生命之重—纪念金属毒物研究先驱凯伦·维特哈恩

科学

2022-07-04 03:07

海归学者发起的公益学术平台

分享信息，整合资源

交流学术，偶尔风月

如果25年前，那一滴命运的“毒酒”没有降落在凯伦·维特哈恩（Karen Wetterhahn）的世界里，也许现在，我们正在读着庆祝她荣休的文章，并为这位金属毒性研究先驱所取得的成果而喝彩。然而，这一切都不可能发生了。

凯伦·维特哈恩

图源：Dartmouth College Photographer

Courtesy of Dartmouth College Library

夺命试剂

维特哈恩是一名杰出的女性化学家。1976年，她在达特茅斯学院开启了职业生涯，成为学院第一位在化学系获得终身教职的女性。她的研究重点是关于“重金属铬是如何破坏DNA并导致癌症的”。1995年，她建立了达特茅斯有毒金属超级基金研究项目，开始亲力亲为地从事一系列研究。

铬与癌症的关联是1993年加州一场备受瞩目的环境诉讼案的核心。当时，科学家们知道铬会破坏DNA，但却不知道是如何破坏的。

维特哈恩与哈佛大学和麻省理工的同事合作，致力于研究用锌蛋白来修复DNA损伤。研究团队想通过核磁共振波谱研究蛋白质锌结合位点的小分子类似物。但是锌不容易被核磁共振所发现，而汞的¹⁹⁹Hg同位素可以用核磁共振来测量。所以他们用汞制造了化合物。

1996年8月14日。那一天，团队需要校准核磁共振仪，来准确检测汞信号。最初，他们尝试使用氯化汞标准，但得出的结果并不令人满意。为了确保准确的读数，维特哈恩冒险使用了最危险的汞核磁共振标准物质：二甲基汞。

剧毒二甲基汞

图源：Joseph Mehling/Dartmouth College Photographer/

Courtesy of Dartmouth College Library

二甲基汞（C₂H₆Hg）一种剧毒有机汞化合物，很容易被身体吸收。在人体内，它转化为甲基汞并与蛋白质和肽结合，使重金属能够穿过血脑屏障。一旦进入大脑，甲基汞就会干扰保护神经元免受氧化的过程，并刺激攻击大脑关键蛋白质的免疫反应。

在与团队成员讨论试验程序和标准后，维特哈恩决定自己动手，将二甲基汞从密封的玻璃安瓿转移到核磁共振管中。为了保证安全，她按照要求佩戴了当时实验室配备的标准橡胶手套。然而，在这过程中，仍有几滴液体滴落在她另一只手的手背上。

她发现后立即脱下手套、洗手。然而当时她并没有特别在意。因为在化学试验过程中，这些状况时有发生，更别提她当时穿戴着符合规定的、她自己也认为“安全”的防护装备。

整整5个月后，暴露于二甲基汞的后果才开始显现出来。维特哈恩患上了胃病，然后开始出现行走和语言障碍。随后，她陷入了昏迷。1997年6月8日，维特哈恩去世，年仅48岁。

几滴即可致命？

在维特哈恩去世之前，很少有人意识到二甲基汞的毒性有多强。密歇根州立大学化学教授托马斯·奥哈洛兰（Thomas V. O’Halloran）在最近发表的论文中描述：二甲基汞的物理性质导致其非常危险：密度大、易挥发、非极性、表面张力很小。这些特点放在一起，成了维特哈恩的“催命符”——当她在实验室通风柜中操作吸液管时，二甲基汞的这些特性会让少许液体轻易从吸液管尖端逸出。

没有人知道到底有多少滴二甲基汞落在维特哈恩的手套上，又有多少被她身体吸收了。维特哈恩购买的是98%的二甲基汞。1月下旬，从她体内采集的血样显示，汞含量为4000 μg/L。而一名健康成年人可承受的剂量为1~8μg/L。毒理学家认为，超过200μg/L即是致命剂量。

许多化学家难以接受这样的结果：从移液管中溢出的几滴物质杀死了他们的同事。罗素·休斯就是其中之一。作为一名有机金属化学家，他与维特哈恩同年进入达特茅斯学院，一起教授无机化学课程。他说，尽管有格氏试剂等更安全的替代品，合成化学家有时仍然会使用有机汞化合物作为烷基的来源。“坦率地说，如果它这样危险，为什么历史上没有出现过同类问题呢？”

即便25年过去了，专家们仍然一致认为，维特哈恩的死亡很离奇。美世大学医学院汞毒性专家克里斯蒂·布里奇斯（Christy Bridges）审查了这起事故的报告后表示：“我看不到任何实际证据，仅仅因几滴物质就能导致维特哈恩的死亡。如果确实的话，那么二甲基汞的极端毒性确实令人惊讶。”

目前，人们对于二甲基汞的毒性仍然知之甚少。因为，维特哈恩的死亡是科学文献中仅有的四例死亡病例之一。没有足够的信息和数据支持就很难对其毒性展开深入研究。布里奇斯认为，鉴于这种物质的危险性，未来也不太可能有机会研究它，因为即便是在动物身上进行试验也是不道德的。

