新鲜空气加阳光:被遗忘的“抗生素”

来源:果壳网 | 发布: | 发布时间:2013-12-30,星期一 | 阅读:1,857

光亮通风的医院病房,不单是只有心理上的好处。图片来源:《新科学家》

(文/ Frank Swain)那是1968年的一个温暖夏日,正是冷战的高峰时期。英国国防部著名的生物和化学研究基地波顿庄园里,两个男人正在一间实验室的屋顶伫立。他们的脑海中盘桓着生物战的严酷前景:如果一枚携带了致命病菌的炸弹在伦敦上空引爆,沉降物的危害会持续多久?

为了找到答案,微生物学家亨利·朱维特(Henry Druett)和K·R·梅(K.R. May)决定,将微生物暴露在屋顶的气流之中。为了防止病菌被风刮走,他们将蛛丝缠绕在一把梳子上,然后轻轻往上面喷洒了一种常见的肠道病菌——大肠杆菌。

在两个小时出头的时间里,封锁在这张手工罗网中的病菌就差不多死了个干净。可是,如果把这些病菌装进盒子,让它们呼吸同样温度和湿度的屋顶空气,那么两个小时之后,其中有半数以上仍然存活。为什么会这样?这是因为新鲜空气里有什么东西杀死了病菌,而一旦封闭起来,这些东西就消失了。

两位研究者又做了许多实验,指出这种神秘物质(他们称之为“开放空气因子”)的功效,每天晚上都在发生变化。但是后来生物武器的阴霾散去,外间对这个研究的兴趣也跟着消失了。

现在55年已经过去,我们是否应该让这些尘封的研究报告重见天日呢?如今,对抗生素产生耐药性的病原体越来越多,对狙击传染病的新武器的需求也变得空前强烈。今天的科学家,又再度研究起了前人控制传染的方法。英国东基尔布莱德市海尔迈尔斯医院的微生物学家斯蒂芬妮·丹瑟(Stephanie Dancer)正设法重新勾起大众对这些问题的兴趣。她指出:“只有在抗生素失效、病人不能康复的今天,我们才想到了回顾历史。”

波顿庄园的研究者并非第一批留意到新鲜空气好处的人。19世纪中叶的克里米亚战争期间,英国士兵在肮脏的战地医院死亡的几率,比在战场上还高。护理先驱南丁格尔采取了一系列著名的改良措施,使死亡人数大大降低——其中就包括打开窗子。回国之后,她又把这些措施引入了英国的医院。她曾写道:“病人周围的空气必须经常更换,这样可以带走肺部和皮肤发出的病态臭气。”

南丁格尔设计的那些光线充足、空气流通的病房,被称为“南丁格尔病房”:狭长的房间里,上下推拉窗一直延伸到天花板,使新鲜空气得以穿窗而入。波顿庄园的研究指出,这个举措不仅稀释了空气中的病原体,也有效地杀死了它们。

南丁格尔病房还有一个重要特征:病房的长边都朝向南面,这样就可以引入足够的阳光了。很快,大众就相继认识到了阳光对于健康的裨益,尤其是它对结核病人大有好处。在当时的拥挤都市中,每5个死者里就有一个是因为结核病去世的。

阳光不仅能将空气中和皮肤上的细菌杀死,它还能促进身体制造维生素D、增强免疫系统,从而将体内的结核病菌也一并杀死。到上世纪末,“阳光诊所”开始风行了起来,它们将新鲜空气和阳光作为治疗结核病的一种手段,病床被推到阳台上,或者推到装了特制玻璃、能够透过紫外线的温室之中。

后来还出现了专门为医院发明的紫外灯,但是它们很快就被弃置不用,因为皮肤癌和白内障的风险都显而易见。到今天,紫外灯一般只作消毒手术设备之用了。

培养皿中的奇迹

当年亚历山大·弗莱明外出度假,归来后发现培养皿中的细菌发了霉。那之后的几年里,医学发生了彻底的改变。相比青霉素和其他抗生素近乎神迹的效力,阳光和新鲜空气就显得微不足道了。

到上世纪60年代,许多医生都认为,传染病将很快消灭殆尽。丹瑟回顾说:“新的抗生素一个个地发明出来,开放空气因子已经得不到多少关注了,因为一旦有人得病,医生就给他开抗生素,用了就能好转。”

在发明抗生素之前,紫外线是治疗肺结核的标准方法。图片来源:《新科学家》

新鲜空气和阳光对人有益的观念并未从大众心中消失,倒是医院把南丁格尔的教诲抛之脑后,他们关上了窗户,把阳光也挡外了外面。上世纪70年代的石油危机将“能效”带入了大众的视野,而开窗会流失珍贵的热量,于是医院关闭了窗户,全部换成了机器通风系统,靠过滤器循环空气。

