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華生與心肺復甦術

蘇 上豪
・2014/01/22 ・3542字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

應該是天性加上職業的關係,每次和老婆大人觀看電視影集或是電影時,只要出現有關「醫療行為」的橋段,我總會有如戴上了放大鏡一般,對其中的細節進行「勘誤」與「抓漏」,常常惹得沉浸在劇情裡的老婆大人非常不悅,說我是煞風景、破壞氣氛等等。

其實,這也不能怪我。因為我覺得,除了故事本身一開始的走向就是設定在「無厘頭」、「惡搞」的類型外,任何影集或電影若牽涉到「醫療作為」時,導演在拍攝上應該要力求逼真,否則史詩片再怎麼波瀾壯闊,動作片再怎樣刺激緊張,幫派片再如何血腥暴力,當有如「辦家家酒」的醫療行為出現其中,任何片子的評價都要被大打折扣──這是種「唬弄觀眾」的失敗行為,甚至會給人們不正確的醫療觀念。

經過了這些年的觀察,除了有專業背景為主題的影集與電影外(如醫龍、急診室的春天、絕命追殺令等等),很多導演在拍攝「醫療行為」的劇情,常會出現讓我一眼就看出破綻的畫面,尤其是劇情牽涉到了「急救」的時候。

最常見的錯誤是在飾演醫師的演員身上。當他們手拿「電擊板」,看到眼前病患得心電圖監測畫面是一條直線(意即心跳完全停止),這位醫師會奮不顧身開始電擊病患,直到他心跳恢復,或者是失敗了多次之後就宣布病患的死訊──這是個非常「危險」的錯誤,因為在醫療上,「電擊」是用來治療那些有嚴重「心律不整」的病人(如心室顫動、陣發性心搏過速……等等),而沒有心跳的病人應該是要立即施行體外心臟按摩(cardiac massage),貿然給予電擊可能會適得其反,加速病人的死亡。

可能有人會和我老婆的想法相同,認為這種「挑剔」的行為會影響作為「觀賞者」的興致,但我卻樂此不疲,反而覺得對影片的「勘誤」,會讓人在欣賞它時處處充滿驚奇。

當然,我對於表現好的影片也不會吝於給個掌聲,像是電影「福爾摩斯」第二集的「詭影遊戲」(A Game of Shadow),劇中有段急救的過程,我就覺得它很精彩。

話說福爾摩斯和華生一行人終於發現了邪惡教授莫瑞提的地下兵工廠,知道他想掀起歐洲大戰,賺取戰爭財。但是當他們遭受攻擊逃出那裡的時候,福爾摩斯卻因負傷過重而導致休克沒了心跳血壓。飾演華生醫師的裘德洛在確定福爾摩斯的情況後,首先開始在他的胸口重捶一下,接著開始心肺復甦術(Cardiopulmonary Resuscitation,俗稱CPR)──這包括口對口人工呼吸和體外心臟按摩。

螢幕截圖 2014-01-16 12.02.48

老實說,裘德洛的動作是很正確,不過剛看到這一幕的我發出了會心的一笑,因為他的動作還是有點「瑕疵」──心肺復甦術之前的那下胸口重捶,其實是一九九○年代前的老觀念,當時的醫師認為病患心跳停止泰半來自於「心室顫動」,所以捶這樣一下是希望有如「電擊」的效用,讓上述的心律不整停止,但這種想法經不起時代考驗,也被當今的心肺復甦術摒棄不用了。

本來很想把這樣的發現和身旁的老婆大人分享,不過仔細想了一下,我發覺自己也落入了一個天大的思考錯誤──因為在柯南道爾創作福爾摩斯的年代(約一八八七年),是沒有所謂「心肺復甦術」的急救措施,更不要說在急救前給病人胸口那重重的一拳,那時的醫學界還在為急救時是否要「開胸」(Open-chest)和「不開胸」(Close-chest)做「心臟按摩」爭論不休。

