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【科學簡史】納粹醫師心中的惡魔–人體試驗的黑暗史(1)

miss9_96
・2016/01/16 ・3610字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

「身為醫師,我將竭盡所能的幫助病人,不執行會傷害或致人於死的手術。」-希波克拉底醫師誓約。

「在這裡,為了打造亞利安人種,納粹醫師將化學物質注入兒童的眼睛,希望創造出藍色的眼睛。」-在奧斯威辛(Auschwitz)集中營。

用肉身開啟真理之門-孤獨的心導管之父

「人體試驗:徵求受試者……」,台大醫院的長廊裡,年輕的學生看著公告正思考著,他並不擔心實驗的安全性,心中只計算著那500元的營養金划不划算。他從來沒有想到,眼前的這些人體實驗,也有著自己的故事,故事裡有著用自己的肉身窺見真理的醫師,也有披著白袍的死亡天使,更有著堆積如山的屍體以及許多慘無人道的實驗。這個橫跨半個世紀多的漫長故事,就讓我們從二戰前的一名德國醫師,和他的導尿管開始說起吧……

1929年,經濟大蕭條的寒風正要吹向歐洲,此時希特勒還只是個微不足道的小人物,一名年輕的德國醫師正執行著史無前例的人體實驗,25歲的沃納·佛斯曼(Werner Forßmann)醫師正將導尿管插入一名男子的左臂裡,他興奮地快速推進,看著導尿管沿著靜脈迅速地爬上肩膀、鎖骨,漸漸地靠近了男子的心臟,佛斯曼覺得血脈噴張、興奮不已…

數週前,佛斯曼深深地為一幅素描著迷,那是張動物實驗的素描,畫中的科學家用塑膠管深入馬的心臟,直接量測心臟的搏動與壓力變化。對佛斯曼而言,這幅畫散發出難以言喻的魔性,他日夜的想著-「這能用在活人身上嗎?」。毒癮般的求知慾折磨著這名年輕醫師,終於他下定決心,要找個活人來達成心中的慾望,趁著四下無人,他走向了診所裡的護士…

佛斯曼將護士綁好後,腎上腺素湧遍全身,他用力地割開靜脈,今晚,他一定要碰觸到活人的心臟,只不過,佛斯曼的目標,是自己的心臟!

絕不可執行會讓受試者死亡的實驗!除非,受試者本人就是進行實驗的醫師」-紐倫堡公約(The Nuremberg Code),1947年。

多年後,佛斯曼回想時說道:「我認為,如果實驗可能會出問題時,那受試者就應該是我自己,絕不是其他人」。佛斯曼走進了X光室,由於還有條導尿管在左手裡,佛斯曼只得用右手調整螢光板,拍下了醫學史上第一張「心導管」的X光片。從那一刻開始,佛斯曼手裡的那根導尿管,逐漸發展成葉克膜冠狀動脈氣球擴張術等數不清的救命科技,全都源自於佛斯曼醫師那毒癮般的求知慾,和捨我其誰的自體實驗精神。

但不幸的是,當時的醫界無法接受如此新穎的概念,報告刊出後反倒引來排山倒海的抨擊,佛斯曼醫師被同儕嚴重排擠,他的所有實驗,都得不到支持。而在當時,雖然佛斯曼醫師擁有納粹黨黨籍,但他拒絕黨部提供活人受試者,堅持只用自己的肉體進行實驗:「我絕不會為了自己的夢想,而將病人的身體當做天竺鼠般地使用!」。不久,二戰開打,佛斯曼醫師為了祖國而選擇參戰,他被派去冰冷的蘇聯戰場,迎向隨時會戰死的未來……

佛斯曼
左:佛斯曼醫師;右:佛斯曼將導尿管伸入心臟的X光片。from: wikimedia

而佛斯曼醫師於戰場中求生的同時,德國境內也有一群醫師-一群被心中的惡魔所吞噬,化身為撒旦的死亡醫師,而他們所創造的地獄,我們稱之為-「納粹集中營」。

披著白袍的死亡天使-慘無人道的人體實驗

披著白袍的約瑟夫·門格勒(Josef Mengele)冷冷地看著一對對的雙胞胎送進奧斯威辛集中營,他是名醫生,但他的外號更響亮,人稱-「死亡天使」。病態的意識之下,門格勒堅信他能夠打造出金髮、碧眼又高壯的完美人種,他只需要一些材料,一些「活著的」材料而已……

