一位学者,用生命的代价留下了一份实验室安全的遗产。1997年8月,女化学家凯伦·韦特哈恩(Karen Wetterhahn,1948-1997)无法感知的极度痛苦中去世了。这个事件震惊了整个化学行业,一颗化学“巨星”的陨落让人们在叹息的同时,也在充满疑惑,这到底是怎么回事?
时间回到1996年的八月,美国达特茅斯学院(Dartmouth College)化学教授凯伦·维特哈恩(Karen Wetterhahn)全副武装地坐在自己实验室的通风橱前,想要用移液器吸取一种看上去和水一样透明无害的剧毒物质——二甲基汞(dimethylmercury)。
维特哈恩对此已经做好了准备。她穿着实验服,头戴护目镜,套着一次性乳胶手套的双手隔着通风橱的玻璃挡板,将二甲基汞从博士后大卫·雷慕理(David Lemal)帮她打开的玻璃安瓿瓶中吸取出来,加进了一根铅笔粗细的玻璃管中。随后,她继续用移液器将安瓿中剩余的二甲基汞转移至一个旋盖容器中,密封好后写上了标签。雷慕理和维特哈恩都知道二甲基汞的高致命性,雷慕理开封前还小心地将安瓿放在冰水中孵育了一段时间,防止内部压力过高令这种极度危险的物质在开瓶后喷溅出来。
二甲基汞(来源:The Trembling Edge of Science. Karen Endicott. DARTMOUTH ALUMNI MAGAZINE‐APRIL1998)
完成移液和分装操作的维特哈恩离开了通风橱。她脱掉了手套,彻底冲洗了双手,所有的过程都符合化学实验室的标准程序。好巧不巧的是,这时有2滴二甲基汞溶液从移液管里滴了下来,正好滴在了她的乳胶手套上。
这种清澈液体的微小溢出并没有使她感到疼痛或其他任何感觉。根据多年的实验经验,Wetterhahn立即将乳胶手套摘了下来,并且用大量的清水进行了冲洗,但是,因为实验时间过久,手套里已经充满了汗水,因为当时并没有并发症的产生,而且之前也并没有此类事情的发生,Wetterhahn在冲洗完后也不确定手上残留的到底是汗水还是二甲基汞。也并不知道,仅仅两滴二甲基汞就可致死!
二甲基汞易挥发且重,密度约为水的三倍,这种非极性物质表面张力很小,这些物理特性令它极易从移液器的吸头中滴落。1865年二甲基汞首次被合成,它很容易穿透生物膜在人体中转化为甲基汞。后者曾被用作粮食种子的除真菌剂,1974年在伊拉克杀死了600人。
暴露于二甲基汞后维特哈恩血液和尿液中汞含量的变化。(来源:NEJM报告)
在接下来的几周时间里,Wetterhahn的试验工作依旧很繁忙,但同时,她也出现了一些中毒现象的产生,走路开始晃悠,写字也写不清楚,语言开始有障碍,甚至视力开始模糊,差点在马路上出了车祸,但这些Wetterhahn以为是工作太辛苦才导致,以为休息一段时间就好。
可情况并不容乐观,Wetterhahn开始手指发麻发痒,眼睛里经常有闪光,而且视野越来越窄,耳朵里也开始出现异常的噪音。这些症状越来越和汞中毒相似!但以当时的科学水平,并不知道是因为汞中毒才产生的Wetterhahn最终还是进了医院,在进行了一系列的检查以后,医生发现,Wetterhahn的血液中的汞含量超过了4000微克/升,已经超过了正常值的4000倍多。
医生基本上能确定,Wetterhahn的神经系统衰退是过量的汞导致的。可根据以往的经验,在普通人中了汞毒以后,只要不再接触,毒性就不会再继续扩散,可Wetterhahn身体的毒性却一直在不断的扩散,并没有停止。
二甲基汞是一种很“狡猾”的毒性。它并不会一次性的“侵占”身体,而是包括二甲基汞在内的有机汞大概只有5%在血液里,其他的95%聚集在其他器官里。二甲基汞很容易被人体吸收,而且具有亲脂性,因此会缓慢富集在富有60%脂肪的大脑内在这几个月里二甲基汞可谓是“一路畅通”富有60%脂肪的大脑另外,传统的解毒器官——肝脏对二甲基汞可以说是根本没有用。一般来说,许多有毒物质可以在肝脏内被降解然后排出体外。但是二甲基汞不太一样,它在肝脏里会转化为—甲基汞,甲基汞也是亲脂性的,而且能够产生自由基损伤身体组织。
