng và quan trọng nhất đã phát triển: CPR (hồi sức tim phổi). Vào đầu những năm 1900, phần “tim” của quy trình – ECC (ép tim ngoài lồng ngực) – đã được thêm vào phần “phổi” của hô hấp hỗ trợ. Áp lực đều đặn lên xương ức sẽ ép tim bên dưới, đẩy máu ra khỏi tim và chảy dọc theo các động mạch. Các van tim và tĩnh mạch chính  duy trì một loại lưu lượng tuần hoàn một chiều và phân phối ít nhất một lượng oxy đến các cơ quan quan trọng – quan trọng nhất là đến não. Đến những năm 1960, CPR đã có nền tảng khoa học hơn và được khuyến nghị không chỉ cho nạn nhân đuối nước mà còn cho các trường hợp cấp cứu y tế như SCA (đột quỵ), trong đó tim đột nhiên ngừng đập. SCA có nhiều nguyên nhân, bao gồm cả dạng đau tim phổ biến – khi một mảng mỡ tích tụ bên trong động mạch gọi là mảng xơ vữa bong ra và gây ra cục máu đông trong các động mạch cung cấp máu cho cơ tim, dẫn đến nhồi máu cơ tim (MI). SCA là một trong những lý do chính khiến phải gọi cấp cứu.

 

CPR là một phần của quy trình gọi là “ABC” để điều trị nạn nhân bất tỉnh, không có nhịp thở hoặc mạch đập. Từ viết tắt ABC là viết tắt của Airway (đường thở), Breathing (hô hấp), Circulation (tuần hoàn): A, đảm bảo đường thở xuống phổi không bị tắc nghẽn; B, hỗ trợ hô hấp bằng miệng-miệng; C, thúc đẩy tuần hoàn bằng cách ấn ngực. Mỗi bước đều cần thiết để bước tiếp theo thành công, hỗ trợ hô hấp sẽ vô ích, ví dụ, nếu đường thở bị tắc nghẽn, chẳng hạn như do nôn mửa. ABC được phát triển vào những năm 1950 bởi các bác sĩ Peter Safar và James Elam tại Hoa Kỳ. Safar đã viết cuốn ABC of Resuscitation (1957) và Elam đã xuất bản cuốn Rescue Breathing (1959). Năm 2018, Hiệp hội Tim mạch Hoa Kỳ (AHA) và các chuyên gia khác của Hoa Kỳ đã khuyến nghị đổi ABC thành CAB (trừ trường hợp trẻ sơ sinh) và tăng tốc độ ép tim từ 100 lên 120 lần/phút. Điều này chuyển nhiệm vụ đầu tiên của nạn nhân từ việc kiểm tra đường thở và hỗ trợ hô hấp sang ép tim và duy trì tuần hoàn. AHA giải thích: “Trong trình tự A-B-C, ép ngực thường bị trì hoãn trong khi người cấp cứu mở đường thở để thực hành hô hấp miệng qua miệng hoặc đi lấy thiết bị che chắn hoặc thiết bị thông khí khác. Bằng cách thay đổi trình tự thành C-A-B, khâu ép ngực sẽ được bắt đầu sớm hơn và việc thông khí chỉ bị trì hoãn một chút cho đến khi hoàn thành chu kỳ ép ngực đầu tiên (30 lần ép ngực).” Việc ép ngực trước tiên làm chậm thời gian bắt đầ quá trình hỗ trợ hô hấp chưa đến 20 giây, và hầu hết mọi người có thể nín thở lâu hơn thời gian này. Một xu hướng gần đây khác là bỏ qua việc hỗ trợ hô hấp và tập trung vào ép ngực sau khi đường thở đã thông thoáng, vì ép ngực giúp không khí di chuyển vào và ra khỏi phổi.

