《李斯特醫生的生死舞台》:曾經有個年代,人們相信傳染病是透過氣體傳播的

《李斯特醫生的生死舞台》:曾經有個年代,人們相信傳染病是透過氣體傳播的
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在一系列的實驗中,巴斯德將可發酵物質煮沸以消除當中既有的微生物。接著他將這些物質放進兩種不同的燒瓶中。第一種是上方有開口的普通燒瓶。第二種是有著 S型瓶頸,能夠避免灰塵與其他顆粒進入的燒瓶(鵝頸瓶)......他的實驗奠定了現代生物學的基石:只有生命會招致生命。

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文:琳賽.菲茨哈里斯

對人類而言,沒有比自己生命更重要的科學題目。沒有比人類每天生活與行事依循的步驟更不間斷被吸收的知識。

──喬治.亨利.路易斯(George Henry Lewes)

詢問完他其中一名病人的安危以後,助手告知倫敦蓋伊醫院的一位外科醫生,他問的那個人已經死了。已經聽慣這種消息的醫生回答:「噢,那好吧!」他移動到下一間病房詢問另一個病人。又一次,答案是:「死了,先生。」外科醫生停了一會,非常挫敗地大聲說:「怎麼,他們不會全都死了吧?」對此,他的助手回答:「是的,先生,他們都死了。」

這樣的場景在英國各地上演。醫院的死亡率在一八六0年代到達了巔峰。清潔病房的工夫對於醫院症候群的發生沒有太大影響。此外,過去幾年,醫學界對於領先的疾病理論出現越來越多意見落差。

尤其是霍亂,如今已經變得更加難以用瘴氣這個典型框架來解釋。這幾十年光是在英格蘭和威爾斯地區,就有三起霍亂大爆發,奪走將近十萬條生命。 這個疾病也在歐洲猖獗蔓延,形成了不容忽視的醫學、政治及人道危機。雖然反傳染學派可以指出,爆發通常發生在骯髒的都會區域,卻無法解釋為何霍亂會跟著人類交通路線從印度亞大陸開始散播,也無法說明為什麼在臭氣微弱的冬季還會有疾病爆發。

回到一八四0年代尾聲,一名來自布里斯托的醫生威廉.巴德(William Budd)主張,疾病是因為受污染的下水道挾帶「特定物種的活性有機體,藉由吞嚥進到人體,並以自體繁殖的方式在腸道倍增」。巴德在《英國醫學期刊》(British Medical Journal)發表的一篇文章寫道,「沒有所謂的證據」可以證明「特定傳染病的毒素會自然產生」或是透過瘴氣傳播。在後來的爆發中,他將以消毒劑消毒作為優先措施,並建議「所有來自病人的排出物,只要是從病人身體中出來的,可以的話,都要放進含有氯化鋅溶液的容器」。

巴德並非唯一質問霍亂蔓延的自然起源及空氣傳染的人。一八五四年,當外科醫生約翰.斯諾(John Snow)在倫敦蘇活區的住家附近爆發慘重霍亂之時,他也著手調查原因。斯諾開始在地圖上標出病例,接著他注意到染病的人之中多數都從西南角博德街(Broad Street,現為博德威克〔Broadwick〕)與劍橋街(Cambridge Street,現為雷辛頓〔Lexington〕)口的幫浦取水。就連最初看來與幫浦無關的病例,後來也發現原來相關,例如一名住在離水源有一段路的五十九歲女子。當斯諾訪問她兒子時,他說他母親經常到博德街,因為她比較喜歡出自該特定幫浦的水的味道。她從該水源喝水後兩天內就死亡了。

和巴德一樣,斯諾推論出霍亂是由受污染水源所散播,而不是空氣中的有毒氣體或瘴氣。他發表了傳染病的地圖來支持他的理論。儘管當局抱持強烈懷疑,斯諾卻仍說服他們移除博德街的幫浦龍頭,此後爆發就迅速消退了。

這類事件讓醫學界內開始懷疑疾病源自於髒污、而且是透過空氣中有毒氣體或瘴氣散播的這種主導看法。一八五八年,當可怕、無法逃脫的臭氣滲透倫敦時,沿著泰晤士河一哩路上的每個角落和縫隙都瀰漫著臭味,這時又出現了更多證據。酷熱的夏季暑氣讓惡臭更為嚴重。人們為了避開泰晤士河而繞路。「大臭氣」源自於堆積在河岸的人類排泄物──隨著倫敦人口不斷增長而更加惡化的一個問題。如同以電磁學研究聞名的科學家麥可.法拉第(Michael Faraday)所評論的:「厚重的濁氣堆疊如雲,連在地面上都能看得清楚。」 某天午後他在河上航行時,注意到河水成了「不透明的淡棕色液體」。那氣味實在太可怕了,議會成員都得用厚布蓋住他們的窗戶才能繼續工作。《泰晤士報》報導政府官員「決心要將事件調查個水落石出,卻被迫撤退到圖書館,每個人都用手帕捂著鼻子」。