現代的急救術,一開始並非為了心臟有問題的人所設計,探究其根源,乃是為了拯救溺水的人而慢慢發展而來,最早可以追溯到一七六七年在荷蘭阿姆斯特丹成立的「拯救溺水者協會」(the Society for Recovery of Drowned Persons)。據該協會在四年之後宣稱,經由他們的幫助,成功讓一百五十位溺水者免於死亡。其中主要的方法有下列七個步驟:

  1. 設法溫暖並提高溺水者的體溫。
  2. 以頭低腳高的姿勢設法清除溺水者口中的殘留物及吞下的水。
  3. 用力壓迫溺水者的腹部。
  4. 用口對口或手動氣囊(Bellow,如圖示)吹氣的方式,給予溺水者輔助呼吸。(當時已有衛生觀念,建議口對口人工呼吸前,要用手帕或衣物蓋住溺水者的嘴巴)。
    華生與心肺復甦術-bellow
  5. 搔弄溺水者的喉嚨。
  6. 用煙燻的方法刺激溺水者(從口腔或肛門灌氣)。
  7. 放血。

前四項的方式大抵目前的急救措施仍有沿用,而後面三個步驟卻令人不敢領教,可是在當時,有很多歐洲國家群起效法,還造成了一股風潮。

為何在十八世紀開始的急救措施只限於「溺水者」,而不是心臟按摩的患者?道理其實很簡單,因為當時心臟病的病因生理學很落伍,不知心臟猝死的人是怎麼回事,當然也不知如何救治,但溺水者卻是顯然易見,自然比較受當時人們的重視。

至於是什麼因緣促成了「心肺復甦術」的崛起,這讓我不得不提出「氯仿」這個麻醉劑。

在一八四六年乙醚成為外科手術使用的麻醉藥之後,沒有幾年它就在世界風行起來了,但有鑑於它持久的強烈氣味以及刺激呼吸道,蘇格蘭的產科醫師辛普森爵士,在經過幾年測試之後,提倡了「氯仿」的使用。

辛普森首先在「分娩」時使用氯仿替產婦麻醉,此舉卻招來蘇格蘭「喀爾文教派」的大加撻伐,他們引用《聖經》裡的故事,認為生育小孩本來就應該忍受肉體上的痛楚,不應該接受麻醉。但辛普森卻反駁說,上帝在亞當身上取出肋骨時就讓他進入深度睡眠狀態,也就是上帝替亞當先施行了麻醉。

不管雙方吵得如何凶,維多利亞女王在她第七個孩子利奧波德王子出生前,就下令接生的醫師替她使用「氯仿」,這讓辛普森取得完全勝利,也讓「氯仿」的使用更加流行。

「氯仿」雖然不是味道很刺激的麻醉劑,不過它有時會抑制心肌,引發低血壓造成休克,甚至引起病患死亡。所以一八八七年在柏林 Lazarus Hospital 遇到此問題的 Langenbach 醫師,他終於忍不住採用 Moritz Schiff 醫師在狗動物實驗中相同的方法,將一位手術中吸入「氯仿」而心跳停止的病患胸腔切開,直接用手在他的身體內做起「心臟按摩」。

雖然病患沒有被救回,但經由他的報告,確實吸引了歐洲許多外科醫師模仿,這其中又以當時執牛耳的法國醫界最為風行。不過在往後的幾十年,能夠被此一方法救活的病患卻屈指可數,但外科醫師並沒有輕易放棄這種「開胸」的心臟按摩。

為何外科醫師不放棄上述的方式?說穿了是當時這樣的急救都在開刀房內施行,病患躺在手術枱上都消毒了,直接打開胸腔做心臟按摩對外科醫師很方便,也讓「眼見為憑」的外科醫師相信這樣的方式是快速而有效的。

幾乎在同一時間,瑞典的 Kraske 醫師利用了德國醫師 Koenig 提出的「不開胸心臟按摩術」,成功救活了一位因為接受手術吸入氯仿而休克的五歲男孩,此一成功的經驗造成在德國醫界「遍地開花」,紛紛報告了成功的案例,雖然不是大規模的病例數,但卻可以明顯看出,這樣的方法好過「開胸」那種血淋淋的方式。

