书城童书科学发明与创造
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第17章 生物医学中的发明与创造(2)

对病毒病的免疫法除了最早的种痘苗预防天花和后来的预防狂犬病疫苗外,长期没有成功的事例。但对病毒的认识,在20世纪取得很大进展。19世纪末,经过德国化学家迈耶、俄国微生物学家伊万诺夫斯基和荷兰生物学家贝伊耶林克等对烟草花叶病的研究,发现了过滤性病毒。到20世纪20年代已发现植物、昆虫、鸟类和哺乳类都有过滤性病毒传染的疾病。

1935年,美国化学家斯坦莱第一个取得烟草花叶病毒的结晶。20世纪40年代借助电子显微镜的观察和化学分析,才认识到病毒是由核酸和构成外壳的蛋白质组成。但一切杀菌的化学药品和抗生素对多数病毒并没有疗效,于是把防治病毒的希望寄托于免疫治疗。

20世纪研究防治较多的是预防脊髓灰质炎(小儿麻痹)的疫苗。由于患过该病的美国总统罗斯福的重视,美国政府给予大量资助,从20世纪40年代起研究工作迅速开展。1952年底美国医生兼病毒学家索克研制出具有免疫效应的疫苗。经过在150万幼儿中做实验观察,于1957年才完全肯定了索克疫苗的安全性和有效性。

到20世纪40年代又制出了预防流行性感冒的疫苗,1957年从亚洲发源并扩展的流感,就是由于使用了这种疫苗才防止了蔓延。20世纪70年代以来,又成功地取得麻疹的预防疫苗,为征服病毒病带来了良好前景。

1979年10月,联合国世界卫生组织向全世界宣布人类已消灭了天花。

这是大规模的、优质的痘苗生产同世界性的历时十年的国际合作相结合而创建的伟大业绩。

减少痛苦的麻醉剂

莫顿,美国牙科医生,世界上最早应用乙醚麻醉于外科手术的人。1819年8月9日生于马萨诸塞州查尔顿,1868年7月15日卒于纽约。

18世纪以前,由于没有麻醉剂,外科手术是一件非常可怕的事情。为了做手术,有的医生用绞勒的方法使患者暂时窒息;有的则用放血或压住颈部血管的方法使患者的大脑暂时缺血而昏迷;有的干脆用一根木棒猛击患者的头顶,使患者失去知觉……

这些野蛮的做法给患者带来了巨大的痛苦:有的在手术中突然惊醒,痛得大喊大叫;有的在手术后留下了脑震荡等后遗症;有的甚至因此而丧失生命。

19世纪初,英国化学家戴维发现笑气(一氧化二氮)对神经有兴奋作用,亦具有麻醉止痛作用。后来,美国牙科医生维尔斯用笑气做麻醉剂,成功地给不少患者做了拔牙手术。

可是,1844年的一天,维尔斯在美国波士顿城做拔牙公开表演时,由于笑气用量不足,手术没有成功,患者痛得大声呼叫,一群保守的人就此把维尔斯当做骗子,将他赶出了医院。

当时,维尔斯有个学生名叫莫顿。一个偶然的机会,莫顿听到化学教授杰克逊说,有一次在做化学实验时,他不慎吸入一大口氯气,为了解毒,他立即又吸了一口乙醚。不料,开始他感到浑身轻松,可不一会儿便失去了知觉。听了杰克逊的叙说,勤于思索的莫顿深感兴趣。他大胆设想,能否用乙醚来作为一种理想的麻醉剂呢?

