兩滴有機汞引發(fā)的死亡

王川

一位毒理學(xué)專家，在隔著乳膠手套的情況下接觸了兩滴二甲基汞液體，接下來她的大腦發(fā)生了不可思議的變化。

1997年1月20日，美國一家醫(yī)院的急診室接收了48歲的凱倫·維特翰女士。病人被送進醫(yī)院時已經(jīng)十分萎靡，聽覺和視覺存在不同程度障礙，口齒不清，甚至無法正常步行。她說自己這幾個月來出現(xiàn)了惡心、腹瀉和腹部疼痛。

凱倫女士就職于“常春藤聯(lián)盟”之一的達特茅斯學(xué)院，是一名研究毒理學(xué)的化學(xué)教授。在對凱倫進行了脊椎穿刺和電子計算機斷層掃描后，醫(yī)生認為凱倫屬于汞中毒，并詢問凱倫的丈夫，是否有可能是凱倫的仇家下毒。在醫(yī)生的追問下，凱倫想起幾個月前在實驗室的一次操作失誤。

1996年11月，就在凱倫被送往醫(yī)院的5個月前，她在實驗室操作二甲基汞時，不小心將二甲基汞灑了出來。其中兩滴二甲基汞沾上了凱倫的乳膠防護手套。接觸毒物后凱倫迅速脫下手套清潔雙手，并清潔了所有工具。因為長時間的佩戴，她的手上滿是汗水，她不能確定自己手上的液體是汗水還是二甲基汞。但無論怎樣，她在最短時間內(nèi)做了最正確的防護措施。因為接觸的毒物劑量微小，并且又佩戴了防護手套，凱倫幾乎都要忘掉這件事。其實，那次事故已經(jīng)對她造成了嚴重傷害，只是凱倫沒意識到后果有多可怕。

20世紀90年代，當時的科學(xué)家們只知道汞有毒性，但對二甲基汞的危險卻知之甚少。一般來說，只有一些實驗室會在核磁共振研究中，用二甲基汞作為分析標準。

在那次事故發(fā)生的幾周后，凱倫發(fā)現(xiàn)自己走路時經(jīng)常撞墻。她覺得自己可能走了神。接下來她的視力越來越模糊，幾次差點在駕駛汽車時出車禍。這讓她不敢再駕駛汽車，只能由她丈夫開車送她。種種跡象都沒有引起凱倫的警惕，她覺得自己也許是沒有休息好。凱倫的身體不斷惡化，她的手指經(jīng)常出現(xiàn)刺痛感，并且一天比一天劇烈。她的雙眼有時突然看到莫名其妙的閃光，耳朵持續(xù)性地聽到類似“白噪聲”的背景噪聲，雙耳聽力逐漸下降。她走路的姿態(tài)越來越怪異，口齒越來越模糊，雙眼的視野也越來越狹窄。

醫(yī)生對凱倫進行了身體檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，但是在身體運動測試環(huán)節(jié)，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)凱倫有嚴重的“上肢末端辨距不良”——她無法將手移動到自己想要的位置。這表明病人的小腦出現(xiàn)問題。在后續(xù)測試中，醫(yī)生又發(fā)現(xiàn)凱倫出現(xiàn)步態(tài)失調(diào)，這也是小腦異常的表現(xiàn)。

從凱倫的這兩點異常，再加上她口齒不清和無法正常書寫，醫(yī)生基本可以判斷她屬于汞中毒。醫(yī)生對凱倫進行了血液檢查后發(fā)現(xiàn)，凱倫每升血液中汞含量竟然高達4000微克。普通人每升血液中汞含量一般不超過7.2微克，判斷汞中毒的標準是每升血液中含汞50微克以上。凱倫的血汞濃度已經(jīng)達到汞中毒臨界值的80倍！毫無疑問，凱倫被確診為汞中毒。

為什么會中毒？

醫(yī)生已經(jīng)可以肯定折磨凱倫身體和神智的元兇是汞，但整件事存在巨大的疑點。第一，凱倫已經(jīng)有幾個月沒有進入過實驗室。照理說，那次有機汞暴露事故已經(jīng)過去了好幾個月，凱倫的中毒癥狀應(yīng)該逐漸減弱，但事實上，凱倫的神經(jīng)系統(tǒng)正越來越快地惡化。第二，凱倫體內(nèi)的毒物可以確定為二甲基汞，可僅僅兩滴有機汞灑落在乳膠手套上，怎么可能造成凱倫如此高的血汞水平？