到今天,提高能效的呼声比任何时候都要急迫,不过根除传染病的希望却早已破灭。过去30年,新的传染病以每年发现一种的速度增加着。过去10年,我们刚刚迎击了萨斯和禽流感这类险些大规模蔓延的时疫。

更严重的是,在上世纪60年代能够轻松治愈的疾病,现在都以耐抗生素的形式卷土重来,包括肺结核、肺炎和淋病。医院本身也成为了耐抗生素痢疾和伤口感染的最大致病源。在英国,大约有9%的病人是在住院期间感染新传染病的。

新抗生素的短缺更是雪上加霜。上世纪90年代至今,致力于研发此类新药的大公司,已经从原来的18家减少到了4家。英格兰的首席卫生官员萨丽·戴维斯(Sally Davies)在2013年的年报中着重讨论了这个问题。她警告说,在将来,以往能够轻易控制的疾病可能重新对健康发出严重威胁。

虽然传统的抗生素变得日渐枯竭,好几种替代方案却正在发挥作用。“群体阻断药物”(quorum-blocking drugs)就是其中之一,它们并不杀死病菌,而是阻止病菌发动攻势。这样的药物应该不会像传统抗生素那样引起耐药性。还有一种方案是噬菌体疗法(phage therapies),也就是用基因改良的病毒来摧毁病菌。

然而这些方案都需要一些年头才能用于临床,现在就指望它们奏效是不明智的。眼下,我们或许可以用前抗生素时代的一些经验为后抗生素时代备战。不是说光靠拉开窗帘、打开窗子就能治愈病人,而是对医院的设计做些许更改,或许能预防疾病传播到那些尚未感染的人身上。

毕竟,有一种老式的疾病预防法已经在奏效了:事实证明,建议医护人员多洗手已经有效阻止了抗药性金黄色葡萄球菌(MRSR)和艰难梭菌(Clostridium difficile)这些超级病菌在英国医院的传播。MRSR在英国医院的发病率,已经从2004年的峰值下降了约八成。勤洗手不是唯一的原因,但看来是一个重要原因。使用酒精消毒液越多的医院,MRSR的发病率也越低。

丹瑟认为,重新引入新鲜空气和阳光,或许会为传染病的控制带来相似的好处。她说:“未来医院的设计,窗户应该可以打开,病床也应该可以推到室外。”

这并不是丹瑟一个人的诉求。英国伦敦帝国理工学院的一个团队,正在秘鲁的利马研究用传统方法减少空气中的结核菌,尤其是对那些感染了HIV 病毒、免疫力低下的病人。流行病学家罗德·艾斯康比(Rod Escombe)认为:“结核病的传染多半是因为还未确诊的病人和身体虚弱的病人混居杂处。拥挤的候诊室是传染的温床,门诊室和急诊间也是如此。”

利马城内既有依赖被动气流的老式医院,也有使用机器通风的新式医院。艾斯康比的团队在不同的医院内打开二氧化碳灭火器并计算了气体扩散的时间,结果显示老式医院的通风率比现代医院高出一倍还不止。

受研究启发,利马市的医院经营者已经着手在一切可能的地方安装窗户和天窗了。秘鲁卡耶塔诺·埃雷迪亚大学的传染病学家卡尔顿·埃文斯(Carlton Evans)是这项研究的参与者之一,照他的说法:“在建筑中引入一点微风,就可以起到很大的效果。”

但是有的时候,另开天窗并不现实,研究者因此探索了人造阳光是否能起到作用。他们在一个结核病房里安装了一组老式紫外灯,将灯管对准天花板,使得光线充满病房的上半部分,又不至于照射到病人。

他们使用了测试空气结核菌的标准方法:将两群豚鼠分别暴露在经过了紫外线照射和未经照射的空气之中。结果紫外灯将出现结核症状的动物比例由35%降低到了10%,这说明人类病患也能因此得到保护。

这项研究发表后吸引了全世界的兴趣,那些肺结核和艾滋病发病率居高的国家尤其关注。研究在南非被人重复,那里的干燥空气似乎还对紫外线的效果有所增强。秘鲁、俄罗斯和巴西的医院也都装上了紫外灯。英国伦敦圣玛丽医院的胸科候诊室里也装了一台。事先阻止健康者患上肺结核,总比事后长期使用抗生素要好。“我们本以为已经搞定结核病了,”艾斯康比说,“后来它再度出现,我们也对预防传染的方法再度产生了兴趣。”