于是,他便动手在动物身上试验,以后又在自己身上试验,结果证明乙醚的确是一种理想的麻醉剂。

1846年10月的一天,世界上第一次使用乙醚进行麻醉外科手术的公开表演成功了。从此,还是医学院二年级学生的莫顿出名了。乙醚麻醉剂亦逐渐成为全世界各家医院手术室里不可缺少的药品。

乙醚麻醉剂的发明是医学外科史上的一项重大成果。然而,当莫顿以乙醚麻醉剂发明者的身份向美国政府申请专利时,他的老师维尔斯和曾经启发他发明的化学教授杰克逊都起来与莫顿争夺专利权。后来,这场官司打到法院,但多年一直毫无结果。他们为此都被搞得狼狈不堪。最后,杰克逊为此得了精神病,维尔斯自杀身亡,莫顿则患脑出血而死去。

乙醚麻醉剂的发明造福了人类。可是,发明麻醉剂的3位科学家却因名利的争夺在科学史上演出了一场令人遗憾的悲剧。

了不起的器官移植手术

器官移植最早的创立者是法国出生的美国医生卡雷尔。1905年他到美国专门从事血管缝合术、器官移植和组织培养的研究。他曾在1913年讲过一句很有影响的话:“任何人体器官都可以从人体上取下,培养起来,而且可以移植到另一个人体上。”20多年后,他又断言:“人身上的任何器官,离开了机体,依然可以存活。”

1922年,前苏联眼科医生费拉托夫开始试验人眼角膜移植。1933年异体角膜移植成功,是器官移植最早的事例。他之所以能够成功,不仅因为他比前人在手术器具方面有所改进,而且因为他使用了“冷藏尸体眼球角膜”作为移植材料。这既解决了材料的来源问题,又因冷藏而除去了角膜的生物刺激因素,促进角膜混浊部分透明化。到1941年他和他的学生已经成功地做了3100多例手术。

第一例肾移植成功的事例,是1954年法国医生在一对孪生兄弟间进行的。

而用非孪生关系的肾做移植,几乎都不成功。这是根据法国免疫学家多塞创立的组织相容性理论,必须在两个组织相同的人之间进行器官移植,才有可能获得成功的预言而进行的。

20世纪60年代用免疫压制剂处理患者,并选择有一定血缘关系或经鉴定可用人的肾脏做移植,成活率逐渐提高。前者活7年甚至10年以上,后者经追踪4年,仍有存活的患者。

目前,在有些国家中已建立了人体器官移植库,在世界范围内互相寻找相容的对象。心脏、肝脏的移植手术也于20世纪60年代末70年代初在人身上做实验,成活率不高,但个别患者在手术后13年还活着。

再造福音——假牙

假牙(义齿)的发明是医学史上的一件重要的事情,它为牙病患者带来了福音。

假牙的出现有悠久的历史。早在公元前700年,伊特拉斯坎人就用黄金来做假牙的桥托,用骨头或象牙雕成假牙,有时也采用从人嘴里取出的牙。

中世纪的牙科医生认为,齿龈中的虫使牙齿腐烂和疼痛。这种理论使他们根本就不想使用任何假牙。伊丽莎白女王一世门牙脱落,因而面部肌肉向里凹陷。为了改变这种情况,她在大庭广众中出现时,便把细棉布塞在嘴里。

到17世纪末叶,有钱的人已能获得假牙,但要压迹还不行,因此用圆规来测量口腔。安的假牙用丝线系在邻近的自然牙上,而整套的下牙需要用手雕刻出来。当时宫廷里有人把假牙当装饰品:有的用银做假牙,有的用珍珠母做假牙,赫维勋爵于1735年甚至用意大利玛瑙来做假牙。

