生物在医疗上的应用

    什么是生物细胞

    什么是细胞

    细胞细胞是一切生物结构和功能的基本单位。它能够表现各种生命现象：例如新陈代谢、生长和发育、繁殖、遗传、变异、应激性和对环境的适应等。

    所有细胞都是由水、盐类、核酸、蛋白质、糖、脂质，以及其他各种微量物质如维生素、细胞代谢中间产物等组成的。水、盐离子和某些维生素或与细胞或与大分子组成复合物，或者游离存在。不同细胞或生物中，其含量的差别往往很大。

    生物活细胞的80％是水，每100个分子中有99个是水分子。营养物质和氧都是以水溶液的形式运送到细胞中去的。细胞一旦失去水分，生命过程就会停止，甚至死亡。由于具有高比热容、高蒸发热和高溶解

    热等重要特征，所以水还具有稳定生物体温的作用。

    无机盐物质在细胞中以离子形式存在，浓度变动范围很小，主要作用除维持渗透压外，不同离子在细胞中还各有其特殊的功能。

    核酸、蛋白质等4种大分子物质约占细胞干重的90％以上，细胞的生长、繁殖和分化等都要依靠这些分子的特性才得以表现。

    根据结构，通常把细胞分为两大类：原核细胞和真核细胞，除原核细胞外；细胞由细胞核和它周围的细胞质，以及包在外面的质膜构成。大多数植物细胞在质膜之外还有细胞壁。细胞质内还存在许多亚细胞结构（细胞器），它们分别担负着某些专一性功能。主要细胞器有线粒体、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、中心体、液泡、质体等。

    细胞膜

    细胞膜是包围细胞质的一套薄膜，又称细胞质膜、外周膜。它是由蛋白质、脂质、多糖等分子有序排列组成的动态薄层结构，平均厚度约十纳米。

    细胞膜主要由脂质、蛋白质（包括酶）和多糖组成，脂质和蛋白质各约占膜干重的一半稍弱，多糖不到10％，水约占膜湿重的1/5，此外还有少量的无机离子等。

    脂质中大部分是磷脂，其次是胆固醇，还有少最糖脂，有些细胞膜（如嗜盐菌膜）还含有硫脂，它们都是兼性分子。细胞膜中脂质分子的亲水端向外，疏水端向内排成脂质双分子层。脂双层的内外两层中的脂质分子分布是不对称的：糖脂都在外层，糖残基位于脂双层的表面。磷脂在内外两层中的分布是不相等的。

    细胞中大约有20％～25％的蛋白质分子是与膜结构结合的。根据这些蛋白质与膜脂的相互作用方式及其在膜中分布部位的不同，粗略地可分为两大类——外周蛋白和内部蛋白。外周蛋白分布于膜的外表面，约占膜蛋白的20％～30％。它们都为水溶性蛋白质；内部蛋白约占膜蛋白的70％～80％，它们有的部分嵌入双分子脂质层中，有的跨膜分布，还有的则全部埋藏在双分子层的疏水区内部。

    细胞膜约含5％～10％的多糖，这些糖主要以糖脂或糖蛋白形式存在，具有很重要的生理功能。细胞与周围环境相互作用中（细胞间识别、激素作用等等）几乎都涉及糖脂和糖蛋白，它们也是膜抗原的重要组成成分。

    流动性是细胞膜结构的基本特征，它既包括脂质、也包括膜蛋白的运动状态。影响细胞膜流动性的因素很多，除膜蛋白本身的成分外，温度、pH值度、金属离子以及离子强度等都会对流动性产生影响。合适的流动性是膜蛋白（包括酶）呈现合适的构象从而具有较高活性的重要条件。

    细胞壁

    细胞壁指细胞外围的厚壁，是植物细胞特有的结构，具有保护和支持作用，并与植物细胞的吸收、蒸腾和物质的运输有关。细胞壁由三层组成，分别为胞间层（中层）、初生壁和次生壁。胞间层把相邻细胞粘在一起形成组织。

    初生壁分布于胞间层两侧，所有植物都有。次生壁在初生壁的里面，又分为外、中、内三层，在内层里，有时还可出现一层具瘤层。

    细胞壁的胞间层基本上是由果胶质组成；初生壁是由水、半纤维素、果胶质、纤维素、蛋白质和脂类组成；次生壁的主要成分也是半纤维素和纤维素，果胶质很少。而这些化学组成在生长与发育过程中是不断改变的。

    细胞核

    细胞核通常是光学显微镜下可见的细胞内最明显的结构，它以染色质形式储存了绝大部分遗传信息。除哺乳类动物的红细胞和高等植物的成熟筛管外，所有真核细胞都有细胞核。细胞核在一定程度上控制着细胞的代谢、分化和繁殖。

    细胞核的形状常随细胞的形态、代谢状态或发育阶段的不同而有差别，不同细胞的核的大小往往差别显著，小的直径不足1微米，大的如苏铁科植物的有些卵细胞核直径可达500～600微米。多数细胞只有一个细胞核，但也有双核细胞，例如多种原生动物、部分肝细胞和软骨细胞等，另外还存在多核细胞，细胞核数目有时达百余个，如破骨细胞等。

    间期细胞核由核膜、核仁、染色质和核液4部分组成。核膜将细胞内的原生质分为核质和胞质两部分；核仁一般呈球形或卵圆形，由微丝区和颗粒区组成无被膜结构；染色质分为常染色质和异染色质；核液为无定形基质，其中存在多种酶类、无机盐和水等，为细胞核进行各种功能活动提供了有利的内环境。

    细胞核是细胞内合成DNA和RNA的主要部位。前者是保存并传递遗传信息的物质基础；后者包括不均一RNA和小分子RNA两类。一般认为，不均一RNA是DNA的前体分子，小分了RNA包括经加工后所形成的rRNA和tRNA等。除去tRNA以外，其他功能性RNA都同特异蛋白质相结合，形成复合体，通过核膜孔传输到细胞质。这种以复合体存在的形式，可能有保护DNA不受核酸酶分解的作用。

    生命的构成

    蛋白质

    蛋白质是指生物体内普遍存在的一种主要由氨基酸组成的生物大分子。它是生物体最基本的物质，担负着生命活动过程中各种极其重要的功能。氨基酸是蛋白质的基本结构单元，在蛋白质中出现的氨基酸有20种。氨基酸以肽键相互连接，形成肽链。

    蛋白质在生物体中有多种功能：

    ①催化功能。有催化功能的蛋白质称酶，生物体新陈代谢的全部化学反应都是由酶催化来完成的。②运动功能。

    从最低等的细菌的鞭毛运动到高等动物的肌肉收缩都是通过蛋白质实现的，肌肉的松弛与收缩主要是由以肌球蛋白为主要成分的粗丝和以肌动蛋白为主要成分的细丝相互滑动来完成。③运输功能。在生命活动过程中，许多小分子及离子的运输是由各种专一的蛋白质来完成的。例如在血液中血浆白蛋白运送水分子、红细胞中的血红蛋白运送氧气和二氧化碳等。④机械支持和保护功能。高等动物的具有机械支持功能的组织，如骨、结缔组织以及具有覆盖保护功能的毛发、皮肤、指甲等组织主要是由胶原、角蛋白、弹性蛋白等组成。⑤免疫和防御功能。生物体为了维持自身的牛存，拥有多种类型的防御手段，其中不少是靠蛋白质来执行的，例如抗体即是一类高度专一的蛋白质，它能识别和结合侵入生物体的外来物质，如异体蛋白质、病毒和细菌等，取消其他有害作用。⑥调节功能。在维持生物体正常的生命活动中，代谢功能的调节，生长发育和分化的控制，生殖功能的调节以及物种的延续等各种过程中，多肽和蛋白质激素起着极为重要的作用。此外，尚有接受和传递调节信息的蛋白质，如各种激素的受体蛋白等。

    脂质

    脂质又称类脂，是生物体内一大类不溶于水而溶于有机溶剂的有机化合物。它包括中性脂肪、磷脂、糖脂、鞘脂、类萜、类固醇、蜡等。不同脂质的化学成分和化学结构各异，有由碳、氢和氧组成的简单链状分子，也有具有多种成分的复杂的支链结构和环状结构。

    根据其结构组成成分可分为：

    ①简单脂质。即脂肪酸与各种不同的酸类形成的酯，包括酰基甘油酯和蜡。②复合脂。即含有其他化学基团的脂肪酸酯，包括磷脂、糖脂和其衍生物。③不皂化的脂质。即不含脂肪酸的脂质，如类固醇等。

