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是毒還是藥? 源於南美洲毒蛇「矛頭蝮」的快速止血組織膠

羅夏_96
・2021/08/11 ・3740字 ・閱讀時間約 7 分鐘

講到有毒生物,總會讓人感到不寒而慄,畢竟毒素對人體造成的痛苦與傷害可不小。但毒和藥是一體兩面的,毒使用得當就能作為藥;藥用多也會變成毒。因此科學家們一直都對天然毒素有不少興趣,希望能從中開發出藥用價值。而近期發表在 Science Advances 上的研究,就從蛇毒中得到靈感,開發出一種新型的快速止血組織膠[1]

近期研究從蛇毒中得到靈感,開發出一種新型的快速止血組織膠。 圖 / pexels

組織膠的應用與瓶頸

傳統在處理撕裂傷或是手術傷口上,會使用縫合線或手術吻合器來關閉傷口以促進癒合。但不論哪種方法,都必須在組織上做穿刺。在傷口癒合後,也必須將縫合線或是手術釘給拆除。在縫合和拆除的過程中,都會給病患帶來疼痛。那有沒有能讓病患不經歷縫合和拆除的疼痛,又能有效關閉傷口的方法呢?有的,那就是「組織膠」。

組織膠是一種使用在皮膚與身體組織的黏著物質,它能提供傷口保持關閉所需的張力,以幫助傷口癒合。組織膠因不用縫合,不僅可以快速完成,也能減輕病患的疼痛。而使用組織膠的傷口,其癒合狀況和縫合一樣好。因此組織膠在這些年來,逐漸被醫學界用在傷口處理上[2]

組織膠有兩個種類:化學合成(chemical synthetic)和自然衍生物 (natural derived),下面分別介紹這兩類組織膠的優缺點。

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化學合成:這類組織膠會使用氰基丙烯酸酯(也就是俗稱的三秒膠)等化學合成物來關閉傷口。化學合成物的優點在於,它不僅能快速有效地黏合傷口,而且對外力有較高的抗性,能讓傷口處於穩定的關閉狀態,有利於傷口癒合。但其缺點在於,對人體有毒性。現已知氰基丙烯酸酯的降解會引發人體強烈的發炎反應。雖然後續研發出毒性較低的氰基丙烯酸酯延伸物,但對人體仍有一定的毒性。因此這類組織膠多用於戰場等緊急情況,正規醫療通常不會使用。

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Cyanoacrylate.png/1024px-Cyanoacrylate.png
氰基丙烯酸酯的化學式。圖 / 維基百科

自然衍生物:這類組織膠使用凝血酶和纖維蛋白原等在凝血反應中的天然物質。人體組織在受傷流血後,會啟動凝血反應。凝血反應的過程相當複雜,這邊我們只需要知道,凝血的最後步驟,就是透過凝血酶將纖維蛋白原轉化成纖維蛋白,捕捉血液中的血球細胞以形成血塊,封閉傷口並阻止流血[3]

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Coagulation_in_vivo.png
凝血反應。圖 / 維基百科

而自然衍生物的組織膠,就是模仿凝血反應的最後步驟,藉由外加凝血酶和纖維蛋白原,在傷口處直接形成穩固的纖維凝塊來封閉傷口。這種通過組織膠形成的纖維凝塊不僅比一般血塊的產生速度更快,其強度也比正常血塊高。加上是使用自然產物,因此與人體相容性極高,不會有毒性疑慮,目前已廣泛使用於傷口處理上。

聽起來,似乎自然衍生物的組織膠已能替代手術縫合了。但其實不然,這類組織膠目前只適用於小規模出血的小傷口。為什麼呢?因為大量的出血會把組織膠給沖掉,同時大的傷口會不停的收縮,這也會讓組織膠脫落。另外在用組織膠處理大傷口時,很容易會讓組織膠進到血管中,而這會導致血管內形成血栓(這可是很致命的!)。因此面對大出血和大傷口,手術縫合依舊是較好的選項。

