想要评估所有化学物的危险和风险,必须先了解这些化学物如何、何时和为什么会有毒,这就是毒物学的研究领域,也正是本书的写作目的。 出版过多本畅销化学科普著作的约翰•艾姆斯利(John Emsley,《分子博览会》作者)博士鼓励我写这本书。他在看过我所写的《毒物学入门》教科书后,建议我可以用它作基础,写一本供一般大众阅读的科学书籍。这便是我一直以来努力想要达成的。 写这本书时,我试着使用在教学与研究期间所知道的各种例子,并特地选出这些例子来说明一些想要强调的重点和原则,或者,只是因为我觉得这些例子都是很有趣的故事。 不过,本书并不是要用来当作检讨某种药物、杀虫剂或工业化学物危险性的参考书。如果要谈到所有我们可能暴露其中的化学物,那将会是好几巨册的参考书,必须花上一辈子的时间来写作,等它出版时,内容可能早已过时! 本书也不打算让读者对周遭的潜在化学危险产生不必要的担忧,但也不会暗示每一种化学物都绝对安全。 我希望读者读完本书后,会更加了解这些化学物,因而能够更容易判读我们不断接触到的各种混乱和令人不安的信息。我相信,一般大众必须获得客观且科学的信息,才能自行作出正确决定,在危险与利益之间求得平衡。 虽然我很努力想把专业与专业术语减到最少,但为了作出正确解释,有时候还是不得不使用。因此,如果某个术语第一次出现时没有详加解释,就会用黑体标出,并在书后的专有名词表里加以解释。对某些重点的详解,则写在文章中的边栏里。 最后,我必须向多位大力帮忙的人士致谢。首先,感谢大卫与萝兰妮•马修斯(David & Lorraine Matthews),这么多年来,他们一直不放弃出版这本书;还有安德鲁•克莱(Andrew Clay),感谢他在与出版社接洽时给予最大的协助;前面已经提到约翰•艾姆斯利博士的鼓励,同时他也对本书大纲以及其中一章的原稿提出建设性建议;特别感谢伊安•伯却斯(Iain Purchase)教授,他很好心地校对整本书原稿,并且提出很多重要与最新信息的评论;也感谢安迪•伦韦克(Andy Renwick)和朱欧科•杜欧密斯托(Juoko Tuomisto)两位教授以及苏•巴洛(Sue Barlow)博士,他们都在重要时刻提供重要的科学资料;最后要特别感谢凯西,感谢她不间断的支持,以及安娜、贝姬、尼克和琼,他们依据所读到的部分内文提出很多有用的建议和评论。 约翰•亭布瑞 2005年2月 毒物学(toxicology)是研究毒物的科学,但是,毒物是什么?“毒物”这个名词会让人产生多种不同的想法,经常会让人联想到“化学”这两个字。我翻阅了好几本辞典,找到几种毒物的定义,但这些定义基本上都很相似:“被摄取或被有机体吸收后,会造成死亡或伤害的一种物质——尤指那种即使微量也会快速造成死亡的物质。”另一种定义则提到更进一步的观念:“任何在人体内形成或被人体摄取时,会夺走生命或伤害健康的物质。”这两种定义告诉我们,毒物指的是对生命有害或可能致命的物质。第一种定义暗示,毒物可能具有某种效力,第二种则暗示,毒物可能是天然产生。另外,毒物在美国法律上的定义是:“当人体摄取某种物质时,如果它的剂量在每千克体重摄取50毫克(或更少)时就会致命,这样的物质就被视作毒物。”这表示,只要四分之三汤匙的量就可以毒死一名正常人。 所以,毒物是指可以致命的物质,但这些物质是什么?它们全都是化学物质,人工合成或是天然形成的都有。难道所有的化学物都是毒物?这要依情况而定,尤其取决于这些物质的摄取量。400年前有一句名言说得最清楚: 所有物质都是毒物,没有一种不是毒物。只要剂量正确,就可以把毒物变成仙丹。 ——巴拉塞尔士(Paracelsus,1493-1541,瑞士炼金士及医生) 这就是本书的基本主旨,而且,这对于了解化学物质的危险性和安全使用,相当重要。 剂量通常用“每千克体重(kg)摄取多少毫克(mg)”来表示。给人服用的治疗性药物剂量,经常是根据他们的体重来计算。因此,如果一般人的体重平均是70千克,致命剂量是50毫克/千克,那就表示,当一个正常人摄取3 500毫克(50×70=3 500mg)这种毒物,就会死亡。 Toxicology这个专有名词源自希腊文的toxikon(意为箭毒)和toxicos(弓)。最初,毒物被使用于战争。不过,也有人基于别种原因而对毒物产生兴趣,最早的毒物研究,是从公元前1500年开始。人类最早的医书,古埃及的《埃伯斯纸草文稿》(Ebers Papyrus),书中就提到毒物及很多毒物的配方。其中像毒芹汁(hemlock),是后来的人都还耳熟能详的,公元前399年,希腊人判决苏格拉底死刑,就是要他喝下这种植物性毒药,将他毒死。另外一种是“乌头”(aconite),这也是一种植物性毒药,中国人拿它作为箭头毒药,除此,书中还列出一些有毒金属,像铅(lead)和锑。而同时当作毒药和灵药使用的鸦片,也至少有5 000年的历史。 古希腊文学作品和神话中经常提到毒物,而且也是在古希腊时期开始对中毒者进行合理的诊治。在古希腊,中毒是相当普遍的现象,因此,治疗中毒和解毒剂(antidote)的使用就变得十分重要。第一个对中毒者采取合理治疗的人是希波克拉底斯(Hippocrates),大约在公元前400年。他当时一定已经了解到,在治疗或减轻中毒症状时,最重要的是要减少消化道(gut)对这些有毒物质的摄取。 传说,蓬塔斯(Pontus,小亚细亚东北部黑海南岸的一个古国)国王米特司立得提六世(Mithridates VI)经常用罪犯试验毒物的解药,然后把这些解药中的多种配方混合服用,用来保护他自己。不幸的是,最后当他想服毒自杀时,体内的药竟然还发挥解毒功效,逼得他只好用剑结束自己的性命!Mithridatic字意为“解毒剂”,就是从他的名字演化而来。另外一位类似的传奇人物,公元前2世纪的名医尼坎得(Nicander of Colophon),也用罪犯进行试验来找出解毒剂。在他所写的解毒剂学术论文中,提到多种毒物,包括铅粉(白铅)、氧化铅、乌头、斑蝥、毒人参(毒芹)、莨菪素以及鸦片。 古罗马时期,中毒现象更普遍,当时几位女性阴谋下毒者为了某些利益,开始施展她们精心设计的下毒艺术。直到公元前82年,罗马独裁者苏拉(Sulla)通过反下毒的法律,才终于遏阻任意使用毒药。罗马皇帝克劳迪乌斯一世(Claudius I)的妻子阿古利碧娜(Agrippina),以及奥古斯都(Augustus)的妻子莉维亚(Livia)都是下毒高手。莉维亚使用从颠茄这种致命植物的根与叶提炼出来的毒药阿脱品(atropine),把毒药灌入奥古斯都私人的无花果树盆栽里,毒死她的皇帝丈夫。 这时期使用的毒物,很多都是植物性的,但当时的人也已经知道砷化合物(砒霜),并且加以使用,例如克劳迪乌斯一世和他的亲生儿子布利塔尼库斯(Britannicus),就是被阿古利碧娜用砷毒死。最初,毒死布利塔尼库斯的计划并没有成功,他没被毒死,只是健康受损,阿古利碧娜于是想出另一套下毒计划,请人替已经开始怀疑遭人下毒的布利塔尼库斯试吃食物。阿古利碧娜叫人送很烫的热汤给布利塔尼库斯,试吃者喝过热汤,确认无毒后再呈给布利塔尼库斯,这时假借为了让汤冷一点,阿古利碧娜派人在汤里加进掺了砷的冷水。 公元50年,希腊医生迪奥斯克理德斯(Dioscorides)所著的《药物论》(Materia Medica)是一个重要的里程碑。他在书中把毒物分成动物、植物和矿物等几种,并分别加以描述,同时附上图画。在之后的16个世纪,这本书一直是毒物的主要资料来源。迪奥斯克理德斯也发现催吐剂(emetic)的重要性,在治疗中毒时,可以用它来造成呕吐,将毒物吐出。 中世纪时,意大利人为了政治目的、经济利益及婚姻而发展出更精密的下毒艺术。例如在佛罗伦萨和威尼斯的市议会记录里,都曾经提到要用下毒的方式除掉某人,并且翔实记载被下毒对象的姓名以及毒死他们的费用。除了政治目的,还有人基于其他原因而从事跟毒物有关的行业,例如一位名叫托法娜(Tofana)的女士就制造并出售含有砷的“托法娜仙液”(Aqua Tofana),还附送使用说明书。另一位女“毒手”希耶罗妮玛•史帕拉(Hieronyma Spara),更把下毒艺术发扬光大,主要目的是为了求取婚姻与金钱利益。她召集一些有钱的年轻妇人组成俱乐部,大家一起想法子毒死她们不喜欢的丈夫。这种行为在古罗马时代是不可能发生的。 波吉亚家族(Borgia)成员里的席撒利(Cesare)和卢克利希亚(Lucretia),更是罗马中世纪时期著名的下毒人,而教皇可能是最重要的受益者。这个家族的一位亲戚,凯撒琳•梅迪西(Catherine de Medici),她远在法国下毒,很可能就是最早的临床毒物学家。她假装从事慈善工作,用穷人与病人进行她的毒药实验。她很仔细记录在实验中观察到的重要现象,比如这些毒药发挥中毒效果的速度有多快、身体的哪个部位会受到毒物影响,以及毒药的哪些配方会造成什么样的中毒症状。 另一位对治疗中毒有贡献的人是12世纪的名医麦孟尼德(Maimonides)。他的《中毒诊治与解毒剂》(Treatise on Poisons and their Antidotes)在当时尤其重要,因为这本书指出,油腻或多脂肪食物有减少胃部吸收毒性的效果,以及在四肢使用止血带可以减轻被动物叮咬的疼痛感。 除了历史文献之外,文学作品中也常提到毒物,例如莎士比亚在《麦克白》里提到:“双倍,双倍辛苦与烦恼……毒芹根,在黑夜里挖掘……”在福楼拜的《包法利夫人》里,受害人就是被下了砷毒,诗人汤玛斯(Dylan Thomas)诗作《乳树下》(Under Milk Wood)也出现砷,提到了含砷的饼干。 用化学物杀死敌人,并不是人类专利,动物和植物也采取这种化学战。动物、植物、细菌和霉菌,都可以产生或含有某些最致命的化学物质,目的在于阻止掠食者或是杀死可以拿来作食物的对象。日常生活中,我们都会碰到一些中毒情况,如被蚂蚁或蜜蜂叮咬,或是被荨麻刺到。在某些国家,有些特有植物和动物也可能特别危险,我们将会在第六章进一步讨论。 所有造成这些不愉快和可能致命效果的物质都是化学物,不论它们是由植物、微生物还是由动物产生的,也许只是简单的刺激性物质,像蚂蚁叮咬后产生的蚁酸,或是存在于蜜蜂毒液中的复合蛋白质(protein)分子。蛋白质是很大的分子(molecule),是身体的主要组成成分,同时也是酶(生物催化剂)的主要成分。动物毒液,例如毒蛇毒液,经常含有会侵蚀肌肉的酶,而菇类和毒蕈是有毒化学物质的另一来源,例如在英国发现的毒鹅膏菇(Death Cap),如果误食,可能会丢掉性命。 在上一章已经谈过,我们每天都暴露在很多具潜在危险的化学物中。我们如何暴露于这些化学物?它们如何进入我们体内?它们一旦进入,会怎么对付我们的身体?它们会对我们造成真正的伤害吗?或是我们应不应该担心它们? 这些问题的答案是:“视情况而定”,要看我们住在什么地方、吃什么食物、在什么地方工作以及我们从事什么行业。 我会在这一章试着解答这些问题。 暴露的途径 我们怎么暴露在这些化学物中?一般来说有三种方式:透过皮肤吸收、经由呼吸吸入,以及从嘴巴和肠胃(消化道)吸收。化学物会采取哪种途径是由化学物的性质和暴露的环境而定。我们最常暴露的途径是消化道,通常是在吃吃喝喝或服药时,就会接触到这些化学物。 透过肺脏呼吸而暴露在某些化学物的情况,要看我们住在什么地方以及当时正在做什么而定。例如在家里油漆家具时,只要呼吸,就会暴露在油漆的溶剂中;在城市里,开车上班途中,我们就会吸进一些废气,甚至还会吸进铅粒或汽车排放出来的多种混合物。 皮肤暴露于化学物中的情况,则会发生于在实验室工作时使用某种溶剂、在汽车厂清洁引擎、在家里清洁油漆刷或刮除油漆,或是我们所穿的衣服也会因洗衣粉的残留物和芳香剂等造成暴露。 很明显的,化学物的性质会影响它如何存留于人体内以及对人体造成的效果;化学物的性质可以用所谓的物理化学特性(physico-chemical characteristics)来描述。这些不同的特征将会影响暴露的组织部位以及暴露的后果。化学物可以是固体、液体或气体:固体也许可以溶解在水中,例如糖可以在茶中溶解,也可以溶解在其他溶剂中,酒精可以用来溶解香水中的香精;液体也许很容易挥发,像汽油;固体可以是块状或结晶,例如盐或很小的粒子。 化学物也可能是像电池液(氯化氢酸)或除锈剂(蚁酸)这样的强酸,或是像苛性钠(氢氧化钠)这样的碱(在锅炉清洁剂中可以发现)。这种具刺激性或腐蚀性的化学物,并无法通过三种暴露方式中任何一种被吸收,但仍会对跟它有接触的任何组织造成伤害。 