好文分享:氧氣別亂吸,氧氣毒性的發現歷史

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氧氣別亂吸,氧氣毒性歷史
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今天,鯉魚兒要跟大家分享一篇好文:氧氣毒性的發現歷史。大家都知道氧氣是延續生命的必須,若沒有了氧氣,不出幾分鐘的時間,我們就會因缺氧而死,但氧氣並不是多多益善,空氣中本來就存在穩定濃度且足夠的氧氣供我們利用,額外亂吸氧氣可能不但不會有好處,反而對身體帶來巨大傷害!就讓我們一起了解氧氣毒性的發現史吧!


氧氣的毒性

英國人普利斯特里最早收集到氧氣,也是最早提出氧氣可能有毒性的科學家。1774年8月,普利斯特里用透鏡加熱氧化汞,獲得氧氣。隨後普利斯特里發現,物質在這種氣體裡燃燒比在空氣中更強烈,於是他稱這種氣體為“去燃素空氣”。隨後普利斯特里也嘗試呼吸這種氣體,因此雖說普利斯特里不屬於氧氣的真正發現者,但他肯定是人類第一個吸氧的人。有文獻上說他呼吸後感覺很不錯,因此他認為這種氣體將來會稱為奢侈品被有錢人呼吸,但他又根據蠟燭在這種氣體環境中燃燒速度加快的道理提出,動物在這種氣體環境中,和蠟燭一樣,生命物質消耗的速度也會加快。因此他擔心這種氣體可能會加快生命進程,或者說存在毒性。可以說他在科學上具有很強的前瞻性,因為人類真正確定氧氣的毒性發生在100年後。

 

法國著名氣體生物學家Paul Bert是人類歷史上第一個發現並系統研究氧氣毒性的科學家。在他1887年發表的《氣壓生理學》著名專著中,詳細描述了氧氣的毒性,也是他最著名的科學發現之一。(最近有一項有名的關於返老還童的研究和也Bert有關係.1864年,法國動物學家Paul Bert描述了一種不尋常的外科手術手段——將2隻老鼠的循環系統銜接成一個。Bert將2只動物如老鼠的側身切開,之後將它們被切開的皮縫在一起,這樣一來它們的身體將相互接觸。當傷口癒合後,1只動物的毛細血管會滲入到另外1只動物的身體組織之中,2只動物將共用同一個循環系統,相互間輸送營養。直到近100年之後,研究者才意識到這種連體共生現象,為研究衰老和再生提供了一種高效的方法。)

 

PaulBert是氣體生物學研究的鼻祖,這裡對他進行比較詳細的介紹。Paul Bert出生於法國歐塞爾。他因為希望成為工程師,就讀於巴黎綜合理工學院,後改變主意學法律。最後受動物學家Louis Pierre Gratiolet(1815–1865)影響,又攻讀生理學,師從法國著名生理學家Claude Bernard,並成為Bernard教授的最得意門生之一。Bernard教授曾被哈佛大學稱為人類最偉大科學家之一,是最早提出盲法研究的科學家,生理穩態研究的奠基人。

 

1863年Bert從巴黎大學獲得醫學博士學位。1866年被任命為波爾多大學生理學教授,1869年被任命為巴黎索邦大學生理學教授。公社巴黎事件後,Bert參加了支持甘必大的政黨。1874年Bert被選舉為國民大會代表,1876年他進入法國眾議院。他強烈反對法國敬聖職者主義,堅持否定宗教,是徹底的無神論主義者,他也是強調全民自由平等法國啟蒙思想的堅定倡導者。1881年11月到1882年1月(不足100天),他曾擔任短命的甘必大內閣的教育部長,1881年,他在巴黎劇院的一場關於評論現代天主教的演說引起舉國轟動。演講中,他對法國一些教會會長的愚蠢行為進行了嘲諷。1886年,他在越南河內死於痢疾。

 

作為科學家的Bert,比作為政治家的Bert更受世人尊敬,他在氣體生物學效應的貢獻,可以比喻為牛頓在力學上的貢獻。Bert最具有代表性的學術著作是1878年出版的《氣壓生理學》(La Pression barometrique),這是關於氣體壓力變化以及生理學效應的經典和奠基性著作,這部著作匯集了他用1875年從法國科學院獲得的2萬法郎獎勵開展的研究,主要是對空氣等氣體,包括低壓和高壓下的生理學效應的綜合研究。

 

中樞神經系統氧中毒,就是在這一著作中首次被描述的,所以有時候把中樞神經系統氧中毒稱為Paul Bert效應,就是為紀念Bert教授的貢獻,這也是人類第一次系統證明氧氣有毒性。在關於氧氣毒性的研究中,他發現氧氣對昆蟲、軟體動物、蚯蚓、真菌、發芽的種子、鳥和其他各種動物都有毒性。除氧氣毒性研究外,他曾經研究過植物嫁接,動物組織分類,以及各種有毒物質及窒息等的生理學效應。在植物生理學方面,他研究過各類光線對蔬菜生長的影響。1880年後,他撰寫了許多科學研究指導、教育和交叉學科等方面的著作。

 