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雖然組織膠目前無法應對大出血和大傷口,但仍有不少科學家投入研究與改良。原因在於,在急救現場或戰場上,大量失血是導致傷患死亡的重要原因。但這些情況下所造成的傷口,很多無法用加壓法來止血,更不用說在這些場合,無法施行手術縫合來止血。因此不少科學家期望能研發出凝血時間快,且強度足夠的組織膠,來彌補加壓止血和手術縫合的不足。

而加拿大曼尼托巴大學和中國陸軍軍醫大學的聯合團隊,就受到蛇毒的啟發,研究出一種凝血速度和強度都遠超過往的組織膠[1]

蛇毒止血組織膠

引起研究人員興趣的毒蛇,是生活在南美洲的矛頭蝮(Bothrops atrox)。矛頭蝮是當地最毒的毒蛇之一,當牠們將毒液注射到獵物體內後,能造成迅速且強烈的凝血反應,這個反應強烈到會讓獵物的身體完全耗盡形成任何血塊的能力,最後因過度出血而死。而這個強力的凝血反應,是由毒液中的巴曲酶(batroxobin),這個功能是和凝血酶非常類似的酵素所引起的。會造成凝血反應的蛇毒有很多,那為何偏偏是巴曲酶被研究人員相中呢?原因有二,第一是巴曲酶的凝血速度比起其他蛇毒更快;第二是巴曲酶在血管內會自然降解,因此在血管內造成血栓的機率較小。

矛頭蝮(Bothrops atrox)。圖 / 維基百科

除了巴曲酶,研究人員也對一種新型的光反應明膠有興趣。光反應明膠在用紫外光激活後,才會開始進行凝血反應,這樣即使有部分明膠進入血管中,也不必擔心會形成血栓了。這種光反應明膠所形成的纖維凝塊,其強度比一般組織膠高很多,但由於它的凝血能力並不強,面對大出血的傷口,纖維凝塊很容易被沖掉。因此研究人員心想,如果將巴曲酶和光反應明膠結合起來,不就能得到一種凝血快、強度高又可靠光方便操作的新型組織膠嗎? 

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於是他們將巴曲酶加到光反應明膠中,並修改了激活明膠的光波長,改為一般的可見光(一般手電筒光即可)。如此不僅排除紫外光對傷口組織的傷害,也方便操作人員在戰場等複雜環境下使用。研究人員將這種混和巴曲酶和光反應明膠的組織膠稱為 HAD(hemostatic bioadhesive),並測試了 HAD 的各項數值。

在體外凝血測試中,一般凝血時間約為 5〜6 分鐘,HAD 的凝血時間約為 45 秒,而這個凝血時間比目前市售最好的組織膠(〜90 秒)還要快。而在纖維凝塊的強度和黏性上,HAD 所形成的凝塊,其各項數值都比市售組織膠高約 10 倍。這些體外實驗都顯示出 HAD 的止血潛力,但當你看到 HAD 在活體實驗中的止血效果,更會覺得它潛力無窮!

體外凝血時間,可看出 HAD 比市售組織膠(Fibrin glue)快。圖 / 參考資料1
纖維凝塊的強度 ( E ) 和黏性 ( H ) ,HAD 皆比市售組織膠強。圖 / 參考資料1

研究團隊接著用實驗小鼠來測試 HAD 的活體止血效果。HAD 在尾巴切除(和肝臟切口)的實驗中,都表現出優異的瞬間止血能力,並且也讓失血量分別降低了 78% 和 79%。

小鼠尾巴切除的止血測試示意與結果,可看出 HAD 的表現最好。圖/參考資料1

而在皮膚深層創口的實驗中,傷口上只需塗上 HAD,就能達到跟手術縫合一樣的傷口癒合效果。另外在主動脈破裂的情況下,HAD 也能快速有效地阻止出血,而其所產生的纖維凝塊的強度和黏性,甚至能抵抗動脈的血壓衝擊。

