呼吸的实验

余凤高

伊普尔是比利时西部西佛兰德省的一个城市，第一次世界大战中，为英军防区突出部的中心，协约国军队在这里与德军发生过三次（1914年、1915年和1917年）战役。在1915年4月22日的第二次战役中，德国第四集团军向伊普尔突出部的英第五军、法第二十军阵地连续施放六千罐十八万公斤的毒气。这是战争史上首次大规模使用毒气。皇家陆军医疗队的伯特·纽曼描述两天之后他亲眼目睹第二次毒气投放对加拿大军队造成的惨状：士兵们被告知改用原始的防护措施，包括用自己的尿浸湿袜子绑在脸上。但是，“最后，你可以看到，所有这些可怜的家伙都倒在曼宁道上，喘不过气来……”他们只能用湿手帕塞紧嘴巴什么的。结果可想而知，仅英法联军，就共有一点五万人中毒，其中五千人死亡，正面十公里、纵深七公里的地带无人防守。

惨剧发生后，英国陆军大臣和陆军元帅基钦纳伯爵亲自电召霍尔丹医生，向他求助。于是，霍尔丹和他的同事们急速赶往比利时，研究德国使用的是什么毒气。霍尔丹发现死去士兵制服上的黄铜纽扣都变了色，据此鉴定出德军释放的是氯气，进而迅速研究出一种比湿手帕和尿液浸泡袜子前进一小步的用具，它叫“面罩呼吸器”，其包在纱布罩里的基本上是经硫代硫酸钠溶液浸泡过的垫棉，能中和低浓度氯气的毒性。

霍尔丹建立如此大的功绩并不是靠他一时的灵感冲动，而是多年对人体呼吸的研究，尤其是他的自体实验。

约翰·司各特·霍尔丹（1860—1936）是一位呼吸生理学家，生于苏格兰爱丁堡一个古老的、经济富裕的贵族家庭，先后就读爱丁堡大学和德国耶拿的席勒大学，于1884年获爱丁堡医学院的医学学位。

霍尔丹是在苏格兰的港口城市邓迪开始他的科学生涯的。这里有他的一处住宅和一个学校工作室，他就在这里做他的研究工作。

一直以来，普遍相信，疟疾、伤寒以及其他的疾病都是“坏空气”传染的。“疟疾”一词就是由“坏”和“空气”二字组成的。但霍尔丹想要搞清一个简单的问题：什么是坏空气？呼吸什么样的空气才是危险的？怎样防止这危险？

1887年，霍尔丹移居伦敦，他的叔叔，受封爵士的约翰·伯登·桑德森是伦敦的一位生理学教授，受叔叔的影响，他开始研究呼吸生理学。在霍尔丹的时代，人们都认为，人在呼吸到的二氧化碳中还会吸入无性无味、可能危及生命的物质。但是霍尔丹在研究中查明，邓迪地下道里的空气和伦敦议会大楼底下地下道里的空气，微生物都比较少。这使他和他的合作者们对当时流行的看法，即地下道里的气体是最有害的产生了怀疑。他继续研究，收集样本，并在这类地下道里一次待好几个小时，结果却并不觉得不适或患病。于是，霍尔丹在1887年的《伦敦皇家学会会刊》上发表了一篇合作论文《地下道里的空气》，说是比起别处来，地下道里的空气“要比气流畅通的学校好得多”，“地下道里的空气所含的微生物，也比任何房子里的空气少得多”。霍尔丹的实验研究预示了呼吸生理学的诞生。另外，他对兔子进行实验，发现对这些动物注射呼吸凝固成的水，并不比注入蒸馏的水有更大的毒性。这就证实人们吸入的空气中无论有什么杂质，都不是空气本身的原因，而是由于被其他别的有毒物质污染，因为二氧化碳是无色无味无臭的气体。

为了让怀疑者信服他的结论，霍尔丹和他的同事洛兰·史密斯又进一步进行自体实验。他们在一个大小只有六英尺（不到两米）立方的他们叫作“棺材”的密闭木盒子里待了八个小时，先是正常呼吸，随后立即尽快呼出自己吸入的气体，使室内的空气浑浊不纯。霍尔丹和史密斯从这些实验得出结论是：“原来紧密的房间里只是闻起来觉得有害健康。”

