第一章

他將一根細長的玻璃管,一端拉製成雞蛋一樣大小的空心玻璃球,一端敞口,並且事先在玻璃管內裝一些帶顏色的水,然後將開口一端倒插入一隻裝有水的瓶子裏。當外界溫度升高時,玻璃球內的空氣受熱膨脹,玻璃管裏的水位就會下降;當外界溫度降低時,玻璃球內的空氣就要收縮,而玻璃管中的水位就會上升。伽利略在玻璃管上標上刻度,就可以利用它測量氣溫了。

意大利托斯卡納的大公斐迪南對液體溫度計的發展起了很大的推動作用。

為了使溫度計不受大氣壓力的影響,斐迪南用各種不同的液體進行試驗,發現酒精在受熱以後,體積的變化比較顯著。1654年,斐迪南製出了世界上第一支酒精溫度計。斐迪南往一端帶有空心玻璃球的管裏注入適量帶顏色的酒精,再把玻璃球加熱,用酒精趕跑玻璃管中的空氣,然後將螺旋狀的玻璃管密封,並在玻璃管上標上刻度。於是,第一個不受大氣壓力影響的真正的溫度計就這樣誕生了。

酒精溫度計構造簡單,製作方便,準確度高,一經問世就得到了廣泛應用。今天,我們在家庭中通常用的溫度計都是酒精溫度計。

華倫海特是德籍荷蘭物理學家,他發明了水銀溫度計,並且是華氏溫標的確立者。

由於酒精溫度計受酒精沸點的限製而不適於較高溫度的測量,1714年,華倫海特用水銀代替酒精,從而取得了關鍵性的進展。他發現了一種純化水銀的方法,解決了以前由於水銀中常混有氧化物,使水銀容易附著於玻璃管壁上,影響準確讀取刻度的難題。於是,第一個真正精確的溫度計誕生了。1724年,華倫海特所做的關於溫度計的報告,使其得到迅速推廣。目前,英國、美國、加拿大、南非等國仍在使用華氏溫度計,而我們量體溫時用的也是水銀溫度計。

血壓計

人們測量血壓最先是在動物身上做試驗的,英國醫生哈爾斯可以說是研製血壓計的第一人。1733年,哈爾斯把自己家裏飼養的一匹最心愛的高頭大馬作為測試血壓的對象。他將一根27米長的玻璃管與一根銅管的一端相連接,接著,他又將銅管的另一端插入馬頸部的動脈血管內,然後使玻璃管豎直,讓血順著玻璃管上升,這樣測得馬的血壓為21米高。哈爾斯注意到,隨著心髒的跳動,血柱上升和下降5~10厘米。但是很明顯,這樣測量血壓既不安全,也不方便,而且對血管的破壞非常嚴重,根本不適宜用於人類。

1854年,德國一位生理學家提出了可以通過體外測量阻止血流壓力來代替直接從血管內測量血壓的觀點,並據此設計出了一種帶杠杆的測量血壓裝置,但是這種裝置相當笨重,而且使用起來也很不方便。

1896年,意大利物理學家裏瓦羅基在哈爾斯測量馬血壓的試驗基礎上,又進行了深入的分析與研究,經過大膽的試驗,終於改製成了一種不破壞血管的血壓計——裹臂式血壓計。這種血壓計由袖帶、壓力表和氣球三個部分構成。袖帶是一條可以環繞在手臂上、且能充氣的長方形橡皮袋,它一端是接在打氣橡皮球上的,另一端則是接到水銀測壓器或其他測壓器裝置上的。

測量血壓時,將橡皮袋環繞於上臂,然後將空氣徐徐打入橡皮袋,壓力升高到一定程度時,動脈血管被壓扁,造成血液流動停止。然後,慢慢放氣。當袖帶壓力低於心髒收縮排出血液產生的動脈壓時,血液便開始恢複流動,用聽診器可聽到脈搏跳動,此時水銀柱顯示出來的壓力即為收縮壓;當壓力繼續減少,直到不阻礙心髒舒張狀態的血液暢通時,測得的數值即為舒張壓。

