一位學(xué)者，用生命的代價(jià)留下了一份實(shí)驗(yàn)室安全的遺產(chǎn)。

圖片來源：Pixabay

撰文 魏瀟

那是一個(gè)非常普通的周三，美國達(dá)特茅斯學(xué)院（Dartmouth College）化學(xué)教授凱倫 · 維特哈恩（Karen Wetterhahn）全副武裝地坐在自己實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)櫥前，想要用移液器吸取一種看上去和水一樣透明無害的劇毒物質(zhì)——二甲基汞（dimethylmercury）。

維特哈恩對此已經(jīng)做好了準(zhǔn)備。她穿著實(shí)驗(yàn)服，頭戴護(hù)目鏡，套著一次性乳膠手套的雙手隔著通風(fēng)櫥的玻璃擋板，將二甲基汞從博士后大衛(wèi) · 雷慕理（David Lemal）幫她打開的玻璃安瓿瓶中吸取出來，加進(jìn)了一根鉛筆粗細(xì)的玻璃管中。隨后，她繼續(xù)用移液器將安瓿中剩余的二甲基汞轉(zhuǎn)移至一個(gè)旋蓋容器中，密封好后寫上了標(biāo)簽。雷慕理和維特哈恩都知道二甲基汞的高致命性，雷慕理開封前還小心地將安瓿放在冰水中孵育了一段時(shí)間，防止內(nèi)部壓力過高令這種極度危險(xiǎn)的物質(zhì)在開瓶后噴濺出來。

二甲基汞 來源：The Trembling Edge of Science. Karen Endicott. DARTMOUTH ALUMNI MAGAZINE ‐ APRIL 1998

完成移液和分裝操作的維特哈恩離開了通風(fēng)櫥。她脫掉了手套，徹底沖洗了雙手，所有的過程都符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)程序。完成實(shí)驗(yàn)工作回家陪伴丈夫和兩個(gè)孩子的維特哈恩無論如何也沒有想到，通風(fēng)櫥中一兩滴從移液器中滴落在她左手手套上的二甲基汞，會在 298 天后以極其殘酷的方式結(jié)束她的生命。

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1997 年 1 月 20 日，在美國新罕布什爾州達(dá)特茅斯 - 希區(qū)柯克醫(yī)學(xué)中心（Dartmouth – Hitchcock Medical Center）工作的神經(jīng)科醫(yī)師理查德 · 諾格倫（Richard Nordgren）遇到了一個(gè)特殊的病人。這名 48 歲的女性在 5 天前開始無法維持身體平衡和步態(tài)，語言能力惡化，雙耳出現(xiàn)耳鳴，兩眼視力短暫性消失，兩個(gè)月內(nèi)體重減輕了 6.8 公斤，并經(jīng)歷過數(shù)次惡心、腹瀉和腹部不適?？紤]到患者是一名化學(xué)教授，諾格倫告訴她這些癥狀可能是汞中毒的表現(xiàn)。這令患者——其實(shí)我們應(yīng)該稱呼她凱倫 · 維特哈恩——回憶起了那幾滴落在乳膠手套上的二甲基汞。這是她暴露后的第 159 天。

二甲基汞易揮發(fā)且重，密度約為水的三倍，這種非極性物質(zhì)表面張力很小，這些物理特性令它極易從移液器的吸頭中滴落。1865 年二甲基汞首次被合成，它很容易穿透生物膜在人體中轉(zhuǎn)化為甲基汞。后者曾被用作糧食種子的除真菌劑，1974 年在伊拉克殺死了 600 人。

維特哈恩的檢查報(bào)告印證了二甲基汞的超強(qiáng)穿透力。暴露后第 168 天，她的血汞含量高達(dá) 4000 μg/L，是汞中毒閾值的 80 倍；她的尿汞含量達(dá)到了 234 μg/L，是毒性閾值的 4~5 倍。為了挽救她的生命，達(dá)特茅斯 - 希區(qū)柯克醫(yī)學(xué)中心的臨床藥理學(xué)家大衛(wèi) · 尼倫貝格（David Nierenberg）立刻采取了口服琥珀酸的治療方式，希望以此螯合她體內(nèi)致命的汞，令其排至體外，但這并沒能扭轉(zhuǎn)局面。醫(yī)生們將維特哈恩轉(zhuǎn)移到了波士頓的馬薩諸塞州綜合醫(yī)院，希望用換血的方法將她高得可怕的血汞降下來。交換輸血 2 小時(shí)后，她的血汞含量一度從開始前的 2230 μg/L 降至 1630 μg/L，但 16 小時(shí)后，這一數(shù)值回到了 2070 μg/L。