霍尔丹继续对自己和其他人进行自体实验，测定在不同环境、不同气压之下，几许二氧化碳的量才会对人体的呼吸生理效能发生影响。在这类实验中，霍尔丹和其他实验者常常脸色发青、意识模糊。霍尔丹从这些实验推论出，呼吸主要是由脑子里呼吸中枢的神经所控制。霍尔丹进行这些自体实验的时候，没有想它的危险性。直到他后来转向于研究工业卫生，尤其是会使人窒息的煤气时，他才意识到，他的自体实验是多么的危险。

1895年，伦敦东头五个污水管道工死于沼气中毒。当时，第一个罹难者在二十七英尺（约八米二）的深底作业时就病了。他试图回到上面来，但是被沼气的浓烟呛住，淹死在污水管道。另外三人连忙下梯子去营救，但也被浓烟挡住。其中两个直接掉到了井底，另一个掉落在煤筛上。目睹这恐怖事件的主管工程师看到这人抓住煤筛时，立即攀上梯子，希望他至少还能救出来。但是这名工程师也从梯子上掉进井底。五人没有一个幸存。

霍尔丹推论，定然是某种人所不知的气体使他们致命的。他目睹了对死者的尸体解剖，然后下井底收拾空气样本。他用一根粗绳子保护自己，但是却要经受杀死水道管工的同一种气体的危险。但是他在1896年《柳叶刀》上的论文《污水管道气体中毒》中写道：“我觉察不到有任何不平常的征候。”并说事实上，他的实验证明污水管道中的气体，和正常的空气只有很少的不同。

那么人怎么会死呢？

霍尔丹从管道底部收集了污水的样本，置于一只容量大约一夸特（二十八磅）的桶里，随后摇动这桶，让污物分布均匀。随后，他将一只老鼠放进这桶的上端，立刻，这只实验动物的呼吸几乎就急剧从正常的每分钟一百四十跳降到二十跳。由此，霍尔丹推论，污水管道工死亡的原因是污水道里高浓缩的毒气刺激了人的肺，使人无法呼吸。霍尔丹鉴定这气体是“含硫的氢气”，也就是如今所说的硫化氢。霍尔丹的研究让人知道如何防止此类事故，如可以设法使污水管道通风，还有给在下面干活的人绑好绳子等。

接着霍尔丹将研究从污水管道转到煤矿，希望找出煤矿为什么会爆炸的原因。1896年，南威尔士的一座煤矿死了五十七名矿工和三十匹马。但是霍尔丹得知，其实只有五人是死于爆炸，其他的五十二人则是由于一氧化碳中毒而死。于是，霍尔丹在动物身上实验一氧化碳的生理作用。实验结果查明，极其微小的一氧化碳都会让老鼠致命。随后，他不顾危险，亲自实验一氧化碳。在实验中，他感受到视力困难、步伐不稳，做任何动作协调性都很差。这实验很久后都给霍尔丹造成视力模糊等一氧化碳中毒后遗症。霍尔丹在1895年发表在《生理学杂志》上的论文《二氧化碳对人体的作用》中，对他的这项实验做了有趣的描写：他和老鼠一起同在实验室里，各自呼吸一氧化碳。大约过了半个小时，老鼠突然跌到地板上了。而他仍然十分镇静，他测试自己的血液呈浓烈的粉红色，这是一氧化碳中毒的标志。于是，他说：“我停止了实验，立即跑上（二十四级的）楼梯。稍一会儿后，觉得头晕，呼吸困难，还感到心悸，不能像平时那样看任何事物。站了两三分钟后，又觉得一切都正常了。视力清晰，喘息也消失了。只是此后有耳鸣。”

老鼠和其他小动物的代谢率比人类都高，因此感受一氧化碳也比人类快。在经历了和老鼠一起的体验之后，霍尔丹指出，幼小生物对于了解煤矿的危险指数有一定价值。在同是《二氧化碳对人体的作用》中，他写道：“矿工通常相信他的头灯可以让他知道矿里是否存在危险的瓦斯，但是，头灯抵御不了少量的二氧化碳。事实上，爆炸后产生的烟雾，对于想靠头灯来穿过烟雾的人，仍旧有很大危险。”后来，霍尔丹发现小鸟的呼吸比老鼠还快，反应也更加急速，可以更好地借它来察看毒瓦斯。