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小鼠的皮膚深層傷口癒合的示意與結果,可看出 HAD 能達到和手術縫合差不多的效果。圖/參考資料1

綜合以上的結果,HAD 確實是一種能快速止血與封閉傷口的組織膠,而且 HAD 所形成的纖維凝塊,不僅與傷口組織有良好的結合,其黏性和強度也足夠抵抗大量出血和外部沖洗。這些都顯示出 HAD 在臨床應用的巨大潛力。

研究團隊表示,希望未來能讓 HAD 成為急救包的標準配備,在戰場和急救現場上,做為拯救生命的重要工具。不過他們也表示,在達到這個目的之前,還有很多臨床試驗的工作要進行。

天然毒素做為藥物開發的寶庫

上面只是將天然毒素應用在醫療上的一個例子。事實上,天然毒素做為藥物開發的來源,可遠遠不只這例。例如有研究顯示,蜘蛛毒液能幫助心臟病患者[4]、蜂毒也能治療乳癌[5]。這些研究都顯示出,天然毒素是藥物開發的重要寶庫,其中仍有很多寶等著我們去挖掘[6]

然而,我們對大自然的肆意破壞,不僅讓這些有毒動物滅絕,牠們的毒液所潛藏的醫療價值,也隨著牠們的滅絕而消逝。而這無疑也扼殺了人類治療疾病的可能。

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參考資料

  1. Guo Y, Wang Y, Zhao X, Li X, Wang Q, Zhong W, Mequanint K, Zhan R, Xing M, Luo G. Snake extract-laden hemostatic bioadhesive gel cross-linked by visible light. Sci Adv. 2021 Jul 14;7(29):eabf9635.
  2. Bioadhesive
  3. Coagulation
  4. Redd MA, Scheuer SE, Saez NJ, Yoshikawa Y, Chiu HS, Gao L, Hicks M, Villanueva JE, Joshi Y, Chow CY, Cuellar-Partida G, Peart JN, See Hoe LE, Chen X, Sun Y, Suen JY, Hatch RJ, Rollo B, Alzubaidi MAH, Maljevic S, Quaife-Ryan GA, Hudson JE, Porrello ER, White MY, Cordwell SJ, Fraser JF, Petrou S, Reichelt ME, Thomas WG, King GF, Macdonald PS, Palpant NJ. Therapeutic Inhibition of Acid Sensing Ion Channel 1a Recovers Heart Function After Ischemia-Reperfusion Injury. Circulation. 2021 Jul 15
  5. Duffy, C., Sorolla, A., Wang, E. et al. Honeybee venom and melittin suppress growth factor receptor activation in HER2-enriched and triple-negative breast cancer. npj Precis. Onc. 4, 24 (2020)
  6. Muttenthaler M, King GF, Adams DJ, Alewood PF. Trends in peptide drug discovery. Nat Rev Drug Discov. 2021 Apr;20(4):309-325
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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟

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從「衛生紙」開始的環保行動:一起愛地球,從i開始
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/12/03 ・1604字 ・閱讀時間約 3 分鐘

你是否也曾在抽衛生紙的瞬間,心頭閃過「這會不會讓更多森林消失」的擔憂?當最後一張衛生紙用完,內心的愧疚感也油然而生……但先別急著責怪自己,事實上,使用木製品和紙張也能很永續!只要我們選對來源、支持永續木材,你的每一個購物決策,都能將對地球的影響降到最低。

二氧化碳是「植物的食物」:碳的循環旅程

樹木的主食是水與二氧化碳,它們從空氣中吸收二氧化碳,並利用這些碳元素形成枝葉與樹幹。最終這些樹木會被砍伐,切成木材或搗成紙漿,用於各種紙張與木製品的製造。

木製品在到達其使用年限後,無論是被燃燒還是自然分解,都會重新釋放出二氧化碳。不過在碳循環中,這些釋出的二氧化碳,來自於原本被樹木「吸收」的那些二氧化碳,因此並不會增加大氣中的碳總量。

只要我們持續種植新樹,碳循環就能不斷延續,二氧化碳在不同型態間流轉,而不會大量增加溫室氣體在大氣中的總量。因為具備循環再生的特性,讓木材成為相對環保的資源。

但,為了木製品而砍伐森林,真的沒問題嗎?當然會有問題!