大屠殺倖存者蘇珊·薇戈禮托(Susan Vigorito)緩緩的說道:「我和雙胞胎妹妹被關在狹小的木籠裡,門格勒會反覆地從我的腿上割去一點組織,或是在我妹妹的脊柱裡注射液體,整整一年」。門格勒還會將化學物質注射進孩童的眼睛裡,試圖製造出藍色的瞳孔。各種意義不明的實驗殺死了許多人,大約1000對雙胞胎成了門格勒的實驗「材料」,約800對死在他的手裡。當年僅3歲的薇戈禮托活了下來,但他的妹妹卻再也沒有離開奧斯威辛集中營。

無意義的殺戮實驗當然令人髮指,但如果是用科學之名包裝成的虐殺呢?

1941年,希特勒對蘇聯開戰,包括佛斯曼醫師在內的數百萬名德軍,湧入冰天雪地的環境。而在德國境內的西格蒙德·拉舍爾(Sigmund Rascher),卻以科學之名,用活人測試寒冷對身體的影響,許多人被迫浸泡在冰水裡直到凍死為止,數百名囚犯因此死亡。而除了失溫的實驗外,拉舍爾也強迫囚犯連續喝12天的海水,模擬飛行員迫降於海面的情況。而更殘忍的實驗是將囚犯關在減壓艙中,讓活人經歷失壓的過程後,再鋸開大腦來觀察血管內氣泡的產生。在拉舍爾所控制的達豪(Dachau)集中營裡,死亡有時候反而是一種解脫……

三名醫師,三種結局

二戰末期,納粹德國敗局已現,佛斯曼醫師、門格勒、拉舍爾三人的命運也隨著戰爭快速流轉。1945年時,拉舍爾因犯罪而被處死,和被他殺死的許多人一樣,葬身於達豪集中營裡。而門格勒假扮成一般士兵,躲過追緝後流亡到南美洲,直到1979年在巴西意外溺斃後才被確認身分。而始終堅持人性的佛斯曼醫師則在戰火中存活了下來,1945年時游過易北河後向美軍投降,戰後以泌尿科醫師的身份默默地生活著。在惡魔的年代結束之際,三名醫師分別擁來了他們各自的結局……

nazi being judged
左上圖:將人浸入冰水當中,藉此研究在低溫下人體的反應;左下圖:故意讓小孩感染結核菌,並切除腋下的淋巴腺,測試人體的免疫力;右圖:紐倫堡審判中,對卡爾·勃蘭特(Karl Brandt)醫師的審判,他被控同意並參與非人道實驗和其他戰爭罪行,最後被判絞刑。from: wikimedia

用屍體換來的規範-紐倫堡守則

堆積如山的屍體、骨瘦如柴的幸存者,那些泯滅人性的實驗震撼了全世界。1948年在紐倫堡進行的醫師審判,被告的醫師之中,不乏知名的科學家,如施靈(Klaus Karl Schilling)曾是國際瘧疾研究聯盟的成員,戰時卻刻意讓一千多名囚犯感染瘧疾來進行科學研究。科學家在戰爭期間荒唐的行徑,讓美國醫師里昂·亞歷山大(Leo Alexander)動筆起草人體實驗中應有的道德規範,也就是今日我們熟知的「紐倫堡公約」,寫明了醫師在任何情況之下,都不得傷害受試者(除非受試者就是醫師本人)。而1964年在芬蘭舉辦的全球醫師大會更提出「赫爾辛基宣言(The Declaration of Helsinki)」,說明了受試者有絕對的權利了解實驗內容,保障了受試者「知情同意」的權益。

數十年的努力之下,美國和其他國家都誓言杜絕非人道的臨床實驗,全世界都認為這種惡魔般的人體實驗不會再出現了。

我們都錯了。

遲來的公道-1956年諾貝爾醫學獎

讓我們把時光退回到1956年的西德,51歲的佛斯曼醫師已在郊區執業六年,一生坎坷的他歷經了學界的排擠、戰爭的砲火,甚至在戰後,西德政府還禁止他從事醫療業務五年之久。而由他年少時所開啟的心導管領域,早在大西洋彼岸的美國發揚光大,但這數十年來,佛斯曼醫師卻完全被學界捨棄,直到全世界都已經遺忘了佛斯曼醫師的姓名時,來自瑞典的斯德哥爾摩捎給了他一則訊息:

我們決定將諾貝爾醫學獎授予沃納·佛斯曼先生,以表彰您對心導管的開發,以及應用於相關疾病上的貢獻」-1956年 [註1]

這個遲來的榮耀,代表著佛斯曼醫師年輕時的犧牲,終於獲得了肯定。獲得諾貝爾獎後,各界的榮譽先後湧向佛斯曼醫師,他的偉大不只是勇於用自己的身驅開啟真理之門,更值得敬佩的是,佛斯曼醫師活在道德模糊的納粹年代裡,戰勝了心中的惡魔。從那張自體實驗的心導管X光片算起,相隔了26年,諾貝爾和這個世界終於還給了佛斯曼醫師一個公道。1979年6月1日,心導管之父離世,享年74歲。

心導管
心導管已經發展成許多的救命技術,包括血管支架、導管心臟瓣膜置換術(Transcatheter heart valve replacement)、主動脈內氣球幫浦(Intra-aortic balloon pump)等。左上圖:心肌梗塞;右上圖:緊急施予氣球擴張術後,可看到血流通路已被打開;左下圖:施行氣球擴張術的導管;右下圖:臨床上已取代氣球擴張術的血管支架技術。from: Denise Chan & wikimedia

本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維(Yu-Wei Chang)協助

  • 註1:佛斯曼醫師和迪金森·理查茲(Dickinson W. Richards)、安德烈·弗雷德里克·考南德(André Frédéric Cournand)三人共享1956年的諾貝爾醫學獎。後兩位是在美國執業的醫師,主要的貢獻在於延續並發揚心導管應用。

參考文獻

  • Victor Cohn (1987) Self-Experimenters Tested Anesthesia, Yellow Fever, Safety Harnesses, The Washington Post, USA, Washington, D.C.
  • Lawrence K. Altman (2000) 誰先來?:在自己身上做實驗的醫生,天下文化,中華民國,台北
  • Werner Forssmann – Biographical。諾貝爾獎官方網頁。
  • David Bogod (2004) The Nazi Hypothermia Experiments: Forbidden Data? Anaesthesia, 59, 1155-1156
  • Baruch C. Cohen (1990) The ethics of using medical data from Nazi experiments, Journal of Halacha and Contemporary Society, Spring; No. 19:103-126
  • Eugene Garfield (1989) Citing Nazi Research: To Do So Without Condemnation Is Not Defensible, The Scientists, 3, 10

其他篇章:

  1. 國家安全比人權更重要?–人體試驗的黑暗史(2)
  2. 是誰剝奪了病人自主的權力?–人體試驗的黑暗史(3)

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文章難易度
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9


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就是想知道十萬個植物的為什麼!解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/04/06 ・3848字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

2018 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十一屆傑出獎得主

  • 中研院分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳,畢業自台灣大學植物系,在美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)取得博士,後於加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進行博士後研究,研究專長為植物分子生物學。主要從事細胞膜蛋白的功能研究,在硝酸鹽轉運蛋白研究領域有卓越貢獻。2021 年蔡宜芳特聘研究員榮獲美國國家科學院(National Academy of Sciences, NAS)外籍院士(international members)。

如果妳撿到蔡宜芳掉的手機,可能很難立即知道失主是誰,甚至有點摸不著頭緒:因為她手機裡超過 80% 的照片,都是植物。為何會選擇植物作為研究領域?身為中研院分子生物研究所特聘研究員,在植物分子生物學領域貢獻卓著的她卻說,這個決定其實「不太科學」,因為起心動念是自己「真的很喜歡植物」。

因為喜歡所以好奇,因為好奇而想要知道更多:許多 love story 都是這樣開始的,而研究領域的開展又何嘗不是一場超浪漫故事呢?也因為一般人都不夠認識植物,聽不懂植物的細語呢喃,更需要蔡宜芳這般熱愛植物的科學家,擔任植物駭客兼翻譯,讓不辨菽麥者也能偷聽花開的聲音。