无法完全溶解于脂肪的物质,将无法被完全吸收,但能够溶于脂肪、却无法溶于水的物质,也同样不能被完全吸收。有些化学物即使只被吸收极少量,却已经足够在体内产生毒性。能够溶于脂肪的物质,也比较容易被传送到身体各部位并进行新陈代谢。跟暴露相关的另一项因素是暴露时间的长短,短期或长期暴露对于化学物造成的影响,会有很大的差别;而剂量多寡对于影响效果也很重要。我会在本章后面讨论这些因素。 造成的局部伤害 如果某种化学物容易产生反应,具有刺激性、腐蚀性或侵蚀性,那么暴露在这种化学物中会造成单一部位或局部伤害。因此,像除锈剂(蚁酸)、电池液(氯化氢酸)、苛性钠(氢氧化钠)和漂白水(次氯酸钠/次氯酸)这些物质都会对皮肤、眼睛造成严重甚至永久性的伤害,如果是经由食道和胃接触到这些物质,这些部位也会受到伤害。例如,喝下除锈剂或漂白水会对消化道壁造成严重伤害。但人们有时候会蓄意吞下或喝下这些物质自杀。 臭氧、二氧化硫和氮氧化物这些刺激性气体会在大气层中产生。这些可能是工业活动产物,或是由汽车排出的废气造成,它们会伤害肺脏,如果暴露的时间持续几年,可能就会造成支气管炎。 另外,暴露于某些化学物可能会对皮肤造成过敏反应。珠宝所含的镍或洗衣粉的某些成分,都会造成皮肤过敏。皮肤过敏则会导致过敏型接触性皮肤炎(allergic contact dermatitis),严重的话会造成五官变形,这也是最常见的工业病(请参阅第七章)。某些天然毒物,像荨麻刺(蚁酸)以及毒漆葛(poison ivy)所含的成分,也会造成皮肤发炎。 不过,很多化学物被接触到时,并不会对皮肤、肺脏或消化道直接造成不好的影响,它们只有被吸收进入体内才会造成影响;不能被吸收、没有刺激性或腐蚀性的化学物,并不会对身体产生影响。 吸收进入体内 化学物是如何被吸收进入体内的,它们被吸收后会出现什么情况? 图1:动物细胞的细胞膜基本结构。化学物可以经由扩散穿过细胞膜进入细胞内、穿过细孔,或通过某种特殊系统进入。 假设患者刚吞下乙醯对氨酚(paracetamol)这种止痛药,如果这种化学物稍微可以溶于水(乙醯对氨酚可以略溶于水),那么它很快就可以和胃与肠壁的细胞接触;如果它可以溶于脂肪(乙醯对氨酚就是如此),那么它就可以在这些细胞的细胞膜溶解(图1);如果它是由像蛋白质这样的大分子组成,或者并不容易溶于脂肪(如除草剂巴拉刈),那么就不易被吸收或吸收有限,但同时有足够分量的巴拉刈已经被消化道吸收而造成中毒。因为这些物质在细胞外面的分量大于细胞里面的分量,这时就会产生扩散作用,把乙醯对氨酚分子带进肠壁细胞内。 血液经由血管流遍全身。动脉是较大血管,把血液带离心脏,且通常会深入体内,把血液带回心脏的则是静脉,最小的血管则叫微血管(capillaries)。微血管的管壁可能只有一两个细胞厚,因此物质可以很轻易进出微血管里的血液。肠子的内壁是折叠的,因此可以形成很大的吸收表面,折叠部位上有微小的突出物叫做绒毛,绒毛内部则是微血管,肠内的物质将会被吸收进入这些微血管(图2)。 图2:化学物从口腔被摄取后的命运。肠子的内壁是折叠的,因此拥有很大的表面积,大部分化学物会通过肠子被吸收进入血液中,然后经由血液直接进入肝脏。 胃和肠的血液是由血管传送出去,这些血管再并入静脉,把血送进肝脏。起初,微血管的血液里没有任何化学物分子,但扩散作用带着这些分子穿过细胞膜和微血管,进入血液中。肠子的结构会把食物的吸收增加到最大,因此药物可以经由此途径被快速吸收。化学物分子这时已经在血流中,并会很快被带离肠子。血液离开肠子后,会直接进入肝脏(图2)。 除了从消化道吸收,化学物也可以经由肺脏和皮肤被吸收。肺脏组织有很多气囊和微细的小管,它拥有很大的表面面积,在普通人的身体内,这样的面积如果伸展开来,就相当于一个网球场那么大!血液流动的速度很快,肺脏微血管和气囊的管壁则很薄。因此一些容易挥发的化学物,像黏合剂的溶剂(如甲苯)以及清洁液或气体(像氧气),就很容易进入血液中,并被血液带走。呼吸速率以及血流速度是重要因素,呼吸越急促,挥发性化学物或气体被吸收的速度也越快,这就是过去在矿坑里用鸟(金丝雀)来探测危险气体积聚情况的原因。如有危险气体存在,呼吸速率本来就比较快的金丝雀,就会抢在呼吸较慢的矿工之前昏迷不醒,因此,矿工们便可以察觉到危险。(图3) 图3:化学物被吸入体内后的命运。肺脏有很大的表面积和充分的血液供应,因此,挥发性化学物和气体便会轻易且快速地被吸进体内。 化学物经由肺脏吸收时,它们的粒子大小也是重要因素,太大的粒子会在呼吸系统的最上层就被除去,太小的则不会沉淀下来。而沉淀在气囊里的粒子则会被吸收进入血液中,例如汽车排放出来的废气中的铅粒。像石棉纤维这种化学物,被吸入肺脏细胞内时,并不会被转移进入血液中,而只会停留在原处,最后它们将会导致石棉沉着病(石棉肺症)和肺癌。 一旦从肺脏被吸收,化学物将会经由心脏被快速输送到脑部。如此一来,麻醉剂或溶剂这样的挥发性化学物和气体,很快就会在脑部产生效果。 相反的,透过皮肤的吸收则相当缓慢和没有效率。这是因为皮肤是外在世界与血液之间一道厚厚的障碍。皮肤有很多层细胞,其中有些是化学物不容易渗透的。皮肤只有很少的微血管,血流速度也较慢。因此,虽然有些化学物可以从皮肤渗透进去,并进入血流中,但这样的暴露途径比另外两条慢得多。不过,对于那些可以溶解在脂肪中的溶液与液体化学物[例如一些有机磷杀虫剂(insecticides)]来说,这仍然是进入人体的重要途径。 很多人把药看得不足为奇,至少在工业化、富裕的西方世界是如此。我们期待安全的药物,如果它们偶尔造成一些副作用,尤其是严重的毒性作用,我们就会很烦恼,这叫做药物不良反应。自杀事件中,药是最常被使用的,偶尔还会制造出意外中毒案。 对某些人来说,“药”是药物滥用的同意字;对其他人来说,药指的是医师开给他们的处方,以及他们自己从药房买回来的药。 药是什么?药是化学物,天然或合成的都有,服用它们的目的,是希望对身体带来有益的改变,用来治疗疾病,或是减轻病情。 这样的定义也适用于一些经常使用的化学物,像酒精、烟草和咖啡,但大部分人并不认为它们是药。不过,它们确实是药,而且至少和那些被人滥用且更恶名昭彰的药物同样危险。在世界某些地方,不同的药物是当地文化的一部分,例如古柯叶和恰特草(khat),是南美和东北非土著日常嚼食的东西。 药是社会中重要的一部分,但我们却对它们抱着矛盾的态度。 在某些情况下,药可能变得有毒,但它们本来就是化学物,适用巴拉塞尔士原则:“在某种剂量下,它们会变得有毒。没有安全的药,只有安全的用药方法。”虽然大部分人都可以了解,为了自杀而服用过量药物会造成中毒甚至致命,但却还无法认知,在正常剂量下,药物也可能会发生不良反应。这样的不良反应确实会发生,通常是病人向医师报告这些药物的不良反应,医师再向相关单位通报。 只要翻翻一些参考书,像医师和药剂师必备的《英国国家药典》(British National Formulary),就会发现数百种药物被用来治疗许多小病痛、疾病和状况。本书只能大略提到跟服药过量、药物不良反应有关系的一些例子,所以,我只用一些特别的药来说明这些药可能引发的各种问题,并谈谈一些比较出名的例子。 药物的不良或毒性反应可以分成两类:A和B类。A类不良反应是因为药物的药理(疗效)效果引起,所以通常是可以预测的,并且和剂量有关系,通常是因为剂量过大而增大药理效果以致产生毒性反应;B类则是无法预料的特异体质反应。 药的本质就是会对身体造成影响的化学分子,这也是它们本来的目的。如果是人造合成的,那就是故意设计成这样子;如果是天然的,则可能是为了某种特殊目的而从植物中萃取出来。因此,它们是具有某种潜力的化学分子,通常会和体内某些特定受体发生作用,如果服用过量,一定会造成不良反应。 很多药在剂量过高时会造成不良反应,但有些药在某些人体内即使剂量正常,也会造成不良反应。这可能是因为某些病人的基因或其他因素而造成对这种药物的敏感度增加。也有些副作用在低疗效剂量下时并不明显,但在剂量提高后,就会变得很显著,偶尔会有预料不到和严重的不良反应出现在少数病人身上。有时候,这也是因为两种药之间,或是某种药和某种食物成分之间发生交互作用而引起的,同时服用抗组织胺药透非纳丁和葡萄柚汁时就会发生这种情况(请参考第二章“要命的果汁”案例)。 药量过高后,不仅预期中的药效会被扩大,有时也会出现和药物的药理效应并没有关系的毒性反应。 乙醯对氨酚 这是全世界最常见和最容易取得的药。它是止痛药,可以用来减少疼痛感,它也是解热剂,可以降低温度,例如退烧。 乙醯对氨酚其实是意外发现的。公元1888年,维也纳两位医师请一名药剂师提供一种名叫奈(naphthalene)的化学物,准备用来治疗病人的消化道寄生虫感染,但他错给了乙醯苯胺(acetanilide),却意外发现这种化学物有效降低了病人的高烧。虽然后来证明这种化学物如果大量使用会产生毒性,不适合当药使用,但这个发现导致开发出跟它有关系的另外一种化学物:乙酸氨基酚。 乙醯苯胺(药名叫antefebrin)很便宜,并且是很有效的止痛药和退烧剂。不过,乙醯苯胺被认为毒性太强,因为它会改变(氧化)血中的血红素。另外几种包括乙酸氨基酚的类似化学物也被拿来测试,其中复合药非纳西汀也被发现是很有效的止痛药和退烧剂,并且获得采用。 由于一些特殊的环境,非纳西汀在某些国家变得很有名。公元1918年流行性感冒在西班牙大流行,导致这种药被广泛用来治疗高烧和感冒引起的疼痛。这种药也成为瑞士制表匠的最爱,因为他们在制表过程中必须专心致志,很容易引发严重的头痛。 非纳西汀的广泛使用,改变了人们对药物的认知和使用方式,这种药变得有点像糖果,很多人会固定、预防性地(prophylactically)服用非纳西汀药粉,甚至把它当作“礼物”送给朋友。非纳西汀其实是具有潜在危险性的药物,这一点却被人暂时遗忘。这种药的滥用最后造成一些副作用,特别是对肾的伤害。 肾脏病并不完全是非纳西汀造成的,而是因为同时服用的多种药物中经常含有非纳西汀,这才是造成肾脏病的主因。非纳西汀因为是这些复合药方的共同要素,因此被认为它跟止痛剂肾脏病变(analgesic nephropathy)有关系。这替乙醯对氨酚的重出江湖铺好了路。科学家发现,非纳西汀和乙醯苯胺进入人体后,主要都会改变成乙醯对氨酚,并产生疗效。科学家因此对乙醯对氨酚进行调查,结果发现它确实有很好的疗效,于是将它研发成更安全的药,取代非纳西汀和乙醯苯胺。乙醯对氨酚是有史以来上市最成功的药,但同时也是最常被发现使用剂量过高的药。 乙醯对氨酚和阿司匹林的疗效 这两种药都被用来治疗小疼痛和降低高烧,作用模式很相似:它们会抑制一种叫做环氧酶(cyclo-oxygenase,或简写成COX)的酶。这种酶会产生叫做前列腺素(prostaglandins)的物质,这是一种媒介体,会在细胞受到破坏后产生,提供体内遭到破坏的信息,而让我们有疼痛感,因此,阻止前列腺素的产生,就会减少疼痛感。它们也会促使脑内血管松弛造成头痛,阿司匹林可以减少前列腺素的含量,因此也就可以减轻头痛。前列腺素也会在脑内特定区域作用,因此增加脑中温度,如果这些媒介体的数目减少,温度就会多少恢复正常,高烧的现象就会降低。前列腺素和其他媒介体,比如激呔(kinins)和组织胺(histamine),也会造成发炎。当组织受到细菌伤害或感染时,就会出现这种现象。阿司匹林用减少现有前列腺素含量的方式来减轻发炎,但乙醯对氨酚没有这种效用,因为它抑制COX的效果较差,它主要抑制脑内的COX,减轻头疼和降低脑温,因此乙醯对氨酚并不会改善发炎。 这种药有两种效果:降低体温和疼痛。它能够抑制会造成疼痛和高烧的物质,作用方式和阿司匹林一样。 最初,乙醯对氨酚[在美国叫乙醯氨酚(acetaminophen)],被认为是安全、有效的药,它越来越受欢迎,全世界有千百万人服用。但接着开始出现一些问题,因为有些人开始过量地服用这种随手可得的药物。 不幸的是,这种药在高剂量时会造成毒性反应。医师建议正常的药量是成人每天两颗。这种药虽然安全,但如果一次服用22颗,就会有丧命的危险,全球因此死亡的人数达到数百人,因此重伤的人更多。 临床症状为出血:血尿、流鼻血、吐血。 ——蓄意或意外摄取老鼠药(抗凝血剂)中毒症状 症状在摄取这种药剂12小时内出现。患者通常出现头痛、视觉模糊、痉挛和抽搐,接着可能陷入昏迷,随后出现大小便失禁和呕吐。其他症状包括盗汗,以及唾液和眼泪分泌过多。 ——有机磷酸盐杀虫剂中毒症 尽管一些当作杀虫剂使用的物质,会对人类造成不舒服和可能致命的效果,但它们对经济和人类健康其实都相当重要。