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第19章 人体重大发明、发现(10)

在人体里,每时每刻都在进行着各种不同的化学反应。这些化学反应都相当复杂。并且进行的速度特别快。当我们每顿饭吃下去后,食物也很快就会被消化掉,这就是一系列化学反应的结果。人体里的化学反应为什么会进行得快些呢?一个重要的原因就是人体中包含有各种不同的催化剂——酶。

酶的催化作用,可以追溯到很久很久以前。人类早就会利用酵母使果汁和粮食转化成酒,人们把果汁和粮食变成酒的过程叫做发酵,酵母制品被称为酵素。后来人们发现,除了酵母以外,其他有机体内也存在着类似发酵过程的分解反应。例如,人和某些动物体的胃肠里就进行着这样的过程。从胃里分泌出来的胃液中,含有某种能加速食物分解的物质。1834年,德国科学家施旺把氯化汞加到胃液里,沉淀出一种白色粉末,把粉末里的汞化合物除去以后,再把剩下的粉末物质溶解,他就得到了一种消化液。但是,这种物质却并不是酵母菌分泌出来的,因为在胃液里找不到酵母菌。为了把这种物质与酵母菌分泌出来的酵素分开来,施旺把这种粉末叫做胃蛋白酶。与此同时,法国化学家又从麦芽提取物中发现了另外一种物质,它能使淀粉转变成糖,这就是淀粉糖化酶。

那么酶究竟是一种什么物质呢?在发现酶以后的几十年之中,科学家们一直没有将这个问题解决。科学家们曾想尽办法想从磨碎的酵母液中把酶单独分离出来,但是,谁也没能办到。因为酵母液的成分太复杂了。混在一起的物质很多,酶的含量又非常的少。但是,人们在实验中却发现,只要稍稍加热,酶就“死”了,这一点与蛋白质的特性十分相似,当时,便有人猜测:酶很可能就是蛋白质。

德国的一位化学权威——威尔斯塔特曾做了这样一个实验:在含有酶的液体中,把他自己认为是蛋白质的东西统统除掉,结果这种液体仍表现出酶的特性,这便说明剩下来的物质还是酶。既然液体中的蛋白质已经全部清除了,剩下来的酶就应该不会是蛋白质。最后他便断言:酶不是蛋白质,而是一种比较简单的化学物质。但究竟是什么物质,他却不愿意进一步做实验。因为威尔斯塔特是诺贝尔奖金获得者,因此在当时很多人都非常相信他。其实,威尔斯塔特的实验是有错误的,实验中他并没有把溶液中的蛋白质全部清除掉,留下来的酶恰恰就是蛋白质,而他根本就不相信酶也是一种蛋白质,因而他得出的结论是错误的。

1926年,美国有一个叫萨姆纳的人,当时在科学界还是一个“无名小卒”,他从刀豆的种子里分离出一种纯的结晶体,然后把这种结晶体放进人尿中去,这时人尿里的尿素便很快就分解成了二氧化碳和氨。萨姆纳发现,它所起的作用和当时已经知道的脲酶一样。经过进一步分析,证明这种结晶体就是脲酶。最后,萨姆纳证明了脲酶确实是一种蛋白质。他用实验结果否定了化学权威威尔斯塔特的实验结论,从而证明了酶就是蛋白质。他因此而获得了1946年的诺贝尔化学奖。

从萨姆纳证明脲酶就是蛋白质到现在,人们已经提取出来的酶已有一千多种。有趣的是,人体内的每一种酶一般只对一种化学反应起作用。例如,人胃肠中的蛋白酶能加速食物中的蛋白质分解成为氨基酸,而寄生在肠道中的蛔虫也含蛋白质,胃肠中的蛋白酶对蛔虫就丝毫不起作用。如果让蛔虫遇到从木瓜树果实中提炼出来的木瓜蛋白酶,蛔虫体内的蛋白质才会被它分解得支离破碎。

在人体内的一千多种酶中,大家比较熟悉的要数消化酶。人体每日三餐从食物中吃进去许多的蛋白质、脂肪和糖类,但实际上这些东西都不能直接成为建筑身体的原料。它们要一步一步地分解成小分子,这个过程叫水解。在食物水解的过程中,就需要酶参加催化,这种起催化水解作用的酶就是消化酶。

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酶存在于细胞中。我们知道,人体是由亿万个细胞构成的,因此人的身体上从头发尖到脚趾尖,到处都有酶在活动。细胞即是酶的家,也是制造酶的地方,细胞中蛋白质制造厂的主要产品就是酶。在人体内的很多化学变化中,酶的需要量很少,然而催化效率却极高,大约是化学催化剂的10万亿倍。

“滴血认亲”与“DNA判官”