倫敦人以為源於河水的「有毒臭氣」(即瘴氣)會導致城市爆發疾病。甚至有傳聞說已經有船夫因為吸入有毒水氣而死。數千人擔心自己送命而逃離城市。衛生改革派多年努力嘗試取得建造新下水道系統的資金,他們認為要是議會最終因為自己損失成員而被迫插手干預,將會是件可歌可泣的事。然而,怪的是,那個夏天並無傳染病爆發。

一八五0到六0年代,人們明顯地從相信瘴氣論改為相信傳染理論,部分原因就是這些事件。然而,許多醫生仍抱持懷疑態度。特別是斯諾的調查仍無法為疾病傳染提出可信的機制。他的結論將霍亂與受污染的飲用水掛鉤。但,如同其他傳染學派,斯諾沒有詳細解釋到底是什麼藉由水被散播出去。是微動物嗎?還是有毒化學物質?如果是後者,最終不是會被像是泰晤士河這樣大量的水給稀釋掉嗎?除此之外,斯諾本人也承認傳染學沒能替所有疾病提出圓滿解答,而他也繼續看著那些發展期間會造成腐爛的疾病自然產生,例如丹毒。

為傳染及流行病散播找出更合理解釋的呼聲越來越高。

醫院感染的問題已經煩擾了李斯特許久,久到他覺得是否永遠找不出解決辦法了。但在與安德森教授談論到巴斯德對於發酵的最新研究後,他又找回了樂觀態度。李斯特馬上就去找了巴斯德關於有機物質分解的著作,並在阿格涅斯的幫助下,開始在自家實驗室複製法國科學家的實驗。這是第一次,他尋找的答案唾手可及。

李斯特正在熟悉的這個研究,源自於九年前某個當地酒商找上巴斯德的一個問題。畢果(Bigo)先生一直以來都用甜菜根汁釀酒,他注意到他有好幾個酒甕在發酵過程酸掉。巴斯德是當時里爾大學(Lille University)科學院的主任。他傑出化學家的名聲已經建立了好幾年,從他證明晶體的形狀、其分子結構及其對於偏振光的影響全都是相關的開始。他很快就建構出只有活性劑才能製造光學活性的對稱化合物這個觀點,而分子對稱性的後續研究也將解開生命起源的祕密。

但為何畢果會找上化學家問問題呢?當時,人們將發酵視為化學而非生物過程。儘管許多科學家認同酵母在糖轉化為酒精的過程中扮演著催化劑的角色,但多數人認為酵母是個複雜的化學物質。因為畢果的兒子是巴斯德的學生之一,他因此而聽說了巴斯德的研究。所以畢果找上化學家幫忙,一點也不奇怪。

其實,巴斯德想要調查是什麼讓酒甕變酸也有他個人的理由。他對戊醇的本質已經關注了好一段時間,他發現那是「由兩種異構體組成的複雜環境;其中一個會在旋光計下旋轉平面光;而另一個則無活性,而且也無光學活動」。 此外,前者還有巴斯德證明只會出現在活性劑之中的不對稱特性。甜菜根汁有著戊醇中的活性與非活性成分,正給了巴斯德一個獨特的機會,可以在不同條件下研究兩種異構體。

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巴斯德在實驗室裡做實驗。

巴斯德開始每天都到酒廠,酒窖最終被他改裝成臨時實驗室。和畢果一樣,他注意到某些批次的酒味道正常,而其他的卻散發出近乎腐爛的氣味。這些酒甕上都覆蓋著一層神祕的薄膜。不得其解的巴斯德從每個酒甕採集樣本,並在他的顯微鏡下檢視。讓他意外的是,他發現不同樣本中的酵母形狀不一。若酒沒有變酸,酵母的形狀就是圓的。如果酒酸掉了,酵母形狀就是拉長的,而且旁邊伴隨一種體積更小的棒狀結構:細菌。腐壞酒的生化分析也顯示出在錯誤的環境下,氫會附著在甜菜根當中的硝酸鹽上,製造出乳酸,因此散發出讓酒嘗起來酸掉的腐臭氣味。

最重要的是,巴斯德得以證明光學活性的戊醇是由酵母而來,而非如過去某些科學家主張的由糖而來。他以旋光計測量證明,戊醇和非活性劑的糖差異過大,不可能有糖非對稱的特性。而因為巴斯德認為生命本身就是造成不對稱的原因,他得出了發酵是生物過程,而幫助製酒的酵母是活性有機體的結論。