中樞神經系統氧中毒或者Paul Bert效應,也有人叫急性氧中毒,是人或動物短時間呼吸幾個大氣壓高分壓氧氣,產生的以中樞神經系統功能紊亂為特徵的氧氣毒性效應。人和哺乳動物中樞神經系統氧中毒最具有代表性的變化是癲癇大發作。感謝Paul Bert早在1878年就認識到中樞神經系統氧中毒,所以在進行接觸高分壓氧氣,如潛水呼吸高壓氧過程中,人們採取主動迴避的方法,因此人類這種疾病極少發生。

 

如果說Paul Bert發現的急性氧中毒是在高壓這種特殊情況下,那麼隨後發現的慢性氧中毒就和我們日常生活,尤其是臨床呼吸氧氣的情況密切相關了。

 

人類總是對未知現象充滿好奇,甚至會親自嘗試危險。但生理學領域這方面最典型的科學家代表非John Scott Haldane (1860年5月2日-1936年3月15日)莫屬。Haldane是蘇格蘭生理學家,他最著名的就是經常冒險對自己進行生理學實驗,他也給人類生理學研究帶來了許多貢獻,尤其是關於氣體生物學效應研究,是繼Paul Bert後最傑出的人物。在開展呼吸功能研究中,他發現了血紅蛋白的Haldane效應。

 

Haldane不僅用自己身體做實驗,甚至把他年輕的親生兒子JBS Haldane(這也是風雲人物,共產黨員)作為小白鼠開展研究,用當前人們的看法,這顯然不符合倫理學原則。有一次Haldane將自己關在一個密封的艙內,呼吸可能會致命的有毒混合氣體,親自記錄這些有毒氣體對身體和精神的影響。Haldane曾多次到礦難現場調查事故原因。

 

第一次世界大戰期間,由於德國軍隊在戰場上使用有毒氣體,Haldane到拜見當時的英國國務卿勞得基奇納,要求負責鑑定出德國軍隊使用的什麼有毒氣體,利用這次機會,Haldane發明一種防毒面具。小Haldane後來也成為著名的科學家,父子兩人在潛水醫學領域的研究讓他們成為潛水醫學的奠基人。

 

作為潛水醫學研究專家,他最重要的貢獻是在1907年提出的潛水減壓理論。根據他的減壓理論,他建立了階梯式減壓的現代潛水減壓方案,並彙集成潛水減壓表,這一傑出貢獻大大提高了潛水工作效率和安全性。現在的潛水作業,仍是以Haldane減壓理論為基礎。他的兒子小Haldane經嘗試在高壓下呼吸氧氣,並發生了癲癇大發作,也算是親身冒險嘗試高壓氧毒性的英雄。這也是第一次關於人類急性氧中毒的文獻記錄。

 

關於氧氣毒性的研究,另一位著名科學家是Haldane的同事James Lorrain Smith(1862年8月21日-1931年4月18日),Lorrain Smith開始本來學習藝術,1889年畢業於愛丁堡大學醫學院,後師從劍橋大學病理學家John Lucas Walker教授學習病理學,曾在Christian Bohr實驗室學習過血液氣體分析技術,1901年被貝爾法斯特皇后學院聘為教授,1904年成為曼徹斯特大學病理學教授,

 

LorrainSmith教授和Haldane教授合作開展呼吸生理學研究,尤其是針對血液運輸氧氣的功能。1897年,正好在急性氧中毒發現後20年,Lorrain Smith報導了氧氣的慢性毒性,他發現動物連續呼吸高濃度氧氣(空氣中氧氣濃度為21%,超過50%就可以產生毒性),這種慢性毒性主要表現在肺組織,特徵類似於肺炎。為紀念Lorrain Smith教授的貢獻,這種氧氣的慢性肺型毒性被稱為Lorrain Smith效應。

 

開始科學家發現氧氣具有毒性,似乎只針對大腦和肺組織,其實隨著研究的深入,科學家逐漸發現,氧氣的毒性廣泛存在,幾乎對所有的組織器官都有毒性,這種現象尤其是在體外培養過程中,只不過大腦因為血流豐富,肺組織是直接接觸外界環境,是氧分壓最高的組織,才成為最容易發現存在毒性的器官。這裡強調一點,我們普通進行體外細胞學培養時,細胞培養液其實是暴露在空氣中,氧氣的分壓遠遠超過大多數細胞在體內的實際情況,這並非真正的生理條件。

 

在各種組織氧中毒中,眼氧中毒比較特殊,因為這種類型曾經引起大量早產兒失明,但由於發病隱蔽,開始並沒有引起臨床上註意。有人發現,早產兒容易發生失明,多年後才發現早產兒失明和出生後呼吸氧氣存在很大相關關係,才意識到早產兒失明的原因可能是出生後呼吸純氧。早產兒視網膜對氧氣毒性非常敏感,導致視網膜病變導致視力喪失。

 

雖然氧氣存在毒性,但氧氣治療疾病作用也一直被人們關注,目前呼吸高壓氧治療疾病已成為治療一氧化碳中毒、氣體栓塞、潛水減壓病等疾病最有效的手段,而預防或避免氧中毒最有效的方法就是主動迴避,方法包括限制壓力和持續呼吸時間,或者間隙性呼吸的方式。

文章來源:孫學軍氫思語

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