有一种方法或许能使紫外线变得安全,从而在医院里推广应用。紫外线是电磁波谱中波长10到400纳米的那一段。其中波长为207纳米的紫外线可被蛋白质分子吸收,因此只能在人体细胞中穿行一小段距离,不会到达DNA造成变异。而微生物的体积比人体细胞小得多,紫外线能够完全穿透,并将它杀死。

波长为207纳米的紫外线,可以杀灭细菌,而不伤害人体细胞。图片来源:《新科学家》

目前已经有人发明了一款只发出207纳米光线的紫外灯。实验室内的细胞生长研究显示,这种短波辐射对人类的皮肤组织样品无害,但是能杀死包括MRSA在内的细菌。

这项技术最先是为了在手术中使用而发明出来的,目的是杀死空气中的细菌,使它们不至于落入打开的伤口。这项研究的领头人、美国纽约哥伦比亚大学的戴维·布莱纳(david Brenner)指出:“整台手术期间,细菌都像下雨一样落在伤口上。”他甚至建议,每家医院都换上增强型灯泡,以发出这个波长的紫外线。

如果阳光可以用人工手段复制,新鲜空气是否也能如此呢?此前,已经有人设法用45年前发现的一种开放空气因子来净化医院内的滞涩空气了。当年波顿庄园的研究者最终认定,他们发现的那些神秘的杀菌剂是羟基。通过臭氧和水的反应,再加上空气中来自植物的有机物质的催化,这些稍纵即逝的分子在大气中不停地产生出来。

有那么一段时间,一家名叫“Inov8”的英国公司推出过一款可以在医院中使用的便携设备,它能用臭氧、水和可更换的有机催化剂源源不断地制造出羟基。该公司指出,羟基能够氧化生物分子,杀灭细菌,而且对人体没有危害。使用发现,这款设备的确减少了医院空气中的细菌,可惜该公司在去年倒闭了。

也许还是开窗更简单?英国利物浦约翰摩尔斯大学的微生物学家乔治·夏普斯(George Sharples)指出,这还得考虑可能出现的问题。英国的医院主管部门曾经规定,病人可以够到的窗户最多只能开一道10厘米的缝隙,这是为了防止病人掉出去。

露天疗法

风也可能把医疗设备吹得乱转,而且,随风而来的或许还有更加险恶的东西。夏普斯指出:“今天的医院一般都不在偏远地区,而是建在城市的中央。”今天的病人是暴露在交通污染之中的,如果医院附近有垃圾堆,他们还要接触真菌孢子——对于新生儿、老人和其他免疫较差的人,这都是个危险。

新医院的确都比较宽敞,在医院传染疾病的例子也较少,但是没有人知道为什么会这样。英国利兹教学医院的首席微生物学家和病理学家马克·威考克斯(Mark Wilcox)对此相当困惑。“这是因为病人之间距离较大吗?还是因为空气较为流通?或者是那些医院工作环境较好,所以医护人员都对疾病预防比较认真?”

在这个问题上,世界卫生组织的态度就没有那么含蓄了。世卫组织发布了一份报告,敦促所有医疗机构都尽量使用自然通风,报告中甚至援引了南丁格尔的话。在印度孟买,有一家老式疗养院正在改建为医院,专门收治耐药性结核病患者,医院里使用的是一种露天疗法。“那里天花板高、有露天阳台,因此特别合适。”艾斯康比说道,“我们在医院设计上转了一圈,又回到老地方了。”

有了流通的新鲜空气,不单是医院可以减少疾病,任何人员密集居住的地方都能获益。以第一次海湾战争中驻扎在沙特阿拉伯沙漠中的美军为例:士兵如果居住在配备了空调的营房里,就容易感冒咳嗽,而如果在帐篷和仓库中过夜,就不容易得病。另一项针对中国大学生的研究也发现,在通风不畅的宿舍里睡眠的学生,有35%在一年时间内传染了疾病,而在通风较好的宿舍中睡眠的学生,这个数字只有5%。

在将来,我们很可能看到建筑师、医生和建筑经理携手努力,在营造我们生活和工作的环境时,将我们的那些微生物伙伴也考虑进去。同时,我们或许也该从南丁格尔那里有所借鉴,只要一有可能就把一缕新鲜空气引进家门。“护理的第一原则、也是病人的第一需要,就是保持他呼吸的空气如同外界的空气一般纯净,同时又不至于使他着凉,”南丁格尔写道,“永远不要害怕开窗。”

编译自:《新科学家》,Fresh air and sunshine: The forgotten antibiotics

 



 

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