顯然,裏瓦羅基的血壓計要比哈爾斯測量血壓的方法科學、安全得多,因此被世界各國的醫生們所廣泛采用,成為了重要的血壓診斷工具。

1905年,俄國人尼古拉·科羅特科夫對裹臂式血壓計稍作改進,使其不用聽診,隻用觸診法即可準確測定人的血壓。

現在,隨著醫學知識的普及,血壓計早已不再是醫院的專用器械了,許多家庭也開始選購並使用血壓計。其中電子血壓計便是一種非常適合家庭使用的新型血壓計,它操作簡單,為很多疾病的預防和控製提供了很好的幫助。

阿司匹林

早在公元前400多年的古希臘,被尊為“西方醫學之父”的希波克拉底就曾提出用柳樹皮的浸泡液來緩解產婦的陣痛。1758年,英國神父愛德華·斯通無意間扯了一片白柳樹皮咀嚼起來。出乎意料的是他的關節痛和發熱都減輕了。他用同樣的方法對50名病人進行治療,發現這種汁液對治療發燒非常有效。他把實驗結果報告給了英國皇家協會,但卻沒有得到足夠的重視。後來經研究發現,這種汁液中的有效成分是水楊酸。

19世紀20年代,一位瑞士科學家從一種植物的葉子內提取出了水楊酸。不過,它雖然有鎮痛解熱的功效,但對食管和胃部有強烈的腐蝕作用,隻有那些疼痛很劇烈的人才服用它。1853年,法國化學家夏爾·弗雷德裏克·熱拉爾將從另一種植物繡線菊中提煉出來的水楊酸與乙酸和乙酰結合起來,解決了這個問題,但他還沒有來得及對這種合成藥物進行進一步的驗證,就去世了。

德國拜耳製藥公司的化學家霍夫曼,在前人探索開拓的基礎上,1895年他研製出了一種經過結構轉換的水楊酸的類似物,該物品與其他水楊酸藥品相比,副作用要小得多。霍夫曼和同事海因裏希·德雷澤一起對這種藥進行了大量試驗。在對這種物品命名的過程中,他們認為應該在藥名中反映它與繡線菊的關係——於是,阿司匹林(Aspirin)就誕生了:A代表了乙酰,spir是繡線菊(spiraea)的前四個字母, in則是拜耳公司特有的、在每一種藥名上加的後綴。大寫A字當頭的阿司匹林成了拜耳公司100多年曆史上最大的驕傲和對世界最大的貢獻。

1899年3月6日,霍夫曼所在的拜耳公司向柏林皇家機構申報了這一專利。3年之後,這種新藥的第一粒片劑誕生了,1903年4月,拜耳公司進入美國市場,並最終在美國紮下了根。

阿司匹林一問世,就立即成為治療感冒、頭痛、發燒、風濕病和緩解、治療關節及其他部位疼痛的最暢銷的止痛藥,而且1969年7月,阿司匹林還隨宇航員阿姆斯特朗登上月球,以治療宇航員們的頭痛和肌肉痛。

霍夫曼和當時的拜耳公司肯定沒有料想到:100多年來,無數新藥在風靡一時後又消失得無影無蹤,而這種價格低廉、毫不起眼的白色小藥片卻能夠久盛不衰。據有關資料統計,目前全世界每年消耗的阿司匹林達5萬噸,約 600億片。僅美國和英國,一年就消耗11萬噸。

青黴素

19世紀下半葉,法國人帕斯特發現有些細菌雖然能置人或動物於死地,卻很容易被其他的細菌所抑製或消滅,這種現象就是生物學和醫學上通常說的“抵抗作用”。據此人們自然想到,如果能將對人體無害而對病源菌有抵抗作用的細菌引入體內,不就可以防治病菌感染了嗎?

20世紀30年代,德國研究人員發現了一種重要的殺菌藥物——磺胺類藥物。但人們逐漸發現,磺胺類藥物隻對少數幾種疾病有較好的效果。而且,對於許多病人還會產生嚴重的副作用。於是人們愈來愈強烈期盼著一種有效而無害的殺菌劑的問世。