几千年来,人类一直在努力改善环境,采取各种不同的方法控制被认为是有害的生物:使用暴力、焚烧或是徒手除去……而在现代,人们开始使用一些科学方法。在19世纪,农人使用波尔多混合剂(Bordeaux mixture,成分是硫酸铜)来杀死植物上面的霉菌。有证据显示,人类很早就知道硫磺化合物有杀死霉菌的效果。因此,被霉菌感染(如癣)的人都会被鼓励去多泡硫磺温泉。 早期的除草剂都是氯酸钠和砷酸钠。世界上第一种除草剂“巴黎绿”(Paris Green)中,就含有铜和砷,在公元1867年用来杀死科罗拉多马铃薯害虫。砷用来杀死昆虫,氰化物气体则是很有效的杀虫熏蒸剂(一直到现在,还有人用它来处理蜂窝)。 植物也被发现含有某些能够杀死昆虫的物质,其中最早被人类拿来使用的就是尼古丁(烟碱),约在18世纪中叶,当时人们发现,浸泡烟叶的液体,杀虫效果很好。而几世纪以来,人们早就知道,菊花内含的除虫菊素也是很有效的杀虫剂。 不过一直到了20世纪,杀虫剂的生产和使用才开始成为工业活动,各种化学物被特别制造出来,以特定害虫为攻击目标加以测试。杀虫剂(pesticide 或insecticide)泛指所有可用来消灭活有机体的物质,这种有机体可能是植物(除草剂)、昆虫(杀虫剂)、哺乳动物[灭鼠药(rodenticide)],或是霉菌[杀霉菌剂(fungicide)]。和本书介绍的其他化学物(抗生素和抗癌药除外)不一样的是,杀虫剂是针对某种特定活有机体特别制造成具有毒性的化学物质,具有选择性毒性目的来杀害特定的活有机体。 DDT与有机氯杀虫剂 对很多人来说,DDT与环境污染同义。因此在本章里,这是很重要的一个例子,但这个故事极其复杂。 DDT是二氯二苯三氯乙烷(dichloro-diphenyl-trichloroethane)杀虫剂化学名称的缩写,它含有5个氯(chlorine)原子,因此被称为有机氯化合物(organochlorine compound)。它最早在公元1874年被制造出来,但直到1939年才被保罗•米勒(Paul Müller)发现是很有效的杀虫剂。第二次世界大战期间它被广泛用来控制虱子和蚊子,斑疹伤寒和疟疾的传播者,效果极佳,成千上万的士兵性命因此得救。从那时候起,全世界数百万人的生命也靠它获得解救,因为这种杀虫剂大大减少了上述两种以及其他多种疾病,同时也大大增加了农作物的产量,减少了饥荒。事实上,在1953年,有人估计DDT最少挽救了50 000 000人的性命,并至少让1 000 000 000人免于传染这些疾病。1971年世界卫生组织估计过去25年当中,因为DDT的使用,有超过1 000 000 000人免于感染疟疾。 军人身上被喷洒DDT粉末,穿的是经过DDT处理的内衣裤,几乎没有出现不良副作用,故意暴露于DDT下的自愿者也没有传出不良药效,有些自愿者每天口服一颗半毫克的DDT,连续服用一年,都未曾出现中毒迹象。在英国,DDT对人类或野生动物有害的证据少之又少。但是为什么DDT后来会如此恶名昭彰? 在战后的美国,DDT开始广为使用来消灭多种害虫,使用量远远超过以前,出现滥用的趋势。每英亩土地只要使用1磅DDT,就足够除掉沼泽区的蚊子,但在美国部分地区,在控制传播荷兰榆树病的棘胫小蠹虫时,数度对树林喷洒每英亩25磅剂量的DDT。 为了控制荷兰榆树病对树木造成的巨大损害而喷洒过量的DDT,这是可以理解的,但如此大量使用DDT,同时也对野生动物造成很大的伤害,特别是鸟类受到的影响最大。北美红襟画眉鸟的数量大为减少,在某些地区甚至完全绝迹。这种情况产生的原因是蚯蚓和毛毛虫先受到污染,而以它们为食物的鸟类也跟着受到污染。在某些使用DDT的地区,鱼类也很容易受到影响,纷纷暴毙。 在1954年之前,很少听到对DDT的抱怨,但这些事件的一再发生,引发了对DDT的批评,DDT的使用开始引起关切。 对野生动物的不良影响陆续出现,原因在于DDT会在环境中累积下来,并且会持续存在,即使只使用很低剂量的DDT,随着时间的过去,这些剂量会累积,最后达到产生毒性的分量。 食物链中的化学物:生物累积和生物放大作用 DDT及其他有机氯杀虫剂都不易溶于水,但可以溶于脂肪。因此,如果动物(包括人类在内)暴露在这些物质下,它们就会被传送到含有脂肪的组织。虽然DDT会被代谢及排泄掉(请参阅第二章),但还是有一部分会留在动物体内,如果一再暴露于DDT下,累积情况就会发生。在污染河中游泳的鱼或其他有机体,可能会直接从周遭河水或从河底的沉积物上累积了DDT,这就是所谓的生物累积(bioaccumulation)。 对食物链底层生物,像浮游生物或是一些小鱼来说,累积的含量并不构成伤害,但食物链更上层的生物,吃这些小鱼的较大型动物,却有可能因此累积了高DDT含量,体内脂肪的DDT浓度会高到致命程度。 科学家在密歇根湖发现:虽然湖底沉积物的DDT含量是0.02 ppm,但在湖中觅食的海鸟、青鱼、鸥体内的DDT含量则是98 ppm,经过生物放大作用(biomagnification)几乎放大了1 000多倍(图9)。 据估计,掠食性鸟类和它的猎物之间的化学物累积比例是5—15倍,某些比较敏感种类动物的倍数更高,如果累积的化学物是像DDT这类的物质,就有可能造成死亡。当我们不断吃含有DDT的食物,且摄取的含量超过解毒和排泄量,就会使DDT在体内累积,所以我们必须不断监测食物中是否含有这种化学物。 图9:生物累积和生物放大作用。化学物通过食物链在环境中累积,含量发生变化,特别适用于能够在脂肪中溶解的化学物,像有机氯杀虫剂。食物链最上层的动物(这里是指吃鱼的鸟类),体内的化学物含量最高。 因为母乳有很高的脂肪含量,所以这些物质会溶解在其中,并经由哺乳转移到婴儿体内,由于婴儿身体很小,等于让他们暴露在比大人更多的DDT剂量中。哺乳期的母亲如果每天暴露于每千克体重0.0005毫克的DDT含量,其所分泌的母乳中就会含有0.08 ppm 的DDT,等同婴儿每天暴露在每千克体重0.0112毫克的DDT含量中,是母亲含量的20倍之多。 这项原则可以用发生在美国清水湖的例子作更进一步说明。在这个湖里,使用了一种跟DDT很相似的杀虫剂DDD(又简称TDE),这是DDT的一种衍生产品,对鱼的毒性比DDT低。DDD被用来控制湖中的蚊、蝇、蚋等小虫,这是清水湖最头痛的问题。从1949年,管理当局在湖面上喷洒DDD,连续好几年DDD成功控制了这些小虫的数量。起初对湖中的鱼或其他野生动物似乎并没有任何影响,但DDD用得更多时,对野生动物的影响便渐渐被发现,尤其是当地西方鸟的数量严重锐减。1954年,大批西方鸟死亡,发现它们体内脂肪的DDD含量都相当高。 虽然DDD的每次使用剂量都很低,但它却会累积在生物体内,会让食物链中每种动物都累积更高的含量,最后使食物链最上层的动物累积了致命的含量,这种情况让科学家们十分担忧。同样的现象也出现在DDT上。 这些例子说明了,当化学物使用过量,或只是比需要量稍微多一点,就会发生悲剧。1963年,在一般大众对这个话题高度关心之际,出版了生态学家瑞秋•卡森(Rachel Carson)所著的《寂静的春天》(Silent Spring),这本书记录了这些事件,并且把罪名归咎于DDT。这本书造成极大的影响,很多国家因此开始禁用DDT。 居住在日本九州水俣市及邻近地区的渔民和他们的家属注意到,他们家养的猫生病了,气息奄奄。而他们自己也开始出现奇怪的症状:记忆力衰退、动作不协调、视野缩小、听力变差。事后针对因此而死亡的死者进行解剖,发现他们的大脑皮质细胞皆受到损害。 这个事件发生在1950年代初,是当地附近一家工厂排出物造成的汞污染结果。这是全世界严重的环境污染灾难之一。 汞:污染与中毒 对汞这种物质,有很多种描述方式,但以下这种最适合用在这里:“最热、最冷、神效治疗者、邪恶谋杀犯、灵丹仙药和致命毒剂,既会奉承你又会对你撒谎的朋友。”它是以水星(Mercury)命名的一种金属,跟其他金属不一样的是,它在常温时(一般室温或21℃时)是液体,亚里士多德给它的拉丁文名称hydrogyrum (因此化学代号为Hg),意思便是指液状的银子。 汞以多种形态存在,每一种形态都有毒性。液态汞会蒸发,当它的蒸气被吸入并吸收后,它会在这一阶段进入脑中,造成脑部受损。另外,汞盐(无机汞)可以经由肠子吸收,进而伤害到肾。它也可以以有机汞的形态存在,这时它是这种有机化合物的一部分。每一种形态的汞,毒性都很强,会伤害脑与神经系统。它的用途很多:可以用在科学仪器中、可以用来制造电池、可以在生产氯、采矿时以及其他工业制造过程中使用。 案例:毒死切利尼 “汞是两面刃”的说法,我们可以从16世纪伟大的雕刻家班文托•切利尼 (Benvenuto Cellini)的生平故事中看出。他是制作出真人比例大小铜像的第一人,他相当风流,因此在29岁时就感染梅毒。他拒绝用当时流行的汞来治疗,改而服用零陵香(guaiac),这是从一种植物的木材提炼出来的,被认为对治疗梅毒很有效。但事实上,这种药并没有任何效果,切利尼的情况越来越恶化。 他的一些仇人等不及看他慢慢死于梅毒,计谋早点送他上西天,于是邀请他共进晚餐,在他的食物中下毒。他因此病得很严重,医师发现他是被人下了升汞(氯化汞),造成消化道严重受损。不过,切利尼后来还是逐渐复原,更让人惊讶的是,原本的梅毒病情也跟着消退。下毒者使用的剂量显然没有高到足以毒死他们的仇人,却刚好足够杀死造成梅毒的寄生虫。这也再度证明强调剂量重要性的巴拉塞尔士原则。 金属汞造成的问题多数发生于密闭空间、工业生产过程或实验室中,大多造成工业危险而非环境问题。金属汞是天然产生的(在西班牙和斯洛文尼亚都有开采),不过,用汞来开采金属则可能对环境造成破坏,像在巴西,就是用汞从河流沉积物中提炼出黄金。使用汞的过程中,会从金属汞产生有机和无机汞,接着就会被释放到环境中。 早期炼金术广泛使用金属汞,近代则用来制作一些科学仪器,像气压计,一直到现在还在继续使用。因此,科学家其实一直身处暴露于汞蒸气所造成的急性和慢性影响的危险中。金属汞会在室温中蒸发,然后人们就会在吸气时经由肺吸收,其所产生的影响包括记忆力与食欲丧失、失眠、沮丧和产生妄想,另外,牙龈出血和肠胃不舒服,也都是常见症状。这些症状全都曾出现在著名科学家牛顿身上,且确实在他的头发中发现含有很大量的汞,尽管如此,他还是活到85岁高寿,当然,他的脑力仍是毋庸置疑的! 无机汞(如汞盐)大部分都能够在水中溶解及扩散,因此也就会在环境中扩散。如果汞浓度很高,当然就会对野生动物和人类产生毒性,但如果在大量水中扩散,就比较不危险。不过,在某些情况下,无机汞可能会转化为有机汞(请看下文)。无机汞一直被当作泻药使用,还以甘汞[氯化亚汞(mercurous chloride)]的形态用来治疗梅毒(请参阅案例),升汞[Corrosive sublimate,也就是氯化汞(mercuric chloride)]则被当作消毒剂使用,有些中国传统医药仍然含有这种成分。 不同形式的无机汞被用在工业与电池生产中,并且被当作一种催化剂。硝酸汞(mercuric nitrate)以前被用在制革厂和毛皮工业(请参阅第七章)。很明显的,这会造成污染和人类中毒。不过,有机汞才是最可能和环境污染联系在一起,并造成问题的汞形态。这是因为,有机汞能够溶于脂肪,并会经由食物链累积于动物体内。严重的环境汞污染和中毒事件,可以清楚说明这点。 水俣病 水俣市是位于日本最南端九州岛八代湾的一个工业城市,城里有一家工厂,多年来专门生产化学物氯乙烯(vinyl chloride,用来制造塑料PVC的原料,请参阅第七章)以及乙醛。在制造过程中会使用无机汞(氧化汞)作催化剂,而工厂排出的废水中含有无机汞,同时可能还有一些有机汞(甲基汞),这些都是工厂中化学反应的副产品,全都随废水排入水俣湾(图11)。 图11:从日本一家工厂排出的汞,如何污染水俣湾的鱼类?这些废水含有无机汞,从工厂排入湾中后,并没有在海水中扩散,反而在湾底形成沉淀物,湾底的微生物则把汞转变成毒性更强的甲基汞。甲基汞累积在鱼类体内,人类再捕食这些鱼,就把甲基汞摄入体内。 无机汞虽然有毒,但本来应该会在水中消散,却因为混合了其他排出物而变成污泥,沉淀在湾底。汞会在这里被微生物转变成和无机汞相当不一样的有机汞,有机汞不溶于水但溶于脂肪,因此很容易被海中的浮游生物和其他微小生物吸收,而它们本身则是贝类和小鱼的食物。因为不断吃下被污染的食物,导致越来越多的甲基汞含量累积在这些贝类和小鱼体内,而它们又会被更大的掠食性鱼类吃掉,这些甲基汞辗转通过这种方式进入食物链的更上层,最后造成甲基汞的生物累积和生物放大,这些鱼类体内累积的甲基汞浓度竟然是周遭海水的10 000—100 000倍! 