 

Một biến thể của CAB/ABC là thêm chữ D “defib” (khử rung tim) vào, tức là gây sốc điện được kiểm soát cẩn thận qua ngực và tim, nhằm kích thích hệ thống điều khiển điện của tim hoạt động trở lại. Máy khử rung tim đã tồn tại từ hơn một thế kỷ, mặc dù ban đầu chúng chỉ được thiết kế để sử dụng trên động vật. Lần đầu tiên máy khử rung tim được sử dụng trong bệnh viện là vào năm 1947, trên những quả tim bị hở trong phẫu thuật mở ngực. Việc khử rung tim được áp dụng cho lồng ngực kín từ giữa những năm 1950, bằng cách sử dụng “mái chèo” điện cực được ấn vào da. Trong thập kỷ tiếp theo, máy khử rung tim di động xuất hiện và nhanh chóng được mang theo trên hầu hết các xe cứu thương và phương tiện vận chuyển y tế khẩn cấp. Vào những năm 1970, tại Portland, Oregon, bác sĩ Archibald Warren “Arch” Diack và các cộng sự đã phát minh ra thiết bị đầu tiên mà ngày nay được gọi là AED, hay máy khử rung tim ngoài tự động. Ở Anh, các phiên bản đầu tiên, được thử nghiệm vào những năm 1980, được gọi là Heart Aid (Máy Trợ Tim). Thiết bị điện tử đã làm cho AED nhỏ hơn và dễ sử dụng hơn, sao cho sau khi được kết nối với bệnh nhân, có thể chẩn đoán khẩn cấp và áp dụng phương pháp điều trị phù hợp. Máy AED hiện nay có thể được sử dụng mà không cần đào tạo nhiều hoặc thậm chí không cần đào tạo, và được lắp đặt ở mọi nơi, từ văn phòng và nhà máy đến trung tâm mua sắm, trung tâm bơi lội và phòng tập thể dục.

 

Ngoài máy khử rung tim và các thiết bị y tế khác, có rất nhiều loại thuốc dành cho bệnh nhân cấp cứu. Ví dụ, thuốc phá huyết khối, có thể làm tan và phân tán huyết khối, hay cục máu đông, để khôi phục nguồn cung cấp máu. Cục máu đông liên quan đến nhiều trường hợp cấp cứu y tế, bao gồm nhồi máu cơ tim, đột quỵ và huyết khối tĩnh mạch sâu. Ngay từ năm 1933, William Smith Tillett tại Đại học Johns Hopkins, Baltimore, Hoa Kỳ, đã phát hiện ra rằng một số vi khuẩn tạo ra một chất làm tan cục máu đông, mà ông gọi là streptokinase. Vào cuối những năm 1950, chất này được dùng cho bệnh nhân nhồi máu cơ tim đột ngột hoặc cấp tính, mặc dù do dữ liệu chưa rõ ràng về tác dụng phụ của nó, nó chỉ được sử dụng hạn chế vào những năm 1970 và được sử dụng rộng rãi vào cuối những năm 1980. Vào khoảng thời gian này, một thuốc tiêu huyết khối khác có tên là rtPA (recombinant tissue plasminogen activator – chất hoạt hóa plasminogen mô tái tổ hợp) đã trở thành một trong những loại thuốc đầu tiên được tạo ra bằng công nghệ kỹ thuật di truyền. Thuốc này được phát triển từ tPA, một chất hòa tan cục máu đông tự nhiên của cơ thể, được phát hiện vào những năm 1940. Khi được sử dụng càng sớm càng tốt, rtPA cùng với các thuốc tiêu huyết khối khác hiện nay đã cứu sống nhiều người và làm giảm các tổn thương lâu dài cho vô số bệnh nhân mỗi năm.

 

Hoạt động đánh giá cấp cứu tại bệnh viện được diễn tập kỹ lưỡng và nhanh chóng. Theo truyền thống, bốn dấu hiệu sinh tồn chính được kiểm tra là nhiệt độ cơ thể, nhịp tim (mạch), huyết áp (HA) và nhịp thở. Một số chương trình đánh giá bổ sung phản ứng đồng tử, cảm giác đau và “sats” – độ bão hòa oxy trong máu, hoặc tỷ lệ phần trăm oxy trong máu. Cùng với nhịp mạch, độ bão hòa oxy được đo liên tục, thuận tiện và không xâm lấn bằng máy đo độ bão hòa oxy trong máu; một thiết bị cảm biến nhỏ kẹp trên đầu ngón tay hoặc dái tai sử dụng ánh sáng có bước sóng cụ thể để phát hiện lượng hemoglobin trong hồng cầu ở dạng oxyhemoglobin, một chất chứa oxy. Bệnh nhân cấp cứu có nhu cầu cấp thiết nhất có thể được chăm sóc tại khoa ICU (phòng chăm sóc tăng cường), khoa CCU (phòng chăm sóc tim mạch), hoặc các khoa tương tự – tên gọi chính xác của chúng khác nhau tùy theo từng nơi. Ví dụ, một bệnh tim đe dọa tính mạng có thể cần đến Khoa Chăm sóc Đặc biệt Tim mạch (CICU), trong khi trẻ sơ sinh được chăm sóc tại các khoa Chăm sóc Đặc biệt Sơ sinh (NICU).