    除上述脂质外，还有脂蛋白和脂多糖等杂合分子。

    脂质具有各种不同的生物功能：脂肪酸是生物体的重要能源，它以三酰甘油（脂肪）的形式储存能量，也是许多结构脂质的构件。皮下脂肪具有防止机械损伤和防止体内热量散失的保护作用。磷脂、少量糖脂和胆固醇是生物膜的重要结构组成成分。糖脂作为细胞表面物质，与细胞表面识别特异性和组织免疫有密切关系。另外有两类重要的不皂化脂质（不含结合的脂肪酸，不能被碱所皂化，即水解的物质）：类萜和类固醇，它们分别具有激素、维生素、辅酶等多种生物功能。

    抗体

    抗原是具有免疫原性和反应原性的物质，而能与抗原特异性结合并具有免疫活性的球蛋白，即为抗体。它一般是由抗原刺激B细胞分化成浆细胞后产生的。抗体分子具有结合部位（结合簇），能与对应的抗原决定簇结合。抗体与不同的抗原结合往往出现不同的反应，因而常给抗体以不同的名称，如凝集素、沉淀素、抗毒素、溶血素、溶菌素等。

    按其来源可将抗体分为天然抗体和免疫抗体，免疫抗体是由抗原刺激机体产生的，如受微生物感染或接种疫苗后产生的抗体；按其作用可分为抗毒素（能中和细菌外毒素毒性的抗体）、抗菌抗体（能与细菌结合的抗体）和抗病毒抗体（能与相应病毒结合的抗体）；按其与抗原结合后是否出现可见反应，则可分为完伞抗体和不完全抗体。前者指在试管中与相应抗原结合后，在电解质的参与下，出现可见反应的抗体；后者指在结合后不出现可见反应的抗体。

    酶

    酶是牛物体产生的具有催化作用的蛋白质。它是细胞赖以生存的基础，细胞新陈代谢包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化作用下完成的。

    酶在食品、纺织、发酵、制革等工业中广泛应用，与临床治疗和诊断也有着密切的关系，它在农业和国防上的应用更有广阔前景。食品工业中应用的有淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖氧化酶、果胶酶等数十种。

    20世纪60年代以后出现了以酶制剂取代老的发酵法的趋势。70年代时，又发展了固定化酶的新工艺。农业方面的应用主要集中在杀虫剂农药上，在医学方面，人体的许多疾病与酶的正常催化作用受到干扰破坏有关。血清酶学诊断是重要的临床诊断手段。当人体患有某种疾病时，一些组织或器官就会发生病变，细胞破损，许多酶就会随之进入血液，使得这些酶在血清中的含量和活性明显升高。许多化学药物、抗生素的治疗原理是由于它们能选择性地作用于致病微生物体内的某一酶系，从而阻断该病原微生物的正常代谢，导致它们的死亡，而这种药物对人体无害或危害较小。此外，酶也可直接用作药物。

    核酸

    核酸是由数十至数十亿个核苷酸通过磷酸二酯键形成的一类生物大分子。动、植物和微生物都含有核酸。根据组成成分不同可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA是绝大多数生物的遗传物质。某些病毒和噬菌体则以RNA为遗传物质。遗传信息的传递和表达是通过核酸分子的复制、转录和转译等一系列复杂过程实现的。核苷酸是核酸的组成单位，它由碱基、戊糖和磷酸构成。核苷酸的连接方式和排列顺序，称为核酸的一级结构，核酸还具有二级和三级结构，1953年J．D．沃森和F．H．C．克里克提出的DNA双螺旋结构就是DNA的二级结构。DNA的超螺旋结构和酵母苯丙氨酸tRNA的倒L型立体结构被称为三级结构。

    由于核酸带有大量的磷酸基团，呈强酸性，所以在生物体内一般以盐的形式存在。核酸的碱基（嘌呤或嘧啶）是由氨基酸、二氧化碳以及碳化合物合成的，因此在正常情况下，生物体能合成自身所需的嘌呤和嘧啶（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）。在生物体内核酸降解时先生成核苷酸或寡核苷酸，寡核苷酸进一步水解成核苷酸。核苷酸脱去磷酸则成核苷，后者经核苷磷酸化酶或核苷水解酶的作用放出碱基。在不同动物中再经降解成为尿酸、尿囊素、尿素或β-丙氨酸等物质。1955年以后，用化学和酶相互促进结合的方法，已合成了许多核酸。核酸的人工合成无论是对结构与功能的理论研究还是近年来飞速发展的基因工程都有极为重要的意义。

    新陈代谢

    新陈代谢是生物体的各组成物质通过合成及降解不断更新的过程和能量交换过程的总称，简称代谢。新陈代谢从方向上区分，有合成代谢和降解代谢。生物体一方面必须经常合成其组成部分以补充消耗，另一方面，除组成部分不断消耗外，还必须通过食物的降解过程摄取能量。生物体的各个部位以不同的速率进行活动，但是却不是不变的。处于生长期的生物体，其合成代谢超过降解代谢，即收入超过支出，体重逐渐增加，成为生长期的主要特征。如果生物遇到营养不足或生理活动发生障碍的情况如饥饿、疾病、环境不良等，则发生暂时性的消耗超过合成，动物出现体重下降，植物则枝枯叶落。在不利环境克服之后，又可恢复生长或平衡；如果不能克服则以死亡告终，代谢结束。

    整个生物界可以分为自养及异养两大代谢类型：前者包括绿色植物及光合细菌，它们利用太阳提供的光能，或者从简单的无机物质的分解过程中摄取能量使二氧化碳和水转化成为糖类和脂质，以氨或硝酸盐为氨源合成蛋白质和核酸，少数细菌还有将空气中的氮转化为氨的能力；后者包括动物以及不能进行光合作用的生物，大多间接地摄取光合产物作为食物（糖、脂质、蛋白质等）。无论自养或异养生物，最终的能量来源都是太阳，代谢的一项重要使命就是为生物提供能量。

    基因

    基因是指含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。除某些病毒的基因由核糖核酸（RNA）构成以外，多数生物的基因由脱氧核糖核酸（DNA）构成，并在染色体上作线状排列。基因通常指染色体基因，在真核生物中，由于染色体都在细胞核内，所以又称为核基因。位于线粒体和叶绿体等细胞器中的基因则称为染色体外基因、核外基因或细胞质基因，也可以分别称为线粒体基因、质粒和叶绿体基因。

    通过观察我们发现：任何物体都有许许多多的性状。有的是形态结构特征，有的是生理特性（如人的几种血型），有的是行为方式特征等等。其实，生物体的各种性状都是由基因控制的。性状的遗传实质上是亲代通过生殖过程把基因遗传给子代的。

    基因在细胞里并非“一盘散沙”，它们大多有规律地集中在细胞核内的染色体上，而且每一种生物细胞内染色体的形态和数目都是一定的。

    遗传

    遗传是指亲子间的相似性。俗话说：“种瓜得瓜，种豆得豆。”这就是生物学上的遗传现象。同一种生物，无论它通过什么方式繁衍其种族，它们的子孙和亲代都具有相似的特征。这种世代间相似的现象就是遗传，遗传的物质基础是核酸，核酸可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。

    亲代把遗传物质传给子代，使子代具有与亲代相似的性状，同时也保证了该物种的稳定性，物种的遗传物质不断地向后代传递，这保证了生命的不断延续。

    进化

    进化是19世纪后用于生物学上的专指名词，专指生物由简单到复杂、由低级到高级的变化发展，又称演化。evolution（进化）一词来自拉丁文evolution，表示展开或把一个卷紧的卷松开的意思。

    1858年7月1日，达尔文与A．R．华莱士在伦敦林来学会上宣读了关于物种起源的论文。后人称他们的自然选择学说为达尔文—华莱士学说。达尔文在1859年出版的《物种起源》一书中系统地阐述了他的进化学说。其核心自然选择原理的大意如下：生物都有繁殖过剩的倾向，而生存空间和食物是有限的，所以生物必须“为生存而斗争”。在同一种群中的个体存在着变异，那些具有能适应环境的有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，不具备有利变异的个体将被淘汰。如果自然条件的变化是有方向的，则在历史过程中，经过长期的自然选择，微小的变异就得到积累而成为显著的变异，由此可能导致亚种和新种的形成。

    达尔文的进化理论，从生物与环境相互作用的观点出发，认为生物的变异、遗传和自然选择作用能导致生物的适应性改变。他的理论由于有充分的科学事实作根据，所以能经受住时间的考验，百余年来在学术界产生了深远的影响。

    生物技术

    基因工程

    基因工程是指在基因水平上的遗传工程，用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA分子提取出来，在离体条件下用适当的工具进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中“安家落户”，并进行正常的复制和表达，从而取得新物种。

    所以，基因工程是人们在分子生物学理论指导下的一种自觉的、能像工程一样可事先设计采取控制的育种新技术，因而必然是一种最新、最有前途的定向育种技术。从实质上讲，基因工程的定义强调了外源DNA分子的新组合被引入到一种新的寄主生物中进行繁殖，具有跨越天然物种屏障的能力，克服了固有的生物物种间的限制，扩大了创新生物的可能性，这是基因工程的最大特点。