日本人饮食中鱼类占了极大比例,当地渔民和他们的家属吃鱼的数量自然又比大部分人多。渔民在水俣湾的海水中捕捉鱼类和贝类,而该地区的海水已经被证明遭甲基汞严重污染。1956年,后来被称作水俣病的第一个病例被报道出来,接着,其他人纷纷向医师和医院报到,报告他们的各种病情,像肌肉不协调、说话困难等等。因为这些住户们家里养的猫也吃鱼,所以也出现类似的症状。 连续好几个病例出现后,有关单位展开调查。熊本大学(Kumamoto University)研究人员指出,这种病是源于鱼类和贝类所传播的一种严重金属污染。在此同时,水俣市医院院长细川医师则根据大学的这项理论进行他自己的实验,他把这家生产乙醛的工厂排出的废水拿来喂猫,结果这些猫出现类似症状,他解剖它们进行病理检验后,还检测出其余变化。 设立这家工厂的公司“窒素水化学公司”(Chisso Minamata Chemical Company)通过细川医师的这项研究开始察觉这个问题,到了1959年,已经知道水俣病可能是他们工厂的废水所造成;1960年,从海鲜中检测出甲基汞;1961年,从这家工厂取出的沉淀物里也检测出甲基汞;到了1968年,这家工厂终于停止生产,同年,日本政府宣布调查意见,认为这种病是因为吃了被污染的鱼类和海鲜,摄取甲基汞所造成。 这场环境灾难造成70多人死亡,2 265人中毒,这些受害者出现很多神经性的症状,像记忆力丧失、情绪不稳,以及失去肌肉协调能力。然而,一直过了很多年之后,这家公司才负起责任,赔偿受害者。 甲基汞造成畸形儿 水俣湾污染事件中最悲惨的一件事,就是甲基汞污染对胎儿的影响。因为吃鱼和海鲜而受到甲基汞污染的某些母亲,生下严重畸形的婴儿,症状类似小儿麻痹症,像脑性麻痹和智力迟钝,有些婴儿甚至在出生后完全瘫痪。这种情况甚至会发生在本身未出现中毒症状的母亲身上,这也是致畸胎性的一个特性。 汞会被传送进入脑中,并在脑中和含有硫磺的蛋白质交互作用,例如跟神经功能有关系的酶。甲基汞具脂溶性,使得它很容易就能进入胚胎和它的神经系统,妨碍胎儿的头脑和脊椎神经发育。脑部和神经系统基本酶的活动,对胎儿的发育极其重要。 很多人想到化学物时,不仅会认为这些化学物本质上很危险,而且也会认为化学物全是人造的,属于非自然的。其实在自然界里,到处可以发现化学物,这个世界天生就是化学物的环境,地球本身以及地球上的动物与植物,都是由化学物构成。我们前面已经介绍过一些矿物质,像砷、镉、铅和汞这些化合物,都是天然产生的,有时候会产生毒性反应。 除了这些物质以及生物的正常组成成分,像DNA、脂肪和糖之外,还有很多有毒化学物都是植物、动物和微生物制造的,我们会在第十章再进一步讨论。这些天然合成的化学物,通常是植物或动物用来保护它们自己,也就是对掠食者发动化学战,植物可能试着用这种化学物来阻止鸟类或昆虫吃掉它们的莓果、种子或叶子。很多水果的果核和核籽都含有氰化物,致命的茄属植物的莓果则会产生阿托品,这两种化学物对人类都有致命危险。因此,有些植物会产生天然的杀虫剂。 在植物里已经发现很多种化学物,另外还有数千种尚未被发现,其中有些有毒有些无毒,光是要对其中一或两种进行很详细的介绍,就已经超出本书的范围。但重要的是,我们必须了解,某些毒性极强的化学物是在自然界发现的,它们会给人类带来疾病,也会让人类中毒(请参阅第十章)。这些化学物当中,有些只会对某一特定目标的物种产生毒性反应,其他的则会对大部分物种产生毒性。专门掠食这些植物的动物,则对这些植物产生的毒性具有免疫力,这可能就是物竞天择的道理。 对某些植物产生的化学物毒性,人类已经有所了解,有些可能已经有几百年、甚至几千年的历史。人类用它们来从事战争、谋杀、自杀以及执行死刑。事实上,我们前面已经介绍过,toxin这个字源自古希腊的toxikon,而toxikon指的就是箭毒。这些有毒物质的使用,最早的记录出现在公元前1200年的印度古代文学作品《吠陀》(Rig Veda)。在荷马史诗《奥德赛》中,奥德修斯“寻找致命毒药,打算用来涂抹他的铜箭头”。这里所指的毒药,是从乌头毒草(aconite)或附子草这些植物萃取出来的毒素。奥维德(Ovid)在他的著作《蜕变》(Metamorphosis)中把乌头称为akonitos,这一种以及其他被用来杀人的天然毒物,我们会在第九章进一步讨论。其中有些会在人们不知情的情况下造成疾病和死亡,即使在目前,若在草药中不慎误用了含有有毒化学物的植物,也会引发疾病。 植物、动物或微生物产生的有毒化学物都称作毒素,其中有的被用在医疗方面,成为被广泛使用药物的基本元素,有的则被用在下毒的目的上(表5)。 这些植物性毒素,有些被当作药物使用,或是利用它们制成药物。 天仙子胺和尖叫的曼陀罗根 去吧,抓一颗流星, 服用曼陀罗根生个小孩, 告诉我,往日时光去了哪儿, 是谁牢牢抓住恶魔的脚, 教我如何倾听美人鱼唱歌, 或避开怨恨的刺伤, 找出美酒, 奉献给一颗诚实的心。 ——约翰•邓恩(John Donn,1572-1631) 天仙子胺(或是莨菪碱)是在多种植物中找到的一种生物碱,但比较出名的却是在很多地中海国家都生长的曼陀罗,很多民间传说都提到它。这种化学物有毒,但在少剂量下则具有镇静、安抚的效果,也是在动手术前使用的药。曼陀罗根呈Y形,由于看起来就像人类的下半身或是男性器官,因此有一段时间它被认为是一种地下精灵,也因为这个原因,它常被和生育能力扯上关系,古人认为它有催情和壮阳作用,服用后可增进性机能和生殖力,使妇女容易受孕,上面那首诗就是一个例子。在《旧约》的《创世记》里,拉结(Rachel)没有子女,于是请求她多产的姐姐利亚(Leah):“请你把你儿 表5:一些著名的植物性毒素,以及它们的来源。 植物性毒素取得这些毒素的植物 阿托品颠茄、莨菪、山楂、曼陀罗 洋地黄毛地黄 毒扁豆碱西非毒扁豆 天仙子胺(莨菪碱)颠茄、莨菪、山楂、曼陀罗 弩箭子尤巴斯树 毒毛旋花素毒毛旋花子 箭毒甘蜜树 Toxiferine马钱 尼古丁烟叶 乌头碱乌头 子的曼陀罗果给我一些。”因为利亚的儿子流便(Reuben)在麦田里找到一些曼陀罗果。 把曼陀罗根从土中拔出,绝对是很不愉快的经验。这种根会发出很难闻的气味,而且在把它从土中拔出来时,它还会发出类似尖叫或呻吟的声音。如果人们听到这种声音,一定会死亡或发疯,这是《罗密欧与朱丽叶》中朱丽叶观察到的:“就像曼陀罗从土中被拔出时发出的尖叫声,听到的人将会发疯。”因此有人用狗将曼陀罗根从土中拉出来,把绳子的一头绑在狗儿颈部,另一头则绑住曼陀罗。并不清楚是用什么方法来引诱狗儿干这种工作,或者把曼陀罗根拔出来后,狗儿?否还活着。不过,这些勇敢的采集者还必须先去收集妇女尿液和经血,把它们洒在曼陀罗上,然后再从土里把它们拔出来! 曼陀罗根被看作极有价值,因为传说它具有催情效用,同时还有毒性与医疗效果,因此才值得人们如此辛苦采集。在中世纪,它经常被当作毒药使用,让它的根发酵,再用来制成毒酒。声名狼藉的克里扁医师(Dr.Crippen)就是用天仙子胺(莨菪碱)毒死他的妻子。有些罪犯看上天仙子胺的部分效用,用它们来让受害者呈现僵直状态,让他们无力抵抗;在遭到攻击或抢劫后,这些受害者还会出现失忆症,无法指认罪犯,这样罪犯就不怕事后被认出。在过去和最近的哥伦比亚,这种药被用来绑架妇女做奴隶,当地把这种药的稀释液叫做“布伦丹加”(burundanga)。过去,哥伦比亚妇女想要杀死不想养的婴儿时,会先把某种曼陀罗的萃取物涂在乳头上,再让婴儿吸奶。 莨菪碱以及含有莨菪碱的植物,像山楂和曼陀罗,如果使用剂量正确的话,可以产生很强的镇静效果,它也被用来治疗癫痫和气喘。剂量偏高就会产生毒性,造成呼吸抑制以及一些症状,如嘴唇发干、瞳孔放大和心神不安;剂量如果太高,中毒者会出现抽搐、精神错乱、昏迷、呼吸衰竭以及死亡。曼陀罗是1666年在殖民地弗吉尼亚州詹姆斯镇(Jamestown)造成多人中毒死亡的元凶。当时发生大饥荒,当地军人被迫吃这种野草,因而发生中毒悲剧,所以曼陀罗也被叫做“詹姆斯镇草”(Jamestown weed)。 莨菪碱常和另一种生物碱阿托品(颠茄碱)一起被发现。颠茄(deadly nightshade,学名Atropa belladonna)不仅含有阿托品,还含有莨菪碱。这种莓果的汁如果滴进眼睛,会造成瞳孔放大。文艺复兴时代的妇女就利用这种莓果来达到这个目的,因此它被冠上“bella donna”(美女)的名称,因为它会使这些妇女看来更漂亮。这些莓果也被古罗马一些下毒高手成功使用过,如奥古斯都和克劳迪乌斯两位皇帝的妻子莉薇亚和阿格丽品娜。一颗颠茄果可能就拥有足以致命剂量的生物碱(颠茄的拉丁文学名的另一半Atropa,源自Atropos,意思是“切断生命线的命运”)。 自从人类开始大规模制造工业产品以来,工业疾病就一直存在,而在工业革命期间,工业疾病更是相当普遍。在那之前,某些职业,例如采矿,则特别危险。古代在砷或铅矿场工作的矿工,无疑会受到那些矿物不好的伤害。古希腊历史学家史特拉博(Strabo)对位于潘土司(Pantus)的砷矿场有如下的描述:“矿场里的空气不但有毒,也让人难以忍受,因为矿石的气味极其难闻,所以在矿场里工作的矿工注定要早死。”有些职业病很常见,并被取了很有名的名称,像“帽商的颤抖”(hatter’s shake),“农民肺”(farmer’s lung),因为吸入稻草中的细菌孢子,而造成过敏性肺伤害及气喘,以及“颚疽症”(phossy jaw),磷暴露造成颌骨变得容易碎裂。 由于男人和女人都有可能把一生当中的三分之一时间用在工作上,所以在工作场所里会接触到什么样的环境,极其重要。最早被清楚指认出来的第一种由职业造成的疾病就是阴囊癌,这是因为从事清洁烟囱工作而罹患的,伯西瓦•波特(Percival Pott)爵士在1775年首先确认并清楚描述这种职业病。很明显的,这是因为打扫烟囱的工人长期暴露于煤灰和煤焦油的缘故。但一直到很多年之后(1916年),才在实验室中证实煤焦油会引发长期暴露的实验室兔子的癌症。很多工业疾病的病例,都是长期暴露于化学物的结果,尤其是在早期。在研究人口结构[流行病学(epidemiology)]之后,就可以确立这样的关系,但还需要进行基本实验,才能够提供确切的证据。 汞 “mad as a hatter”(疯得像帽商),这句话在英语中经常被使用,但它的来源可能有很多人不知道。这句话来自制帽厂的工人,他们在制作供帽子使用的毛毡时,必须使用汞;被用来制作毡帽的海狸和兔子毛皮,必须用硝酸汞(mercuric nitrate,一种汞盐)处理,才能把毛皮粘结在一起。在这个过程结束后,再把毛皮加热,这时工人就会暴露于汞蒸气中。这些工人因此而出现的症状相当明显,别人一看就知道。这些症状包括颤抖(帽商的颤抖)、心神不安[汞疯狂(mercury madness)]、走路不稳、说话结巴,以及个性明显羞怯。 自然汞是液状的,可以在岩石中发现,例如斯洛文尼亚和西班牙的汞矿,俗名是水银,而它的拉丁学名hydragyrum(汞的化学符号Hg,就是由此而来),指的也是液体状的银。它也可以在颜色鲜艳的朱砂中找到,可以和氧结合。 早在公元前1600年,埃及人就已经知道液态汞,中国和印度人也可能知道。汞的化合物,像朱砂,在西班牙已经有2 500多年的开采历史,而且从公元300年起,人们就已经知道,把液态汞加热就可以产生金属汞。几世纪以来,汞一直有很多用途,但全都和它的毒性效应脱不了关系,古希腊人和罗马人早就知道它有毒。除了毡帽制造业之外,汞暴露也会发生于金属汞矿场。汞后来广泛用在科学仪器上,像气压计和温度计。古代炼金术士一直想把汞炼成黄金,但只是徒劳无功。一般认为,英王查理二世因为沉溺于炼金术,结果死于汞中毒。 汞的不寻常特性之一是它会和某些金属反应形成汞合金。银和锡的汞合金在19世纪被用作蛀牙的填充物,类似的汞合金一直使用到近代。这种能够形成汞合金的特性,也被利用来淬取黄金,同时也被用来从事电镀。因此,黄金和汞的汞合金就可以利用来将黄金电镀到其他表面,像纽扣。这种过程会使得汞蒸气被释放出来,工人就会因此汞中毒,出现所谓的“镀金工人中风”(gilder’s palsy)症状。汞的废弃物也会造成居住在工厂四周的居民中毒。据报道,60位俄罗斯工人在替圣彼得堡的圣以撒大教堂(St Isaac’s Cathedral)的圆顶镀金时,不慎汞中毒死亡。 制作镜子时,会用到银的汞合金,也会造成制镜工人的汞暴露。