霍尔丹的实验，除了有很多实用价值外，还为一氧化碳的基本生理学做出了解释。

霍尔丹此后还进行过很多有关呼吸和气体的自体实验，美国医学史家劳伦斯·奥尔特曼说他是一个一辈子都不停止进行自体实验的人；《不列颠百科全书》评价他的功绩“主要以阐明呼吸时的气体交换而著名，他的许多研究均以与采煤有关的问题为基础”。

霍尔丹曾在实验中体验过“吸不足氧气所造成的那种感觉”，另有人则要体验吸不到空气，也就是窒息造成的感觉。

用一根悬挂的绳索勒紧颈部，或者直接勒死来处死罪犯，是自古以来最常用的刑罚之一，外国从古罗马以来直到近现代都在施行。在中国，岳飞于南宋绍兴十二年（1142）在杭州“风波亭”被勒死和吕布、杨贵妃被绞死的事，也常在百姓口中流传。但如今，绞刑的执行渐渐减少，而代之以枪决或者电椅、毒气窒息和药物注射，目的是减少死刑犯的痛苦。有记载说，曾有罪犯在受绞刑时，由于绳索断裂，虽然颈部的脊椎已被折断，处于窒息之中，罪犯的生命却未终止，造成其痛苦的惨状，令观者不忍一睹。美国纽约城的神经科医生格莱姆·哈蒙德在他的论文中提到此类情况时说，报刊在报道绞刑时经常以沉重的语气，“极力强调犯人遭受了巨大的痛苦”，使“‘心软的读者会对犯人产生深深的同情”。哈蒙德虽然声言，这些罪大恶极被处以绞刑的罪犯“不配享受这份同情”，他自己还是想要验证一下受绞时的窒息感觉，到底会遭受如何巨大的痛苦。为此，哈蒙德进行了自体实验。

哈蒙德让人用毛巾缠住他的脖子，再请一位医生抓住毛巾的两端，并将毛巾缓缓旋紧；另一位医生则站在他的面前，检测他对受绞的忍耐度。据说，在这样做的时候，哈蒙德先是感到浑身酸麻；随后便觉得眼前一阵阵发黑，耳中还响起剧烈的轰鸣；过了八十秒钟之后，他失去了痛感。哈蒙德回忆说：“这时用刀扎我的手，扎得很深，都流血了，我却没有任何感觉。”

罗马尼亚的法医米诺维奇，尽管无疑不止一次目睹过绞刑的执行，也希望自己亲身来体验一下这种窒息的感觉。

尼古拉·米诺维奇生于罗马尼亚布劳省的拉尼库·萨拉特，是这个家庭三个儿子中最小的一个。他的两个哥哥都是科学家：米纳是罗马尼亚法医学院的创始人，斯蒂芬是著名的化学和药物学教授。

尼古拉·米诺维奇在罗马尼亚历史最悠久的“国立圣萨瓦高等学校”就读时，就爱把时间花在自然科学上。他1897年入大学，于1898年获法医学哲学学位，同时还努力钻研精神病学和病理学课程，至1901年毕业；然后去柏林跟随世界著名的鲁道夫·菲尔绍教授学习病理解剖学，跟随弗里茨·斯特拉斯曼教授学习法医病理学，跟随斯蒂芬·李普曼教授学习精神病学。后来他又去了巴黎，与法国精神病学的代表人物保罗·加尼阿等共同工作和研究，然后回到祖国，受命任布加勒斯特伊尔福夫县法院的验尸官。

医生天生是人道主义者的职业。怀着这一崇高的抱负，米诺维奇一生曾完成过多项人道主义的事业，包括他最重要的社会工作：以自己的和招募来的款项创建了“罗马尼亚应急中心”，在五年里，为布加勒斯特一万五千名乞丐中的一万三千人提供住房和照顾；和为贫困学生捐献自己的藏画和现金等。而法医病理学的训练使他想到绞刑，并进而去进行自缢窒息的自体实验。这是米诺维奇的另一项人道主义举措，可能还是他影响最大的业绩。