暴露于二甲基汞后維特哈恩血液和尿液中汞含量的變化。來源：NEJM 報(bào)告

維特哈恩的神經(jīng)系統(tǒng)被迅速擊潰。她的視野縮小，聽力喪失，語言能力消退，但仍掙扎著要求時(shí)任達(dá)特茅斯學(xué)院化學(xué)系主任的約翰 · 溫（John Winn）對所有和這項(xiàng)二甲基汞實(shí)驗(yàn)有關(guān)的人員進(jìn)行汞中毒的檢測。結(jié)果很快出爐，除了她自己，所有人都是正常的。

入院三個(gè)星期后，暴露于二甲基汞的第 176 天，維特哈恩喪失了對視覺、語言和光刺激的全部反應(yīng)，她墜落進(jìn)了一個(gè)沒有出口的混沌世界。

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維特哈恩的遭遇令她的同事和學(xué)生十分震驚，要知道她本身就是研究重金屬毒理學(xué)的專家。

凱倫 · 維特哈恩 27 歲拿到了美國哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）無機(jī)化學(xué)與物理生物化學(xué)的博士學(xué)位，第二年進(jìn)入達(dá)特茅斯學(xué)院任教，是化學(xué)系第一位競爭終身教職的女性學(xué)者。對重金屬鉻的致癌研究令她迅速成為這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的重要玩家，事故發(fā)生前是一個(gè)擁有十?dāng)?shù)名成員的實(shí)驗(yàn)室 PI。' 凱倫建立起了鉻毒理學(xué)研究的主要范式之一，' 維特哈恩的一位博士生布魯克 · 馬丁（Brooke Martin）這樣評價(jià)。當(dāng)時(shí)學(xué)界并不清楚鉻是如破壞細(xì)胞 DNA 從而致癌的，維特哈恩的研究發(fā)現(xiàn)，鉻進(jìn)入細(xì)胞后會發(fā)生還原反應(yīng)，從六價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)橛卸镜娜齼r(jià)，這一過程可能導(dǎo)致 DNA 受損，進(jìn)而誘發(fā)癌癥。

除了建立鉻的 ' 吸收 - 還原 ' 模型，維特哈恩在不同專業(yè)背景的學(xué)者之間建立聯(lián)系的能力也給她帶來了更強(qiáng)大的學(xué)術(shù)資助。1995 年，她成功獲得了美國毒性金屬超級基金項(xiàng)目高達(dá) 700 萬美元的研究經(jīng)費(fèi)，刷新了校方的科研資助記錄。在這一巨大成功的第二年，這位頂尖重金屬毒理學(xué)家在一項(xiàng)探索 DNA 損傷修復(fù)機(jī)制的研究中，準(zhǔn)備用磁共振光譜（NMR）來檢測能與鋅指蛋白的結(jié)合位點(diǎn)綁定的小分子類似物。NMR 很難探測到鋅原子，于是她與合作者選擇了同位素汞 -199 做為替代。這就需要用到純度較高的汞化合物作為標(biāo)準(zhǔn)品為 NMR 校準(zhǔn)，二甲基汞進(jìn)入了她的視線。

二甲基汞能以較高的純化狀態(tài)穩(wěn)定存在，不會出現(xiàn)濃度或 pH 值的變化導(dǎo)致峰的偏移，是完美的標(biāo)準(zhǔn)品。但最開始，維特哈恩和她的博士生肯特 · 薩格登（Kent Sugden）選擇了更安全、但干擾因素更多的氯化汞作為標(biāo)準(zhǔn)品，因?yàn)閮蓚€(gè)人都清楚二甲基汞只需極小的劑量就可致命。然而，使用氯化汞校準(zhǔn)的 NMR 實(shí)驗(yàn)一直得不到他們想要的結(jié)果。薩格登回憶說，當(dāng)時(shí)他們認(rèn)為只有兩個(gè)可能，要么是維特哈恩的假設(shè)是錯(cuò)的，汞 -199 根本就不會和鋅指蛋白結(jié)合；要么是氯化汞作為標(biāo)準(zhǔn)品的精確度不夠，NMR 測不準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