在1810年发生了一桩怪异的汞中毒意外,有艘船运送一批液化汞,途中碰到暴风雨,其中一个装有液态汞的实验室用长颈烧瓶破裂,结果有三名船员死于汞中毒。 最近,有很多形式的汞应用在工业过程中:被当作电焊条、用在电子设备、用来制作电池、当作催化剂、用作杀真菌剂。特别是被当作杀真菌剂和催化剂的汞,过去都曾造成严重的中毒事件,我们也已经在前面介绍过。 巴拉塞尔士是针对职业病发表专题论文的第一位学者,而且是在他死后,才于1567年发表,在这篇论文中,他详细描述长期汞中毒的症状,把汞中毒的慢性与急性症状分开。身为医师,他也发明用汞来治疗梅毒,这种治疗法一直沿用了300多年。 伯纳迪诺•拉马志尼(Bernadino Ramazzini)是职业病医学之父,1633年出生于意大利,后来专门研究居住某一特定地区,且从事同一类工作的几群人之间的疾病。我们现在把这项研究课题称作流行病学,这是研究特定疾病与化学物暴露之间关系的一个重要方法。拉马志尼对每一天都必须忍受工作带来痛苦的那些工人,进行了第一手的研究。 自古以来,工人们就一直暴露在各种有毒物质中,从矿物到金属,先是把它们开采出来,然后再制成产品,例如:石棉、铅和汞。后来更暴露于更复杂的化学物,这些化学物都被用来合成无数的新产品,例如我们目前正在使用的塑料和药物。 非工厂工作人员的人偶尔也会暴露于工业有毒物质,像发生在印度波帕(Bhopal)和意大利塞维索的可怕意外事件(请参阅第五章)。幸好,塞维索意外并未造成任何人员死亡,只造成一些皮肤病、氯痤疮。这种严重的痤疮也是对其他卤化(如氯化)碳氢化合物常见的反应,这种化学物通常出现在工厂制造杀虫剂和防火剂的过程中。尽管有很明显的危险性,但这些工业用化学物,只要在安全控制的环境下谨慎使用,经常可以替我们带来很大的好处:生产出便宜、耐用的材料,像塑料、新颖布料和染料,以及药效很好的新药。不幸的是,过去曾经出现一些问题,都是不良的业界习惯造成的,如安全措施不足以及保养不当。以下介绍的几个例子,正好可以让我们明白,我们可以从这些意外中学到哪些教训。 氯乙烯 为了要在这里讨论工作场所化学物暴露的问题,我特别选择氯乙烯来讨论,希望能够借此说明因为暴露于新奇化学物所可能产生的问题,以及应该如何防止这些问题,同时也在说明,如果能够先对毒物性质有所了解,将对工作人员的健康,以及如何安全使用化学物,产生重要的作用。 氯乙烯[又称作氯乙烯单体(vinyl chloride monomer),简称VCM]的主要用途是用来生产到处都看得到的塑料产品,从1940年代开始使用的PVC[或叫做聚氯乙烯(polyvinylchloride)]用于很多产品,从保鲜膜、瓶子到汽车零组件、水管、电子零件以及窗框。不幸的是,用来制造塑料的氯乙烯,本身就是一种有毒化学物,且因PVC是一种有机氯化合物,所以它的名声很不好。不过,它有一些重要特性,像弹性、坚固、耐用等,这使它成为用途极广的抢手原料。 被用来制造PVC的氯乙烯,在室温下是气体,因此,在聚合作用的过程中,它必须保存在压力下。用来保存氯乙烯的压力室,必须经常定期清洁。早年,在使用一段时间后,工人必须到这些压力室内进行清洁。在这些压力室内,氯乙烯的浓度很高,有时候甚至高到会使未穿防护衣的工人因为吸入这些气体而昏倒;氯乙烯有如麻醉剂(1940年代,科学家曾试图把它作为麻醉剂),如果吸入的话,受害者会陷入昏迷。 最初,氯乙烯被视为是无害的化学物,但后来有关它有毒性效应的报道陆续出现,例如会造成手指麻木和出现刺痛感。1971年,进行了对实验室动物(老鼠)的研究,结果发现氯乙烯是一种致癌物,会造成罕见的肝肿瘤。接着,1974年,流行病学调查更进一步证实,人类若暴露于这种化学物,会有致癌危险,氯乙烯会造成一种罕见的肝癌[血管瘤(haemangiosarcoma)],这是肝脏内部血管的癌症,不管是在实验室动物或人类身上都会出现。这种癌症的稀少性,对流行病学研究很有帮助,这些研究指出氯乙烯正是造成这种癌症的原因。幸运的是,各种记录都保存了下来,所以研究得以进行,对研究这种工业化学物的毒性帮助很大。 化学物通常用来当作药物和工业产品,但它们在我们家中也占有同样重要的位置,不过,有些化学物也许是不必要的家庭污染物。在本章,我将要更详细讨论家中使用的多种化学物,并探讨其中有哪几种是我们可能会暴露其中的。 到家里厨房的橱柜和水槽下找了一遍,我发现好几种产品含有化学成分:多种清洁剂(包括非离子洗洁剂和防腐剂)、除蚁剂[包括杀虫剂陶斯松(chlorpyrifo)]、漂白剂(次氯酸钠)、洗碗精(含有硅酸二钠和过氧化氢)、杀虫喷液[防蛀剂、除虫菊、第灭宁(deltamethrin)]、水壶除垢剂(蚁酸)、甲基化酒精(乙醇和甲醇)、锅炉清洁剂(包含氢氧化钠)。 这些产品当中,有些是含有刺激性酸或碱的化学物,主要有氢氧化钠、硅酸二钠、蚁酸和漂白剂。过氧化氢是强效氧化剂,氧化剂是活性化学物,会造成其他分子的化学变化。它们如果和身体接触的话,会改变细胞,并会伤害到皮肤和其他组织。如果误食的话,更是特别危险,因为口腔和食道的黏膜比皮肤敏感和脆弱,皮肤还有一层外层用来保护身体。 杀虫剂会对神经造成多种影响,但除非是大量喝下,否则不会造成致命性的伤害。杀虫剂陶斯松是有机磷杀虫剂,因此会抑制血液与神经组织的酶乙醯胆碱脂。它有累积的效果,因此,在经过每天的重复使用后,抑制的程度会相当可观,可能会多到足以造成不愉快或甚至有性命威胁的症状(请参阅第四章),包括呼吸困难、肌肉无力以及抽搐。不过,有机磷的种类很多,毒性有很大差异,毒性较强的,现在已经很难看到,给一般家庭使用的有机磷,对人类和其他哺乳动物的毒性较低。甲基化酒精会先造成微醉,接着大醉,随着剂量的增加,酒精的浓度也会增加,更严重的效应就会出现。 我在家中车库巡视一番之后,发现更多的化学物:防冻剂[乙二醇(ethylene glycol)]、杂酚油(creosote)、杀虫剂[巴拉刈和大刈特(diquat)]、除漆剂(含有氢氧化钠和二氯甲烷)、亮光漆、石蜡、汽油、车窗清洗液(甲醇)、石油溶剂油(溶剂)。 杀虫剂对皮肤有刺激性,口服则有致命危险(请参阅第四章)。防冻剂和车窗清洗液如果被喝下的话,也有致命危险。所有溶剂(石油溶剂油、汽油和石蜡)如果误喝,也都有生命危险,尤其是万一它们进入肺内。曾经发生过小孩子误喝石油溶剂的例子,主要的影响在肺,溶剂很容易就会占据肺里面的气室,并改变肺的能力,让它无法发挥正常功能。杂酚油对皮肤有刺激性,如果重复暴露,会造成像粉刺的凸出物,跟工业上使用的其他溶剂和化学物一样(请参阅第九章)。 案例:幸运脱险 一位20岁的女学生,在一间通风不良的房间里使用除漆剂后,觉得恶心和头痛得厉害。在离开房间1小时后,她觉得头晕,不久就失去知觉。她被送进医院后,恢复了意识,但还是没有方向感。皮肤和黏膜呈血红色,血中被发现含有50%的一氧化碳。在医院给予氧气,住院3天后才出院。 使用除漆剂会使皮肤受到氢氧化钠(苛性钠)和溶剂二氯甲烷的伤害。如果是在密闭空间使用除漆剂,并且吸入溶剂烟雾,就会造成更严重的伤害。除了可能会因为吸入烟雾而昏倒,溶剂还会自行进入体脂肪,然后再从那里慢慢释放出来,也许后来会造成严重中毒症状,在下面的案例中会加以描述。 这是怎么回事?下面另一个案例说明了暴露在这种溶剂后,可能会造成更严重的后果。 除漆剂如何造成一氧化碳中毒 二氯甲烷在工业上被当作可以去除油污的溶剂,在大部分除漆剂中都可以发现。若是在通风不良或密闭空间中使用,这种挥发性化学物会被吸入,并从肺里被快速吸收进入血液中,然后转送到身体其他部位。由于循环系统的结构关系,经过心脏之后,脑部是接 案例:通风太差 一名25岁男子,暴露在另一种除漆剂Nitromor的烟雾中,这种除漆剂含有二氯甲烷,暴露时间约三四小时;当时,除了轻微的结膜不适,他并未觉得有任何问题。不过,过了48小时后,他觉得很不舒服,并抱怨脚踝、膝盖和手腕僵硬。再经过24小时后,他身上出现不痒的疹子。接下来的8天,他发现,即使只是很简单的工作,他做起来也觉得很困难,并且无法专心,即使只是稍微出点力,也会呼吸困难。到了暴露后的第十天,他开始夜尿、频尿、体重减轻(2.7千克)。检验后发现,他有2%的糖尿(注),血液中的葡萄糖含量达到每100毫升218毫克。 他接受6个月的糖尿病治疗,但即使治疗完毕,他皮肤的疹子还是没有完全消除。他的精神状态恢复得很慢,使得本来担任会计的他,有6个月无法工作。 这些症状可能是由溶剂本身和溶剂产生的一氧化碳造成。 注:尿液和血液的葡萄糖含量高以及多尿,这都是糖尿病的征兆。 下来暴露的器官,而这一化学物因为能够溶于脂肪,所以能够很容易进入脑部。如果吸收过多的分量,暴露者的脑部将会受到溶剂影响,可能就会出现各种症状:他们将会觉得晕眩或站不稳,甚至失去知觉(麻醉作用)。大部分溶剂都会被血液传送到有脂肪储存的身体部位,其余的则从肺里在呼气时排出。在溶剂暴露结束后,二氯甲烷就会从储存的脂肪中开始出现,然后出现在血液中。 部分溶剂会在肝中被代谢,其中一种代谢产物就是一氧化碳这种有毒气体。因为长时间二氯甲烷暴露而造成一氧化碳严重中毒的事件有很多起。有人在二氯甲烷暴露两三小时后,血中的一氧化碳达到15%,这对健康的人只会造成轻微危险,但如果是本来就有心脏病或肺病的人,则可能会造成比较严重的影响。 一氧化碳:常见但致命的毒物 从上面的案例可以看出,一些令人意料不到的来源都会造成一氧化碳中毒,而且后果很严重。间接一氧化碳气体中毒可能很少见,但一氧化碳直接中毒则可能是一般人最常发生的意外中毒。光是在英国,每天可能就有几百件一氧化碳中毒意外,其中有些还造成死亡意外。有些比较轻微的案例,主要症状只是头痛而已,所以可能未受到注意。 一氧化碳是一种气体,会在工业生产过程中产生,产生方式有很多种,而且各有特定用途;也会在家中轻易产生,燃烧煤、木材、汽油或天然瓦斯时,只要供应的空气量减少,都会产生一氧化碳。汽车排出的废气中都会含有一些一氧化碳(含量约占4%—10%),长久以来,吸入这种汽车废气,一向就是自杀方法之一。最常被使用的一种自杀方式,就是把一条管子的一头插进汽车的排气管,另一头拉到车内,然后坐在车上,车窗全部关上,让引擎继续运转,或者,把车库关上,让汽车引擎在这个密闭空间里继续运转。最近,汽车引擎效率已经改进得更好,因此产生的一氧化碳就少了很多。 在世界各地很多一氧化碳意外中毒都是发生在家里,并且还会造成死亡。也许最著名的中毒者就是网球明星维塔斯•吉鲁赖提斯(Vitas Gerulaitis),他在一间房间里睡觉,隔壁房间有一个游泳池暖气机发生故障,结果造成他一氧化碳中毒身亡。发生火灾时,被大火困在房子里的人,经常会因为一氧化碳中毒而死亡(不过在这种情况下,一氧化碳通常还混合了其他有毒气体)。 最常见的一氧化碳中毒意外原因,就是家中的火炉、锅炉或热水器被点燃后,家中不够通风。当这些家用品被点燃后,就会产生一氧化碳,特别是现代建筑的住宅,经常配备双层玻璃,通风设备又不足,尤其是在冬天,更容易让一氧化碳积聚在房间里。在英国,通风不良的原因之一,可能是小鸟在烟囱中筑巢,这会大量减少空气的供应。最近有一个家庭住进一栋租来的度假小屋,在屋内点火取暖,没想到烟囱被鸟巢堵住了,结果全家人死于一氧化碳中毒。 也曾经发生过,有人在密闭空间里修理汽车引擎,引擎一直运转,结果造成一氧化碳中毒死亡,一般人似乎并不很清楚这样的危险性。因为排气系统故障,而造成驾驶人一氧化碳中毒,这种情况特别危险;这种情况的中毒效应很缓慢且不明显,驾驶人可能不会发现自己已经受到毒气侵袭,而且驾驶人的判断能力会大受影响,可能就会发生车祸,造成很危险的后果。 自古以来,毒物一直被用来行刑、谋杀和行刺,以及在战争中当作武器使用。我们先前已经说过toxicology这个字源自古希腊文,指的是用于涂在箭头上的毒药。1917年,拉斯普丁(Rasputin)被毒杀事件,可以当作毒物被蓄意用来从事政治谋杀的最明确说明,但这名下毒的刺客,对于氰化物的毒性剂量,显然并不了解。 2 000年前古希腊人肯定已经知道植物毒的毒性,曾用乌头毒草来从事谋杀和暗杀。在他们的神话中,住在科奇思岛(Colchis)管理天地及冥界的魔女神黑卡蒂(Hecate)和妖妇色西,她们就很明白乌头毒草的毒性。古罗马人经常使用乌头毒草,主要用来作为箭毒,这种植物的有毒成分是乌头碱,它有很多种名称:附子草、僧帽子、豹杀手、野兽杀手,甚至有人称它为女杀手。乌头碱这种毒物会改变心跳速度(心律不齐)及抑制呼吸。