书城医学新编科技大博览(A卷)——抗衡衰亡的现代医学
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第4章 医学的脚步(4)

自从伽利略制成第一支空气温度计开始,人们就碰到一个难题,那就是“温标”——如何确立温度计的共同的标准。

首先意识到这一问题的是英国着名物理学家玻义耳,玻义耳一边思索着解决的方法,一边实验着。经过一番钻研,玻义耳建议用茴香油放在酒精温度计的周围,让油凝固,记下当茴香油开始凝固时的酒精高度,然后再计算酒精的膨胀。

玻义耳有个助手,名叫胡克,由于一个偶然的灵感,他制成了一支清晰易辨的温度计,它里面灌着红色的酒精。胡克制造的温度计变化非常大,夏天可以膨胀到顶端,冬天可以降低到底部。在杆上刻度时,胡克先把它放在正在凝固的蒸馏水中,把它停留的位置当作零,再根据液体的膨胀程度分度。

法国科学家阿蒙顿,他于1702年改进了伽利略温度计。他的温度计是由一个恒定体积的玻璃泡和一个U形管较短的一臂连接而成,U形管较长的一臂内的水银柱高度表示所测得的温度。阿蒙顿的温度计测出的温度与大气压强无关,因此,不同地方的温度计读数可做比较,但是由于他选择水的沸点作为一个固定点,这又与大气压强有关,结果还是不能取得较高的准确度。

同时期的牛顿发现了固体冷却定律和他对溶解与沸腾温度稳定性的观察,对温度计的发展至关重要。

到了18世纪,由于物理学、医学和气象学等各个方面日益发展的需要,对温度测量的要求越来越高。真所谓“时势造英雄”,在这样的形势下,有3位科学家脱颖而出,他们便是华伦海特、列奥默和摄尔萨斯。

阿姆斯特丹一个有名的科学仪器制造家华伦海特,最初是用酒精来制作温度计的,直到1714年,28岁的华伦海特才制造了现在仍以他的名字命名的那种水银温度计,在他的温度计上,他选了3个固定点:第一点取冰、纯水和氯化铵混合物的温度定为0度;第二点取无盐的冰水混合物的温度定为32度,称之为凝结的起点;第三点取温度计插入人体口中或置于腋下的温度定为96度,这便是“华氏温标”。

有趣的是,水的沸点虽然不是华氏温标的一个固定点,但是这一点恰恰与之重合。以后,为了使固定更精确,人们便把以冰水混合物的温度定为32度,把在标准大气压下水的沸腾温度定为212度。

列奥默是一位法国贵族博物学家,他在不知晓华伦海特工作的情况下,沿着不同的路线,探索着温度计的改良工作。

1730年,列奥默引入了一种温标,他把水的冰点和沸点之间划分为80度,这是因为列奥默注意到,酒精和五分之一水的混合液在从水的冰点加热到沸点时,其体积从1000份膨胀到1080份。但是,由于他忽视空气压强对液体沸点的影响,他的温度计的测量结果并不理想。

列奥默发明的这种温标人们称之为“列氏温标”。

1742年,瑞典天文学家摄尔萨斯在一篇向瑞典科学院宣读的论文中,建议人们采用一种新的温标,即“百分温标”,又称“摄氏温标”。他选择了两个固定点,一个是沸水的温度记作0度,另一个是结冰的温度记作100度,中间分为100个分度。因此,摄尔萨斯当时的情况和我们今天恰恰相反:沸腾的水不是100度,而是0度!这个“摄氏温标”使用起来比以前所有的温度都更令人满意,渐渐地成了科学研究中应用最广的温标。1743年,有人对“摄氏温标”的方向不太满意,于是,将它倒了过来,取水的沸点为100度,冰点为0度,这种温标便一直延用至今。

高低可测精确无误

英国科学家卡文迪许是18世纪受人尊敬的一名科学家。18世纪50年代前后,卡文迪许发明了早期类型的最低温度计和最高温度计,它们是两个互相独立的仪器。

通过温度计可以监测人的体温变化。

18世纪末,西克斯改进制成了组合式最高最低温度计。西克斯通常在晚上去察看他的温度计,从左边的指标看看昨天夜里的冷,从右边的指标看看今天白天的热。他将这些记录下来,然后把一块小磁铁作用于管子被指标贴住的部分,使指标向下移动到水银表面。这样,无需加热、冷却、分离或扰动水银,也无需移动仪表,便可以使这仪表一动也不动就调整好了,他便开始准备做另一次记录。

这种温度计的发明对人类生活大有用处。

到了19世纪末20世纪初,科学技术的发展要求更精确的温度计,同时,科学技术的发展也为更精确温度计的诞生创造了条件。在这一时期,相继诞生了电阻温度计、辐射热计、光测高温计以及氢温度计、温差电偶温度计等。

今天的温度计已成了一个大家族,由以上各种愈益精确、科学的温度计,便可见一斑,尤其是进入电子时代以后,小巧灵便的液晶显示温度计更是受人青睐。

链霉素的发现

链霉素的发现与土壤有着很大关系。

瓦库斯曼1888年生于美国,在大学读书时,他就专门从事土壤细菌学的研究。大学毕业后,他很快成了一名有成就的学者,并创建了一个专门的细菌研究机构:瓦库斯曼研究所。

1924年的一天,他的研究所接受了结核病协会提出的一个科研任务——进入土壤中的结核菌到哪里去了?