 

Ẩn sâu trong tâm trí mọi người là khái niệm “Giờ Vàng”, một lý thuyết cho rằng việc cấp cứu sẽ có cơ hội thành công cao nhất nếu được thực hiện trong vòng 60 phút đầu tiên sau chấn thương. Điều này đã dẫn đến việc ra đời khái niệm “Mười Phút Bạch Kim”, tức là khoảng thời gian cần thiết để các nhân viên cấp cứu hoặc nhân viên y tế đánh giá, điều trị và khởi động việc vận chuyển bệnh nhân. Theo một nghĩa nào đó, đây chính là phần việc của nhân viên y tế trong “Giờ Vàng”. Khi đội ngũ xe cứu thương được đào tạo bài bản hơn, và trang thiết bị của họ ngày càng được mở rộng và tinh vi hơn, cơ hội cứu sống và cải thiện kết quả cuối cùng sẽ chuyển sang những phút đầu tiên của quá trình cấp cứu y tế.

GIỜ VÀNG

Các nhân viên y tế nhanh chóng đến phòng cấp cứu sau khi đã đánh giá tình trạng của bệnh nhân và tiến hành sơ cứu trong thời gian vận chuyển bệnh nhân.

 

Một Cú Sốc Đối Với Hệ Thống Tuần Hoàn

 

Khi một người bị đau tim, các cơ tim thường co thắt ngẫu nhiên, một triệu chứng được gọi là rung thất. Vào cuối thế kỷ 19, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng họ có thể ngăn chặn rung thất và hồi sức cho một con chó bằng cách gây sốc điện vào tim nó. Năm 1947, kỹ thuật này lần đầu tiên được sử dụng trên người. Bác sĩ phẫu thuật người Mỹ Claude Beck đã sử dụng thành công sự kết hợp giữa dòng điện và xoa bóp tim bên trong để hồi sức cho một đứa trẻ bị ngừng tim trong khi phẫu thuật. Vào những năm 1950, máy khử rung tim ngoài đã ra đời, hoạt động mà không cần phải mở ngực bệnh nhân. Một số thiết bị hiện đại có thể tự động tính toán nhịp tim của bệnh nhân, vì vậy chúng có thể được sử dụng trong trường hợp khẩn cấp bởi những người có ít hoặc không được đào tạo.

 

Thử và sai

Trước thế kỷ 20, các bác sĩ đã thử nhiều phương pháp để giúp tim bệnh nhân đập trở lại, từ việc trích máu đến việc cù cổ họng. Phương pháp thổi ngạt bằng miệng và ấn bụng được đề xuất vào thế kỷ 18, nhưng không được sử dụng rộng rãi. Đây chính là tiền thân của phương pháp hồi sức tim phổi (CPR) hiện đại, được sử dụng từ đầu những năm 1960, giúp duy trì sự sống cho não bằng cách tuần hoàn máu nhân tạo thông qua hô hấp nhân tạo và ép ngực.

BÁ TƯỚC GASTON DE FOIX NGƯỜI PHÁP CHẾT VÌ ĐỨNG TIM NĂM 1391

 

Máy khử rung tim 1970-1980

Đến những năm 1970, máy khử rung tim di động với bộ nguồn sạc đã xuất hiện. Kích thước nhỏ gọn rất hữu ích cho các dịch vụ và bệnh viện cấp cứu.

 

Nó hoạt động như thế nào

Nhịp tim đều đặn được điều khiển bởi các xung điện trong cơ thể. Trong trường hợp ngừng tim, các xung điện này trở nên rối loạn. Máy khử rung tim lưu trữ một dòng điện mạnh và chứa một bộ biến áp cho phép người vận hành kiểm soát lượng dòng điện cung cấp. Khi dòng điện được truyền vào bệnh nhân thông qua hai điện cực, cú sốc điện sẽ “thiết lập lại” nhịp tim đều đặn và tim bắt đầu đập trở lại.

 

VỊ TRÍ ĐIỆN CỰC

Người vận hành đặt điện cực trước ngay dưới xương đòn phải của bệnh nhân. Điện cực sau được đặt bên trái bệnh nhân, bên dưới cơ ngực.