18世纪初,法国巴黎的一位牙科医生对促进牙科医术的发展做出了重大贡献。他在固定假牙方面获得了成功:他用钢弹簧固定成套的上下牙。

假牙面临这样一个问题,就是用骨头或其他任何有机物质制作的假牙,都会为唾液所腐蚀。乔治·华盛顿就因为有牙病,而一直在寻找一副好的假牙。

象牙制作的假牙,在用过一段时间之后便会产生一种令人不快的气味。

为了消除这种气味,华盛顿只好在夜里睡觉时把它放在葡萄酒里浸泡。

在法国革命之前,一个巴黎的牙科医生采用了连在一起烧制的全瓷牙。

大致从1845年起,人们已开始使用大大改进了的单颗瓷牙,这种牙可以一颗颗地安在牙床上。

在19世纪,牙科方面的大多数革新都来自美国。比如,美国人固异特发明了硬橡胶假牙。这是一种经硫化变得发硬的橡胶,它价钱便宜,易于加工。

牙齿根据口腔的压迹安在一个用硬橡胶仿制的牙床上。由于这样吻合得很好,上面一套假牙就可以自己固定了。此后,又出现了用赛璐珞制造的假牙,进一步提高了假牙的质量。

杀菌力强的青霉素

青霉素(也叫盘尼西林)的发明者亚历山大·弗莱明于1881年出生在苏格兰的洛克菲尔德。

亚历山大·弗莱明是位小个子苏格兰人,他有着一双炯炯有神的眼睛,衬衫领子上常常系着蝶形领结。

弗莱明从伦敦圣马利亚医院医科学校毕业后,从事免疫学研究;后来在第一次世界大战中作为一名军医,研究伤口感染。

他注意到许多防腐剂对人体细胞的伤害甚于对细菌的伤害,他认识到需要某种有害于细菌而无害于人体细胞的物质。

战后弗莱明返回圣马利亚医院。1922年他在做实验时,发现了一种他称之为溶菌霉的物质。溶菌霉产生在体内,是黏液和眼泪的一种成分,对人体细胞无害。它能够消灭某些细菌,但不幸的是在那些对人类特别有害的细菌面前却无能为力。因此这项发现虽然独特,却不十分重要。

1928年9月15日,亚历山大·弗莱明发现了青霉素,这使他在全世界赢得了25个名誉学位、15个城市的荣誉市民称号以及其他140多项荣誉,其中包括1945年诺贝尔医学奖。

每个小学生都读过弗莱明的传奇故事——他在皮氏培养皿中发现青霉素霉菌;攻克一道道技术难关;同众多持怀疑态度的人展开长期不懈的斗争,最终取得了胜利——青霉素的发明成为二十世纪医学界最伟大的创举。数十年后,严肃的历史学家们还在整理他的传奇故事。

的确,弗莱明发现了青霉素,但他并没有意识到他发现的是什么——对此他一无所知。是另外两位科学家——霍华德·弗洛里和厄恩斯特·钱恩,从这个已被人遗忘的发现中挽救了有治疗效果的霉菌,证明了青霉素的功效,并把这项技术奉献给人类,从此开创了抗生素时代。

弗莱明从一个穷苦农民的儿子成长为卓有学识的细菌学家,在伦敦圣玛丽医院从事细菌学研究几乎就是他事业的全部。

弗莱明两次在实验室里获得意外发现的故事已广为人知。

第一次是1922年,患了感冒的弗莱明无意中对着培养细菌的器皿打喷嚏;后来他注意到,在这个培养皿中,凡沾有喷嚏黏液的地方没有一个细菌生成。

随着进一步的研究,弗莱明发现了溶菌酶——在体液和身体组织中找到的一种可溶解细菌的物质,他以为这可能就是获得有效天然抗菌剂的关键。但很快他就丧失了兴趣:试验表明,这种溶菌酶只对无害的微生物起作用。

1928年运气之神再次降临。在弗莱明外出休假的两个星期里,一只未经刷洗的废弃的培养皿中长出了一种神奇的霉菌。他又一次观察到这种霉菌的抗菌作用——细菌覆盖了器皿中没有沾染这种霉菌的所有部位。

不过,这一次感染的细菌是葡萄球菌,这是一种严重的、有时是致命的感染源。

经证实,这种霉菌液还能够阻碍其他多种病毒性细菌的生长。青霉素(弗莱明在确认这种霉菌是一种青霉菌之后选定了这个名字)是否就是他长期以来一直在寻找的天然抗生素?它是可敷在伤口上的有效杀菌剂吗?