原来,这家结核病协会在试验中突然发现,结核菌掉入泥土中,不长时间全都没有了。

人们对这一现象大惑不解。这一现象深深地吸引着瓦库斯曼,他于是分配助手和学生进行试验研究。经过3年实践,他确认,结核菌进入泥土中,最终真的完全不存在了!

“土壤中的微生物和进入土壤中的结核菌是一种什么关系?病菌进入土壤中完全被消灭,是否被土壤中的微生物杀死了呢?这些能杀死病菌的微生物是否能够对人类的医疗事业起作用?……”瓦库斯曼给自己提出了一系列的问题。他下决心从土壤入手,寻找能杀死结核菌的物质。他知道,这是一项浩大的工程,但为了人类能够战胜结核病这个恶魔,他要一丝不苟地研究下去。

研究土壤中的微生物可是一项十分麻烦而又细致的工作。一小块土壤常常有几千种细菌存在,而它的存在条件又各不相同,研究人员必须先把它们一种一种地分离出来,再按它们生存的不同条件在培养基里进行纯粹培养,当取得分泌物之后,又必须在病原菌或其他细菌中进行杀菌效能检查。

实验一天天,一月月,一年年过去了,筛选的细菌一百种、二百种、三百种……一直到1941年底,已经达到了5000种!这时,英国人发现了青霉素,人们在欢庆的同时,瓦库斯曼及全体研究人员备受鼓舞。

1942年,瓦库斯曼终于在土壤中成功地培养出一种药物,通过动物实验,取得了青霉素无法治疗的疾病的特殊效用,然而不久,这些被试验的动物又一个一个相继死去了,说明这种药物有毒。

艰难的试验又在继续,七千种,八千种……1943年,瓦库斯曼在进行到一万多种实验之后,总算发现了他们认为理想的新药物,并顺利地通过了对动物的实验和长期观察,确认这种新的药物对治疗结核病有特效,并且对动物无害。

几个月后,瓦库斯曼发明的新药开始对人类进行临床试验,疗效极好。于是,他把这种药定名为“链霉素”。不久,发现链霉素的消息传到了世界各地,各地的有名医院和研究所纷纷来信询问或索要样品。瓦库斯曼因为发现使用这种药后,个别人会出现耳聋的后遗症而不同意大范围用于临床。

又经过两年的使用和观察,他终于摸清了链霉素的药性,并找出了使用方法及注意事项。在1945年,他才正式撰文公开了自己的发现,至此,经过20多年艰难摸索,链霉素这个新的抗生素产生了,20世纪初期宣布为不治之症的结核病有了特效药。

为了表彰瓦库斯曼的贡献,1952年12月,在瑞典首都斯德哥尔摩为他颁发了诺贝尔医学奖。

X射线的发现

X射线的发现是极为偶然的。1895年,伦琴正在实验室内致力于研究阴极射线所引起的荧光现象。当他正端详着高真空放电管时,意外地发现放在距离放电管两米远的涂有铂氰化钡的屏也发出荧光,而当放电管停止放电时,荧光随即消失了。

这一现象引起了伦琴的强烈兴趣:屏上的荧光,分明是由放电管引起的,但是,阴极射线只能穿透几厘米的空气啊,因此,可以断定,引起屏上荧光的肯定不是阴极射线。那么,这究竟是什么神秘物质呢?伦琴又反复做实验,或把屏移得更加远离放电管,或用黑纸把放电管包起来,屏上依然有荧光发生。百思不得其解而又兴奋异常的伦琴给这位神秘的不速之客起了个名字:X射线。

接着,伦琴又通过一系列实验证明,这种特殊的射线具有不同于阴极射线的新性质。如X射线不能被磁场所偏转,它不仅可以使密封的底片感光,还可以穿过薄金属片,甚至在照片上能显示出衣服内的钱币或手掌骨骼。

X射线的发现对人类的贡献是巨大的。许多科学家把X射线应用于医疗诊断和物质结构的研究。就是我们现在去医院看病,有的时候医生还要建议我们拍张X光片呢。

但是,亲爱的读者,你知道吗,关于X射线,还有个有趣的小故事呢。

伦琴发现了X射线后,人们出于对他的敬仰,把X射线叫做伦琴射线。但是,伦琴夫人对于丈夫发现的这种神秘射线,却抱着既好奇又不相信的态度。伦琴为了说服她,跟她开了一个小小的玩笑:让她把手放在射线前拍了一张照片。然后,把冲洗出来的底片给她看。