    人类基因组计划

    1990年人类基因组计划正式启动。2000年6月26日，来自美国、英国、日本、法国、德国和中国的科学家绘制出人类基因组“工作框架图”。2001年2月12日，参与人类基因组计划的六国科学家共同宣布：经过初步测定和分析，人类基因组共有23亿个碱基对，包含了大约3万～4万个蛋白质编码基因。

    专家认为：人类基因组研究工作已取得了实质性进展，为破解生命之谜奠定了坚实的基础。

    脱氧核糖核酸序列图的构建也是人类基因组计划最实质性的核心内容，即分析人类基因组的多达30亿的脱氧核糖核酸的组成。人类发现基因还不到50年，经过过去10年的科学研究，科学家们对排列出构成人类基因碱基对的正确次序不遗余力，这些碱基对按特定次序的组合包含了人类生长、发育、衰老、遗传病变的仝部遗传信息。

    全面了解人的基因有助于人类治疗疑难病症，进而引发人类医疗保健事业、制药工业以及生物技术的新革命。

    克隆羊

    克隆技术

    克隆，英文Clone，当它作为名词使用时，是指从一个祖先通过无性繁殖方式产生的后代，或具有相同遗传性状的DNA分子、细胞或个体所组成的特殊的生命群体；当把克隆作为动词时，是指从同一祖先生产这类同一的DNA分子群或细胞群的过程。体外重组DNA的过程，是通过能够独立自主复制的载体或噬菌体为媒介，把外源DNA（片段）引入宿主细胞进行繁殖，实质上是从一个DNA片段克隆出结构和功能完全相同DNA分子群的过程。克隆技术为遗传同一性状的生物品系成批地繁殖和生长提供了有效的途径。因此，我们也把基因工程称为基因克隆或DNA分子克隆。

    基因食品

    现今，基因食品在美国已十分常见。根据全美大豆协会报告，经各种基因工程技术改造过的大豆占1999年大豆总收成的55％。这些经转基因技术改造过的豆类，作为蛋黄酱、人造黄油、食用油、色拉调味料、咖啡奶油、啤酒、燕麦片、玉米片、糖果以及面点用油脂等诸多食品的添加剂，走进了千家万户。人类正面临着第二次绿色革命。

    第一次绿色革命使世界食品产量在20世纪后期的短短30年间增加了2倍。科学家通过杂交亲缘植物，增加希望具有的特性，从而大大提高了作物的产量。农场主们又施肥、杀虫、灌溉，力求使这些农作物能长得更加繁茂。

    现在，这些技术的发展已到达了顶峰。于是，科学家们把目光转向了生物技术，希望能进一步提高作物产量。他们不再靠杂交亲缘植物来培育新植株，而是引入了基因技术。例如，用鲆鱼的基因帮助两红柿、草莓等普通植物抵御寒冷；把某些细菌的基因接入玉米、大豆植株中，以更好地保护它们不受昆虫的侵扰，或使它们对一些除草剂产生免疫力。

    温度计

    世界上第一支温度计

    1597年，伽利略发明了世界上第一支空气温度计，但它比较简陋，误差大。17世纪初，伽利略的朋友、意大利的桑克托里斯对温度计做了改进，并首次将其应用于测量体温。

    1659年，法国人布利奥把测温物质换成水银。这种温度计是现代温度计的雏形。

    1714年，荷兰科学家华伦·海特制定了第一个标准温标，即华氏温标，这是世界上第一个精确标定的温度计计量标准。

    1742年，瑞典天文学家摄尔·修斯把水的沸点定为零摄氏度，冰点定为100摄氏度。后来，他的同事施勒·默尔又将这两个临界点的数值颠倒过来，就形成了现在普遍使用的百分度温标，即摄氏温标。

    遥测式电子体温计——耳温枪

    耳温枪是目前被广泛使用的电子体温计，属于非接触遥测式的温度测量仪。它利用侦测耳膜所发出的红外线光谱来确定体温。根据黑体辐射理论，不同温度的物体所产生的红外线光谱也不同。耳温枪利用可以精准到0．1摄氏度的温差电堆红外线侦测器进行体温测量，再以微计算机转换读数而显现出来。

    位于大脑深部的下视丘，是调节人体温度的中心点。当人体发烧时，下视丘是温度最早上升的地方，而供应耳膜与供应下视丘的血流恰好互有交通，因此用耳膜温度来反映人体的温度最为适当。

    用途广泛的电阻温度计

    电阻温度计是根据导体或半导体的电阻值随温度变化而改变的物理性质，制成的接触式温度传感器。它的测温范围约为零下260摄氏度至1000摄氏度。测温元件常用铂、铜、镍等金属电阻和灵敏度高、热惯性小的半导体热敏电阻。测温元件的热敏电阻值可用电位差计、电桥、动圈仪表等测定。

    在工业上，这些电位差计、电桥、动圈仪表通常设计成与测温元件配套的温度显示仪表。

    显微镜

    世界上第一台显微镜

    早在公元前1世纪，人们就已发现，球形透明物体可以使微小物体放大成像。

    1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经制造出类似显微镜的放大仪器，但放大倍数都不够理想。

    显微镜17世纪70年代，荷兰人列文虎克成功磨制了高质量、高放大倍数的透镜，并用一个金属支架和一个小圆筒把两块磨制好的镜片分别装在圆筒两头，还安上旋钮来调节两块镜片间的距离。世界上第一台显微镜就此诞生。

    后来居上的电子显微镜

    电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。

    电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等。透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌，也能与X射线衍射仪或电子能谱仪相结合，构成电子微探针，用于物质成分分析；发射式电子显微镜用于自发射电子表面的研究。

    现在电子显微镜最大放大倍率超过300万倍，通过它就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。

    功用独特的偏光显微镜

    偏光显微镜是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜。

    凡具有双折射性的物质，在偏光显微镜下就能分辨得清楚。当然这些物质也可用染色法来进行观察，但有些则必须利用偏光显微镜观察。

    偏光显微镜的镜片是用冰洲石制成的。这是一种特殊的石头，进入它的光线会发生双折射现象，即当一束光线射进冰洲石时，会产生两束光，一束能通过石头，但因折射而不能直射过去；另一束根本无法通过，而在原方向上偏离了一个很大的角度。

    偏光显微镜将普通光改变为偏振光进行镜检，以鉴别某一物质是单折射性还是双折射性。它被广泛应用在矿物学、化学等领域，在生物学和植物学中也有应用。

    注射器

    世界上第一支注射器

    15世纪，意大利人卡蒂内尔阐明了注射器的原理，英国科学家帕斯卡发明了世界上第一支注射器。

    18世纪后半叶，法国外科医生阿尔内设计出一种活塞式注射器。

    1853年，法国人普拉沃兹用白银制作的活塞式注射器已经具备了现代注射器的雏形，其内部容量为1毫升，并配有一根带有螺纹的活塞棒。同年，有人开始用这种注射器将药液注入到皮下组织以治疗疾病，被注射的部位常常是上臂和股外侧。

    1869年，法国人吕易尔制造出第一支配有金属针头的玻璃注射器，它的透明度非常好，玻璃管上还刻有刻度，医生可以随时查看药液的剩余量。这种注射器不仅可用煮沸法来消毒，针头钝了也能磨尖后继续使用，这在相当程度上提高了注射器的性能。

    现代化新型注射器

    1998年，英国氧气集团公司开发出一种喷射注射器。它不用针头，而是以氦气加压，让疫苗微粒直接穿过皮肤进入身体。

    2006年，美国开发出一种喷射注射器，它无需与皮肤接触，而是通过电子传动器将疫苗、胰岛素或者其他药物注入患者皮肤。它用一个细小的压电传动器替代针头，当电流通过时，传动器就会相应地收缩，将针剂推射出针管。

    多功能安全输液器

    输液器是一种将药液直接输进血管的装置。比较典型的是便携式多功能安全输液器，由通用机箱、变速电机、光控滴壶、一次性输液管等组成，不受体位高低限制，能背、挂、提、放，最适合于战地、灾区、野外、病员运转途中使用。输液速度随意可调，且其机箱通用性强，适用于各种大小包装的液瓶；另外，它耗电小，可使用电源广。

    听诊器

    —场游戏的启示——听诊器的诞生

    1816年，巴黎医学院教授雷奈克在卢浮宫广场散步，看到一些儿童在玩游戏，他们用别针划剌木头的一端而在另一端听声音。雷奈克深受启发，悟出了声音在经过中空的管道传播时会得到加强的原理，并制成了一个长约30厘米、中空、两端各有一个喇叭形的木质单耳听筒的听诊器，世界上最早的听诊器由此诞生。