1928年,英國細菌學家亞曆山大·弗萊明從青黴菌的原液裏發現了青黴素。

弗萊明發現青黴素,一半靠的是機遇,而另一半則靠他聰明的頭腦和嚴謹的科學作風。一次,弗萊明在實驗室裏研究葡萄球菌後,忘了蓋好蓋子,一個星期後,他 突然發現培養細菌用的瓊脂上附了一層青黴菌,原來,這是從樓上一位研究青黴菌的學者的窗口飄落進來的。令他驚訝的是,凡是培養物與青黴菌接觸的地方,黃色的葡萄球菌正在變得透明,最後完全裂解了,培養皿中顯示出幹幹淨淨的一圈。毫無疑問,青黴菌消滅了它接觸到的葡萄球菌。隨後,他把剩下的青黴菌放在一個裝滿培養菌的罐子裏繼續觀察,幾天後,這種特異青黴菌長成了菌落,培養湯呈淡黃色。他又驚訝地發現,不僅青黴菌具有強烈的殺菌作用,而且就連黃色培養湯也有較好的殺菌能力。於是他推論,真正的殺菌物質一定是青黴菌生長過程的代謝物,他稱之為青黴素。而在當時的技術條件下,提取的青黴素雜質較多,療效不太顯著,人們沒有給青黴素以足夠的重視。但弗萊明堅信總有一天人們將用它的力量去拯救生命。因此,他沒有輕易丟掉所培養的青黴菌,反而更耐心地培養它。

20世紀30年代,澳大利亞病理學教授霍華德·弗洛裏組織了一大批專家專門研究溶菌酶的效能。1935年,29歲的生物化學家厄恩斯特·錢恩的加盟使這個小組的科研力量立刻強大了起來。1939年錢恩等人在一本積滿灰塵的醫學雜誌上意外發現了弗萊明10年前關於青黴素的文章。弗萊明關於青黴素具有良好的抗菌作用的闡述極大地鼓舞了弗洛裏和錢恩。不知經過了多少個不眠之夜,到了年底,錢恩終於成功地分離出像玉米澱粉似的黃色青黴素粉末,並把它提純為藥劑。在軍方的大力支持下,青黴素開始走上了工業化生產的道路。

CT掃描儀

CT掃描儀的直接發明者是豪斯菲爾德,但是它的發明過程卻凝聚著多位科學家艱辛的探索和不懈的努力。

在醫學上,人們弄清了為什麼用X射線透過人體,熒屏上會顯出骨頭的黑影。因此,通過X光片,醫生可以了解到病人骨頭的情況以及體內的一些硬質異物。X射線誕生3個月後,就被維也納醫院首次用於為人體拍片。在這之後,世界各地的醫院都開始了X射線的應用。

1955年,美國物理學家科馬克受聘到南非開普敦市一家醫院的放射科工作。在醫院中,科馬克很快便對癌症的放射治療和診斷產生了興趣。當他發現當時的醫生們計算放射劑量時是把非均質的人體當作均質看待時,“如何確定適當的放射劑量”就成了科馬克決心攻克的難題。最後,科馬克認為要改進放射治療的程序設計,必須把人體構造和組成特征用一係列切麵圖表現出來。他運用了多種材料、多種形狀的物體直至人體模型做實驗,同時進行理論計算。經過近10年的努力,科馬克終於解決了計算機斷層掃描技術的理論問題。1963年,科馬克首次建議使用X射線掃描進行圖像重建,並提出了精確的數字推算方法。他為CT掃描儀的誕生奠定了基礎。

與科馬克不同,英國科學家豪斯菲爾德一直從事工程技術的研究工作。他於1951年應聘到電器樂器工業有限公司從事研究工作,嚐試將雷達技術應用於工業生產、氣象觀察等方麵。不久,他又轉向電子計算機的設計工作。

當時,他任職的電器樂器工業有限公司除計算機外,還生產探測器、掃描儀等電子儀器。豪斯菲爾德的目標是要綜合運用這些技術,生產出具有更大實用價值的新儀器。科馬克的研究成果給了他很大的啟迪和信心。在科馬克等人研究的基礎上,豪斯菲爾德選擇了CT機作為研究的課題。好在他對計算機技術的原理和運用駕輕就熟,CT圖像重建的數學處理方法可以恰當地與他熟悉的計算機技術結合起來,所以研製中的一個個難題很快便迎刃而解了。

1969年,豪斯菲爾德終於設計成功了一種可用於臨床的斷層攝影裝置,並於1971年9月正式安裝在倫敦的一家醫院。10月4日,他與神經放射學家阿姆勃勞斯合作,首次成功地為一名英國婦女診斷出腦部的腫瘤,獲得了第一例腦腫瘤的照片。同年,他們在英國放射學會上發表了論文。1973年,英國放射學雜誌對此作了正式報道,這篇論文受到了醫學界的高度重視,被譽為“放射診斷史上又一個裏程碑”。從此,放射診斷學進入了CT時代。