伊丽莎白女王一世时代的英国草药学家约翰•吉拉德(John Gerard)曾生动地描述这种毒素造成的症状:“他们的嘴唇和舌头马上肿起来、眼睛凸出、肌肉变硬,并丧失判断力。” 颠茄是另一种广泛使用的有毒植物,光是它的一颗莓果就足以让人丧命。罗马皇帝奥古斯都的妻子莉维亚,狡猾地将颠茄毒汁灌入奥古斯都私人无花果盆栽里,企图在不被怀疑的情况下毒死他。颠茄的莓果含有阿托品和莨菪碱(scopolamine)这两种化学物,它们的作用相似,都被称作抗胆碱(anticholinergic)化学物。阿托品或颠茄中毒者,会感到嘴干,难以说话和吞咽,他们的体温会升高、脉搏加快、皮肤出现红疹、可能还会脱皮、瞳孔会放大、也许会出现抽搐,接着瘫痪。莨菪碱[也称作天仙子碱(hyoscine)]可能会造成幻觉和失去意识。 另外一种用来涂在箭上的毒剂是“箭毒”(curare),在南美洲很普遍,是从一种名叫甘蜜树的植物提炼出来的。提炼出来的毒物中含有吹箭毒碱(tubocurarine)这种成分,它会阻止神经脉冲传送到肌肉,造成全身瘫痪,导致中毒者因为呼吸停止而死亡。这种化学物也可被当作药物,用来让病人放松他的肌肉。而在非洲,他们使用从毒毛旋花子植物萃取出来的一种箭毒,含有毒毛旋花子(strophanthidin)和哇巴因毒素(oubain),这两种化学物的作用相似,都被拿来当作心脏的强心剂,如果剂量太高,会有致命危险。中了这种毒的病人,心跳会出现异常,可能心跳变慢,心肌可能会失去控制[心室纤维性颤动(ventricular fibrillation)]。 在好几个世纪前,中毒是十分普遍的现象,因为实在太普遍了,所以12世纪时,一位犹太哲学家和医师摩西斯•迈蒙尼德写了一本书,书名就叫《中毒治疗法和解毒剂》(Treatise on Poisons and their Antidotes)。他可能就是历史上第一位毒物学家,但真正把毒物学发扬光大、并把下毒当作政治手段的,是佛罗伦萨和威尼斯的意大利人,15和16世纪时,波吉亚家族成员将下毒的艺术发展得近乎完美。 下毒可以很有效率地除掉无用的丈夫、仇人和政敌。在1910年因为毒死妻子被判刑的克里扁博士,成为家喻户晓的下毒人物;同样的,一些毒物像氰化物、砷(砒霜)和番木虌碱,也为人们所熟知,在一般人的脑海里通常都会把它们和谋杀联想在一起。多产的侦探推理小说家阿加莎•克里斯蒂便用这些毒物名称当作小说的书名,例如《毒药(砷)与老妇》、《闪闪发光的氰化物》(Sparkling Cyanide,也译作《万圣节之死》)。 下毒也是一种正式的行刑方式。美国有些州用毒气室来处死死刑犯,而且都是使用氰化物毒气;目前,注射致死剂量的毒物是比较常见的行刑方式,比如美国几个州以及中国内地(1997年才批准这种行刑方式)。在行刑时就要用到三种化学物。首先,把一种巴比妥酸盐药[硫喷妥钠(sodium thiopental)]注射进入静脉,造成受刑者很快丧失意识(30秒内),受刑者因此完全不知道接下来会发生什么事。接着,把泮库溴铵(pancuronium bromide)这种肌肉松弛剂注射到死刑犯静脉,大约3分钟内就会使横膈膜肌肉麻痹,使呼吸停止。最后,注射大量的氯化钾(potassium chloride),它会干预心肌的电子活动,很快就会让死刑犯的心跳停止(也就是造成心脏衰竭)。行刑时,这三种毒剂的剂量都很大,以确保这些毒剂能够快速而确实地发挥毒性效果。死刑犯还要连接心电图机器监看心脏状况,在注射这三种毒剂后,会有医师前来检查死刑犯的心跳是否已经停止,以及是否已经停止呼吸。 古希腊哲学家苏格拉底被迫喝下毒芹汁,便是古代用毒剂执行死刑的例子(请参阅第六章)。 氰化物 氰化物为什么没有马上毒死拉斯普丁?有人说他天生胃酸不足,罹患胃酸缺乏胃炎症(achlorhydric gastritis),这可能减少了氰化钾产生的氰化氢的量。不过这种说法并没有证据可以证明,而且也有人对此提出异议,认为光是氰化钾应该就可以毒死他。但也可能因为拉斯普丁在被下毒的同时,还吃了很多食物,也喝了很多酒,延缓了氰化钾的吸收,因此使氰化钾毒性不会马上发作。 拉斯普丁没有被氰化物毒死,并不是他具有任何超人能力,比较可能的原因是氰化钾受潮,因而退化成没有什么毒性的产物。曾 案例:拉斯普丁死于毒死、枪杀或淹死? 拉斯普丁(Gregory Efimovich Rasputin)自称是圣人,在20世纪初对俄罗斯沙皇皇后有很大影响力,因为他有能力医治她唯一的儿子。这位俄国王子患了血液无法凝结的血友病,这是只会出现在男性身上的遗传疾病,由英国维多利亚女王遗传给欧洲皇族的几位成员。皇后因此对拉斯普丁极其倚赖,在王子因为小伤而流血不止时,经常找他来治疗她的儿子。第一次世界大战期间,沙皇离开首都彼得格勒(Petrograd)亲自到前线督军,让皇后留下来主持国政。拉斯普丁因此抓住这机会进一步扩大他的权力。 看到拉斯普丁对皇后的影响力如此之大,俄罗斯一些王公贵族深感不安,于是密谋将他除掉。但因为拉斯普丁是一个疑心病很重的人,所以该如何以及何时动手?他们决定邀请他到尤索波夫王子(Prince Felix Yusopov)位于彼得格勒的王宫参加宴会。1917年12月16日,因为王子答应让他在宴会中享受美酒和巧克力蛋糕(据说他极其喜欢巧克力),他果真应邀前往。这些阴谋者在巧克力蛋糕中加了氰化钾毒药,同时还在酒中下了很多氰化物。据说,拉斯普丁吃了很多这种有毒的蛋糕,也喝了很多毒酒,但却好像没事一般。焦急之下,尤索波夫王子干脆朝他背部开枪,但过了一段时间后,拉斯普丁又恢复清醒,并且攻击王子。拉斯普丁身材高大,在场的人将他制服,并朝他头部再补上几枪,最后用地毯将他的尸体包起来,丢进尼瓦河(River Neva),但是他在被丢入水中后不久,竟然又恢复了意识,并且企图挣脱。 这些传说只是更增添拉斯普丁的神秘色彩,让人更相信他可能具有某些神力。处死拉斯普丁几个月后,沙皇就被推翻,这些阴谋者最后全被逮捕,沙皇全家人被关了起来,最后还被集体枪决。 经有过记录很完整的案例显示,有人曾经摄取了应该足以致死剂量的氰化物,却没有因此身亡。胃里有其他食物,再加上失去毒性的氰化物,这其实已经足够说明为什么不会出现致命的结果。 氰化物以及挥发性的氰化氢(hydrogen cyanide,简称HCN)最出名的另一事件,就是第二次世界大战期间,德国纳粹在毒气室里利用它们毒死数百万犹太人、吉卜赛人和政治犯。美国几个州也设有毒气室,用氰化物来处死死刑犯。氰化物因此成为一般大众心目中最有想像空间的化学物,不过一般人并不会把它和个人自杀、谋杀及意外中毒等事件联系在一起。氰化物造成的死亡个案都是自杀,只有几次是意外中毒。除了“人民圣殿”(People’s Temple)的集体自杀(或谋杀)事件之外,最受瞩目的氰化物自杀事件,可能就是在纽伦堡大审之后,德国纳粹头子戈林(Hermann Goering)的自杀事件了。他设法把氰化物药碇藏在他的监狱牢房里,不管他的氰化物源自何处,在罪名确定后,他就用它结束了自己的生命。 1981年5月1日,马德里一个8岁的小男孩过世,显然死于跟呼吸有关的疾病。过了不久,小男孩家族又有6名家人出现身体不适,症状相似。一周之内,每天至少有150件类似病例出现,到了6月,马德里各医院一共出现2 000件病例;最后的总病例是20 000件,其中有351人死亡。这一次的流行病被称作毒油症,引来世界观注及科学家的兴趣。这是非法销售与使用受污染烹调油的结果,这个事件显示我们极容易受到食物污染物的伤害。 对食物所造成的污染,有的是天然造成,有的则是人为造成的。我们每天不停地吃食物,却很少思考食物中可能含有哪些东西。食物中毒会破坏我们对食物的满足感,最常见的是由细菌污染引发的食物中毒,不过其他来源,如金属污染,也会产生类似症状;发生在英国坎福镇的污染事件就是最佳例子(请参阅第五章)。如果造成污染的细菌是沙门氏菌(Salmonella)或是螺旋杆菌(Campylobacter),会影响到中毒者的肠胃,且影响程度加倍,肠壁也会受到伤害,造成腹泻和恶心的症状,中毒症状可能极为难受且更为严重。 本章将讨论存在于我们食物和饮料中的毒素和有毒物质,这些可能是受到细菌或真菌微生物,或是食物中的天然毒素污染的结果。另外一些有毒化学物可能在烹调过程中产生,也可能是人类蓄意或不小心添加的有毒化学物。 食物的天然污染物 黄曲毒素和发霉的花生 1960年,英国几家火鸡饲养场的火鸡感染一种怪病,一下子便损失100 000多只火鸡。起初,大家认为这是某种病毒所造成,称作“火鸡X 症”(Turkey X syndrome)。最后追查到祸首是饲养场使用由“油饼磨坊”(Oil Cake Mills)饲料公司生产的一种饲料,主要原料是从南美进口的花生。兽医病理学家发现,死亡火鸡的肝显示出多种病变,包括癌症。 是什么造成这些火鸡突然罹患癌症?这令专家们大感困惑,因为以前也曾使用这种饲料,但并未发生如此棘手的症状。接着发现,原来这些花生受到黄曲菌(aspergillus flavus)这种真菌污染。追查此案的科学家们发现,拿这种被真菌污染的饲料给实验室的动物食用,也会产生相同的症状。这种真菌会产生黄曲毒素(aflatoxin),这是根据黄曲菌的学名命名的。这项发现引起极大的关切,因为花生具有很高经济价值和重要性。 “火鸡X 症”,加上以前发生,且在当时未能找出原因的其他病例,显示出黄曲毒素是毒性很强的有毒化学物——它是一种致癌物,会使实验室里的几种动物(包括猴子在内)罹患肝癌。并不是所有真菌都会产生毒素,真菌所依附生长的食物种类,以及当时的气候状态,都会决定污染的程度。这些会产生毒素的真菌,在花生里生长得很好,而且出问题的花生是从南美进口,当地的采收过程和储藏方式,都有助于这些真菌在花生里顺利成长。 动物对黄曲毒素的敏感度各自不同,但可以确定的是,黄曲毒素会使很多种哺乳动物产生肝癌。现在有很明确的证据显示,人类同样容易受到黄曲毒素的影响,如果常在饮食中暴露于黄曲毒素,也有可能罹患肝癌;农业工作人员也可能因为吸入被污染的花生灰尘,而暴露在黄曲毒素中。 中国某些地区(如广西)的肝癌发生率很高,因为这些地区的黄曲毒素暴露情况相当普遍,主要来自被污染的玉米。世界上其他肝癌高发生率的地区是非洲——甘比亚、塞内加尔和肯尼亚,这些地区黄曲毒素暴露的主要来源是被污染的花生和玉米,而花生和玉米是这些地区的主食,且很容易受到黄曲霉菌污染。在世界某些地区,当地处理食物的风俗,也会使得食物更容易受到污染,例如非洲的班图族,他们特别喜欢受到真菌污染的玉米味道,而罹患肝癌的比例也特别高,这应该不是巧合! 肝癌和食物受到黄曲毒素污染之间,已经被认定存有某种关系,当然其他因素也很重要。黄曲毒素的高暴露值,可能也会引发急性肝炎。 由于花生是很受欢迎的食物,很多人喜欢花生酱,所以黄曲毒素造成的情况引起很多人关切。可以避免黄曲毒素污染吗?也许无法完全避免暴露于黄曲毒素,因为很多种食物中都被检测出黄曲毒素,像稻米、豆类、葵花子、香料和无花果,以及花生和玉米。但这些作物可以保存在更好的环境里,或使用化学物(杀虫剂和杀真菌剂)来减少这些作物被霉菌感染的程度,当然这会造成左右为难的困境。对农作物施用杀虫剂之类的化学物,可能会使化学物残留在食品上。人们也越来越不喜欢在食品上使用化学物,也很不希望食物受过污染,因此“有机”食物(在未使用化学肥料、杀虫剂等的环境中生产出来的食物),在发达国家里非常流行。不过,一些有机花生酱的样品也曾被检验出大量黄曲毒素,而一般(非有机)花生酱的制作过程,从采收、储存到加工都会使用化学物,反而因此只检测出少量黄曲毒素,甚至未检测到。 黄曲毒素以及它们如何致癌 黄曲毒素是指由黄曲菌这种霉菌产生的一群霉菌毒素(mycotoxins)。目前已知的黄曲毒素种类共有B1、B2、G1及G2等几种。这种霉菌一般生长在热而潮湿的气候中,长在像谷粒和花生这样的农作物上。流行病学上的证据显示,饮食中的黄曲毒素B1和人类的肝癌有某种关联。黄曲毒素B1在肝中被细胞色素P450这种酶系统代谢成活性化学代谢物(请参阅第二章和图13),这种代谢物则会和肝细胞中的DNA及蛋白质产生反应。 如果黄曲毒素的含量很高,和蛋白质的交互反应将会对肝造成立即的伤害(急性肝炎)。如果含量不高,和DNA的交互反应将会导致遗传基因码突变而造成癌症。在实验室里对老鼠所作的研究已显示,黄曲毒素B1会造成肝癌,并且能够在这些动物的血中检测出黄曲毒素活性代谢物的产物。中国那些吃下真菌污染食物的人,他们的血液与尿液中也可检测出相同的代谢物。