為了排除干擾，維特哈恩決定換二甲基汞做標(biāo)準(zhǔn)品。訂購的 98% 純度的二甲基汞如期到貨，需要做的就剩將它安全地加進(jìn) NMR 那細(xì)長的標(biāo)準(zhǔn)品玻璃試管中了。

通風(fēng)櫥 圖片來源：Walkerma，CC BY-SA 3.0.

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最終，行將就木的維特哈恩被轉(zhuǎn)回了達(dá)特茅斯 - 希區(qū)柯克醫(yī)學(xué)中心。醫(yī)生們不愿放棄，繼續(xù)為她進(jìn)行琥珀酸螯合治療，她仍然在生命支持系統(tǒng)下活著，如果這種狀態(tài)還能被稱作是活著的話。

這位審慎、專注、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)者，依然可以自發(fā)睜眼，但對視覺、聲音或輕觸等刺激沒有任何意識或反應(yīng)。她的狀態(tài)近似植物人，但仍會自發(fā)地打哈欠、呻吟、激動(dòng)和哭泣。醫(yī)生不得不給她施用大量的氯丙嗪和勞拉西泮，將她維持在相對鎮(zhèn)靜的水平。

另一方面，她的同事正在急切地尋找真相。在所有人看來，維特哈恩在通風(fēng)櫥里吸取二甲基汞的操作是一次常規(guī)流程，沒有任何違規(guī)之處。然而隨著調(diào)查的深入，他們發(fā)現(xiàn)那條保護(hù)所有化學(xué)實(shí)驗(yàn)者、橫亙在安全和危險(xiǎn)之間的紅線，應(yīng)該推倒重建。

由化學(xué)品制造商和供應(yīng)商編制的材料安全數(shù)據(jù)表（material safety data sheets, MSDS）是化學(xué)家們必不可少的參考資料，他們以此了解如何在使用特定化學(xué)品時(shí)保護(hù)自己不受傷害。維特哈恩手上有三份二甲基汞的安全表格，經(jīng)銷商建議使用者戴橡膠手套，生產(chǎn)商建議戴合成氯丁橡膠手套，第三份表格則建議戴 ' 不會滲透 ' 的手套。然而，沒有手套是完全不滲透的，這種模糊的描述無法為使用者提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

校方委托了第三方機(jī)構(gòu)對維特哈恩實(shí)驗(yàn)室里 7 種一次性手套進(jìn)行了二甲基汞的滲透測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種劇毒物質(zhì)僅需 15 秒就能透過維特哈恩當(dāng)時(shí)佩戴的乳膠手套，僅有一種特制的柔性層壓塑料手套能夠提供約 4 個(gè)小時(shí)的隔離保護(hù)。1997 年 5 月，維特哈恩的同事和醫(yī)生聯(lián)合在美國化學(xué)會的《化學(xué)與工程新聞》（C&EN）周刊上發(fā)表公開信，通報(bào)了這起不幸的事故，并警告同行乳膠手套不能用來處理烷基汞化合物，呼吁學(xué)界考慮使用更安全的 NMR 標(biāo)準(zhǔn)品。

目前美國市售的一種層壓塑料手套。圖片來源：網(wǎng)頁截圖

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1997 年 6 月 8 日，暴露于二甲基汞的第 298 天，凱倫 · 維特哈恩離世，終年 48 歲。