巴斯德的對手指出,在糖產生乳酸或丁酸的發酵過程中並不需要酵母,而且在腐壞的肉當中也不可能看到酵母有機體。但讓酒甕酸掉的原因並不在酵母;而是細菌(棒狀微生物)讓酒腐壞了。巴斯德以同樣的方式證明了酸牛奶和腐壞奶油也是如此,雖然不同案例中造成腐敗的各有不同微生物。他在顯微鏡下觀察的微生物的特質似乎有著專一性。

巴斯德的結論相當大膽。主張因為酵母是活性有機體,於是才會對甜菜根汁起作用,正是違背了十九世紀中期的化學主流原則。儘管守舊派願意接受可發酵物質當中具有微生物,但也僅限於微生物會在發酵過程中自然出現的這個前提。然而,巴斯德認為這些微生物藉由塵污顆粒在空氣中散播,而且是自己生成的。它們並非重新生成的。

在一系列的實驗中,巴斯德將可發酵物質煮沸以消除當中既有的微生物。接著他將這些物質放進兩種不同的燒瓶中。第一種是上方有開口的普通燒瓶。第二種是有著 S型瓶頸,能夠避免灰塵與其他顆粒進入的燒瓶(鵝頸瓶)。這個燒瓶同樣維持敞開並接觸空氣。經過一段特定時間後,第一個燒瓶開始充滿微生物,而鵝頸瓶則維持不受污染。從這些實驗中,巴斯德終於證明微生物並非自然生成;否則,鵝頸瓶應該也會再度受到感染。他的實驗奠定了現代生物學的基石:只有生命會招致生命。巴斯德在向索邦學院(Sorbonne)發表研究時說:「透過這個簡單實驗,自然生成的學說再也無法從這致命一擊下重新立足。」 不久後「細菌」這個詞便開始被用來描述這些千變萬化的微生物。

轉眼間,原本受到科學界多數人尊崇為嚴謹科學家的巴斯德,成了支持他所謂「無限微小世界」的特立獨行派。威脅顛覆長久以來世界運作方式的既有觀點,他的研究立刻就遭受攻擊。科學期刊《新聞報》(La Presse)對這位法國科學家下了譴責之語:

「巴斯德先生,恐怕你所引用的實驗將會反咬你一口……你想要帶我們進入的世界實在太過異想天開了。」

巴斯德沒有受到阻嚇,他開始找出發酵與腐化兩者的關聯。「我的想法可以有無限運用,」他在一八六三年寫道。「我已準備好探討腐敗性疾病這個大謎團,這事沒有一刻不盤據我心頭。」巴斯德對傳染疾病這個主題的關注其來有自:一八五九至六五年間,他的三個女兒都因為傷寒去世。

巴斯德認為,腐化就和發酵一樣,都是因為微小的微生物藉由空氣中的粉塵傳播生長所導致。「生命每個階段都在指揮死亡的運作,」他寫道。不過,這之中只有一個問題。巴斯德不是醫生,在他對此研究稍有進展時,他曾經很惋惜地說:「多麼希望我有……能夠讓自己全心投入研究這些傳染病之一的專門知識。」很幸運,巴斯德的研究已經開始吸引了醫學界少數幾個人的注意,例如維多利亞女王的外科醫生湯瑪斯.史班瑟.威爾斯(Thomas Spencer Wells)爵士。

威爾斯在 一八六三年向英國醫學會(British Medical Association)發表演說時,曾提到巴斯德關於發酵與腐化的最新研究,那是李斯特注意到巴斯德研究的前一年。其中,威爾斯表示巴斯德對有機物質分解的研究能夠幫助找出腐壞性感染的成因:「藉由運用我們受惠於巴斯德的知識,知道了大氣中有機細菌的存在……我們就能輕易理解,有些細菌會在傷口分泌物或膿汁中找到最適合的養分,而且它們也在吸收這些養分時將其變更轉化成一種毒素。」遺憾的是,威爾斯沒能在大會中達到他預期的影響。他的同儕並不相信細菌的存在,而如同其他讀過巴斯德研究的人一樣,威爾斯也沒有真正嘗試將細菌造成腐化的這個理論運用到實務上。

李斯特接下了這個棒子。最初,他專注於巴斯德研究的某一部分,證實他已經有的一個看法:危險確實存在於病人周遭的空氣。和威爾斯一樣,李斯特從巴斯德的研究中得到一個觀念,醫院感染的來源並不是空氣本身,而是其中的微生物。早期,他可能想過空氣的污染及傷口感染是由單一有機體入侵所導致。李斯特還無法想像空氣傳播的細菌數量之大,以及它們程度不同的毒性,他也還不懂細菌有諸多散播的方式,還能透過許多不同媒介。