    1840年，英国医生乔治·菲力普·卡门改良了雷奈克的设计，将两个耳栓用两条可弯曲的橡皮管连接到可与身体接触的听筒上，听筒则是一个中空的圆锥体。这种新式听诊器不仅可以使医生听到静脉、动脉、心、肺、肠等发出的声音，甚至可以听到母体内胎儿的心音。

    现代新型电子听诊器

    老式听诊器听到的声音微弱，不能隔离环境噪声，频率响应也不可调。新型电子听诊器接有放大器，可将微弱的心跳声放大到清晰可闻。

    电子听诊器除了能清晰监听病人的胸、腹声音外，还能搜索定位机械噪声声源，其输出可用磁带录音机录下来供分析病情使用，或送入大功率的放大器另作他用。

    数字听诊器——Top Phono

    随着技术的进步，各种新型的多功能听诊器陆续问世。由法国的IRIS公司研制的Top Phono听诊器，是一种新型的数字听诊器。

    它可以让医生根据诊断的需要，选择性地单独听取肺音、心音或者其他部位的声音，而不受到邻近器官所发出声音的干扰，从而使诊断更加准确。而且，听到的心音和肺音信号波形可单独或同时在电脑屏幕上显示出来，也可以在软盘上记录下来。如果能使用专门的IRIS软件，人们还可以通过互联网进行远程诊断。

    心电图仪

    世界上第一台心电图仪

    1903年，荷兰生理学家爱因托芬发明了第一个有临床应用价值的弦线式电流计。1904年，他成功设计出心电图仪的关键部件——指针式微电流计，并以极细的石英线代替了前人使用的线圈和镜子。1912年以后，心电图仪开始被广泛应用于医疗事业。

    动态心电检查仪

    1961年，美国人霍特尔发明了长时间描记心电图的仪器，用该仪器记录的心电图被称为动态心电图。它包含一个可携带式的自藏磁带记录装置，患者可在活动过程中随身携带，通过电报和导线将监测者的心电活动记录在磁带上，再经复合心电扫描器或心律失常记录器等将磁带记录按正规速度记录在标准心电图纸上，供详细分析。

    它可连续记录24至48小时或更长时间；检查状态自然，符合临床实际；可进行相关分析和设计各种机能试验，如运动、药物等对心电图的影响。

    给动物描记心电图

    科学家运用心电图技术，已经描记出了多种动物的心电图，并对其生理意义进行了初步研究。采用特殊电极及引导方法，可描记一些无脊椎动物和脊椎动物的心电图。

    动物心电图可作为判明心搏起源性质的客观指标。它对于研究心脏的比较生理和心脏药理学都有重要的参考价值。

    此外，在人体或动物身上安装心电发射器，可在远距离接收通过系统描记心电的变化信号。这可用于研究人体在高山、高空、深海等环境中的心脏活动变化。

    CT机

    高科技的结晶——CT机的诞生

    1963年，美国物理学家科马克首先建议用计算机断层扫描技术对X射线取得的图像进行重建，并给出了精确的数学推算方法，这为CT技术的诞生奠定了坚实的基础。

    1967年，英国科学家亨斯菲尔德开始了模式识别的研究工作，率先制成了一套简单的实验装置。这套装置以加强的X射线为放射源，能够对人的头部进行扫描测量，并可取得脑内断层的分布图像。

    1971年10月，亨斯菲尔德与神经放射学家阿姆勃劳斯合作，进行了第一例临床人体检查。1972年4月，试验的研究成果在英国放射学家研究年会上首次公开发表，但在当时并未受到重视。直到1973年11月，亨斯菲尔德带着他的CT机来到北美放射学会，这才震动了整个医学界。

    火眼金睛识病魔——CT机的诊断过程

    CT机用X射线束对人体的某一部位按一定厚度的层面进行扫描。

    患者在完全清醒的状态下仰卧，置于患者上方的X射线管围绕预定检查部位开始旋转，安装在患者下方的计数器也同时启动。人体的各个器官和组织对射线吸收程度不同，病理组织与正常组织对射线的吸收程度也不同，这些差别都会反映在计数器上。在经过电子计算机处理后，所得数据被转换为一幅横断图像，并呈现在荧光屏上。

    CT不仅可以观察到人体内非常小的病变，还能直接将其显示出来。它在发现病变，确定病变的相对空间位置、大小、数目方面非常灵敏而可靠。

    第五代CT机——电子束CT机

    20世纪80年代初，CT机已经发展到了第五代。它是一种电子束CT机，由电子枪发射的电子束扫描靶环来产生X射线，扫描速度很快，可达20层/秒，从而使得心脏大血管系统的检查成为可能。

    X射线

    看透你——X射线的发现

    1895年11月，德国维尔茨堡大学的伦琴教授在做阴极射线的实验时，用黑纸把一只放电管严密包裹起来，然后闭掉室内所有光源，随即接通感应线圈，使高压电流通过放电管。忽然，一丝微绿的神秘荧光从他眼前闪过，映在不远处的一块亚铂氰化钡荧光屏上。

    伦琴意识到这是一种人类未知的、穿透力极强的射线，因为对这种射线还不了解，所以伦琴给它取名为“X射线”，也叫X光。

    伦琴发现X射线的消息很快就传遍了整个世界，在短短的几个月内就有数以百计的科学家转而研究这种新的射线。

    患者的福音——×射线的医学应用

    X射线能顺利穿透肌肉组织，但穿不过骨骼这样密度大的组织，因而能在底片上留下阴影。

    于是，X射线迅速地被医学界广泛利用，成为透视人体、检查伤病的有效医疗工具。它也直接推动了CT机等现代医学仪器的问世。

    为了能检查人体软组织器官和血管等X射线能透过的部位，科学家陆续研发了一整套技术，即在检查之前，用射线透不过的物质来填充软组织和各种管道。1962年，冠状动脉X射线摄影法诞生，并成为心脏病检查的最有效的手法之一。

    X射线的晶体结构分析

    1912年，德国物理学家劳厄大胆假设，如果X射线是一种波长很短的电磁波，晶体中的原子又都按一定规则排列，那么X射线穿透晶体时，应当跟光线穿过衍射光栅后一样，也会出现衍射图样。这一设想不久被实验所证实，规则分布在感光底片上的衍射黑点被称为劳厄图样，它就是晶体的微观结构在宏观上的体现。

    X光机与X射线激光器

    X光机是产生X光的设备，主要由X光管和X光机电源组成，X光管又由阴极灯丝、阳极靶和真空玻璃管组成。X光机广泛应用于医疗卫生、科学教育、工业等各个领域。火车站、机场、海关等场所，都是X光机的用武之地。

    X射线激光器是能发射X射线激光的装置。在红极一时的“星球大战计划”中，核心武器是高能X射线激光器，这种尖端武器装在军事卫星上，能远距离摧毁对方的洲际导弹。它在超大规模集成电路的制造上也大显身手，因为波长极短的X射线激光可以把电路中的连线光刻成头发的几万分之一那么细。

    X射线天文学

    X射线天文学是通过X射线波段研究天体的一门学科。随着它的发展，人类发射了专门研究X射线的天文卫星，观测到许多先前不知道的宇宙X射线源，使X射线源的数量猛增。

    X射线天文学的一个突出成就，就是将掠射光学原理应用于X射线天文，使大面积X光聚焦成像技术成为现实，制成了真正有研究价值和高分辨本领的X射线望远镜。它提供了把X射线的探测区域扩大到更遥远的宇宙深处的可能性。

    X射线天文学从诞生时起，在近20年的时间内发现了一系列前所未知的新型天体，获得了光学天文无法得到的天体信息，大大地扩展了天文学的研究领域。

    X射线对人体健康的危害与预防

    人体组织是会吸收X射线的，这有害健康。轻则造成局部组织灼伤，重则造成白血球数量下降，毛发脱落，从而引发严重的射线病。

    要防止这些伤害，最基本的就是要防止身体各部位，特别是头部受到X射线的直接照射或长时间照射；尽量不要呆在X射线实验室，室内必须要能保证良好的通风。

    氧气

    化学史上的重大里程碑——氧气的发现

    1773年，瑞典化学家居勒通过蒸馏硝石的方法收集到了“火焰空气”，这种气体能使将要熄灭的火柴重燃，其实它就是不纯的氧气。

    英国化学家普利斯特里证实了氧气的存在。他将一根点燃的蜡烛放入一个预先放有小老鼠的玻璃容器中，盖紧容器。结果蜡烛很快熄灭，小老鼠也很快死去。他又将一盆花放入玻璃罩内，花盆边放了一支点燃的蜡烛。蜡烛熄灭后，花不但安然无恙，还于第二天早晨长出了花蕾。他又往这个玻璃罩内放了一支蜡烛，蜡烛燃烧了一段时间后才熄灭。他由此得出结论：植物可以放出能维持物质燃烧的气体。