人體的血液量大概占到體重的7%～8%，凱倫的體重約為70千克，血液的密度約為每毫升1.050克，她的血液總體積約為4.5升。以每升血液4000微克汞計算，凱倫血液中汞的總質(zhì)量為18毫克（1毫克=1000微克），那兩滴二甲基汞的質(zhì)量約為318毫克。那次二甲基汞暴露事故中，兩滴二甲基汞只要有5%進入凱倫的血液，就能讓凱倫的血汞濃度達到每升4000微克。如此看來，實驗室事故造成凱倫高血汞的假設(shè)是成立的。

凱倫接觸的二甲基汞屬于有機物，和我們平時了解的無機汞有很大不同。人體腸道對金屬汞的吸收率非常低，平均為7%，但一個正2價汞離子和兩個帶負電荷的甲基結(jié)合，形成的二甲基汞分子則換了個身份，變成了有機物。人體對這種有機毒物的吸收率高達90%。乳膠手套雖然能防丙酮等有機溶劑，卻防不了二甲基汞。兩滴二甲基汞濺到凱倫的手套上后，迅速穿過了凱倫佩戴的乳膠手套。二甲基汞的密度是水的3.18倍，其密度比水大，因此可以快速通過汗液被皮膚吸收，整個過程只需要幾秒鐘。當時佩戴乳膠手套的凱倫相當于赤手接觸二甲基汞。

汞離子對含硫基團具有強親和力，兩者結(jié)合可形成不可逆的復(fù)合體。這種復(fù)合體會破壞細胞膜結(jié)構(gòu)，影響細胞膜轉(zhuǎn)運各種物質(zhì)，同時也會干擾酶活性，破壞線粒體，損壞細胞的抗氧化活動。汞如果和神經(jīng)微管中的硫基結(jié)合，將導(dǎo)致構(gòu)成微管的分子無法連接，造成神經(jīng)退化。

緊急排汞

醫(yī)生們能夠排出凱倫身體里的汞么？確實有這種可能性。人體新陳代謝可以將有毒物排出體外，這是人體天然的排毒途徑。如果醫(yī)生們能提高二甲基汞的水溶性，讓其在尿液中富集，汞就能被排出體外。肝臟是人體分解有毒物質(zhì)的器官，二甲基汞隨著血液流到肝臟，被分解成一個甲基汞陽離子和一個甲基，甲基汞陽離子依然具有親脂性，依然能夠和人體組織結(jié)合，所以肝臟無法直接代謝二甲基汞這種毒物。有機汞擾亂人體細胞的氧化還原反應(yīng)，容易生成過量的過氧化物和自由基，從而損害細胞的蛋白質(zhì)、脂類和DNA，導(dǎo)致細胞提前死亡。

既然不能通過提高二甲基汞的水溶性達到排汞的目的，只有采用第二套方案：用水溶性分子將汞牢牢包裹住，將包裹體代謝出人體。這個機制叫作螯合反應(yīng)，“螯”指螃蟹的大鉗。這些“大鉗”能圍住中心金屬離子，形成更加穩(wěn)定的“螯合體”，螯合體的外層具有水溶性，可以溶于水通過尿液被排出體外。不同的中心金屬離子，需要用不同形狀的螯合劑包裹。

醫(yī)生針對凱倫的情況，選擇了二巰丁二酸作為螯合劑。二巰丁二酸的分子結(jié)構(gòu)剛好可以包裹住有機汞，外層也具有水溶性，這樣腎臟就可以排出凱倫體內(nèi)的有機汞。按照醫(yī)生開具的處方，凱倫在24小時內(nèi)服用了三次螯合劑。服用螯合劑后的凱倫，尿液中汞濃度飆升了160倍，看來螯合療法確實起效了。凱倫又接受了幾天螯合劑治療，但僅僅使用螫合療法還不足以挽救凱倫。