进一步的试验表明,这种抗生素作用缓慢,且很难大量生产。他的热情也随之凉了下来。在他转向其他研究项目之前,他在1929年发表的一篇论文中介绍了自己的上述发现,但当时这篇论文并未引起人们的重视。

弗莱明在论文中提到青霉素可能是一种抗生素,仅此而已。

他没有开展观察青霉素治疗效果的系统试验。他给健康的兔子和老鼠都注射过细菌培养液的过滤液——进行青霉素的毒性试验,但从未给患病的动物注射过。

如果当时他做了这方面的试验,这种“神奇药物”很可能会提早10年问世。

在英美两国媒体的共同努力下,关于弗莱明为创造一项医学奇迹而坚持不懈奋斗的传奇故事很快就诞生了。

媒体在科学史上几乎很少犯下如此严重的愚蠢错误。他们把弗莱明描述成发现青霉素的天才,而对牛津大学的研究小组要么只字不提,要么仅用几句话一带而过。但在弗莱明本人的演讲中,他总是把青霉素的诞生归功于弗洛里、钱恩和他的同事所做的研究。

诺贝尔奖评奖委员会并没有受舆论的蒙蔽而将1945年的诺贝尔医学奖授予弗莱明一人。作为弗莱明的合作者,弗洛里和钱恩与他共同获得了诺贝尔医学奖。

云南白药的发明

云南白药是一种治疗跌打损伤的特效药,它不仅在国内久负盛名,而且在国际上也被视为珍品。

云南白药原来是以发明者的名字命名的,叫“曲焕章白药”。

曲焕章是云南人,1878年出生,7岁时父母双亡,童年生活十分悲惨。在他16岁时,为了谋生,他干起了卖布的营生。有一天他到集市上去卖布,由于缺乏营养,疲劳过度,昏倒在街头,幸亏一位赶集的乡村医生把他救活。曲焕章得救后,感于医生的救死扶伤精神,于是就拜这位医生为师,从此弃商学医。

有一次,曲焕章上山采药,在昏暗的夜色中看到草丛中卧着一只庞然大物,他搬起一块大石头,悄悄走近,猛力砸去。这个庞然大物被砸中后不再动弹,他走过去一看,原来是只老虎。他怕老虎不死,又用挖药工具猛击虎头,直打到他确信老虎必死无疑才住手。这时夜色已深,就赶紧下山回家。

第二天早晨,曲焕章叫了几个村民,打算上山把死老虎抬下来。但他们找到老虎处一看,不禁大吃一惊:老虎早已不见踪影。原来,这只老虎并没被打死,苏醒之后带伤跑掉了。曲焕章十分懊悔。因为老虎浑身是宝,其肉其骨都是名贵药材。老虎得而复失,实在令人不甘心,于是曲焕章带着村民跟踪查找,顺着血迹追踪老虎。

跟踪中,他们发现好多处血迹旁都有老虎嚼剩下的野生植物。这一情景引起了曲焕章的注意,他想:难道这种植物能够止血愈伤,老虎靠吃它而保全了性命?果真如此,这种植物就有可能制成药来治疗人的外伤。想到这里,曲焕章立即停止了对老虎的追踪,开始集中全力研究起这种野生植物来。

曲焕章把这种植物一棵不漏地收集起来,带回家里进行试验。经过试验证明,这种植物果然对治疗跌打损伤具有奇效。他并不满足于已经取得的治疗效果,而是决心把这种植物进行精制,使之成为具有更高疗效的药品。

曲焕章用了整整10年的时间,对这种植物进行反复筛选、研制,终于在1908年研制成功了“曲焕章白药”,并投入生产。这年他正好30岁。曲焕章以顽强的毅力和出色的工作,为中国乃至世界的医药事业做出了重要贡献。

先进的科学——克隆技术