    1774年，普利斯特里把氧化汞放置在玻璃钟罩内的水银面上，用一直径30厘米、焦距50厘米的镜子将阳光聚集在氧化汞上。氧化汞很快被分解，他得到了纯净的氧气。

    最后，法国化学家拉瓦锡揭开了氧气的本质——一种能助燃、有助于呼吸的气体，并形成了自己的氧化理论，科学的燃烧理论就此建立起来。

    医疗新法——高压氧治疗

    如今，仅仅是氧气已经不能满足日新月异的医学发展的需要了，于是，高压氧应运而生。

    高压氧的治疗作用机制是在高压氧的环境中使人被动地多吸收高浓度氧气，以提高血液中的氧含量和血氧的张力，改善组织缺氧状态，以达到治疗疾病的目的。

    高压氧可用于治疗脑出血、血管性头痛、神经性头痛、突发性耳聋、牙周病等疑难病症。但是，氧气并不是吸入得越多越好，过量吸氧会促使生命衰老。在纯氧环境中，人会很快“氧中毒”，甚至发生脑细胞变性坏死，导致抽搐昏迷，甚至死亡。

    新兴的氧气消费——氧气喷泉吧

    时至今日，新鲜空气成了一种奢侈品。许多现代大都市中的人们都比以往更加渴望呼吸充满大自然气息的新鲜空气，渴望重归乡野和森林去自由呼吸。

    随着人们对新鲜空气的需求欲望愈发强烈，在美国洛杉矶等大城市，一种氧气喷泉吧随之设立。

    在氧气喷泉吧里，人们手持透明氧气罐，其上插了精巧的外接吸收装置，轻轻一吸，罐内的纯氧即喷涌而出。带着柠檬味或其他香味的氧气可连续输送20分钟。除此之外，美国其他与氧有关的产品不断涌现，如各种含氧水、含氧汽水、含氧胶丸等。氧气消费已成为一股新潮流。

    地球的“保护伞”——臭氧层

    150多年前，德国化学家先贝因博士在水电解及火花放电实验中发现了臭氧。臭氧是无色气体，有特殊臭味，因此而得名。

    从太阳中飞出的带电粒子进入大气层，使氧分子裂变成氧原子，部分氧原子与氧分子重新结合形成臭氧。距地面15至50千米高度的大气平流层，集中了地球上约90％的臭氧，这就是臭氧层。臭氧层吸收了大量太阳辐射的紫外线，可以使大气的热量状况趋于稳定状态。

    然而，随着现代工业的发展，尤其是电冰箱的不断增多，大量氯氟烃升入同温层，与紫外线作用产生游离的氯原子，它夺走了臭氧中的氧原子，臭氧层开始变薄，在南极等地的上空还出现了臭氧空洞。

    臭氧层被破坏使到达地面的紫外线增加，使人类产生皮肤病变，并增加了白内障的发生概率。海洋中的浮游生物也受到致命的影响，农作物减产，温室效应增强。目前，臭氧层的空洞已经到了一定的程度了，要靠人类的技术去弥补，几乎是不可能的，唯一的希望就是靠臭氧层自行弥合。

    地球上的氧气会被用光吗

    如今，环境日益恶化，人类的生存受到威胁，有些人会担心——地球上的氧气会被用光吗？

    现在看来，这种担心无异于杞人忧天。目前地球上的绿色植物的数量还是十分可观的，它们经光合作用不断地生产氧气。

    然而，从理论上讲，氧气不是没有可能被用光的，如果环境继续被破坏，世界末日早晚都会来临的。那么该如何增加空气中的氧气呢？最重要的就是保护绿色植物、增加森林面积。

    血型

    给血液分组——红细胞血型的发现

    1900年，奥地利的卡尔·兰德施坦纳发现了红细胞血型。他把不同人的红细胞与血清交叉混合后，发现有的发生凝集反应，有的则不发生。他认为，红细胞上有一种抗原，血清中有一种抗体，如果抗原与抗体有相对应的特异关系，便发生凝集反应。例如，红细胞上有A抗原，血清中有A抗体，便会发生凝集。如果红细胞缺乏某一种抗原，或血清中缺乏与之对应的抗体，就不发生凝集。

    根据这个原理，他发现了人的A、B、O血型。除此之外，还存在着一种较为少见的血型——AB型。

    白细胞血型——HLA

    HLA是人类白细胞抗原中最重要的一类。与红细胞血型相比，人们对白细胞抗原的了解较晚。1958年，法国科学家J．多塞发现了人体第一个白细胞抗原。现在，已发现的HLA抗原有144种以上。

    HLA抗原是一种糖蛋白，其分子结构与免疫球蛋白极相似。HLA和红细胞血型一样都受遗传规律的控制。在无血缘关系的人之间找出HLA相同的两个是很困难的。但同胞兄弟姊妹之间总是有1/4的机会HLA完全相同或完全不同。因此法医鉴定亲缘关系时，HLA测定是最有力的工具之一。

    血型的区域性分布

    在人类学上，科学家根据A型、B型及O型的出现频率，制定了一个叫做种族生化指数的数值，来研究各种血型在各人种中的分布规律。

    O型出现频率最高的地区是欧洲西北部、西南非、澳大利亚大部分及南印度和中美洲；B型出现频率最高的地区是中亚及北印度；A型在欧洲大部、西亚及澳大利亚南部的土著和某些美洲印第安人部族中，出现频率最高。

    血液循环

    最卓越的“水渠”——血液循环的发现

    关于血液的流动，自古以来就有许多探索。17世纪以前，由古希腊人盖伦提出的血液流动理论，由于充满神秘色彩并满足了教会的需要，被教会视为不可动摇的经典。

    比利时解剖学家维萨里曾因试图修正盖伦的理论而被流放到耶路撒冷；西班牙医生塞尔维特也因批判盖伦的理论而被教会处以火刑。

    英国医生哈维经过无数次的动物解剖实验逐渐发现，血液是从心脏里经动脉流出来的，然后又经静脉流回心脏。始终保持同一方向，周而复始。这种血液的循环为身体各部分运送大量的营养素和氧，帮助人体完成了新陈代谢。1628年，他出版了《心血运动论》，标志着血液循环理论的诞生。

    人体的血液是如何循环的

    人体的血液循环是封闭式的、由体循环和肺循环两条途径构成的双循环。

    血液由左心室射出，经主动脉及其各级分支流到全身的毛细血管，动脉血变为静脉血后，再经各级静脉汇合到上、下腔静脉，流回右心房，这一循环为体循环。

    血液由右心室射出，经肺动脉流到肺部毛细血管，静脉血变为动脉血后，经肺静脉流回左心房，该循环为肺循环。

    血液流量的调节

    人体有调节自身血液分配的机能。血液在身体各部分的流量并非完全相同，这种现象主要是由于毛细血管的扩张与收缩造成的。当毛细血管扩张时，血液流量会增加；当毛细血管收缩时，血液流量就会减少。而毛细血管的扩张与收缩是由神经控制和调节的。全身血液流量的大小，也会随着身体状态的变化而变化。

    细菌

    细菌学的兴起

    细菌学是微生物学的一个分支学科。它主要研究细菌的形态、生理、生物化学、生态、遗传、进化、分类及其应用。

    1676年，列文虎克首先发现了口腔中的细菌。1861年，巴斯德证明了空气中有许多种细菌存在，它们能引起各种疾病。1876年，德国人科赫分离出了炭疽菌，提出有名的科赫法则。他为了弄清霍乱弧菌与形态上无法区别的其他弧菌的不同，进行了生理、生物化学方面的研究，使医学细菌学得到率先发展。

    19世纪的最后20年，细菌学的发展超越了医学细菌学的范畴，工业细菌学、农业细菌学也迅速建立和发展起来。

    “白色瘟疫”——结核杆菌的发现

    肺结核病，欧洲很多地方称其为“白色瘟疫”，曾被视为绝症。

    肺结核是由人型结核杆菌侵入肺脏后，引起的一种具有强烈传染性的慢性消耗性疾病，表现为咯痰、咯血、胸痛、发热等局部及全身症状。抗生素、卡介苗和化疗药物的问世是人类在与肺结核抗争史上里程碑式的胜利。但由于环境污染和艾滋病的蔓延，这种顽固的“痨病”又向人类发起了新一轮的挑战，防治肺结核依然是全人类、全社会的共同任务。