故事,從一株異變的阿拉伯芥開始說起。

植物對於氮肥的攝取機制與調控方法正是蔡宜芳的研究主題。圖/劉志恒攝影

分子生物學突破:發現植物吸收硝酸鹽的關鍵蛋白 CHL1

上世紀 50 年代起的「綠色革命」,大幅提升了糧食生產量,餵飽了激增的地球人口,「氮肥」在其中功不可沒。它對植物開花結果至關重要,然而植物透過什麼機制攝取氮肥?如何調控才能更有效地吸收?蔡宜芳研究的正是其中的分子機制。

氮,是生物存活的重要元素;從推動光合作用的葉綠素、各種代謝反應的酵素,到與遺傳相關的核酸中,都有氮的存在。但對植物來說,要取得氮元素卻出乎意料地困難;大氣的組成中近五分之四為氮氣,但是除了藉由少數有固氮能力的微生物以外,植物只能使用在土壤中非常少量的氮源,吸收的型態有「氨鹽」與「硝酸鹽」,其中又以硝酸鹽為主。

但是,硝酸鹽是帶電離子,無法自行通過脂質構成的細胞膜,那到底植物如何利用硝酸鹽呢?為了解開這個長年來的謎題,蔡宜芳將目光投向一棵無法正常吸收硝酸鹽的阿拉伯芥突變株,並利用當時最新發展出來的分子生物技術,試圖找到出關鍵基因。蔡宜芳表示,這個無法正常吸收硝酸鹽的突變株,在她約 10 歲時就被荷蘭研究者發現,這麼多年來在傳統技術底下被研究得相當透徹;卻直到她開始進行博士後研究,伴隨植物分子生物相關技術發展,才有方法找到關鍵的轉運蛋白。

這樣的研究自然充滿了挑戰,因為新技術還不穩固,就連實驗室老闆都曾勸她放棄。不願投降的她,決定一邊持續研究氮代謝,一邊到其他研究室學細胞膜研究的新技術,1994 年,蔡宜芳從美國回到台灣,持續研究進一步發現, 位在植物細胞膜上的 CHL1 硝酸鹽轉運蛋白,除了作為硝酸鹽的「搬運工」,還有其他異想不到的功能。在你我的印象當中,植物是被動的吸收養分:但其實當土壤中的的硝酸鹽變化時,植物會主動改變硝酸鹽的運作模式,這就是蔡宜芳團隊在 2003 年的重大發現。運作模式的改變正來自於 CHL1 蛋白的磷酸化轉換,因此 CHL1 蛋白也具備作為「傳令兵」的功能。透過 CHL1,植物便能感應周圍的硝酸鹽濃度,幫助植物調控基因表現,以便能更有效率地利用硝酸鹽。

掌握硝酸鹽吸收的調控,在農業領域十分有發展潛力,蔡宜芳的研究進一步轉向,對接實際應用,期盼為農業的永續未來提供新解方。除了 CHL1硝酸鹽轉運蛋白的機制外,她也針對阿拉伯芥如何吸收與輸送硝酸鹽到不同組織的分子機制展開探索。近期更研究探討是否能以育種或基因調控的方式,增進植物吸收硝酸鹽的效率。由於硝酸鹽非常容易在環境中流失,因此多數的氮肥施放到田間後,植物也往往吸收不了;如果可以改善植物的吸收效率,就能減少施肥的浪費,連帶減少製造氮肥耗用的能源,也讓農作物長得更好。

好消息是,透過基因調控,蔡宜芳團隊已經在阿拉伯芥、菸草及水稻上實驗成功,並取得相關專利,期待未來將授權給生物科技公司進行下一步。

培養科學研究必備品:好奇心、科學思辯與毅力

蔡宜芳從事研究的初衷是因為對植物的喜愛與好奇心,對她來說和植物有關的十萬個為什麼,猶如始終永遠拼不完的大型拼圖,從小時候就在蔡宜芳的心中佔據了重要位子,於是她「追根究柢」(如字面上意義),想靠自己解開植物現象背後的秘密。