最近,科学家已经证实,暴露于这些真菌毒素的结果(可由血液检体中的黄曲毒素代谢物结合蛋白质的情况看出来)和中国人口肝癌比例之间,有某种关联存在。 暴露于黄曲毒素的人,已经被检测出他们的基因物质会出现突变。判定是否容易受到黄曲毒素伤害的重要因素,可能在于每个人黄曲毒素代谢物的产生各自不同。在肝癌方面,如果某个人暴露于黄曲毒素中,再加上受到B型肝炎病毒感染,就会使得这个人特别容易受到黄曲毒素伤害。 图13:由真菌产生的天然毒素黄曲毒素,如何破坏DNA。黄曲毒素在肝转化成一种活性物质,然后和DNA的成分(碱基A、T、C、G)产生反应。这会改变碱基码,造成突变和癌症。 用来处理种子或农作物的杀真菌剂,都会先在实验室动物身上测试毒性,政府专家委员会更是严格监控食品中的杀真菌剂残留量。专家计算出安全系数,制定食物中化学物残留量的上限,所以,虽然食物中随时都可能有某些杀真菌剂的残留,但含量并不会危及人类健康(请参阅第十二章)。另外,在动物身上发现的致癌化学物,也不会用来当作食物生产过程中的杀虫剂,因此来自杀真菌剂的危险性其实很低,但受到污染的花生与其他食物中的黄曲毒素,造成的中毒效应及致癌危险性却相当高。目前最重要的工作是减少这样的危险性,必须考虑到造成污染的化学物(天然和合成的都包括在内)的暴露程度,以及它们已知的效力。 真菌污染农作物后会产生多种毒素,统称霉菌毒素。包括麦角菌(ergot)、T2霉菌毒素(tricothecenes)、雪腐镰刀菌醇(nivalenol)、赭曲毒素(ochratoxin)、柄曲霉素(sterigmatocystin)、 夫马菌素(fumagillin),以及呕吐霉菌毒素(vomitoxin)。据估计,全世界25%的粮食供应都受到霉菌毒素的污染,这些毒素污染食物的结果,造成很多国家大量人口健康出现问题、失去生殖力,甚至死亡。上个世纪也曾经爆发这些毒素的中毒事件,例如1978年,埃塞俄比亚就发生过麦角病菌中毒事件;1931—1947年,苏联发生T2霉菌毒素中毒事件。 另一种霉菌毒素是棒曲霉素(patulin),是由青霉菌属和黄曲菌属的真菌产生。这种真菌会长在苹果上,偶尔苹果汁会受到这种棒曲霉素污染,但只要厂商记得除掉受污染的苹果,并注意这种霉菌毒素的含量,通常不会有这种霉菌毒素暴露的危险(请参阅第十二章)。 蓄意添加一些物质到食物中,并不是最近才有的做法。几世纪以来,盐最常被用作食物的防腐剂,以及用来当作调味料,也许还会用来遮盖品质不好的食物味道。在古罗马,葡萄浆被用来增加食物和酒的甜味,古希腊人也把它加入酒中,但最后发现它会引发一些不好的症状,像便秘、疲倦、腹绞痛、不孕和贫血等。 葡萄浆中有什么东西造成这些症状?我们先前也讨论过这些症状,但背景不同。葡萄浆这种甘味剂是在葡萄开始转变为醋之前,把葡萄汁或葡萄酒煮沸而成。在铅锅中进行这个煮沸过程是最理想的,大部分液体会蒸发掉,留下糖蜜似的溶液。古罗马作家老蒲林尼(公元23—79年)描述这种过程时说:“使用铅锅,是制出好葡萄浆不可或缺的。”葡萄汁或葡萄酒含有酒石酸和柠檬酸,当它变成醋时,葡萄酒里的酒精已经被细菌转化成醋酸。葡萄汁在铅锅中煮滚时,这些酸会和醋酸铅(lead acetate)产生的盐起作用,这种盐能够溶于水。醋酸铅很甜,它被称作“铅糖”,直到后来才发现它的致命成分。这种浓缩液,或是结晶,被用来增加食物和酒的甜味。它也用来保存葡萄酒,因为铅会抑制任何细菌或真菌的成长。一直到19世纪之前,葡萄牙生产的甜味深红葡萄酒要特别注入铅,就是这个原因。 使用这种葡萄浆的结果,是食用者健康出现问题,饮用加入这种葡萄浆的葡萄酒会造成妇女流产。基于这个原因,以前的妓女常用它来堕胎,同时铅也会造成贫血,可以让妓女的皮肤显得比较白皙。老蒲林尼很清楚加进葡萄浆的葡萄酒对健康的害处,所以他写道:“这样的酒喝多了,两手会僵硬麻木。”这指的是铅对神经造成的影响(请参考第五章)。比老蒲林尼更早的古希腊医师迪奥斯科里斯说得更精确:“经过这样处理的葡萄酒,对神经的伤害最大!” 在罗马帝国崩溃后,用“铅糖”作甜味剂的做法也随之消失,但在食物中添加铅盐的风气犹存。在古罗马之后,铅铬酸盐(lead chromate),或是“铬黄”,一直被拿来当作糖果和果冻的色素。在19世纪之前,有毒的金属盐还一直被拿来当作食用色素,例如谢勒绿(Scheele’s green)这种染料,就被用来将牛奶冻染成绿色,这种染料是亚砷酸铜(copper arsenite),含有铜,但更重要的是含有砷。 20世纪初,一种毒性很强的化学物被用来当食用色素:4二甲胺基偶氮苯(4-dimethylaminoazobenzene),这就是所谓的“奶油黄”(butter yellow),是一种含氮的黄色色素,在某些国家里,用来为奶油染色,当时有关当局还未要求对这种化学物进行严格检验。到了1947年,针对这种染料进行研究后发现,它是一种致癌化学物,在实验室动物的肝里面造成肿瘤,所以很快被下市。现今在食物中使用添加物的情况比以前更为普遍,但反而更安全。 被故意加进食物里、不含任何营养价值的物质,就被归类为食物添加物。这些添加物目的是要保存食物,或是改变食物的质地、成分、味道、颜色或酸碱性。食物添加物有好几种种类,详细的分法会在后面说明。 在欧洲,食品添加物会冠上以E开头的编码(表8),和美国使用的代码不同,这些代码都会出现在包装外面的卷标上。估计食品添加物的种类已经多达3 000多种,大部分纯粹只是为了美观,用作防腐剂或用来处理食物的,反而相当少。 表8:食物添加物种类 添加物名称E代号 防腐剂亚硝酸钠E250 抗氧化剂丁羟甲苯E321 乳化剂果胶E440a 着色剂焦糖E150 调味剂味精E621 消泡剂聚二甲基硅氧烷E900 稳定剂乙醯化单甘油枉酯E472a 我们所有人都会接触到这些添加物。我在家中厨房匆匆巡视一遍,结果发现:柳橙汁含有β胡萝卜素(beta carotene,着色剂);可乐含有焦糖(着色剂)、阿斯巴甜(aspartame,甜味剂)、醋磺内酯(acesulfame,甘味剂)和苯甲酸钠(sodium benzoate,防腐剂);奎宁水含有萨克林(saccharin)、阿斯巴甜和奎宁(quinine,调味料);小汤包含有焦糖(着色剂);一罐泡菜含有焦糖(着色剂);蜜樱桃含有赤藓红(erythrosine,着色剂)、己二烯酸钾(potassium sorbate)和二氧化硫(sulphur dioxide),这都是防腐剂;蛋奶冻粉含胭脂树籽红(annatto,着色剂);还有一包虾饼,虽然它大胆宣称“不添加人工防腐剂及色素”,但还是添加了麸胺酸钠(monosodium glutamate,味精)。 接着,我走进浴室,打开医药柜,意外发现里面有一种治疗伤风感冒的药含有“日落黄”(sunset yellow,色素)。不过含有最多添加物的,还是那些维生素药丸,它们含有以下多种添加物—— “色素”:二氧化钛、氧化铁; “抗结块剂”:硬脂酸镁、二氧化硅; “甜味剂”:阿斯巴甜、醋磺内酯钾; “亮光剂”:亮光漆、棕榈?(carnauba wax); “安定剂”:羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose)、乙醯化单甘油酯(acetylated monoglyceride); “人工泪液”:聚乙烯吡咯酮(polyvinyl pyrrolidone); 当然还有“维生素”! 食品添加物种类 防腐剂:指加进食物中,以延长有效期限的物质。这种物质能够防止或减少细菌或真菌成长。防腐剂的例子有盐、亚硝酸盐、二氧化硫、丙酸和苯酸盐。 抗氧化剂:指加进油脂中的物质,以防止油脂遭到氧化破坏而发出油臭味。它们也会被加进水果与蔬菜中。抗氧化剂的例子有丁羟甲苯(butylated hydroxytoluene)、维生素C(ascorbate,抗坏血酸盐)和生育醇(α-Tocopherol)。 乳化剂、稳定剂和黏稠剂:这些物质可以增加食物产品的浓稠度、稳定性和同构型。这些物质的例子有单丙三醇(monoglyceride)和二丙三醇(diglyceride)、石花菜,以及多种蔬菜胶。 色素:可以使食物和饮料看起来更吸引人。有些是人工色素,例如酒石酸盐和赤藓红;有些则是天然色素,像胡萝卜素和胭脂树籽红。 香料和调味料:这是使用量最多的添加物,用来创造或改善食物味道,被用得最多的调味料则是味精。有些香料是天然的,例如植物萃取物和树脂,有些则是合成的,例如酯和酮。 人工甘味剂(代糖):用来增加食物或饮料的甜味,但不会增加热量。人工甘味剂的例子有糖精、阿斯巴甜和醋磺内酯钾(acesulfame K)。 营养剂:只有美国将营养剂当作食物添加剂。这一类的食物添加物包括维生素、矿物质,以及一些不可或缺的氨基酸。 其他各种添加物:例如酸度调节剂,主要用来调节果汁的pH值;抗结块剂(硬脂酸镁和二氧化硅),主要加进糖或盐中,让它们可以自由流动;消泡剂,用来阻止液体形成泡沫;面粉处理剂,用来改善烘焙性质;亮光剂,像亮光漆和棕榈蜡;以及膨胀剂。 过去30年来,一直在大量增加食物添加物的使用,尤其是西方国家的饮食,现在有很多加工食品,这表示我们全都暴露于多种食品添加物之中。这些添加物全都有必要吗?它们对我们的身体有什么影响? 有些添加物明显拥有重要功能,例如防腐剂有助于防止食物腐坏,让加工食品可以保存更久,还可以减少食物被细菌感染。在肉里加入亚硝酸钠,可以防止肉毒杆菌生长,防止产生毒性极强的肉毒杆菌毒素(请参阅第十章)。防腐剂也会减少食品的化学变化,可以延长食物上架的有效期限。其他的添加物也可以发挥一些有益的功能,例如人工甘味剂可以让糖尿病患者或体重过胖的人减少糖的摄取。 我们已经知道,化学物能够对人类和其他动物构成危险。光是在美国,目前使用中的化学物至少就有65 000种,每年还会增加几百种。过去,这些化学物当中有几种应该谨慎使用,但在使用时却没有适当的注意,如DDT,瑞秋•卡森在她所写的《寂静的春天》中很生动地描写了这种情形。一般大众现在对所有化学物都抱着相当怀疑的态度,并且经常夸大对这些化学物可能造成伤害的恐惧。在有些事件中,化学物造成很可怕的影响,例如沙利窦迈和工业化学物异氰酸甲酯。但另外有一些意外事件,例如塞维索的戴奥辛暴露事件,它所造成的影响远比预期轻(至少到目前为止是如此):中毒者除了皮肤出现氯痤疮之外,并未发现有另外的不良效应,如癌症、畸形胎或其他不良症状,而且幸运的是,氯痤疮会随着毒性的解除而减少。我们在本书讨论过很多造成严重事件的化学物,大部分都是因为我们在使用这些化学物时不够谨慎,对于它们可能造成的影响缺乏认识,甚至有时候是故意误用。 科学家,特别是毒物学家,如何评估化学物的风险,以及我们应该如何解读他们的评估?有时候我们可以根据过去的经验和知识来评估某一特定活动的危险性。如果是单一中毒事件的危险性,可以从这种毒物已知的致命剂量,以及中毒者已经吃下、喝下或吸收多少分量,而估计出来。 在大部分国家,化学物的风险必须根据它们对人类和环境可能造成的伤害来进行评估。药物(包括人类和动物用药)、食品添加物和污染物、工业化学物、杀虫剂、家用化学物以及化妆品,全都必须评估。这些化学物的使用全都受到法律规定的限制,并要求公开所有相关信息。 风险是一种数学概念,它的定义是“暴露于某种化学物中之后,会产生多少不良后果”。相反的,安全性的定义则是“当我们遵照正确用法及数量来使用某种化学物时,将不会产生任何不良后果”。风险可以用下面的数学公式来显示: 风险=毒性 × 暴露度 毒性是指物质造成不良后果的能力,例如戴奥辛和蓖麻毒素都是已知毒性很强的毒物;暴露度则是指这种物质在空气、水里、食物或药物中的含量。 风险评估是一种科学程序,根据这个程序可以决定风险的程度和性质。如果不暴露于某种化学物,那就完全没有风险,例如装在密封容器里的氰化钾具有危险性,但没有风险。因此,只要暴露程度降到最低,那么风险也可以跟着减少到最低程度。如果某种化学物不具毒性,例如我们经常使用的盐或食用色素,要造成伤害的分量必须高得不合实际,甚至即使有暴露程度存在,风险还是小到几乎完全不存在。因此,必须先知道化学物(不管是不是有毒)的暴露程度和性质,才能进行风险评估。 暴露评估 在某些情况下,可以精确知道人体内某种化学物的暴露程度,例如医师给病人服用的药物剂量。但是,以工业化学物来说,尤其是环境中的化学物,就很难做到这一点,有时候甚至不可能知道。发达国家里,那些管理严格的化学工业,会注意员工的健康状况,定期对工人抽血和采尿检查。 工厂里的空气可以监测,工人则可以随身携带检测仪器,测出他们暴露于多少挥发性化学物中。