    天花病毒细菌发电

    生物学家预言，21世纪将是细菌发电造福人类的时代。细菌发电技术诞生于20世纪初。现在，各种不同的细菌电池相继问世。有一种综合细菌电池，先由电池里的单细胞藻类利用日光将二氧化碳和水转化成糖，然后再让细菌利用这些糖来发电。利用细菌发电原理，还可以建立细菌发电站。在10米见方的立方体盛器里充满细菌培养液，就可建立一个1000千瓦的无污染“绿色”细菌发电站。

    病毒

    滤不掉的微生物——病毒的发现

    1892年，俄国学者伊凡诺夫斯基发现将用细菌过滤器处理过的有病的烟叶滤汁擦在无病的烟叶上，依然会使正常的叶子生病。于是，他发现了比细菌更小的能通过细菌过滤器的微生物——病毒。

    1935年，美国生化学家斯坦利提用酶把病毒提纯出来，为分子病毒学和分子生物学的诞生奠定了基础。

    病毒是如何危害健康的

    病毒是一个小颗粒，共有两层：外层是蛋白质，蛋白层里边裹着一层核酸分子。蛋白层不但要保护病毒，还要选择病毒寄生的细胞；核酸分子则储存和记录病毒的遗体信息，控制着后代的繁殖。

    病毒有一套独特的新陈代谢方式。它先找到一个寄主——其他的生物细胞，进入寄主的身体后，它先命令酶系统合成病毒需要的蛋白质和核酸，再命令寄主把合成的蛋白质和核酸改造成新的病毒颗粒，等这一系列的工作完成之后，病毒便将寄主分解消灭并一脚踢开，同时把大量的新生病毒释放出来，这些病毒又按同样的方式扩大自己的队伍，从而危害机体的健康。

    病毒的克星——干扰素

    1957年，美国细菌学家萨克斯发现，在病毒的刺激下，细胞中会产生一种蛋白质，它能抑制后来病毒的侵染。他认为这种特殊的蛋白质能起到干扰病毒的作用，就将其命名为“干扰素”。

    干扰素是一组具有多种功能的活性蛋白质，是一种由单核细胞和淋巴细胞产生的细胞因子。它们在同种细胞上具有抗病毒、影响细胞生长和分化、调节免疫功能等多种生物活性，能治疗病毒性肝炎、癌症等。

    麻醉剂——消除疼痛的神奇药剂

    麻醉剂是施行手术或进行诊断性检查操作时，为消除疼痛、保障病人安全、创造良好的手术条件而使用的一种药物。麻醉剂的发明使外科手术发生了重大的革新。

    曾经使用过的麻醉剂

    最早的麻醉剂发明者是中国东汉著名医学家华佗，他使用麻沸散作为外科手术时的麻醉剂，曾经成功地做过腹腔肿瘤切除术，肠、骨等部位的切除吻合术等。

    1799年，英国化学家戴维发现笑气（N20）有使神经兴奋的作用，并可以用来麻醉止痛，但这种气体的麻醉效果不稳定。

    1846年9月，莫顿用乙醚做麻醉剂，成功地进行了一次牙科手术和一例颈部肿瘤摘除手术。从此麻醉剂在外科手术中得到广泛应用。

    不断问世的新型麻醉剂

    中国现代医学为加强麻醉深度，采用中西结合的方式，将古方中的麻醉主药用适当溶剂和方法提取出有效成分，然后选择性地加入合理的西药与肌松剂，形成更有效的新型麻醉剂。

    目前世界上广泛使用的麻醉剂，含有50％促使肌肉放松的良性同分异构素和50％对心脏有害的恶性同分异构素。如果使用不当，就会导致心脏停止跳动，使患者死亡。

    最近，巴西科研人员研制出一种新配方，将麻醉剂中良性同分异构素的含量增加到75％，将恶性同分异构素的含量降低到25％。这种新型麻醉剂不仅可以在所有需要局部麻醉的手术中使用，而且可以缓解手术后的疼痛。

    常见的麻醉法

    麻醉法主要包括全身麻醉、局部麻醉和复合麻醉。局部麻醉利用局部麻醉药如普鲁卡因、利多卡因等，使身体的某一部位暂时失去感觉。复合麻醉则同时或先后应用两种或更多的麻醉药、辅助药或麻醉方法，以增强麻醉效果。全身麻醉时，麻醉药作用于中枢神经系统，使其作用被抑制，人就会意识丧失、全身感觉不到疼痛。

    根据麻醉剂进入人体的途径，麻醉法又可分为吸入麻醉、静脉麻醉和基础麻醉。

    青霉素

    登上历史舞台的青霉素

    1928年秋，英国细菌学家弗莱明证明了青霉菌中的某种物质可以杀死白喉菌、肺炎菌、炭疽菌和链球菌，而且对人和动物没有毒性。

    他把这种青霉菌分泌的杀菌物质称为青霉素。

    青霉素1939年，澳大利亚病理学家佛罗里和德国生物化学家钱恩成立了一个联合实验组，开始对青霉素进行提纯。几个月后，佛罗里和钱恩终于提取出了一小匙青霉素，并将其应用于临床试验。1942年，青霉素开始大批量生产。

    青霉素家族简介

    按特点，青霉素可分为青霉素盐类、耐酶青霉素、广谱青霉素、氮咪青霉素等。按来源，青霉素可

    分为两类：一类是从青霉素菌培养液中提取的，可以用来改善培养液；另一类是由化学方法合成的半合成青霉素，如头孢霉素等，性质稳定，可长期保存。

    青霉素过敏

    青霉素是应用广泛的抗菌药物，低浓度时抑菌，高浓度时杀菌。它本身毒性很小，却有人因为对其过敏，而产生不良的反应甚至死亡。

    青霉素过敏发生率最高可达5％至10％。表现为皮疹、血管性水肿等，最严重者为过敏性休克，多在注射后数分钟内发生，症状为呼吸困难、血压下降、昏迷、肢体僵直，抢救不及时可能造成死亡。

    各种给药途径或应用各种制剂都能引起过敏性休克，但以注射用药的发生率最高。

    过敏反应的发生与药物剂量大小无关。对青霉素高度过敏者，用药虽极微量亦能引起休克。

    维生素

    维生素的发现

    1897年，荷兰军医C．艾克曼在爪哇发现，只吃精磨的白米会让人患上脚气病，未经碾磨的糙米却能治疗这种病。1911年，C．丰克鉴定出在糙米中能对抗脚气病的物质是胺类（一类合氮的化合物），因它是维持生命所必需的物质，故将其命名为“Vitamin”，即“生命的胺”的意思。以后陆续发现许多维生素，它们的化学性质不同，生理功能也不同，还有许多维生素根本不合胺和氮，但C．丰克的命名仍被沿用下来。

    庞大的维生素家族

    维生素是个庞大的家族，目前所知的维生素就有几十种，大致可分为脂溶性和水溶性两大类。水溶性维生素包括维生素B1、维生素B2、

    维生素B5、维生素B6和维生素C等，在烹饪过程中容易损失，被机体吸收后也不能贮存，会随尿液排出。

    如果水溶性维生素缺乏，人就会出现代谢紊乱、毛发干枯、生长发育迟缓等症状，也容易遭受感染等。

    脂溶性维生素包括维生素A、维生素D、维生素E和维生素K等，可随脂肪为机体吸收，易在体内储存，过量则容易引起中毒。

    有些物质在化学结构上类似于某种维生素，经过简单的代谢反应即可转变成维生素，此类物质称为维生素原，例如，β-胡萝卜素能转变为维生素A；7-脱氢胆固醇可转变为维生素D3。

    不同维生素的共性

    各种维生素的化学结构以及性质虽然不同，但它们却有着很多共同点。维生素均以维生素原的形式存在；它们都不是构成机体组织和细胞的成分，也不会产生能量，其作用主要是参与机体代谢的调节；大多数维生素机体不能合成或合成量不足，无法满足机体的需要，必须通过食物获得；人体对维生素的需要量很小，日需要量常以毫克或微克计算，一旦缺乏就会引发相应的维生素缺乏症，影响身体健康。

    胰岛素

    胰岛素的诞生

    1889年，德国医学家胡思·梅林和俄国医学家奥斯加·明科夫斯基，为了研究人体胰腺的消化功能，切除了一只狗的胰腺，结果那只狗患上了糖尿病，从而发现了胰腺与糖尿病的关系。

    20世纪20年代，加拿大多伦多的一个名叫班亭的医生和他的助手贝斯特，第一次从狗的胰腺中提取出胰岛素。1922年1月1日，他们将首次提取出的胰岛素注射到一个年仅14岁的糖尿病患者汤普森身上，使他奇迹般地活了下来。