如果你以為論戰是「不開胸心臟按摩術」占上風,你可就錯了。事實上世界上絕大多數的外科醫師直到二十世紀中期仍是「開胸」方式的擁護者。歷史學家將這樣的結果歸結為兩個重點,一個是外科醫師的「高傲」心態,總以為自己最行,而且認為「眼見為憑」的急救方式才能快速檢驗成果,「不開胸」的方法令他們有疑慮;而另一個原因是當時醫界在英、法兩國醫師引領的「仇德」心態。「不開胸心臟按摩術」成功的案例多為德國醫師提出,看不起他們的法國與英國醫界自然懷疑其成果,不屑放棄固有的方法而去效法德國人。

這樣的情況終於在二十世紀中期獲得改觀,這一切都應該歸功一位在約翰霍普金斯醫院「無私」的外科醫師 Blalock。

Blalock 醫師當時擔任該院的外科部主任,他雖然相信「開胸心臟按摩術」,但也知道「不開胸」的方法似乎也不錯,於是他在一九五八年批准 Bahnson 及 Jade 兩位醫師在開刀房內對因為麻醉而造成休克的病患實施「不開胸」的心臟按摩急救,結果連續二十個病患都成功達成任務,至此兩種心臟按摩方式優劣立見。

由於在約翰霍普金斯醫院成功經驗的激勵,全美對於此種急救方法也在紅十字會的推廣下,慢慢引領了許多醫院外路倒的病患用此方法急救,對此美國心臟協會更在一九六○年代初期委由Jude, Elam, Gordon, Safar, Scherlis 等醫師將急救方式訂定標準化流程,正式稱為「心肺復甦術」──當然其中包含不只是心臟按摩的方式,也強調了口對口人工呼吸及其他重要的急救措施。

現今的急救措施在幾十年的經驗與修正下,對於醫療從業人員的要求也更為嚴謹,連名稱也進化了,叫做「高級心臟救命術」(Advanced Cardiac Life Support,簡稱ACLS),不只是人工呼吸、心臟按摩有一定技巧,連藥物、電擊等等與急救相關流程都有鉅細靡遺的規範,而且通過 ACLS 的考試也是在醫院工作的人員必要條件,並列為「醫院評鑑」的考核重點項目之一。

從「溺水」聊到「開胸」與「不開胸」的心臟按摩,再談到無私的外科醫師促成急救措施的大躍進,雖然過程看起來似乎很簡單,但其中多方的「角力」與「努力」不是檯面上所看到那般「平凡」,也絕對比文章裡談到的更豐富精彩。我只是身為一位科普文章作者,幫讀者去蕪存菁,由繁化簡描述這段艱辛的歷程,除了讓大家了解推動「醫療觀念革新」的沉重與緩慢以外,也提醒讀者要清楚,當今任何醫療成果都是得來不易,沒有什麼理所當然,沒有什麼該輕忽浪費。只希望有心人都可以珍惜當下所有,感恩先人努力及眼前醫療人員的服務才是。


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蘇 上豪
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高雄人。1985年進入國防醫學院醫學系就讀,在繁忙的課業之餘從事文藝創作,曾連續獲得國防醫學院「源遠文學獎」1988及1989年小說獎第一名。 2010年起,受邀於網路「散文專欄作家交流平臺」,以「島國良民」為筆名,透過簡短的故事,發表有關醫學的科普散文迄今。現為臺北市博仁綜合醫院心臟血管外科主任。著有《開膛史》


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霍亂也有自己的免疫系統?想要入侵人體,卻不想被感染!