李斯特終於理解到他無法預防傷口接觸空氣中細菌的這個關鍵事實。於是他將注意力轉向找尋在感染發生前消滅傷口內微生物的方法。巴斯德操作了一系列實驗,展現三種可以摧毀細菌的方式:熱氣、過濾或消毒劑。李斯特排除了前兩項,因為它們都不適用於傷口處理。他決定聚焦在找出不造成進一步傷害的前提下最有效的殺菌方式:「當我閱讀巴斯德的文章時,我對自己說:就像我們可以用不損害頭皮的毒藥消滅小孩滿頭的蝨子一樣,因此我相信我們可以在病患傷口塗抹具毒性的藥品,在不傷及軟組織的前提下消除細菌。」

外科醫生使用消毒劑刺激傷口已經行之有年。問題是醫生間對於造成敗血症的原因並無共識,而且這些物質只有在感染已經生成後才被用來控制化膿。大約是在這時,《刺胳針》報導:

「過去醫生的照護工作絕大部分都是在避免發炎與……治療發炎。如今我們已經不那麼害怕它了。而當代外科醫生對於敗血症的恐懼,就如同他們的前人畏懼發炎一樣,但敗血症卻又是更真切更強大的邪惡。」

不巧的是,雖然血液中毒比發言來得更危險,醫學期刊搞錯了一個根本事實:化膿伴隨發炎而生,而且經常是血液中毒與敗血症的症狀。 發炎本身不是一種病,卻通常代表某些更可怕的問題正在發生。在確立了這個區別之前,外科醫生很難理解感染發生前要使用消毒劑這個原理,尤其是因為醫學界中許多人仍相信發炎與膿汁是癒合過程的一部分。良好、乾淨以及有限的「值得讚揚的膿汁」都是正常傷口癒合的必需,但過量或受污染的膿汁就被視為腐敗的危險媒介。

讓事情更複雜的是,許多消毒物質已被證實無效或會對組織造成進一步傷害,導致傷口更容易受到感染。從酒和奎寧,到碘和松節油全都被用來處理傷口感染,但在腐壞性化膿已經出現以後,沒有一種消毒劑能夠持續有效地阻止化膿。侵蝕性物質,例如硝酸,能夠有效抑制腐壞性感染,卻又經常被稀釋到無法發揮功效的程度。

相關書摘 ►《李斯特醫生的生死舞台》:隨著「消毒」概念被建立,外科變得完全不同

書籍介紹

《李斯特醫生的生死舞台:從恐怖醫學院到外科手術新紀元,消毒之父約瑟夫.李斯特的信念與革命。》,網路與書股份有限公司(台灣分公司)出版
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作者:琳賽.菲茨哈里斯
譯者:蘇文君

本書以1846年英國首場使用麻醉藥的手術開始,展開了當時還只是個醫學生的外科手術消毒技術之父——約瑟夫.李斯特(Joseph Lister)不凡的一生。琳賽.菲茨哈里斯化身為但丁,帶領我們穿越十九世紀駭人的外科世界,以細緻的筆觸描繪李斯特這位醫療史上其中一位最高瞻遠矚的人物,如何竭力把維多利亞時代的屠夫扭轉成專業的外科醫生,開啟人類存活史上最安全無虞的現代世界。

外科手術在十九世紀前僅被視為一門屠宰技術,血腥、粗暴得令人震撼,醫生在麻藥還沒發明的年代,是以動作快和蠻力而獲取名聲。那也是一個只是斷腿也會導致截肢的年代,醫生施行手術時穿著血跡斑駁的衣服、手也不洗,接連在不同病人身上使用同一套未經清洗的器械,因此有一半病人無法活著走出手術室,術後的死亡率更是今天的十倍。即使是醫生本身,亦很容易於解剖屍體時不慎割傷自己而受感染死亡——踏進醫院無異於走進死亡的通道。當時醫學界的觀念認為傳染病是透過氣體傳播,他們還不知道髒污的環境會讓人類傷口受到細菌感染。李斯特察覺到這點,於是在科學世界所知微乎其微的領域中無畏探索,到底是什麼一次又一次奪走病人的性命。他發表大膽前衛的言論,聲稱細菌即是真正的兇手,一步步揭開傳染病的謎底。

李斯特最不朽的成就,在於成功地讓消毒學說遍地開花。儘管一開始遭到滿腹懷疑的同業阻撓與誣告,但他積極教導年輕的醫學生,建立起一系列消毒的醫療守則。李斯特的門徒帶著他的概念、方法,以及那無可動搖的信念,堅信只要正確、一絲不苟地實施這得來不易的技術,因手術而拯救的生命,將會大幅超出因手術意外而流失的生命——由此畫下了醫學與科學結合的新紀元,挽救了許多人的生命。

從此以後,知識之於愚昧的優勢、勤勉勝過疏忽的態度,定義了外科的未來。

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責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航