尸檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)，她的大腦皮層變薄到只有 3 毫米。距狀裂（位于枕葉內(nèi)側(cè)）周圍的視皮層、與聽覺性語言功能有關(guān)的顳上回的上表面均嚴(yán)重膠質(zhì)化。在大腦雙側(cè)半球初級視覺和聽覺皮層中，出現(xiàn)了大量神經(jīng)元丟失和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生。她的運(yùn)動(dòng)和感覺皮層也出現(xiàn)了類似情況。小腦彌漫性萎縮，其中顆粒細(xì)胞、浦肯野細(xì)胞、籃細(xì)胞均有廣泛丟失，小腦表層的平行纖維也丟失了。

維特哈恩的小腦半球（左）與普通女性的小腦半球（右） 圖片來源：NEJM 報(bào)告

在她的額葉和視皮層、肝臟、腎皮質(zhì)中，汞含量極高。她的大腦汞含量是從未接觸過汞的尸檢樣本的 600-1500 倍。

記錄維特哈恩病情的報(bào)告后來發(fā)表于《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》（NEJM），在這份報(bào)告結(jié)尾，未能挽回這位化學(xué)家生命的醫(yī)生們這樣寫道：' 在進(jìn)入植物人狀態(tài)之前，患者要求將她的案例提交給醫(yī)學(xué)界、從事汞研究的科學(xué)家和毒理學(xué)家，以期提高對未來汞中毒病例的識別、治療和預(yù)防。'

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在另一個(gè)沒有二甲基汞的平行宇宙里，你可能會讀到一篇慶祝凱倫 · 維特哈恩從達(dá)特茅斯學(xué)院退休的文章，她今年應(yīng)該有 73 歲了。

這個(gè)藥劑師的女兒從小就展現(xiàn)出了對數(shù)學(xué)和科學(xué)的興趣，并成功地開啟了她的學(xué)術(shù)生涯。在她的同事眼中，出事前已經(jīng)擔(dān)任學(xué)校文理學(xué)院院長的維特哈恩既有可能成為一名杰出的大學(xué)校長，也有可能會因?yàn)榫畹膶I(yè)學(xué)識和果斷的判斷力進(jìn)入美國國立衛(wèi)生研究院或者白宮，成為一名技術(shù)官員。在她成長的年代，女性成為科學(xué)家是一條比現(xiàn)在艱難很多的道路，維特哈恩從未忘記過這一點(diǎn)。1990 年，她與同事卡羅爾 · 穆勒（Carol Muller）共同創(chuàng)建了達(dá)特茅斯女性科學(xué)項(xiàng)目（Dartmouth ’ s Women in Science Project），幫助進(jìn)入 STEM 專業(yè)的女性學(xué)生更好地完成學(xué)業(yè)，尋找科學(xué)領(lǐng)域的工作機(jī)會。這個(gè)啟動(dòng)時(shí)只有幾百人參加的項(xiàng)目很快聲名鵲起，它的模式被 100 多所學(xué)校復(fù)制，直到現(xiàn)在依然在為美國科學(xué)類專業(yè)的學(xué)生服務(wù)。

這是她本可以擁有的成就和地位，但這一切都在一個(gè)當(dāng)時(shí)被認(rèn)為沒有問題的實(shí)驗(yàn)操作后戛然而止。

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事故發(fā)生后，達(dá)特茅斯學(xué)院立即聯(lián)系了美國職業(yè)安全與健康管理局（Occupational Safety and Health Administration，OSHA）開展調(diào)查。最終，OSHA 對校方處以 9000 美元的罰款，并要求增設(shè)化學(xué)安全員，并修改實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)程。

更重要的是，OSHA 在 1998 年發(fā)布了一份公告，建議化學(xué)界用無機(jī)汞鹽替代二甲基汞為 NMR 校準(zhǔn)。此外，他們更新了二甲基汞的安全信息，明確指出乳膠、氯丁橡膠和丁基手套不能提供保護(hù)作用，使用者應(yīng)在耐磨損和抗撕裂的外層手套下再佩戴一副柔性層壓塑料（Silver Shield）手套。

布魯克 · 馬?。˙rooke Martin）是維特哈恩最后一位獲得博士學(xué)位的研究生，目前在美國蒙大拿大學(xué)（University of Montana）繼續(xù)從事有毒金屬研究。他認(rèn)為這場悲劇是一個(gè)明確的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，一個(gè)時(shí)代就此終結(jié)。