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圖說:從吸碳到固碳的循環

砍對樹,很重要

實際上,有不少木材來自於樹木豐富的熱帶雨林。然而,熱帶雨林是無數動植物的棲息地,它們承載著地球豐富的生物多樣性。當這些森林被非法砍伐,不僅生態系統遭到破壞,還有一個嚴重的問題–黃碳,也就是那些大量儲存在落葉與土壤有機質中的碳,會因為上方森林的消失重新將碳釋放進大氣之中。這些原本是森林的土地,將從固碳變成排碳大戶。

不論是黃碳問題,還是要確保雨林珍貴的生物多樣性不被影響,經營得當的人工永續林,能將對環境的影響降到最低,是紙漿和木材的理想來源。永續林的經營者通常需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。木材反覆在同一片土地上生成,因此不用再砍伐更多的原始林。在這樣的循環經營下,我們才能不必冒著破壞原始林的風險,繼續享用木製品。

圖說:人工永續林的經營者需要注重環境保護與生態管理,確保砍下每顆樹木後,都有新的樹木接續成長。

如何確保你手中的紙張來自永續林?

如果你擔心自己無意中購買了對環境不友善的商品,而不敢下手,只要認明FSC(森林管理委員會)認證與PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。並且從森林到工廠、再到產品,流程都能被追蹤,為你把關每一張紙的生產過程合乎永續。

圖說:只要認明FSC(森林管理委員會)認證與PEFC(森林認證制度)認證標章,就能確保紙漿來源不是來自原始林。

家樂福「從 i 開始」:環境友善購物新選擇

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圖說:選擇 FSC 與 PEFC 標章只是第一步,你還可以在購物時認明家樂福的「從 i 開始」價格牌
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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

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長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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氰化物的黑暗面:從間諜小說到戰爭罪行的恐怖故事——《毒藥的滋味》
PanSci_96
・2024/09/08 ・3314字 ・閱讀時間約 6 分鐘

最出名的毒藥

氰化物(Cyanide)是最惡名昭彰的毒藥之一,以其殺人於瞬間的特色享譽各大間諜小說和謀殺謎團。推理女王克莉絲蒂非常清楚氰化物的效果,用這種毒藥殺死了十八個角色,甚至還將她七十五部小說的其中之一直接命名為《閃閃發光的氰化物》(Sparkling Cyanide,台版譯名為《魂縈舊恨》)。偵探小說家瑞蒙.錢德勒(Raymond Chandler)在他最著名的《大眠》(The Big Sleep)一書中用加了氰化物的威士忌賜死一名線人。

內佛.舒特(Nevil Shute)的小說《世界就是這樣結束的》(On the Beach)描述毀滅性的核戰後的澳洲生活,而在故事中,澳洲政府分發了氰化物膠囊給民眾,讓他們可以快速輕鬆地自殺,不需面對逼近澳洲的放射性落塵雲帶來的緩慢、痛苦的死亡。

同樣的,間諜小說中的秘密情報員經常也會拿到氰化物讓他們在被抓時使用。甚至連伊恩.弗萊明(Ian Fleming)筆下的○○七情報員龐德以及其他情報員也都有氰化物膠囊;不過不出所料,龐德會把它扔掉。

在現實生活中使用氰化物進行謀殺或自殺的案件同樣令人著迷和驚駭。氰化物是史上一些最惡劣的犯罪行為中使用的兇器。第二次世界大戰期間,氰化氫製作的毒氣是所謂的「最終解決方案」的一部分,在奧斯威辛(Auschwitz-Birkenau)和馬伊達內克(Majdanek)的死亡集中營毒殺了數千名囚犯。

