书城科普读物图说科学史上的重大发明
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第10章 神奇医学篇(1)

1. 阿司匹林——缓解疼痛的神奇药物

阿司匹林是一种历史悠久的解热镇痛药,诞生于1899年3月6日。用于治感冒、发热、头痛、牙痛、关节痛、风湿病,还能抑制血小板聚集,用于预防和治疗缺血性心脏病、心绞痛、心肺梗塞、脑血栓形成,应用于血管形成术及旁路移植术也有效。

早在1853年夏尔,弗雷德里克·热拉尔就用水杨酸与醋酐合成了乙酰水杨酸,但没能引起人们的重视;1898年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成,并为他父亲治疗风湿关节炎,疗效极好;1899年由德莱塞介绍到临床,并取名为阿司匹林(Aspirin)。

阿司匹林的分子结构

根据文献记载,都说阿司匹林的发明人是德国的费利克斯·霍夫曼,但这项发明中,起着非常重要作用的还有一位犹太化学家阿图尔·艾兴格林。阿图尔·艾兴格林的辛酸故事发生在1934—1949年间。1934年,费利克斯·霍夫曼宣称是他本人发明了阿司匹林。当时的德国正处在纳粹统治的黑暗时期,对犹太人的迫害已经愈演愈烈。在这种情况下,狂妄的纳粹统治者更不愿意承认阿司匹林的发明者有犹太人这个事实,于是便将错就错把发明家的桂冠戴到了费利克斯·霍夫曼一个人的头上,为他们的“大日耳曼民族优越论”贴金。纳粹统治者为了堵住阿图尔·艾兴格林的嘴,还把他关进了集中营。第二次世界大战结束后,大约在1949年前后,阿图尔·艾兴格林又提出这个问题,但不久他就去世了。从此这事便石沉大海。英国医学家、史学家瓦尔特·斯尼德几经周折获得德国拜尔公司的特许,查阅了拜尔公司实验室的全部档案,终于以确凿的事实恢复了这项发明的历史真面目。他指出:在阿司匹林的发明中,阿图尔·艾兴格林功不可没。事实是在1897年,费利克斯·霍夫曼的确第一次合成了构成阿司匹林的主要物质,但他是在他的上司——知名的化学家阿图尔·艾兴格林的指导下,并且完全采用艾兴格林提出的技术路线才获得成功的。

费利克斯·霍夫兰

到目前为止,阿司匹林已应用百年,成为医药史上三大经典药物之一,至今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药,也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。临床上用于预防心脑血管疾病的发作。阿司匹林于1898年上市,近年来发现它还具有抗血小板凝聚的作用,于是重新引起了人们极大的兴趣。

阿司匹林

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纳粹

法西斯是特有名词,不存在缩写,流传所谓的缩写实为谣传,原指象征公民权利的古罗马束棍后来成为德国国家社会党的译称,是第二次世界大战前希特勒等人提出的政治主张。纳粹主义的基本理论包括:宣扬种族优秀论,认为“优等种族”有权奴役甚至消灭“劣等种族”;强调一切领域的“领袖”原则,宣称“领袖”是国家整体意志的代表,国家权力应由其一人掌握;鼓吹达尔文主义,力主以战争为手段夺取生存空间,建立世界霸权。

血小板

是哺乳动物血液中的有形成分之一。形状不规则,比红细胞和白细胞小得多,无细胞核,有质膜,没有细胞核结构,一般呈圆形,体积小于红细胞和白细胞。血小板在长期内被看作是血液中的无功能的细胞碎片。大量存在于血液中无核盘状小细胞(直径约3 μm)。具有凝血和止血重要作用。

2. 温度计——测量温度的工具

最早的温度计是在1593年由意大利科学家伽利略发明的。他的第一只温度计是一根一端敞口的玻璃管,另一端带有核桃大的玻璃泡。使用时先给玻璃泡加热,然后把玻璃管插入水中。随着温度的变化,玻璃管中的水面就会上下移动,根据移动的多少就可以判定温度的变化和温度的高低。温度计有热胀冷缩的作用所以这种温度计,受外界大气压强等环境因素的影响较大,所以测量误差较大。

伽利略最早发明的温度计

后来伽利略的学生和其他科学家,在这个基础上反复改进,如把玻璃管倒过来,把液体放在管内,把玻璃管封闭等。比较突出的是法国人布利奥在1659年制造的温度计,他把玻璃泡的体积缩小,并把测温物质改为水银,这样的温度计已具备了现在温度计的雏形。

以后荷兰人华伦海特在1709年利用酒精,在1714年又利用水银作为测量物质,制造了更精确的温度计。他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐水和冰混合时的温度;经过反复实验与核准,最后把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉,把纯水凝固时的温度定为32℉,把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉,用℉代表华氏温度,这就是华氏温度计。