心理上毫无准备的伦琴夫人一旦看清丈夫手里的底片,吓得尖叫着连连倒退。看着爱妻受惊的样子,伦琴忍不住哈哈大笑起来。

伦琴夫人左手的X光照片,在全世界的科学家中引起了巨大轰动。一时间,全球掀起了研究X射线的浪潮。说起来你恐怕不会相信,那个时候,X光甚至是受许多显贵绅士青睐的娱乐工具呢。他们争相用X光看彼此的骨骼系统和内脏器官,乃至看一枚放在皮夹子里的小小的硬币。不过,后来一旦知道X光对人体细胞有杀伤作用,就没人再热衷于玩这样的游戏了。自然,对于我们来说,X射线的伟大意义,也与这些达官贵人的游戏无关,我们铭记伦琴,是因为他为我们开创了一个人类探索物质世界的新纪元。

心电图机的发明

心电图问世后,医生得以实时把握病人的心脏器官工作状况,一次次化险为夷,把病人的生命从病魔的手中夺回。

救死扶伤化险为夷

1906年,荷兰莱顿大学附属医院里送来了一位情况非常危险的心脏病患者。他的心跳极其微弱,以至当时的测量仪器无法测出,医生无法诊断其病情。正当大家束手无策的时候,一位教授搬出了一台大家从未见过的仪器,用仪器上的一根石英丝两端与患者身体相连,再将仪器与电缆接通,不一会儿教授的实验室里接收到了清晰的心电图。医生们很快诊断出了患者的病情,挽救了他的生命。世界上首台心电图描计器“临床实验”成功了,它的发明者就是那位挺身而出的教授,荷兰医学家威廉·艾因特霍芬。

威廉·艾因特霍芬1860年5月21日出生在印度尼西亚三宝垄的一个大庄园里。艾因特霍芬就读于乌特勒克大学,他的老师是当时有名的病理学家及眼科专家F·C·杜德氏教授。杜德氏毫无保留地对艾因特霍芬言传身教,将自己珍贵的研究资料送给了他。艾因特霍芬勤奋好学,并且开始了对心脏的研究。

心脏搏动时,伴有微弱的电活动。19世纪末,根据这一现象,科学家首先在动物体内,尔后在人体内发现这种生物电流极其微弱,一般在毫伏级,而且它的变化非常快,一般的电流计很难测出。1881年,沃勒首先研制出毛细管电位计来记录生物电。但是,该电位计测量瞬间变化的生物电,诸如心电的效果很不理想。为了探求心电电子描计器的机械原理,艾因特霍芬转入物理系苦苦钻研,1885年艾因特霍芬来到莱顿学院,任病理学教授,进一步对他的课题进行研究。1891年艾因特霍芬成功地研制出了弦线电流计。他在两极强磁场之间,垂直放一根极细的直径约有红细胞的1/4石英丝。当石英丝的两端分别与需测量组织相接时,如有电流通过弦线,弦线就会在磁场中发生偏转,其偏转程度与通过弦线的电流强度成正比,于是组织中微弱电流的情况便可以被准确地记录下来。在此基础上,艾因特霍芬又经过不懈的努力,于1903年发明了弦线型心电图描计器。但行事谨慎的艾因特霍芬仍觉得自己的机器不够完善,一直没有公布自己的发明。1906年那次特别的临床实验轰动了世界,艾因特霍芬一夜成名,并因此获得了1924年诺贝尔生理学及医学奖。

科技的发展一日千里,对心电的研究不断取得突破。弦线型心电图描计器已成“伟大的先驱”,热笔型、喷墨型心电图机正在心电测量领域被广泛应用。计算机技术飞速发展,并被广泛用于辅助心电图自动诊断。心电图机将会有一个更加广阔的应用前景。

寻根追底记录心迹

那么,心脏的电激动以一个个心肌细胞的电流动为基础。心肌细胞在静息状态下细胞膜外带正电荷,膜内带同等数量的负电荷。膜内外有各种离子,主要是带正电荷的钾离子、钠离子。以钾离子为例:细胞内的钾离子浓度较细胞外约高20倍~30倍。细胞膜对钾离子的通透性较高,于是一部分钾离子顺着浓度梯度外流至膜外,增加了膜外正电荷的数量。膜内的有机负离子(主要是蛋白质大分子)有随钾离子外流的倾向,但因分子大不能通过细胞膜而被阻滞于膜的表面。膜外正电荷的排斥作用和膜内负电荷的吸引作用,使钾离子的继续外流受阻而达到平衡时,在膜的两侧便形成极化状态,即心肌细胞在静息状态时保持着细胞膜内外的电位差。此时,将微电极插入细胞内,就可录到一个负电位,称之为跨膜静息电位,即膜电位。