寒波_96
・2022/05/19 ・3396字 ・閱讀時間約 7 分鐘

由霍亂弧菌(Vibrio cholerae)引發的霍亂,是常見的人類傳染病。有意思的是,霍亂弧菌這般能入侵生物體的細菌,本身也會被病毒等異形入侵,有免疫的需求。

引起霍亂的霍亂弧菌。圖 / Wikimedia

在最近發表的論文中,霍亂向我們展現了以前未知的免疫手法,不但能抵抗病毒,還能對付「質體」。霍亂究竟如何避免成為宿主的命運?質體又是什麼呢?[參考資料 1, 2]

細菌 vs 質體 vs 病毒大亂鬥:細菌也不想被寄生

細菌和人類一樣,都是用染色體上的 DNA 承載遺傳訊息。不過除了染色體以外,細菌也常常配備額外的「質體(plasmid)」,它們是 DNA 圍成的圈圈,獨立於細菌的染色體之外,具有自己的遺傳訊息,會自己複製。

細菌的遺傳物質,除了自己的染色體外,時常還額外攜帶數量不一的質體。圖/Bacterial DNA – the role of plasmids 

質體如果單方面依賴細菌供養、當個快樂的寄生蟲,那麼對細菌來說,質體就是個占空間的東西,只會耗費宿主的資源,對細菌是最差的狀況。但是,質體上也有基因,如果那些基因具備抗藥性等作用,那質體便對細菌有利。換句話說,質體和細菌的關係並不一定,有可能是有利、有害,或是沒有利也沒有害,視狀況而定。

細菌有時候具備攻擊質體的能力,例如近來作為基因改造工具而聲名大噪的 CRISPR,原本便是細菌用來抵禦病毒、質體的免疫系統。神奇的是,許多攻擊目標為質體的 CRISPR 套組,本身就位於質體上頭,令人懷疑其動機不單純。

比方說,A 質體攜帶一套攻擊 B 質體的 CRISPR,那麼 A 質體的目的,到底是保護自己寄宿的細菌不被 B 質體入侵,或是維護自己的地位不要被 B 質體搶走呢?不好說,不好說。

細菌對付質體的手段除了 CRISPR,還有一招是利用「Argonaute」蛋白質,啟動針對質體的排外機制;有時候兩者兼備,就是不給質體活路。[參考資料 3]

了解上述資訊,便能體會霍亂新研究的奧妙:質體無法生存的霍亂弧菌,既沒有 CRISPR,亦沒有 Argonaute,卻有以前不知道的另外兩招。

沒有質體的霍亂弧菌

儘管大家的印象中,霍亂就是一款危害人類的傳染病,不過野生的霍亂弧菌有很多品系,除了 O1 和 O139 兩個亞型之外,大部分其實不怎麼會感染人類。歷史上霍亂有過七次大流行,目前第七次大流行的型號為 O1 旗下的 E1 Tor,也稱作 7PET。

過往導致大流行的型號以及野生霍亂品系,細菌中一般都帶著質體,可是如今廣傳的 E1 Tor 卻常常沒有。假如人為將質體送進細菌體內,一開始倒是沒什麼阻礙,可是複製繁殖十代以後的細菌,卻幾乎不再擁有質體。

因此我們可以假設,霍亂第七次大流行的主角,可能比同類們多出些什麼,讓它新增了排除質體的能力。既然不是其餘細菌使用的 CRISPR 與 Argonaute,應該是某種目前未知的手段。

研究者一番搜尋後,從霍亂基因組上找到 2 處有關係的區域,稱它們為 DdmABC 和 DdmDE(Ddm 為 DNA-defence module 縮寫),兩者各自都有排擠新質體的能力,一起合作效果更好。

霍亂弧菌有 2 個染色體(左、右),DdmABC 位於第一號染色體(左)的 VSP-II 區域(圖中寫成 VSP-2),DdmDE 位於 VPI-2 區域。圖/Molecular insights into the genome dynamics and interactions between core and acquired genomes of Vibrio cholerae

兩套手法獨立運作,就是不要讓質體留下!