在查明原因后,医生们试图用一些药物来清除她血液内的有机汞,可是为时已晚,Wetterhahn大脑里的有机汞没有办法被清除出去。在进了医院急诊室的3周后,Wetterhahn就对声音、视觉信号和触碰毫无反应了。
1997年6月8日,暴露于二甲基汞的第298天,凯伦·维特哈恩离世,终年48岁。尸检结果发现,她的大脑皮层变薄到只有3毫米。距状裂(位于枕叶内侧)周围的视皮层、与听觉性语言功能有关的颞上回的上表面均严重胶质化。在大脑双侧半球初级视觉和听觉皮层中,出现了大量神经元丢失和神经胶质细胞增生。她的运动和感觉皮层也出现了类似情况。小脑弥漫性萎缩,其中颗粒细胞、浦肯野细胞、篮细胞均有广泛丢失,小脑表层的平行纤维也丢失了。
维特哈恩的小脑半球(左)与普通女性的小脑半球(右) (图片来源:NEJM报告)
在她的额叶和视皮层、肝脏、肾皮质中,汞含量极高。她的大脑汞含量是从未接触过汞的尸检样本的600-1500倍。
记录维特哈恩病情的报告后来发表于《新英格兰医学杂志》(NEJM),在这份报告结尾,未能挽回这位化学家生命的医生们这样写道:“在进入植物人状态之前,患者要求将她的案例提交给医学界、从事汞研究的科学家和毒理学家,以期提高对未来汞中毒病例的识别、治疗和预防。”
经过Wetterhahn的血的教训,医生和科学家们学到了至少2件事。第一,最初的那几滴二甲基汞的毒性足以使得一个人的大脑在几个月里慢慢死掉。第二,Wetterhahn当时戴的乳胶手套根本无法阻止二甲基汞被皮肤吸收。
幸运的是,她的悲剧给他人敲响了警钟,也促使了二甲基汞实验操作的改革。现在那些需要做二甲基汞实验的人要戴2副特制的手套。
Wetterhahn的死亡震惊的不仅是整个达特茅斯学院的化学系,也震惊了监管机构,在发生意外的暴露后,他已经采取了一切当时所知道的必要措施,包括使用乳胶手套、通风橱、标准的安全程序。在Wetterhahn被确诊后,她的同事测试了各种安全手套对二甲基汞的防护作用,发现小的非极性分子在数秒钟内即可穿透手套,这些物质的扩散速度远超过预期。其结果是,在处理二甲基汞和其他类似的危险物质时推荐佩戴高度抗磨损的,灵活的塑料层压手套,可以把手套穿在厚重的氯丁橡胶手套外。
达特茅斯学院设立了以Wetterhahn名字命名的奖项,这一奖项旨在鼓励其他妇女从事科学事业。只要有可能,优先考虑女性授奖。为纪念Wetterhahn,在NIH还设立了一个专门颁发给研究生和博士后研究人员的年度奖项。
凯伦·维特哈恩
关于二甲基汞的一些基本知识
二甲基汞(DMeHg)被认为是毒性最强的汞化合物之一,因其具有很强的生物累积性和生物放大效应,对人体健康构成了严重的威胁。DMeHg具有很强的挥发性,能以气态形式存在于空气中。水生环境是DMeHg产生的主要场所之一,生物(微生物如硫酸盐还原菌和铁还原菌等)甲基化过程和非生物(甲基供体如甲基钴胺素、碘甲烷和甲基硒化合物等)甲基化过程会产生大量的挥发性DMeHg.DMeHg见光易分解,是空气中甲基汞(MeHg)的主要来源。且DMeHg标准样品浓度较高,微量的二甲基汞即可致死。
剧毒的二甲基汞(DMM)在农业土壤的水溶液中除向气相中挥发外,同时还向一甲基汞(MM)及其它难挥发的汞形态进行转化,并且挥发与转化量随土壤的特性及时间的不同而变化,土一水一气体系中,DMM在紫外光照射下,能够向Hg转化。
1)在海洋表层检测到大量的DMeHg,海水中的DMeHg一部分可以被光降解、热解和生物吸收,另一部分则可以挥发到大气。
2)在垃圾填埋场及其下风向,检测到的DMeHg浓度是已报道的空气DMeHg背景值的3—4倍,且某些垃圾填埋场的DMeHg浓度是背景空气中总气态汞浓度的1倍多。
3)此外,在红树林沉积物、泛滥平原的土壤、背景空气及城市地区,均检测到了DMeHg。
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