什么是自缢窒息，或叫缢亡呢？米诺维奇所做的解释是：“缢亡是一种暴力行为，在此过程中，身体被索套悬挂起来，索套一端被固定在某一点，另一端钩住脖子，体重完全吊在绳子上，绳子瞬间拉起，人会突然丧失意识，呼吸功能停止，最终死亡。”

就按照这一解释，米诺维奇对自缢窒息进行了最全面的研究，于1904年出版了一部两百页的学术著作《缢亡研究》；此书很快就被译成法文，于1905年出版。

在《缢亡研究》中，米诺维奇在回溯研究的背景时，选取了一百七十二名自缢者的资料，一一列出他们的性别、年龄、国籍、职业和社会地位，以及自杀的地点、季节，甚至自缢的方式，如用绳索或者布带、手帕等等，来分析他们的缢亡情况。只是，不管这些资料如何丰富，却都属于已经不在人世的缢亡者；尤其最重要的是缢亡者不能告知别人他在濒临缢亡之时的感觉如何，使米诺维奇无法了解缢亡时窒息的感觉。而要想了解这个秘密，唯一的可能就是他自己来亲身做一次甚至几次自体实验。于是，米诺维奇就下了这个决心，并在助手的帮助下这样实行了。探究人员这样写道米诺维奇最初的试验：

他最初是用没有打结的绳索做了几次初始的试验（“我把自己挂了六七次，每次一般都是四五秒钟。”）。所受的疼痛，如米诺维奇说的，几乎是无法忍受的。这样持续了两个星期，米诺维奇依然觉得“结果是愉快的”，并希望做真的实验。他和他的几个合作者都把他们的颈项套进一条固定的绳索中，并要求一位助手把他们挂起来——如此这般共十二次。

德国学者雷托·Ｕ·施奈德在他的著作《疯狂实验史Ⅱ》中，详细叙述了米诺维奇的这一实验。

最初的实验是用食指压住颈动脉，以求中断脑部供血，等到感到眼前发黑，便停止下来。由于这样不能真正产生缢亡的感觉，于是，米诺维奇又躺在板子上，把头伸进一个五毫米粗可以收口的索套。索子的另一端则绕过固定在天花板上的滚轮，被他抓在手中，以便他可以随意拉放。当他收紧绳子，直到索套勒住脖子、拽起头部时，就出现近乎缢亡的感觉了。米诺维奇说，他们虽然经常做这样的实验，“但是最多只能坚持五至六秒钟”。此时的情况，“脸先是变红，然后变青，视线模糊，耳朵里呜呜响，感觉已经丧失了勇气；这时我们就会中止实验”。

尽管如此，米诺维奇还是没有停止实验。他又继续进行这一实验。他用布料做了一个不能收口的搭环，让人将搭环扣在他的脖子上，把他吊起来，双脚离开地面一至二米，共吊了六七次，每次四五秒钟，目的是希望能够慢慢适应。“在最初的几次短暂尝试中”，米诺维奇写道，“让我感觉最为明显的是疼痛”。米诺维奇并没有因这疼痛而停止实验。并且因为“受到最初几次实验的激励”，一次次尝试后，最后锻炼出能够支撑二十六秒钟之久。当然，实验的后遗症也不轻：搭环引起的可怕头痛竟延续了十至十二天。

虽然如此，米诺维奇进行实验的决心丝毫也不减退，相反是更增强了：他将搭环从不能收口改为能够收口，并让人用这收口颈套将他真的“悬挂”起来。不过这到底不是玩的，结果是他和他的助理“尽管鼓起了所有勇气，也无法撑三四秒钟”。产生的后遗症，主要是颈部所受的伤害，且难免还有喉骨和舌骨的骨折，最后的一次实验引起的疼痛一直持续了一个月之久。

米诺维奇在书中多次说起，这种实验实际上是非常危险的。他举例说，有一次，实验结束时，拉绳子的助手怕米诺维奇经过这么一吊，可能已经昏迷，想去扶他，没想到那绳子乱缠在一起，未能松开，结果是，他虽然被这位助手扶着了，仍旧被悬空吊在索套上下不来。多危险啊！

米诺维奇的实验被认为是法医学上的经典实验。他得出的结论是，脑部供血中断是导致死亡的主要原因，而不是以往所认为的，多数的缢亡者是死于窒息。