一周后，凱倫的病情再次惡化。她出現(xiàn)了極嚴重的認知障礙：凱倫的丈夫試圖和她交流，但凱倫好像什么事都沒有，只是發(fā)愣。醫(yī)生已經(jīng)想盡辦法降低了凱倫的血汞含量，照理說她的中毒反應(yīng)應(yīng)該有所減輕。為什么認知功能反而惡化？血汞降低難道不是好事？原來，雖然凱倫的血汞值降低了，但是藏在凱倫器官里的汞卻沒有減少。

汞在哪里？

二甲基汞的水溶性很差，血液最主要的成分又是水，這表示二甲基汞在被人體吸收后，只有少量在血液中。二甲基汞分子中的甲基讓整個分子具有很好的親脂性。人體中，脂肪組織恰恰是最容易吸收二甲基汞的結(jié)構(gòu)。被皮膚吸收的二甲基汞，大部分被儲存在脂肪細胞和含脂肪較多的組織和器官中。

科學(xué)家在冰芯分析的基礎(chǔ)上，認為過去100年人類活動大大提高了生物圈的汞量。煤炭中含汞，雖然含量極少，但大量燃燒煤炭依然會讓大量的汞分散到生物圈。大量的汞通過降水進入水體后被微生物吸收。微生物將汞轉(zhuǎn)化為甲基汞陽離子，這些微生物往往生活在厭氧環(huán)境，例如江河湖海底部潮濕的泥土中。大型肉食魚和吃魚為生的動物的汞富集作用最明顯。不過你用不著害怕，因為普通生物體內(nèi)的汞量很低。以三文魚為例，你需要一次性吃下65噸三文魚，才能達到4000微克/升血液的血汞水平。退一步說，要達到汞中毒的血汞臨界值水平，也需要一次性吃下將近1噸三文魚。

劇毒的有機汞到底藏在凱倫的哪個器官里呢？首先要排除心臟，心臟的主要構(gòu)成是肌肉。其次要排除腎臟等不含脂肪細胞的內(nèi)臟。說到富含脂肪的器官，首先想到的肯定是大腦。人類大腦固態(tài)物質(zhì)中60%是脂質(zhì)，因此大腦是有機汞最容易積累的器官。大腦汞超標恰恰可以解釋發(fā)生在凱倫身上的神經(jīng)衰退現(xiàn)象。

此外，肝、胰、胃和腸道的內(nèi)部和周圍都容易堆積脂肪，這些地方也容易積累二甲基汞。凱倫的血汞水平已經(jīng)很高，但是考慮到有機汞的親脂性，她體內(nèi)含脂肪細胞的器官和組織才是汞含量最高的區(qū)域。

除了大腦，凱倫全身的神經(jīng)系統(tǒng)也沒能幸免。神經(jīng)細胞會向外伸出一條長長的長管，叫作軸突，軸突負責傳遞神經(jīng)細胞發(fā)出的信號。軸突表面包裹著髓鞘，相當于軸突的絕緣層，同時能提高信號傳遞速度。髓鞘60%的構(gòu)成部分是脂質(zhì)，因此也容易積累有機汞。有機汞與某些蛋白質(zhì)結(jié)合，生成的蛋白質(zhì)復(fù)合體更難被代謝出體內(nèi)，凱倫大腦和神經(jīng)細胞中積累的汞不斷侵害著她的健康，漸漸剝奪凱倫的步態(tài)、反射、感知和語言等功能。

在凱倫被送進醫(yī)院治療的三周后，她失去了對聲音刺激、視覺刺激和觸覺刺激的反應(yīng)，只能偶爾睜開眼睛。在神經(jīng)系統(tǒng)正常的情況下，人眼接受強光照射時，瞳孔會收縮，降低落在視網(wǎng)膜上的光強度；反之，在昏暗環(huán)境下，瞳孔擴張以增加進光量。這個機制叫作對光反射。對光反射會受到認知功能影響，如果對光反射遲鈍，說明認知存在障礙。凱倫的對光反射非常遲鈍，說明她的認知功能在一天天喪失。1997年2月，凱倫進入持續(xù)植物人狀態(tài)。她只可以打哈欠，偶爾躁動、尖叫、全身猛然抽搐或揮動肢體。汞嚴重破壞了凱倫的神經(jīng)系統(tǒng)，她的身體成了一座監(jiān)禁心智的囚牢。