亲子鉴定也称亲权鉴定,是指用医学及人类学等学科理论和技术判断有争议的父母与子女是否存在亲生血缘关系,因常与财产继承权、子女抚养责任有关,故有此称谓。

“亲子鉴定”的概念古已有之。由于中国传统伦理对血缘的重视,滴血认亲的事情很早就已经出现了。古代“滴血认亲”的方法分为两种:一种叫滴骨法,另一种叫合血法。滴骨法早在三国时期就有实例记载,是指将活人的血滴在死人的骨头上,观察是否渗入,如能渗入则表示有父母子女兄弟等血统关系;合血法大约出现在明代,是指双方都是活人时,将两人刺出的血滴在器皿内,看是否凝为一体,如凝为一体就说明存在亲子兄弟关系。

滴骨验亲和合血法,按现代法医学理论分析,都缺乏科学依据。骨骼无论保存在露天,还是埋藏在泥土中,经过较长时间,一般情况下软组织都会经过腐败完全溶解消失,毛发、指(趾)甲脱落,最后仅剩下白骨化骨骼。白骨化了的骨骼,表层常腐蚀发酥,滴注任何人的血液都会浸入。而如果骨骼未干枯,结构完整、表面还存有软组织时,滴注任何人的血液都不会发生浸入的现象。对于活体,如果将几个人的血液共同滴注入同一器皿,不久都会凝合为一。

随着科学的发展,亲子鉴定的手段越来越多,结果也越来越准确。现代的“滴血认亲”是根据孟德尔遗传定律进行的。

1865年,奥地利免疫遗传学创始人孟德尔通过近十年的观察与实验,提出了“一个因子决定一个性状”的假说。他认为生物的一切性状都是由遗传因子支配的,身体细胞因子是成双的,在配子细胞中因子则减成单数,当雌雄配子结合时,因子又恢复成双数。生物在传代过程中,各个因子都能独立分离和自由结合。1926年,美国学者摩尔根首次提出染色体遗传学理论并发现连锁交换率。随着分子生物学的发展,当代科学家揭示出所谓的因子就是DNA上的一个个片段,即人类的基因。人类DNA上的遗传标记具有高度多态性,从理论上讲,除单卵多胎的孪生子外,全世界60亿人的遗传标记各不相同,但有血缘关系的亲属间却有部分相同,而子女的遗传标记是一半来自父亲,一半来自母亲,通过分析三者的遗传标记,就可以鉴定他们间是否有亲属关系。

现代医学起初采用红细胞血型进行亲子鉴定,但此法只能否定,不能肯定,准确率不高。到了20世纪70年代,人类的白细胞血型亲子鉴定在世界普遍采用,准确性达到了80%。

DNA技术是1985年由美国学者默里斯等发明的,准确率几近100%。DNA(脱氧核糖核酸)是人的遗传物质,其多态性有200多种,且终身不变。因此,将有争议的父、母、子的DNA特征进行比较,就可以确定他们之间是否有亲缘关系。由于它的高度特异性和稳定性可与指纹相媲美,故称为“人类DNA指纹”。可以说,除了同卵孪生外,实际上没有两个人的DNA指纹图案是完全相同的。由于DNA技术科学、公正、准确,在法医认证、计划生育、移民公证等方面往往起到一锤定音的作用,因此人们把它称为“DNA判官”。

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利用DNA进行亲子鉴定,只要作十几至几十个DNA位点作检测,如果全部一样,就可以确定亲子关系,如果有3个以上的位点不同,则可排除亲子关系,有一两个位点不同,则应考虑基因突变的可能,加做一些位点的检测进行辨别。现在,利用DNA技术进行亲子鉴定,否定亲子关系的准确率几近100%,肯定亲子关系的准确率可达到99.99%。

微循环与“修氏理论”

如果把人体的动脉看做黄河、长江,那么,毛细血管则如同田间小溪滋润着绿色的田园一样滋润着组织细胞,这就是人体的微循环。微循环是人体心血管系统的终末端,主要由毛细血管构成分布在人体各个器官。20世纪80年代初,我国科学家修瑞娟在世界上第一个论证了微循环的自律性,被称之为“人体第二心脏”。

人体毛细血管直径约6~8微米,总长度达9600万米,占全身血管总长度的90%,表面积约达600平方米。实验发现,在毛细血管的前端分布着平滑肌细胞,它像“闸门”一样控制着毛细血管的血流量。已证实,人体在静息时毛细血管大部分主动关闭,约有20%处于开放状态。比如,进餐后胃肠道开始工作,此时的消化管道毛细血管“闸门”开放,血液进入消化管。而此时的骨骼肌微循环则处于关闭状态。当人们深思熟虑时,大脑微循环开放,毛细血管内出现丰富的血液流入脑细胞,以适应脑记忆与思维的功能。其他静息的器官,血流从微动脉直通入微静脉迅速返回心脏,以保证体内有限的血液灌注兴奋了的器官,维持正常的生理功能。这是人体生命现象的一种重要的自我调节。

现代医学认为,微循环一旦出现障碍,机体就出现严重的病理改变,这就是休克。休克是生命活动逐渐衰竭的一种综合状态,包括面色苍白、反应迟钝、脉搏细速、血压下降、尿量减少以至昏迷。这些症状的实质就是微循环内血流量不足,即微循环失控,毛细血管无规律的开放,血液大量流失,生命器官的有效血容量降低,组织、细胞缺血缺氧,代谢废物不能排出,机体表现出一系列的中毒症状。