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當德國戰敗的跡象越來越明顯時,含有氰化鉀的玻璃膠囊是納粹高層首選的自殺方法,包括可怕的納粹黨衛軍(Schutzstaffel,SS)領袖海因里希.希姆萊(Heinrich Himmler)和德國空軍最高將領赫爾曼.戈林(Hermann Göring)都人手一顆。在目睹妻子伊娃.布勞恩(Eva Braun)用氰化物自殺後,希特勒也吞下氰化物並開槍自殺,終結了他第三帝國的夢想。

較近期的例子出現在一九七○年代初的舊金山。魅力十足的邪教領袖吉姆.瓊斯 (Jim Jones)吸收了大量追隨者,在加州的紅木谷(Redwood Valley)建立聖殿,開始宣揚自己是甘地、耶穌、佛陀和列寧轉世。

氰化物以其迅速致命的特性在文學中廣為人知,克莉絲蒂和錢德勒都曾使用它。圖/envato

到了一九七○年代中期,瓊斯已經說服了數百人,其中許多人還攜家帶眷,一起和他搬到南美洲蓋亞那當地與他同名的瓊斯鎮,加入「人民聖殿」(People’s Temple)這個新烏托邦。一九七八年,關於瓊斯鎮聖殿侵犯人權和採取嚴刑峻罰的憂心言論開始浮上檯面。同年十一月,國會議員里歐.萊恩(Leo Ryan)與其他美國官員和記者一起前往蓋亞那調查這些指控。

瓊斯起初對前來這座聚落的代表團表達歡迎之意,還在瓊斯鎮的中央涼亭為他們舉辦歡迎會,但接著萊恩突然遭到一名持刀的聖殿士兵襲擊,身上多處受傷。負傷的他依舊成功與代表團其他成員一起逃到瓊斯鎮附近的一座小機場,眾人分別登上兩架飛機。

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然而,他們才登機幾秒,槍手便迅速趕到,殺死了萊恩和其他四人。當天稍晚,瓊斯召集了瓊斯鎮的九百一十三位居民,其中包括三○四名兒童,命令他們進行他所謂的「革命行動」。所有人都拿到了一杯加了氰化物的葡萄口味酷愛(Kool-Aid,沖泡式飲料粉末),父母把飲料拿給孩子們喝,護理師用注射器將致命的混合物滴入嬰兒的嘴裡。最後共有九○九人死亡,其中三分之一是兒童。時至今日,「喝酷愛」這句話依然常在美國被用來形容「個人或團體對某種思想或個人表現出絕對服從或忠誠」。

飲食中的氰化物

儘管氰化物有明顯的致命特性,但含有氰化物的食物種類多得驚人,包括杏仁、皇帝豆、大豆、菠菜和竹筍。桃子、櫻桃、蘋果和苦杏仁等李屬植物(Prunus)的種子或果核都含有氰化物。食用少量氰化物不會對健康造成風險;事實上,我們大多數人都偶爾會吞下蘋果種子,但沒有任何不良影響。這是因為人體有一種處理飲食中少量氰化物的機制。人體內幾乎每個細胞都含有羅丹酶(Rhodanese)這種酵素,能將氰化物轉化為硫氰酸鹽來迅速解毒。

硫氰酸鹽是一種無害的化學物質,可以安全地被腎臟過濾並釋放到尿液中。人體每二十四小時可以處理約一克的氰化物。只有當身體無法負荷突然間湧入的大量氰化物時——特別是以殺人為目的——才會出現問題。

大多數兇手會用結晶的氫化鈉或氰化鉀下毒。雖然兩者都很易溶於液體,但氰化鉀的溶解度是氰化鈉的十倍。即便如此,只要在一杯咖啡或一杯葡萄酒中少量溶解兩者之一都足以致命;所需的份量極少,就代表它不會產生讓受害者有所警覺的氣味或味道。結晶氰化物進入人體後會與胃酸接觸,氰化鈉或氰化鉀會轉變成氫氰酸,造成嚴重的化學灼傷。