    1923年，胰岛素开始大批量生产。1965年，中国科学家首次人工合成牛胰岛素，向揭开生命奥秘的历程迈进了一大步。

    胰岛素的神奇疗效

    胰岛素不仅能降低血糖，还能促进糖原、脂肪、蛋白质合成。

    它能促进全身组织对葡萄糖的摄取和利用，并抑制糖原的分解和糖原异生；促进脂肪的合成与贮存，使血液中的游离脂肪酸减少，同时抑制脂肪的分解氧化；促进细胞对氨基酸的摄取和蛋白质的合成，抑制蛋白质的分解，因而有利于机体生长；腺垂体生长激素的促蛋白质合成作用，必须有胰岛素的存在才能表现出来。

    胰岛素还可促进钾离子和镁离子穿过细胞膜进入细胞内；可促进脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）及三磷酸腺苷（ATP）的合成。

    胰岛素的分类

    根据来源，胰岛素制剂可分为从猪胰脏提取的猪胰岛素、从牛胰脏提取的牛胰岛素及人胰岛素。

    根据作用时间，胰岛素制剂有短效、中效与长效三种。短效胰岛素的作用持续时间为5至7小时；中效胰岛素的为18至24小时；长效胰岛素的为28至6小时。

    另外，依照纯度，胰岛素又有标准品及高纯品之分。

    阿司匹林

    阿司匹林的诞生

    1827年，英国科学家拉罗克斯首先发现柳树中含有一种叫水杨苷的物质。1853年，德国化学家杰尔赫首次合成水杨酸盐类的前身——纯水杨酸，它具有退热止痛的作用，但毒性较大。

    阿司匹林1897年，拜尔公司的职员费利克斯·霍夫曼在他的上司——著名犹太化学家阿瑟·艾肯格伦的指导下，从柳树叶的提取物柳醇中第一次合成了乙酰水杨酸，即阿司匹林的主要成分。它有很好的止痛和退热功能，且无明显的副作用。1899年，以它为主要成分的药物被广泛应用于临床，并取名阿司匹林。

    阿司匹林片的药理

    生活中常用的阿司匹林片是一种复方解热镇痛药。其中阿司匹林和非那西丁均具有解热镇痛作用，能抑制下丘脑前列腺素的合成和释放，恢复体温调节中枢感受神经元的正常反应性而起退热镇痛作用。

    阿司匹林片通过抑制外周前列腺素等的合成起镇痛、消炎和抗风湿作用，还能抗血小板凝结。其中的咖啡因为中枢神经兴奋药，能兴奋大脑皮层，提高对外界的感应性，并有收缩脑血管、缓解头痛的效果。

    阿司匹林的最佳剂量

    美国科学家指出，使用阿司匹林预防心肌梗死、脑卒中和血管性死亡，患者应根据病情，使用最佳剂量。

    对大部分病人来说，包括慢性稳定或不稳定心绞痛患者，服用阿司匹林75mg/日可有效降低发生急性心肌梗死和死亡的危险。这一剂量也可降低一过性脑缺血患者脑卒中和死亡的发生率。

    临床实践证明，患者即使服用比标准剂量更高的阿司匹林，疗效也不会进一步提高，但副作用的发生率却大大增加。因此在治疗各种血栓性疾病时，患者应该使用最小的有效剂量，而使毒副作用减至最小。

    牛痘疫苗

    “死神的帮凶”——天花

    天花是一种由天花病毒引起的急性、烈性传染病，主要表现为全身循序成批出现斑疹、丘疹、疱疹、脓疱疹等皮疹，并伴有高烧、恶心等症状，患者常遗留痘痕或死亡。

    天花病的历史似乎与人类历史一样漫长，它曾在全世界流行，传染性强、患者死亡率极高。

    这个可怕的妖魔，上至皇帝贵族，下到平民百姓，都不放过。曾几何时，天花就是死亡的代名词。

    天花疫苗——牛痘

    1796年，英国外科医生詹纳认识到，牛痘是牛患的一种与天花相似的疾病，但它并不会导致牛的死亡。它传染给人类，对人也没有危险，而人如果感染牛痘，应该再也不会得天花。

    不久，詹纳做了一项大胆的尝试。

    他从一位患牛痘的挤奶女工手指上的疱疹中提取出一些液体，植入一个8岁男孩的手臂。48天后，詹纳又给他接种了天花病毒，而男孩并没有染上天花。

    实验证明，詹纳的认识是正确的。此后，牛痘接种迅速在世界大部分地区推广。

    警惕“天花武器”

    1980年5月8日，第三届世界卫生组织大会庄严宣布：危害人类达数千年之久的头号瘟神——天花，已经被彻底地从地球上根除。

    但是，自从2001年9月和10月美国发生一系列生化恐怖袭击事件后，美国政府又开始采取措施，随时准备应对把天花作为生化武器的恐怖袭击。加拿大和美国还签署了一项联合研制新型天花疫苗的协议，这种天花疫苗将主要供两国将来参与“反生化恐怖”活动的军人使用。

    口服避孕药

    世界上最早的口服避孕药

    1950年，美国生理学家平卡斯组建了一个科研小组，着手研究口服避孕药。他们发现，如果在一种名为羟炔诺酮的化学药品内混入少量的炔雌醇甲醚，适量服用后不仅可以抑制排卵，还可以调节月经的规律，进而起到避孕的作用。这种药物最终被命名为异炔诺酮。

    1956年4月，这种口服避孕药开始应用于临床试验。结果表明，它的避孕效果十分显著，能满足人们对避孕方法简单、可靠的要求。

    异炔诺酮随即推广。

    异曲同工的口服避孕药

    女性口服避孕药的主要成分是孕激素和雌激素，通过抑制排卵或阻止受精卵着床等渠道达到避孕效果。根据药效维持时间长短和服用方法的不同，口服避孕药可分为长效、短效和速效三种。

    短效口服避孕药有三种。口服避孕药1号，即炔诺酮片；口服避孕片2号，即复方甲地孕酮片；口服避孕药0号。前两种比较常用。

    长效口服避孕药主要有复方18-甲基炔诺酮月服片、复方16-次甲基氯地孕酮月服片和长效1恩号避孕药。长效避孕药一般每个月只服一片即可有效。

    速效口服避孕药又叫探亲避孕药，主要适用于分居两地的夫妇临时探亲过程中避孕所用。

    复方口服避孕药之短长

    复方口服短效避孕药是一种非常可靠的避孕药物，如果能按照规律服用，避孕有效率接近100％。

    另外，它还有非常宝贵的辅助治疗功效，可治疗月经紊乱、痛经等病症，并能有效治疗子宫内膜异位疼痛，减低宫外孕和卵巢癌的发生。

    但是，一定要根据自己的实际情况选择合适的复方口服避孕药，并正确使用，否则会产生严重的副作用。常见的有呕吐、腹泻或药物相互作用使有效率降低，导致避孕失败。少数妇女会出现头痛、恶心、乳房胀感、体重改变等症状。

    DNA

    “浮出水面”的DNA

    1868年，瑞士籍生物化学家米歇尔用胃蛋白酶分解脓血时，发现细胞核中含有一种富合磷和氮的物质。德国化学家霍佩·赛勒给该物质取名为“核素”，人们发现它呈酸性后，又改叫它“核酸”。

    20世纪，美国科学家莱文发现核酸中的碳水化合物是由5个碳原子组成的核糖分子。核酸由核苷酸组成，每个核苷酸又由磷酸、核糖和碱基构成。他将核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸。脱氧核糖核酸的碱基有四种：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。

    生命的密码——DNA的双螺旋结构

    1952年，美国生物学家詹姆斯·沃森和英国物理学家佛朗西斯·克里克，发现了DNA分子的双螺旋结构，并共同完成了DNA金属模型的组装。

    DNA由两条核苷酸链组成，它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起，很像一座螺旋形的楼梯，两侧扶手是两条多核苷酸链的糖一磷交替结合的骨架，而踏板就是碱基对。

    1967年，遗传密码全部被破解。它表明：基因实际就是DNA大分子中的一个片段，是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位，这种控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。

    DNA的特性与功能

    DNA是由核酸单体聚合而成的高分子聚合物，对紫外线有吸收作用。它的四种含氮碱基在组成上具有物种特异性和规律性，即其比例在同物种不同个体间是一致的，但在不同物种间则有差异。

    DNA的功能是贮存决定物种的蛋白质和RNA结构的全部遗传信息；策划生物有次序地合成细胞和组织；确定生物生命周期的活性和生物的个性。

    DNA亲子鉴定

    一个人有23对（46条）染色体，同一对染色体上占有相同“座位”的一对基因称为等位基因，一般一个来自父亲，一个来自母亲。

    如果检测到某个DNA位点的等位基因，一个与母亲相同，另一个就应与父亲相同。除了双胞胎，每个人的DNA都是独一无二的。

    DNA鉴定亲子关系目前用得最多的是DNA分型鉴定。人的DNA分子空间模型血液、毛发、唾液、口腔细胞等都可以用于亲子鉴定。利用DNA进行亲子鉴定，只需作十几至几十个DNA位点检测。如果这些位点全部一样，就可以确定亲子关系；如果有3个以上（包括3个）的位点不同，则可排除亲子关系；有一两个位点不同，则应考虑基因突变的可能，还需通过加做一些位点的检测进行辨别。