人們對自己不了解又無法回嘴的植物充滿了誤解,往往覺得植物跟動物一點也不同,然而在蔡宜芳看來絕非如此,她表示,已經有研究發現,當我們這些動物咬下蔬菜的瞬間,植物裡頭負責傳導的的鈣離子就會產生變化。「大家都覺得植物不會動不會叫,但其實植物是有感知的。」蔡宜芳表示,植物其實都知道,只是用我們不懂的方式在表達,要靠研究才能一句一句地破解植物的密語。

圖/劉志恒攝影

當然研究也不能自己埋頭苦幹,交流非常重要。蔡宜芳擔任植物學期刊 《Plant Physiology》 編輯多年,但回憶起剛建立獨立實驗室的階段,面對那麼多來自審稿人的刁鑽問題,當時的自己也難免生氣。一旦轉換身份成為審稿人,被審的經驗也讓她更明白審查論文時該注意的重點,一來一往的思辨與答辯,反而讓她覺得很好玩。

「我自己有個突破,是因為被質疑的時候很生氣,可是不能光氣,也要想辦法解決。就在生氣的時候,想出來的方法,最後變成我們實驗室很新的工具。」而她也認為自己在替《Nature》等重要期刊審稿時,認真地給出言之有物的評論,幫她累積了領域內的信譽,才讓期刊編輯的位置找到了她。

蔡宜芳曾擔任植物學期刊《Plant Physiology》編輯。圖/《Plant Physiology》網頁截圖

像投稿審稿這般來回思辨的訓練,對科學家的養成非常重要,然而蔡宜芳觀察,科學思辨在台灣教育裡比較缺乏。她舉例,在美國課堂上,老師會要學生先讀一篇論文,接下來整堂課則要學生批評論文有什麼問題。「我們在台灣被訓練的人,都會把 paper 當作傳世經書在讀,讀懂它就覺得很開心了——要去批評它,我們真的沒有習慣。」蔡宜芳坦言那過程對她來說曾經非常痛苦,但會痛就代表該變。

她就此改變了思路:面對知識,蔡宜芳要求自己不僅要讀懂,還要有餘力批評它,說出對、錯在哪裡。蔡宜芳認為,科學就是得永遠抱持著質疑的態度,在不疑處有疑,才能找到真正的答案。「在我自己的實驗室裡面,我也一直在逼學生要去思考」。

蔡宜芳在實驗室中,會不斷要求學生思考、批判。圖/劉志恒攝影

而除了好奇心及思辨能力之外,蔡宜芳認為「毅力」也是科學家在科學界持續前進的重要特質。經驗告訴她,在科學研究中遇見失敗比遇見成功的次數多太多了,革命十次稀鬆平常,如何二十次甚至三十次之後還能繼續往前走?那絕對需要強大的毅力來抗壓才行。

說到壓力,身為科學界的女性,蔡宜芳認為,自己的成長環境中,性別造成的影響並不大,以她所在的中研院分生所為例,研究人員性別比例很平均。但若深入細究,「無意識偏見」(unconscious bias)仍難以避免。她以自己帶過的學生為例,生科領域在大學時期男女比例大約是各半,但隨著碩士、博士一路往上,男性的比例逐漸多於女性。因為許多女學生在面臨職涯選擇的時候,往往會被迫以家庭或是男性伴侶的事業為優先,這種狀況回過頭來又讓部分老師覺得「教育女生有時會是浪費」,成為惡性循環。

榮獲過許多科學成就獎項的她,時常是唯一獲獎的女性,而就在接受採訪不久前,她又獲頒一個獎項,直到頒獎當天的照片寄回到所上,「一片黑西裝裡面,就我穿黃色!」她笑道。所上第五屆台灣女科學家傑出獎得主鍾邦柱老師看到照片時,也對她苦笑說:「哎,革命尚未成功,同志仍需努力。」

「先不要去想會有這個東西,做該做的事情。真正不平的時候,不要安靜不講。」儘管環境仍待改變,蔡宜芳建議女科學人自己先跨出一步,就如同她自己一路走來的態度。

一株莫名異變的阿拉伯芥,遇上一位不放棄的科學家兼植物迷,造就了改變農業、甚至是整體生態未來的契機。如果妳的手機也跟蔡宜芳一樣,裝的幾乎全是自己感興趣、想研究的東西的照片,請別質疑自己是不是怪怪的,或許妳也將靠著研究,改變世界,這是我能想到最浪漫的事了。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

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