这并不是所有企业能够做到的。在这种情况下,环境中可能就会有化学物暴露的危险,所以就必须经常检测环境中的化学物暴露度,而这种检测过程经常充满不确定性。如果是经由饮水和食物暴露于化学物,就必须根据每天的饮水摄取量、饮食习惯,以及化学物在饮水或食物中的已知浓度,来评估它们的暴露程度。 毒性 有时候,从人体取得的信息中,就可以发现某种化学物的毒性,但这种情况很罕见,而且即使有这样的信息存在,通常都过于简单或是不精确。因此,有关化学物的毒性信息,通常要从对实验室动物或试管实验进行的研究中取得,也就是针对身体单独的细胞、器官或组织进行实验,而不是对动物或人类的整个身体进行实验。 毒性的确认 用来评估人类暴露于某种化学物时可能产生的危险性的技术,称为“流行病学”,方法是对人口进行观察,搜集这些人口中发生疾病的资料,然后把这些资料和人口的共同因素联结起来。 首先使用这种技术的是19世纪的一位英国医师约翰•史诺(John Snow)。他研究的是伦敦爆发霍乱的情况,这次霍乱造成很多人死亡,但并不知道霍乱为什么会发生。史诺觉得这一定和这些死者的生活环境有关系:贫穷、住处拥挤以及环境卫生很差。他的观察结果促使他怀疑这种疾病和饮水有关,可能是供水系统遭到污水污染。1848年,伦敦某个地区大规模爆发霍乱,他在地图上标出所有病例的位置,结果发现这些病例都集中在某一个特定的供水系统范围内,这个供水系统就是布洛街供水厂。他也注意到,同一地区内一家啤酒厂的工人以及一家感化院的院民,他们发生霍乱的人数少得令人称奇,因为这两处都有自己的饮水系统,而啤酒厂的很多工人平常都只喝啤酒不喝水。等到他把当地所有水泵全部移除之后,感染霍乱的人数马上锐减,显示饮水确实是霍乱的来源。后来又发现这地区的饮水遭到地下污水污染,更进一步证实他的推论。 因此,流行病学可以显示出疾病与人口因素的关系,但无法追查出疾病的确切原因。史诺并没有发现霍乱大流行的原因,直到30年后,才被德国医师罗伯•柯霍(Robert Koch)找出造成霍乱的元凶,柯霍医师经由实验证实,霍乱是细菌引起的。他制定了一套评估标准,就是所谓的“柯霍假设”(Koch’s postulates),详细定出必要的实验程序。只要稍加更改他的假设,就可以适用于因为化学物而造成的疾病情况。 想要确定某种化学物在人口中是否造成某种特定疾病,这绝不是容易的工作。只是证明病人生活的环境中有某种化学物存在,这样是不够的,暴露方式和暴露程度也必须同时证实。使用人类资料和流行病学研究方法的困难之一是,很多人类疾病的造成原因不单单只有一个。 如果不能证明每个病人都暴露于相同的化学物,就不能把致病原因归咎于这个化学物。这虽然很困难,但柯霍假设的第二项原则 柯霍假设 虽然这些假设原则本来是用来研究细菌感染的问题以及造成霍乱的原因,但这些假设其实也适用于研究化学物造成疾病的原因。所以我在这里把这些假设原则稍加更改,以适合这个目的。 1.相同的致病病源物(化学物)必须存在每个病例之中。受到影响的每个病人必须都暴露于这种化学物。 2.这样的化学物(或是某个已知的分解生成物)必须能在病人身上检测出来,并且存在于每个中毒者身上。 3.被检测出来的纯化学物,必须也能够在另一个健康人身上造成相同的疾病(基于伦理原因,这通常必须用实验室的动物来进行)。 4.如果造成效应的是一种新陈代谢裂解生成物,那么,同样的生成物也必须出现在其他中毒者体内。 当然,即使其中部分标准只是要求证实人类暴露于某种环境化学物,但这样的判断标准仍然很难令所有人都感到满意。 甚至更难,因为致病的化学物(或是重要的生成物)可能已经不再存在于病人体内,甚至即使还留在病人体内,向几百个病人搜集检体进行分析,绝不是简单的工作。 除了药物,没有经过安全性评估的化学物,不管在道德上或法律上,也都不能交给人类使用,因此为了要证实第三项和第四项假设,通常需要进行动物实验。某化学物会对动物产生什么样的毒性,这样的信息可能早已存在。 atocopherol维生素E acceptable daily intake (ADI)每日可接受摄取量:在一个人的一生当中,在不会出现可被察觉出来的健康风险之下,每天可以摄取该种食品添加物的剂量。这是根据目前已知添加物毒性所做的估计。 acetylator phenotype代谢表现型:人类的一种基因特性,可以决定一个人代谢某种药物的快慢。 acetylcholine乙醯胆碱:从神经末端释放出来的化学物,也是一种神经传导物质。 acetylcholinesterase乙醯胆碱酯:分解乙醯胆碱的酶。 acute (toxicity)急毒性:某种化学物单独一剂产生的中毒效应。这种反应通常很快速。 adrenaline (epinephrine)肾上腺素:人体在受到如恐惧这样的刺激时,所释放出来的一种荷尔蒙。 alcohol dehydrogenase酒精脱氢酶:分解酒精的酶。 aldehyde dehydrogenase乙醛脱氧酶:分解乙醛的酶。 alkaloids生物碱:天然化学物,含有氮,通常出现在植物,例如尼古丁和吗啡中。 amino acids氨基酸:天然化学物,是蛋白质的组成物质。有些可从食物中取得,其余的则会在我们体内制造出来。 anaemia贫血:红血球太低的疾病。 anaphylactic reaction/shock过敏性反应/休克:很严重的免疫反应,可能会致命。 antibodies抗体:免疫系统产生的蛋白质,会把入侵人体的物质视作外来物,将它们除掉。 anticholinergic抗胆碱药物:抑制神经的药物或化学物,使用乙醯胆碱作为神经传导物,或是阻断它发挥效应。 antidote解毒剂:能够阻止某种毒物发挥毒性,并把毒物移除,或是阻止毒物作用的物质。 antigen抗原:被人体免疫系统视为外来物的物质,如蛋白质。 antiinflammatory消炎药:减少发炎状况的药。 antioxidants抗氧化剂:移除像氧这种活性化学物的物质,也会抑制这些活性化学物破坏细胞的能力。 antipyretic退烧药:发烧时可以降低体温的药。 antivenins (antivenom)抗蛇毒血清:用来对抗毒蛇产生毒液的解毒剂。 apoptosis细胞凋亡:细胞计划性死亡,用来除掉已经被破坏的单一细胞。 arrythmia(s)心律不齐:心跳频率不正常。 arsenic砷:在岩石和水中天然发现的化学元素,有各种形态,例如亚砒酸盐或砷酸盐。arsenic通常被用来代表三氧化二砷(arsenic trioxide)。 arsenic trioxide三氧化二砷:一种砷化合物,最常被用来下毒。 asbestos石棉:在地下发现的一种纤维矿物质,有很多种形态,其中有些会致癌。 ascorbate维生素C atom原子:化学元素的最小单位。一群原子会组成分子。 azo dye偶氮染料:一群合成化学物,含有氮群,并且有颜色。 benzene苯:被当作工业溶剂使用的有机化学物。会在汽油中产生。 beta carotene (carotene)β胡萝卜素:跟维生素有关系的一种物质,可在胡萝卜中发现。 bioaccumulation生物累积:化学物累积在有机物里的过程,这是因为这种化学物具有持久性和脂溶性的特点。 biodegradable可以被生物分解的化学物:可以被有机体分解或在环境中自然分解的化学物。 biomagnification生物放大作用:化学物在食物链更上层物种中逐渐增加的过程。 British Pharmacopoeia大英药典:供药剂师使用的详尽药物参考书。 cadmium镉:自然产生的有毒金属和化学元素,会以多种形态存在于岩石中。使用在工业上,也被用在电池中。 capillaries微血管:很细小的血管。 carboxyhaemoglobin碳氧血红蛋白:一氧化碳和血中的血红蛋白结合后的产物。 carcinogen致癌物质:会造成癌症的化学物。 cell细胞:动物和植物的基本单位。 chloracne氯痤疮:戴奥辛这种氯化碳氢化合物造成的严重痤疮。 chlorine氯:化学元素,高活性、刺激性气体。 chloroform三氯甲烷:挥发性氯化物溶剂,可能是其他氯化合物分解后产生。这是最早的麻醉剂之一。 chronic (toxicity)慢性(中毒):长时间一再暴露于某一种化学物造成中毒症状。这通常是一种迟发性效应。 crossreactivity交叉反应:对某种化学物敏感,可能会导致对另一种化学物敏感。 cyanide氰化物:一种有毒的化学群(chemical grouping,简称CN)。氰化物可能以离子形态存在,像是氰化钾或氰化钠(KCN, NaCN),或跟另一种分子结合,可在植物中发现。 DDE:dichlorodiphenyldichloroethylene(二氯二苯二氯乙烯)的常用缩写,是DDT的衍生物。 DDT:dichlorodiphenyltrichloroethane(三氯二苯双氯乙烷)的常用缩写,是一种有机氯杀虫剂? detoxication解毒:酶在人体内分解化学物(生物转化)。解毒指的是把某种有毒化学物排出体外。 digitalis毛地黄:这是从毛地黄这种植物提炼出来的强心剂,含有地高辛(digoxin),可以使心脏跳得更有力。 dioxins戴奥辛:一群含有氯原子的相关化学物。dioxin(戴奥辛)这个词通常是指TCDD(2,3,7,8tetrachlorodibenzodioxin,2,3,7,8多氯二联苯戴奥辛),这是最毒的一种戴奥辛。 DNA脱氧核糖核酸:这是一种双螺旋分子,染色体的组成基础,是遗传机制不可或缺的一部分。 DNA adductsDNA键结物:附着于DNA片断的化学物 dopamine多巴胺:在脑中发现的神经传导物质。 doubleblind (placebocontrolled) trial双盲(安慰剂对照组)实验:这是为了了解某种化学物(某种新药)的效应,而进行的一种实验,不管是病人还是研究人员,都不知道病人服用的是药还是安慰剂。 ecstasy (E)迷幻药(摇头丸):Methylene dioxymetamphetamine(亚甲双氧甲基安非他命,缩写成MDMA)。这是安非他命的衍生物。 emetic催吐剂:可以引发呕吐的药,用来治疗中毒。 endocrine disruptor内分泌干扰素:会造成内分泌(荷尔蒙)功能改变的(天然或合成)化学物,会在动物或它的后代造成不良反应。 enzymes酶:包含蛋白质分子的生物催化剂。 epidemiology流行病学:研究人口疾病的科学,例如研究化学物造成的疾病。 esters酯:闻起来有水果味道的化学物,可能被用来当作食物的调味料。 ethylene glycol乙二醇:防冻剂的主要成分。酒精的一种。 ethynyloestradiol乙基雌二醇:合成雌激素,用来制成避孕丸。 fatty acids脂肪酸:在脂肪中发现的一种天然有机酸。 free radicals自由基:化学反应的生成物,通常反应很强,如果是在体内形成,会造成伤害。 重量 ng纳克(nanogram)十亿分之一克(0.000 000 001g或1×10-9g) μg微克(microgram)一百万分之一克(0.000 001g或1×10-6g) mg毫克(milligram)一千分之一克(0.001g或1×10-3g) g克(gram)一千分之一千克(0.001kg或1×10-3kg)(28克相当于1盎司) kg千克(kilogram)一千克(1 000g或1×103g)(1千克相当于2.2磅) 容量 ml毫升(millilitre)一千分之一公升(0.001l或1×10-3l) 1公升(litre)一千毫升(或1 000立方厘米)(1 000ml或1×103ml)(1公升相当于1.75品脱或1.056夸脱) 浓度 浓度可以用重量/容量来表示,或是以ppm或ppb表示。 mg/1毫克/千克1毫克溶于1公升水或其他溶剂。 μg/ml微克/千克1微克溶于1公升水或其他溶剂。 ppm百万分之一1毫克/千克(1毫克/1 000 000毫克)、1毫克/公升或1微克/毫升都等于1个ppm。 ppb十亿分之一1微克/千克(1毫克/1 000 000 000毫克)、1纳克/克或1微克/公升都等于1个ppb。 w/v重量/容量比20克/100毫升=20%w/v w/w重量/重量比20克/100克=20%w/w 长度 micron微米百万分之一米(0.000 001m或1×10-6m)