    人类基因组计划

    人类基因组计划是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。这一计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划，旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组进行精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。

    2000年6月26日，参加人类基因组工程项目的美、英、法、德、日和中国的科学家共同宣布，人类基因组草图的绘制工作已经完成。

    最终完成图要求测序所用的克隆能忠实地代表常染色体的基因组结构，序列错误率低于万分之一。有95％常染色质区域被测序。

    DNA芯片

    DNA芯片又称基因芯片，实质上就是一种高密度的DNA探针阵列。它采用在位组合合成化学和微电子芯片的光刻技术等，将大量特定系列的DNA片断有序地固化在玻璃或衬底上。

    DNA芯片可检测到大量相应的生命信息，包括基因识别、鉴定以及基因突变和基因表达等方面。目前，DNA芯片主要用于对生命信息进行储存和处理，它能够迅速、高效、同步地获取规模空前的生命信息。

    DNA芯片技术有望成为今后生命科学研究和医学诊断中革命性的新方法。

    基因工程

    世界上第一个基因工程的技术专利

    1973年，美国斯坦福大学的科恩教授从大肠杆菌中取出两种不同的质粒。它们各自具有一个抗药基因，分别对抗不同的药物。科恩将这两种不同的抗药基因取下来，将它们拼接在同一个质粒中，于是产生了新的杂合质粒。当这种杂合质粒进入大肠杆菌内部后，这些大肠杆菌就能抵抗两种药物，而且这种大肠杆菌的后代都具有双重抗药性。这表明杂合质粒在大肠杆菌细胞分裂时也能自我复制，它标志着基因工程的首次成功。

    1974年，科恩将金黄色葡萄球菌的质粒和大肠杆菌的质粒组装成杂合质粒，送入大肠杆菌体内，使这种大肠杆菌获得了对青霉素的抗药性。后来，他又把非洲爪蟾的DNA与大肠杆菌的质粒进行拼接，并获得成功，产生了非洲爪蟾的核糖体核糖核酸。这表明基因工程可以完全不受生物种类的限制，创造新的生物。

    随后，科恩以DNA重组技术发明人的身份申报了世界上第一个基因工程的技术专利。

    奏响基因工程的变奏曲

    基因工程主要包括基因重组、基因组的改造、核酸序列分析、分子进化分析、分子免疫学、基因克隆、基因诊断和基因治疗等内容。

    要完成一项基因工程，必须经过四个步骤。首先是获取符合人们要求的DNA片断，接着，将目的基因从供体DNA长链中准确地剪切下来，与质粒或病毒DNA连接成重组DNA。然后，把重组DNA引入受体细胞，受体细胞必须是一种分子小、能自由通过的细胞，而且在装载了外来的DNA片断后仍能照常复制。最后，还需要将能表达目的基因的受体细胞挑选出来进行测试，看是否达到了预期目的。

    基因的运输工具——运载体

    要将一个外源基因送入受体细胞，是需要有运输工具的，这就是运载体。作为运载体的物质必须具备以下特定的条件：它能够在宿主细胞中复制并稳定地保存；具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接；具有某些标记基因，便于进行筛选。目前，符合上述条件并经常使用的运载体有质粒、噬菌体、脂质载体和动植物病毒等。

    质粒是基因工程中最常用的运载体，它广泛地存在于细菌中，是细菌染色体外能够自主复制的环状DNA分子，大小只有普通细菌染色体DNA的百分之一。

    质粒能够“友好”地“借居”在宿主细胞中。一般来说，质粒的存在与否对宿主细胞生存没有决定性的作用。但是，质粒的复制只能在宿主细胞内完成。

    大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌等细菌中都有质粒。

    理想的助手——基因枪

    基因枪通常以氦气为动力，以干电池为起动电源，把DNA微弹或颗粒药物直接发射到人体或动物的细胞、组织或器官中，以此来发挥作用。

    枪的固定封闭式弹膛里有一个特殊的金属板，板上有一微孔。

    这个金属板能阻止弹丸的塑料部分进入，但带有外源基因的微粒却能够通过微孔，进入紧贴金属板的组织或细胞中。

    基因枪能将外源基因导入酵母、高等植物甚至高等动物的细胞内，这是其他医疗器械无法做到的。

    可怕的基因武器

    基因武器，也称遗传工程武器或DNA武器。它运用先进的遗传工程技术，按人们的需要通过基因重组，在一些致病细菌或病毒中接入能对抗普通疫苗或药物的基因，或者在一些本来不会致病的微生物体内接入致病基因而制造成生物武器。

    基因武器能精确分辨敌我，只攻击敌方特定人群。它秘密施放，难以防治，有抗药性和传染性，杀伤力极大，对敌方有强烈的心理威慑作用。

    目前，基因武器主要有微生物基因武器、毒素基因武器、转基因食物和克隆武器等。

    试管婴儿

    世界上第一个试管婴儿

    1978年7月25日23时47分，世界上第一个试管婴儿路易丝·布朗在英国的奥尔德姆市医院诞生，她被称做“世纪婴儿”，她的诞生被认为是继心脏移植成功后医学上的

    又一大奇迹。

    此后，关于试管婴儿的研究发展极为迅速。现在世界各地的试管婴儿总数已有约300万名。

    试管婴儿的成功率

    从30年前试管婴儿诞生到今天，人类的辅助生殖技术有了很大的发展。随着各项技术逐渐成熟，试管婴儿的成功率在世界范围内逐渐提高，从原来的20％至25％已经提高到60％甚至更高的水平。

    试管婴儿的成功率取决于很多方面，主要有内分泌及实验室的条件、技术人员的技术水平，当然也取决于女方的年龄、子宫和卵巢条件以及身体状况等。其中，女方的年龄是最大的影响因素。

    冷冻胚胎

    试管婴儿技术可以超越人类的排卵极限，形成多个胚胎。

    国内目前规定，最多移植的胚胎数量为3个。对于超过3枚的，可以将多余的优质胚胎冷冻在液氮内，如果移植的胚胎不成功，就可以在下一次治疗周期移植冷冻的胚胎。冷冻胚胎试管婴儿的成功率一般会比新鲜周期的试管婴儿成功率低10％。

    不断升级的试管婴儿技术

    试管婴儿技术发展到今天，已经进入了第四代。

    第一代解决的是因女性因素引致的不孕；第二代解决的是因男性因素引致的不育；第三代则从生物遗传学的角度，帮助人类生育最健康的后代，为有遗传病的未来父母提供生育健康孩子的机会；第四代试管婴儿技术又叫卵浆置换技术，通过显微镜技术将质量不高的卵子内的卵浆同另一女性的健康卵浆置换，以增强卵子活力，提高试管婴儿的成功率。

    克隆技术

    克隆技术的第一次成功应用

    克隆动物的原始设想是由德国人汉斯·施佩曼于1938年提出的。但到1996年，所有利用动物体干细胞进行的克隆实验都未能取得成功。

    1997年，英国科学家威尔穆特通过克隆动物干细胞，有史以来第一次克隆出一只存活的动物——一只名为“多莉”的绵羊。这是克隆技术研究领域的巨大突破，从而为大规模复制动物优良品种和生产转基因动物提供了有效方法，并间接证明了人类利用克隆技术来复制自身是完全可行的。

    克隆是如何进行的

    克隆的基本过程是，先将含有完整遗传物质的供体细胞的核移植到取出了细胞核的卵细胞中，利用微电流剌激等方法，使两者融合为一体，然后促使这一新细胞分裂繁殖发育为胚胎。当胚胎发育到一定程度后，再植入动物子宫中培养。

    经过一段时间的孕育，便可产下与提供细胞者基因相同的动物。在这一过程中，如果对供体细胞进行改造，那么克隆出的动物后代基因就会发生相应的变化。

    造福人类的克隆技术

    克隆技术在农业、医学和社会生活的各个方面都具有广阔的应用前景。利用克隆技术，可繁殖优良物种，从同一个体中复制出大量完全相同的纯正品种，且费时少、选育的品种性状稳定，不需再分离。

    这一技术还能用来建造动物药厂，利用转基因技术将药物蛋白基因转移到动物中并使之在乳腺中表达，产生含有药物蛋白的乳汁，并利用克隆技术繁殖这种转基因动物，大量制造药物蛋白。

    采用克隆技术，可以克隆异种纯系动物，提供移植器官。同时，可以建立实验动物模型，探索动物发病规律，并拯救濒危动物，保护生态平衡。克隆技术的应用可望人为地调节自然动物群体的兴衰，使之达到平衡发展。

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