DdmABC 與 DdmDE 都能替霍亂細胞排除質體,但是運作方式不同。

DdmDE 會直接攻擊,令質體無法繼續在細菌體內生存,尤其容易攻擊比較小的質體;這個攻擊過程中,應該有其他蛋白質參與,不過詳細機制仍有待探索。

負責打擊質體的 DdmDE,其基因周圍還有兩套免疫系統的基因:R/M 與 Zorya,它們的任務都是消滅入侵的噬菌體(感染細菌的病毒)。因此霍亂的染色體上,這些基因共同構成一組對抗外來異形的陣地,稱為防禦島(defence island)。

DdmABC 則似乎更傾向「促進選汰」的手法,霍亂如果攜帶質體,不論質體自身大小,DdmABC 都會產生毒性;這使得質體數目較少的細菌,繁殖時產生競爭優勢,多代以後脫穎而出的霍亂,將剩下不再攜帶質體的個體。

有意思的是,霍亂細胞的 DdmABC 能排擠質體,也能屠殺入侵的噬菌體。所以它是一套雙重功能的免疫系統,同時防禦噬菌體和質體這兩種異形。

霍亂弧菌中 DdmABC 與 DdmDE 為兩套獨立運作的免疫系統,DdmABC 能排除入侵的病毒和質體,DdmDE 會直接攻擊質體。圖/參考資料 2

演化上 DdmABC 與 DdmDE 從何而來呢?在資料庫中比對 DNA 序列,ABCDE 這 5 個基因都找不到非常相似的近親基因,所以本題暫時不得而知。

其餘霍亂同類都沒有這兩串基因,所以它們是 E1 Tor 品系新獲得的玩意;幾個新基因組合形成新功能,或許有助於 E1 Tor 當年在霍亂內戰中勝出,成為第七次大流行的主角。總之,它們都通過長期天擇競爭的考驗,贏得一席之地。

質體對細菌可能有害也可能有利,若是通通不要,等於是徹底斷絕獲利的機會。如今廣傳的這款霍亂,為什麼演化成這般樣貌,值得持續探索。

一隻細菌配備對付不同入侵者的多款免疫系統,一如一艘巡洋艦配備的多款防禦系統,不論敵人從陸地、海面、空中發射飛彈,或是從海底用魚雷攻擊,都有防守的應變手段。然而,再怎麼周詳的防禦設計,都有被突破的機會。圖/wiki

戒備森嚴,多重防禦的細菌免疫

由這些研究我們可以觀察到,細菌儘管是只有一顆細胞的簡單生物,也配備多重免疫系統,抵抗各種入侵者。以極為成功的霍亂 E1 Tor 品系來說,它配備 R/M、Zorya、DdmDE 三款防禦病毒的機制,以及 DdmABC、DdmDE 兩套排擠質體的手法,能夠全方位對抗試圖入侵的病毒和質體。

霍亂弧菌之外的許多細菌,又配備記錄入侵者遺傳訊息的 CRISPR 系統,精準識別目標並且攻擊,類似人類的後天免疫。CRISPR 此一特質,使它變成智人的基因改造工具。

而類似先天免疫,無差別切割入侵者的 R/M 系統,其各種限制酶(restriction enzyme),早已從 1970 年代起成為常見的基因改造工具,可謂分子生物學實驗的元老。

新發現霍亂的 DdmABC、DdmDE 免疫系統,除了增加學術知識,也有應用潛力。探索細菌、質體、病毒間的大亂鬥,不只能認識更多免疫與演化,也可能找到對付細菌的新招,還有機會啟發分子生物學的新工具。

延伸閱讀

參考資料

  1. Jaskólska, M., Adams, D. W., & Blokesch, M. (2022). Two defence systems eliminate plasmids from seventh pandemic Vibrio cholerae. Nature, 1-7.
  2. Cholera-causing bacteria have defences that degrade plasmid invaders
  3. Kuzmenko, A., Oguienko, A., Esyunina, D., Yudin, D., Petrova, M., Kudinova, A., … & Kulbachinskiy, A. (2020). DNA targeting and interference by a bacterial Argonaute nuclease. Nature, 587(7835), 632-637.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁


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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。