实验室的几滴液体落在橡胶手套上,15秒后就宣告了她的死亡...

2021
06/15

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生物世界
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撰文 | 我演戈多
来源 | 生物学霸

自古以来,人类对 的着迷从未断绝。

早在公元前 1500 年,埃及权贵们就开始在自己墓穴中使用这种自然状态下为液态的金属。秦始皇的陵墓中,也发现了大量汞的存在。汞的独特性质,也让它成为了古代炼丹方士及西方炼金术士的心头好,是「仙丹」与「真金」的重要原料。

尽管无数方士与术士在追逐长寿与财富的过程中中毒殒命,「以毒攻毒」的概念却使得汞具有了独特的药用价值。无论是作为朱砂的主要成分在中药的被广泛使用,还是在青霉素出现之前作为治疗梅毒的一线药物,汞在人类历史中扮演了重要的角色。

直到二十世纪,数起臭名昭著的大规模汞中毒事件的发生,才让全人类重视起了汞,尤其是有机汞中毒的问题。

日本的水俣病患者,图片来源:每日新闻

二十世纪中期,日本熊本水俣市出现了大量奇特的病人。这些患者手足麻痹,运动失常,并伴随着失智、精神错乱等症状。根据当地的地名,这种病被命名为「水俣病」。后续调查发现,这些症状是由有机汞中毒导致的,而汞的来源是位于水俣的肥料工厂。

十年后,日本新潟因企业乱排放含汞废液再次爆发「水俣病」。两次事件共计对数万人造成了不可逆的损伤,数千人因此丧命。

1971 年,伊拉克民众由于误食甲基汞杀真菌处理过的小麦和大麦种子,再次爆发大规模汞中毒事件,造成六千余人中毒,数百人死亡。

这几起事件的发生,引起了科学界对金属中毒的高度关注。

凯伦・维特哈恩, 图片来源:达特茅斯学院

就职于达特茅斯学院的凯伦・维特哈恩 (Karen Wetterhahn) 就是金属毒性研究的佼佼者。可没有人想到的是,这位可能是当时全世界最了解金属毒性的人,最终却因为一次意外的金属中毒事件,永远的离开了我们。


突如其来的汞中毒

1996 年 8 月,凯伦像往常一样,使用二甲基汞对 199Hg 核磁共振波谱仪进行校准。 当几滴二甲基汞不小心滴到凯伦的橡胶手套上时,对实验室安全操作无比清楚的她并没有太往心里去。

她有条不紊地关上装有二甲基汞的试剂瓶,并标记好试管,再仔细地将台面清洗干净,最后才将被污染的手套脱下。

二甲基汞, 图片来源:维基百科

但几周之后,凯伦发现自己的身体开始出现异常。她的手脚趾开始疼痛,学生反馈听不清她上课时讲的话。

五个月后,凯伦身体的平衡变得异常困难,视线也开始变得模糊。种种迹象,让熟知汞中毒症状的凯伦立即警觉起来。凯伦立即前往医院,并被确诊为急性汞中毒。

此时凯伦血液与尿液中的汞含量高达 4000 µg /L 与 234 µg/L,是正常人的 500 与 50 倍,更是远超汞的毒性阈值。

由于此时凯伦的汞中毒已经非常严重,医院立即采用了极其激进的螯合疗法来清除她体内的重金属,但凯伦的身体状况依旧加速恶化。

就在凯伦出现神经系统症状 3 周后,凯伦陷入深度昏迷,成为了「植物人」。

1997 年 6 月 8 日,大脑重度受损的凯伦永远的离开了深爱着她的丈夫与两个孩子。

在凯伦失去意识之前,她终于想起来,自己汞中毒的原因,可能正是五个月前,那次她没有放在心上的小意外。


失效的橡胶手套

时间回到 1996 年 8 月,当那几滴二甲基汞滴落在凯伦的橡胶手套上时,没有人知道橡胶手套在二甲基汞这种高有机性的剧毒物前形同虚设。

这些致死量为 400mg 的毒药迅速穿透了凯伦的手套,并在接触到皮肤的一瞬间,被皮肤吸收。 整个过程不超过 15 秒

当凯伦正在进行整理试验台的操作时,这几滴二甲基汞就已经宣告了凯伦的死亡。

二甲基汞在进入人体后难以随着代谢被排出体外,反而会产生造成「水俣病」的甲基汞。对于甲基汞,人类大脑引以为傲的血脑屏障也束手无策,任其穿透。随着甲基汞在大脑中的生物富集,它们会与半胱氨酸形成复合物,最终对人体的神经系统造成不可逆的损伤。