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當受害者胃部出現腐蝕性灼傷,但食道沒有灼傷,就代表受害者並非喝下任何腐蝕性物質,死因是在胃中產生的——這是氰化物中毒的關鍵指標。固體或溶解的氰化物晶體遇到胃酸後也會形成氣體氰化氫,接著被吸收進入血液,輸送到全身。本質上而言,受害者最終是同時被固體、液體和氣體氰化物殺死的。

結晶氰化物與胃酸接觸後,氰化鈉或氰化鉀會轉變成氫氰酸,造成受害者胃部出現化學灼傷。圖/envato

氰化物的致死原理

無論遭謀殺的受害者是吸入氰化物氣體還是吞下溶解在飲料中的氰化鈉或氰化鉀,氰化物的致死方式都完全相同。一旦進入體內,氰化物就會黏附在紅血球中的血紅素(hemoglobin)上,跟著血液迅速散播到全身。然而氰化物與血紅素的結合度很差,引起破壞的方式也不是透過影響血液,而是脫離血紅素進入人體細胞,破壞細胞製造生存所需能量的能力。

粒線體(mitochondria)位於我們每個細胞的深處,具有小型的棒狀結構,是身體裡的迷你發電廠,會產生化學能量三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP),這是維持人類活著的能量。每個細胞通常有一百到兩百個粒線體,具體數量取決於細胞需要多少能量。舉例來說,肝臟細胞需要相當大量的能量,因此每個肝臟細胞會有超過兩千個粒線體;而紅血球大致上只是裝著血紅素的袋子,能量需求非常低,所以沒有任何粒線體。然而儘管 ATP 是為身體各方面的功能提供能量的重要角色,但身體能夠儲存起來的 ATP 相當有限。

本質上而言,粒線體執行的功能與樹木的葉子恰恰相反。植物的葉子會利用陽光中的能量,將水和二氧化碳結合在一起來產生葡萄糖;動物細胞中的粒線體則會與我們吸入的氧氣作用,分解食物中的葡萄糖,產生二氧化碳和水並釋放 ATP 形式的能量。基本上,人類和所有動物都是透過這種迂迴的方式利用來自太陽的能量。3

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埋在粒線體膜內襯當中的是一連串的蛋白質,它們構成所謂的電子傳遞鏈(electron transport chain)。我們呼吸的氧氣正是在這裡被確實用於製造 ATP。傳遞鏈中有一個蛋白質成分稱為「細胞色素 C」(cytochrome C),鐵原子靜靜位於細胞色素 C 的核心,是它發揮功能的關鍵。

氰化物的致死性在於它能夠與細胞色素 C 中心的鐵原子緊密結合,使整個蛋白質死亡。一旦失去活性,細胞色素 C 就不能在傳遞鏈的最後一步利用氧氣,導致 ATP 的整個生產過程中斷。

因為細胞運作強烈依賴 ATP 的持續供應,所以人體一旦發生氰化物中毒,中樞神經系統和心臟的細胞都會立即受到影響。當中樞神經系統關閉,受害者會開始感到頭痛和噁心,然後失去知覺,慢慢進入深度昏迷;接著大腦會進一步失去 ATP 能量供應,直到最終耗盡所有 ATP,不可避免地造成腦死;隨著心臟中的 ATP 逐漸減少,心跳會減慢並變得不穩定,脈搏也會微弱到無法察覺,最終使心臟完全停止跳動。

儘管名字聽起來很相似,但發紺(cyanosis,也稱「紫紺」)症狀與氰化物中毒無關。發紺指的是與減氧血相關的藍色,也是靜脈血液呈藍色的原因。相反的,由於與氰化物結合的細胞色素 C 不能再使用氧氣,血液中的血紅素反而會一直保持充氧狀態,4 因此氰化物中毒的症狀之一就是皮膚因為鮮紅色的充氧血而顯得紅潤。

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——本文摘自《毒藥的滋味:11種致命分子與使用它們的凶手》,2024 年 7 月,方舟文化,未經同意請勿轉載。

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