当微循环障碍持续发展下去时,全身毛细血管床容量成倍增加,大面积血流减慢,水分子及小分子蛋白质渗出到毛细血管外,以致毛细血管内血浆浓缩,血液粘稠度加大,使血液淤滞在微循环内,红细胞聚集在一起,使血液淤滞更加严重,甚至会发生红细胞的聚集堵塞毛细血管,使微循环的灌流停止,导致严重的弥漫性血管内凝血,这是临床上常见的一种危急状态。当毛细血管内凝血引发微血栓形成时,可堵塞肺、肝、肾、肠、心、脑等许多器官的血流,造成细胞机能和代谢严重紊乱,甚至发生变性坏死,如不及时抢救,生命十分危险。

关于微循环的研究始自20世纪20年代,但微循环这个名词是在1954年第一届美国微循环会议上才正式确定和使用的。几十年来,我国广泛开展了人体活体微循环的观察研究,将活体微循环观察作为一种无创伤性检查技术,应用于疾病的辅助诊断、病情监测、治疗效果的判断、预防保健等取得了一定的成效。

20世纪80年代初,中国医学科学家修瑞娟发现并总结了微血管自律运动的变化规律,提出了微循环对器官组织海涛式灌注的新论点,否定了当时世界上流行的田园式灌注的推论,被誉为“修氏理论”。1983年4月,正在美国进修的修瑞娟在全美微循环学会会议上宣读她关于人体微循环新理论的论文,折服了美国的医学权威。“修氏理论”随即被公认并被评为“1983年世界十大科技进展之一”。晚期糖尿病合并的肢端坏死症过去往往只能截肢以保住生命,如今根据修氏理论,采用中西医药结合,激活微血管的自律运动,改善微血管血流状况,不用截肢就取得了更理想的效果。

目前微循环的基础研究在医学领域的作用越来越重要,它不仅揭示了人体血液循环的奥秘,而且在维护人类健康、治疗疾病中有着十分卓著的贡献。

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微循环供给组织细胞氧气和养料,带走代谢废物,保证了正常生命活动的进行,因此改善微循环有助于身体的强健和疾病的康复。但这种方法并没有对疾病的原始病因如细菌、毒素等起到直接消除或拮抗作用。它仅仅是针对发病中的一个环节起作用,对某些疾病可能有一定的效果,但不可能医治百病。

眼镜的发明

眼睛是人类感观中最重要的器官,大脑中大约有80%的知识和记忆都是通过眼睛获取的,是名副其实的“信息之窗”。随着电脑、电视的普及,现代人的用眼时间大大增加。然而,由于错误用眼、用眼环境改变等多种因素影响,“信息之窗”的健康日益受损,戴眼镜的人越来越多。那么,眼镜是怎么被发明出来的呢?

眼镜是人们用以矫正视力或保护眼睛而制作的一种简单光学器件,要想了解它的原理首先要知道眼睛的构造。照镜子仔细观察一下,你就可以看到你眼睛的一些结构。首先看到的黑白眼球。在黑眼球的表面上是一层透明的薄膜,这便是人体相机的镜头——角膜。透过角膜,你还能看到一个因布满色素而呈棕黑色的环形薄膜——虹膜。虹膜环的正中央是一黑幽幽的圆形小孔,这就是人体相机的光圈——瞳孔。瞳孔是外界光线进入眼球内部的唯一通道。眼球的其他部分被不透光的含色素细胞的脉络膜笼罩,类似于相机的暗箱。虹膜环中有平滑肌呈放射状排列,在神经支配下舒缩,以调节瞳孔的大小。在虹膜和瞳孔后面,还有从外面看不到的、扁平的、富有弹性的双凸镜——玻璃体,类似于相机内的主要折光调节装置。通过改变对光线的折射程度,最后使物象聚焦于眼球后壁的视网膜上。视网膜相当于照相机底片,可以忠实地记录下反映物体的图像,这个图像以电信号的形式通过视神经传到大脑,于是人产生视觉。

眼睛的构造十分灵巧,犹如一架高级照像机,有较好的调节和适应光照的能力。一般在看近物时,晶状体的凸度增大,同时瞳孔缩小。反之则晶状体的凸度变小,瞳孔扩大。通过这种调节,使最终成像的亮度清晰、适宜而又不失真。晶状体的弹性随年龄的增长而减小,一般年过40岁的人,因晶状体的弹性减退,在看近物时,晶状体不能充分凸出,使物像落在视网膜之后,于是就形成了看远不看近的老花眼,所以最好戴凸镜矫正。如果眼晶体过凸或眼球的前后径过长,则远处物体反射的光线聚焦于视网膜之前。这就是看近不看远的近视,需戴凹镜来矫正。

人类发明眼镜以前,其生活方式和职业均受到视力的制约。例如,猎人的远视力比近视力重要,用近视力的手工业者通常在45~50岁,因看不清近物而不得不结束他们的职业生涯。随着印刷术的发明和文化的传播,对良好近视力的需求日益增加,促进了眼镜的需求和发展。

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