尽管研究重金属对生物损害的凯伦对甲基汞的毒性了如指掌,但人类对二甲基汞穿透性的知识盲区,还是带走了她的生命。

因为对自己事业的热爱,这位金属毒性研究的巨匠,在失去意识前对治疗自己的医生说出了自己的遗愿,那就是让科学家与医生竭尽所能研究二甲基汞,使其他的学者不重蹈覆辙。
关于凯伦的研究发表在 NEJM 的论文, 图片来源:NEJM

为了完成凯伦的嘱托,治疗她的医生在死后对凯伦进行了解剖,并把一份详细的报道发表在了医学顶刊 NEJM 之上,向世人警告二甲基汞的危害。

在论文发表后,监管机构对二甲基汞的使用加以了限制,并要求使用特制的手套进行二甲基汞的相关操作。


凯伦的遗产

作为一名杰出的化学家,凯伦留下的遗产远不止二甲基汞毒性的警示。身为一名女性学者,凯伦推动了女性科学家在学术界地位的提升。在任职期间,凯伦成功将达特茅斯学院主修科学的女性数量从 13% 提高了 25%,成为全美模范。

以凯伦命名的奖学金, 图片来源:达特茅斯学院

在凯伦离世后,达特茅斯学院以凯伦之名设立了基金会,向优秀的化学博士提供资助。也无时无刻不在告诫着世人,实验室安全的重要性。


安全第一、实验第二

作为生物或者化学领域科研工作者,我们的日常工作中难免会接触到大量高危实验。

由于违规操作与实验室安全管理的不规范,这些高危实验已经酿成了多起惨剧。

清华大学实验室爆炸, 图片来源:网络

2015 年 12 月 18 日,清华大学化学系发生火灾,造成一名博士后当场死亡。

2018 年 12 月 26 日,北京交通大学市政与环境工程实验室发生爆炸燃烧,造成 3 人死亡。

类似的新闻每隔一段时间都能见到,但对比起化学实验事故造成的「物理伤害」,生物实验室中「魔法伤害」也值得大家重视。

Dora Lush, 图片来源:网络

1943 年,年仅 33 岁的澳大利亚女细菌学家 Dora Lush 在向小鼠接种斑疹伤寒病原时不小心扎中了自己的手指,并因此染病。四周后,Dora Lush 不治身亡。

1978 年,就在 WHO 宣布天花被人类消灭的两年前,在英国沉寂多年的天花病毒重出江湖,造成了人类历史上最后一例天花死亡病例。后续调查发现,患者是因为楼下伯明翰大学天花研究实验室的病毒泄漏感染天花,因此丧命。好在疫情没有进一步扩散造成更大伤亡。

事故发生的伯明翰大学医学院, 图片来源:维基百科

但令人唏嘘的是,在患者死亡前一周,伯明翰大学微生物系负责人 Henry Bedson 教授因内疚自杀,与其研究了一生的天花一同谢幕。

由于研究的特殊性,生化研究往往要接触大量具有危害性质的物质。任何实验事故都可能会对实验人与社会带来巨大的危害。

实验人员应该对自己实验中所存在的风险具有充分的认知,并了解出现问题时正确的处理方式;同时,在发现实验室存在安全隐患时,应及时上报,要求整改,实在解决不了的话,还是尽早离开那些存在风险的实验室,另寻高就。

毕竟,实验失败了,还可以再做,命要是没了,就再也没有挽回的余地了。

没有谁想以凯伦的方式,出现在 NEJM 的论文之中。

参考资料:
1.https://science.sciencemag.org/content/181/4096/230
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Karen_Wetterhahn
3.https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJM199806043382305
4.https://www.mentalfloss.com/article/501147/retrobituaries-karen-wetterhahn-chemist-whose-poisoning-death-changed-safety

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关键词:
二甲基汞,实验室,水俣病,天花,毒性

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