华氏温度计发明者——华伦海特

在华氏温度计出现的同时,法国人列缪尔也设计制造了一种温度计。他认为水银的膨胀系数太小,不宜做测温物质。他专心研究用酒精作为测温物质的优点。他把冰点和沸点之间分成80份,定为自己温度计的温度分度,这就是列氏温度计。

华氏温度计制成后又经过30多年,瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度计的刻度,他把水的沸点定为100度,把水的冰点定为0度。后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又倒过来,就成了现在的百分温度,即摄氏温度,用℃表示。

摄氏温度计发明者——安德斯·摄尔修斯

现在英、美国家多用华氏温度,德国多用列氏温度,而世界科技界和工农业生产中,以及中国、法国等大多数国家则多用摄氏温度。

各种温度计

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压强

压强是表示压力作用效果(形变效果)的物理量。在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕(这是为了纪念法国科学家帕斯卡Blaise pascal而命名的),即牛顿/平方米。压强的常用单位有千帕、千克力/平方厘米、托。一般以英文字母「p」表示。

冰点

液态水转变成固态冰时的温度。即水和冰可平衡共存的温度。与压强有关,压强增大,冰点相应降低。

沸点

液体开始沸腾时的温度。特指液体的蒸汽压等于外部压力时的温度,因此,沸点随压力的减少而降低。

3. CT扫描仪——无所不能的人体“相机”

CT是一种功能齐全的病情探测仪器,它是电子计算机X线断层扫描技术简称。

自从X射线发现后,医学上就开始用它来探测人体疾病。但是,由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小,因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是,美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。

X光足部照片

1963年,美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同,在研究中还得出了一些有关的计算公式,这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。1967年,英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下,也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别,然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置,即后来的CT,用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来,他又用这种装置去测量全身,获得了同样的效果。1971年9月,亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作,在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置,开始了头部检查。10月4日,医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧,X线管装在患者的上方,绕检查部位转动,同时在患者下方装一计数器,使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上,再经过电子计算机的处理,使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。

科马克

1972年4月,亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果,正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动,CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后,放射诊断学上最重要的成就。因此,亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学和医学奖。而今,CT已广泛运用于医疗诊断上。

亨斯菲尔德

CT的工作程序是这样的:它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同,应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量,然后将测量所获取的数据输入电子计算机,电子计算机对数据进行处理后,就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像,发现体内任何部位的细小病变。

CT扫描仪

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X射线

X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。X射线是一种波长很短的电磁辐射,由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应。

4. 血压计——健康侦察兵

英国斯第芬·黑尔斯牧师在他的著作《静力学论文集》中,以马作为测试血压的对象。将一根长的玻璃管一端插进马腿股动脉血管里,使玻璃管垂直,血顺着玻璃管上升,这样就测得马的的股动脉血液在管中升高的高度。这就是世界上的第一次测量马的直接血压。

血压计最早是给马用的

很明显,这样测量血压既不安全,也不方便,特别是对血管的破坏严重,很难在人身上使用。于是,到1896年,意大利人里瓦·罗克西在黑尔斯测量马的血压的试验基础上,又进行了反复、深入的研究和大胆的试验,终于改制成了一种无损伤的间接的测量血压的仪器。这种这种仪器包括三部分:袖带、压力表和气球,气球与袖带气囊相连,气囊与压力表相连。测量血压时,将袖带平铺缠绕在上臂,用手捏压气球,然后观察压力表跳动的高度,以此推测血压的数值。显然,以这种血压计测量血压较之哈尔斯的测量方法要科学、安全得多。里瓦·罗克西发明的间接测量血压的仪器也有很大的缺陷,它只能测量动脉的收缩压,而且测量出的数值也只是一个推测性的约数,用现代专业名词说,就是精密度和准确度差。

传统水银血压计

人总是不满足现状的,为了克服更加完美,大约在那10年后,即1905年,俄国人尼古拉·科洛特科夫对罗克西的血压计的基础上,只是在测定血压时,另在袖带里面靠肘窝内侧动脉搏动处放上听诊器。在测量时,当听到听诊器中传出的第一个声音时,水银柱所达到的高度就是收缩压。水银柱继续下降,到脉搏跳动声音变弱时,水银柱所在的高度就是舒张压。这些规定基本能客观反映人体生理血流体力学的变化。大量临床应用证明,这种间接测量血压的方法科学、安全、没有痛苦、仪器结构简单、测量结果较为准确,而且医生和被检查者都易接受。直至今日,它仍是临床上普遍认可的水银血压计。

电子血压计

双显示屏电子血压计