维特哈恩死亡时，调查人员采取措施排除了她接触汞的其他可能性。她的家人和其他研究成员接受了汞检测后，结果均在正常范围内。在她的实验室里唯一能检测到汞的地方就是她所使用的通风罩。此外，调查人员还在她的头发样本中发现了大量汞元素，与她自述暴露史时间相对应，然后缓慢下降。这也印证了实验室事故是导致她汞中毒的原因的说法。

实验室安全

维特哈恩之死让很多化学家发现，他们也许并不完全了解日常使用的某些化学品的毒性，也不完全了解在使用它们时需要的安全程序和保护设备。重视实验室安全，是维特哈恩用生命换来的经验，也是为后来人留下的最宝贵财富。

维特哈恩之死让研究人员发现，在实验室使用二甲基汞时需要在层压塑料手套外戴上氯丁橡胶手套

图源：Joseph Mehling/Dartmouth College Photographer/

Courtesy of Dartmouth College Library

事故发生之前，对于实验室化学品安全性的说明来自于化学品制造商和供应商所提供的安全数据表，其描述了包括化学品的基本特性、危险性以及处理时应采取的预防措施等内容。根据调查报告，维特哈恩当时手边有三份二甲基汞材料的安全数据表。其中一个建议戴橡胶手套，另一个建议戴化学品专业手套，第三个建议戴氯丁橡胶手套。

维特哈恩在事故发生时戴着的是乳胶手套。和乳胶类橡胶分子一样，二甲基汞是非极性的，可以轻易地穿透手套，而且速度快到难以想象。根据测试显示，在不到20秒的时间内，二甲基汞渗透到所有参与试验的品牌乳胶手套中，大多数用不了15秒的时间。甚至氯丁橡胶手套也仅仅能阻挡它大约10分钟时间。因此，研究人员建议，可靠的防护设备应该是至少在层压塑料手套外，再套一层氯丁橡胶手套。

在医院的病床上，虽然身受汞中毒症状的折磨而失去了行动能力，维特哈恩仍然惦记着团队成员的安全和这起事故的经验教训。她希望化学界都能知道自己的惨痛经历，为实验室安全敲响警钟。

为此，她的团队成员用一封信在期刊上公开了这起事故和结果，并提出了橡胶手套在处理烷基汞化合物方面的隐患。信中强烈鼓励所有使用此类化合物的实验室对现有的工作实践和预防措施进行重新评估，并敦促学界找到一种更安全的标准化合物来替代二甲基汞。

密歇根州立大学的O'Halloran就是这样做的。当时，他和研究团队正在尝试使用高氯酸汞盐来建立新的汞标准，并编写了用高氯酸汞代替二甲基汞校准核磁共振光谱仪的新程序。他所在的团队发表了一系列水银核磁共振论文，来确保不再发生类似惨剧。

因为这起事故，达特茅斯大学最终被美国职业安全与健康管理局（OSHA）罚款9000美元。学院被要求聘请新的化学安全官员，并修改实验室安全程序。更重要的是，1998年，OSHA正式发布公告，建议化学家使用替代的汞核磁共振标准，重申实验室手套的安全重要性。

留给世人的宝贵遗产

即使如流星一般短暂划过，维特哈恩也是世所公认的金属毒理学领域的佼佼者之一。她所留下的不仅是“铬与癌症”的研究成果，还有她严格评估数据、多维度解决科学问题的宝贵经验。

新墨西哥大学的金属毒性研究员刘克健（音译，Ke Jian“Jim”Liu）曾经与维特哈恩合作开展研究，当她病倒的时候，他们在一起已经工作了大约一年。他评价维特哈恩是“一位先驱，帮助人们认识到金属对人类健康的重要性，并理解跨学科对解决这些问题的重要性。”

在同事眼里，维特哈恩的乐观和积极总能鼓舞人心

图源：Dartmouth College Photographer/

Courtesy of Dartmouth College Library

不仅如此，维特哈恩还积极致力于鼓励女性参与科研。她在达特茅斯大学建立了女性科学项目（WISP）。这源于她在本科生学习时，在研究中所受到的性别歧视。她希望通过该项目帮助更多女性在科研之路上走得更平坦。

WISP可以帮助对科学感兴趣的女性在本科生阶段能够获得更多实验室经验，以及更多与师生交流的机会，让大家有更多分享知识、建立合作关系的渠道。30年来，近2300名学生参加了WISP项目。项目在全国打开了知名度，其模式被复制到100多所高校中。

如果没有实验室里的那一场意外，维特哈恩没准会获得普里斯特利勋章——美国化学学会授予的最高荣誉。她生前所带的最后一名博士研究生布鲁克·马丁（Brooke Martin）现在已经成为蒙大拿大学有毒金属研究所的研究人员。他说：“悲剧在生活里只是一瞬。然而你知道，在那个瞬间之后，一个时代结束了。”

参考文献：

https://cen.acs.org/safety/lab-safety/25-years-Karen-Wetterhahn-died-dimethylmercury-poisoning/100/i21

扩展阅读

如何正确洗掉手上的病毒？【知社视频】第100期

天空的一半属于她们——你应该知道的八位女性天文学家

门捷列夫的牌桌上，隐藏着一位女性发牌手

有关女性导师的争议论文被撤稿，但是争议依然存在

本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容

媒体转载联系授权请看下方

微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。

来源: qq

点击查看作者最近其他文章