凱倫的一些同事們認為，凱倫的中毒可能是因為意外吸入了揮發(fā)汞，但這個結(jié)論被凱倫頭發(fā)的分析結(jié)果推翻了。凱倫的頭發(fā)被檢測出含有汞，頭發(fā)每個月生長長度為1～1.5厘米，醫(yī)生以2毫米為單位，對凱倫頭發(fā)的不同區(qū)域進行汞量檢測。

結(jié)果顯示，凱倫頭發(fā)里的游離汞含量在凱倫被送往醫(yī)院前第150天達到極值，剛好和凱倫接觸有機汞毒物的時間相符合。每隔75天，汞在人體內(nèi)含量減少1/2。凱倫被送到醫(yī)院時，已經(jīng)經(jīng)過150天，正好過了兩個半衰周期。這表示有機汞暴露事故發(fā)生時，當時凱倫的血汞濃度是檢測值的4倍，是汞中毒臨界值的320倍！

1997年6月8日，凱倫死亡。在凱倫短暫的清醒時間里，她希望盡可能地把自己中毒的消息告訴所有進行汞實驗的科學(xué)家們，以引起他們的警惕。死后尸檢結(jié)果顯示，凱倫大腦中充滿了有機汞，大腦中有機汞濃度為血液有機汞濃度的6倍。

凱倫的死震驚了達特茅斯學(xué)院整個化學(xué)系，同時也引起了政府監(jiān)管部門的高度重視。業(yè)內(nèi)人士迅速認識到，僅靠乳膠手套、通風櫥和當時的安全操作標準流程不足以讓操作人員隔絕危險的二甲基汞。凱倫的同事測試了各種防護手套對二甲基汞的防護性。結(jié)果二甲基汞這個小小的極性分子在幾秒鐘內(nèi)輕易穿透了大多數(shù)手套，其速度之快大大超出科學(xué)家們的預(yù)測。現(xiàn)在，如果實驗室操作需要用到二甲基汞，操作人員必須先佩戴一雙高防護性能的層壓聚合物手套，外層再佩戴一雙丁腈橡膠長手套。

在這種劇毒物被發(fā)現(xiàn)后的幾十年間，二甲基汞已經(jīng)造成了數(shù)起死亡事件，但因為二甲基汞很少被使用，人們還沒有完全了解它的毒性和致命風險。凱倫博士的死亡警醒了實驗室，促使許多實驗室停止使用二甲基汞，這相當于拯救了許多生命。

小知識：

汞是一種很難通過新陳代謝排出體外的重金屬。汞在人體內(nèi)的生物半衰期平均為75天；在大腦內(nèi)的汞，其生物半衰期最長可達250天。人體中的汞可以通過尿、糞和毛發(fā)排出。毛發(fā)中的汞水平與攝入量成正比，所以毛發(fā)中的汞含量可以反映體內(nèi)的汞荷載。

哪些魚含汞最多？

20世紀60年代，瑞典和芬蘭的科學(xué)家對從造紙廠和氯堿廠等工廠附近水域捕捉的魚類進行了汞含量分析，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)魚體內(nèi)汞含量大大超出正常值。造紙業(yè)和氯堿業(yè)向河流等水體大量排放含汞廢水，這些廢水不但污染水體，還容易被農(nóng)作物吸收。汞在硫酸鹽還原菌、鐵還原菌和產(chǎn)甲烷茵的作用下生成有機物——甲基汞。和金屬汞相比，甲基汞的富集效應(yīng)更強。重金屬等有毒物質(zhì)沿著食物鏈在生物體內(nèi)不斷遞增，這個過程被稱為生物富集作用，也被稱為生物放大作用。

小型魚游經(jīng)含有甲基汞的水域時，甲基汞會被魚鰓吸收；食用被甲基汞污染的小型動植物也會讓甲基汞進入小型魚體內(nèi)。更大一些的魚食用了被污染的小魚后，也吸收了小魚體內(nèi)的甲基汞。而甲基汞極難被代謝，因此食物鏈頂端的肉食魚類體內(nèi)甲基汞濃度最高。這些魚類包括：金槍魚、劍魚、海鯊魚、鮭魚、海鱸魚和淡水鱸魚等。