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N95口罩秘史:清末抗疫,中国被提名诺奖第一人

编译 刘迪一 世界科学 2023-07-11
N95口罩如同一堵横亘在COVID-19与人类健康之间的织物城墙,在守护呼吸道的同时,这堵紧贴脸部、能过滤掉空气中95%的细小颗粒物、目前供不应求的“墙”也成了新冠疫情中比呼吸器以及其他防护设备更具标志性的建筑。
口罩的历史可以说始于1910年——一位华人医生将世界从当时一种最严重疾病里拯救出来。



第一个阻止气味的口罩


克里斯托斯•林特里斯(Christos Lynteris)表示,很早我们就知道细菌和病毒可能会在空中漂浮并使我们生病,于是便选择了口罩遮盖脸部。林特里斯是圣安德鲁斯大学社会人类学系的高级讲师,也是医用口罩历史方面的专家。


他所追溯的那个很早实际上来自文艺复兴时期的画作——人们用手帕遮住鼻子以避免生病,以及描述1720年法国马赛鼠疫的画作——掘墓者和老百姓在处理尸体时用布裹着自己的脸(当然,鼠疫在当时其实是通过跳蚤的叮咬传播的)


林特里斯谈起这种以布护面的做法时表示:“他们这样做的原因在于当时的人们通常认为像鼠疫之类的疾病是瘴气(miasma),或是从地面散发出来的某种气体。用布料遮挡口鼻是为了抵御腐败空气的瘟疫,而非保护自己免受他人身上的病原体侵害。”


17世纪罗马的瘟疫医生施纳贝尔医生的铜版画


毒气理论驱使着瘟疫口罩遍及17世纪的欧洲,而那些用棍棒轻拍着感染者的医生会戴上它们。这种口罩独特的细长造型类似于大鸟嘴,边缘处有两个鼻孔,可以用来装熏香。人们认为,通过保护自己免受瘟疫的气味的侵袭,就可以免受鼠疫本身的影响。


林特里斯说道:“臭气会导致疾病这种想法一直持续到19世纪初。”值得注意的是,200年后,一位名叫安托万·巴塞勒米·克洛特-贝(Antoine Barthélemy Clot-Bey)的法国医生认为,类似鸟嘴的瘟疫口罩本身是瘟疫蔓延的原因,因为它们使人感到恐惧,而受惊的身体更容易受到疾病侵害。


到1870年代后期,科学家们了解了细菌。随着现代微生物学的出现,毒气理论淡出人们视线。安托万·巴塞勒米·克洛特-贝表示:“我们经常思考,科学范式的转变会带来重大突破,但是到19世纪末,用于对抗细菌的所有技术都基于那个毒气理论。


盖在脸上的手帕


医生于1897年开始戴上第一个外科口罩。不过它们更像一块仅仅是绑在脸上的、经过美化了的手帕,因为它们没被设计出过滤空气中病原体的能力。它们的功能是防止手术过程中的医生在咳嗽或打喷嚏时影响到伤口。


从专业角度出发,口罩间区别很大,除了制造材料方面的差异,还有防护级别上的不同。以N95口罩为例:

  • 它被紧紧地贴在脸上,高度气密性使颗粒无法从侧面进入;

  • 由3层织物构成,中间层的熔喷布可以阻挡大多数微粒的侵袭;

  • 我们通常也会用呼吸器——respirator来称呼它(没错,它又叫口罩,又叫呼吸器),而那些够不上呼吸器级别的、松散贴在人脸上的普通口罩往往只能是疫情中的医护人员在条件有限情况下的不得已之选。


东北肺鼠疫里的新口罩,中国制造


1911年东北肺鼠疫期间

医护人员佩戴着“防瘟疫口罩”


1910年秋天,肺鼠疫在东三省暴发。林特里斯说道:“这是世界末日,难以置信。它杀死了所有感染者,无人生还。一出现症状,感染者便会在之后的24~48小时内死亡。它与欧洲黑死病的情况差不多,而在现代还没有人遇到过类似的事情。”


伍连德医生是当时中国的防疫带头人。他祖籍广东广州府新宁县(今广东台山市),出生于马来西亚槟榔屿,在剑桥大学学习医学。林特里斯表示,在一场迅速引起无数人关注的瘟疫中,伍连德似乎显得“完全不重要”,但在他对其中一名病患做了尸检后,伍连德给出了一个至关重要的判断——这个鼠疫并非像许多人所怀疑的那样由跳蚤传播,而是通过空气传播的。


伍连德升级了他在西方国家所见到的手术口罩,用纱布和棉花制成了一种更结实的口罩,可以牢固地包裹在人脸上,他还增加了几层布来过滤吸入物。他的发明是一项突破,但有些医生仍怀疑其功效。


最有名的一桩故事来自一位名叫杰拉德·梅斯尼(Gérald Mesny)的法国医生,他在听完伍连德的“空气传播的肺炎型鼠疫”理论后,用非常种族主义的话侮辱了他,并表示:“我们对中国人有什么期望?”


为了证明这一点,可怜的梅斯尼没戴伍连德的升级版口罩就去了瘟疫医院看病人,结果染上恶疾,两天之内就去见路易十三了。


该地区的其他医生迅速开发了自己的口罩,其中不乏一些像潜水面罩这类奇形怪状的设计。


但伍连德的口罩是最成功的设计,因为它在实际情况中确实保护了使用者免受细菌侵害。如林特里斯所说,这也是一个很棒的设计,可以用廉价且随时可得的材料手工制作。


在1911年1月至2月之间,口罩的产量增加到了数不过来的程度。医务人员戴着它们,士兵戴着它们,还有一些老百姓也戴着它们。这不仅阻止了肺鼠疫的蔓延,也让口罩成为了现代医学的象征,伍连德的口罩也很快成为了国际媒体报道的对象。


当1918年西班牙流感暴发时,伍连德的口罩在科学家乃至老百姓当中都是广为人知的。全球各地的公司都增加了类似口罩的生产,以减少流感蔓延。


在1918年流感大流行期间,西雅图的一名有轨电车售票员和一名乘客戴着口罩


N95专为工业设计,却成医护神器


N95口罩是伍连德版口罩的派生。


在第一次和第二次世界大战中,科学家发明了空气过滤式防毒面具,该面具包裹了佩戴者的整个头部,以清洁进入的空气。装有玻璃纤维过滤器的类似口罩开始在采矿业中被应用于黑肺病预防。


N95防毒面具生产商3M公司的健康与安全主管妮基·麦卡洛(Nikki McCullough)说:“所有的防毒面具都是这些看起来像巨型设备的东西。你可以在晚上将它们洗净,然后第二天再戴上。”


该设备可以挽救生命,但很重,因为安装了过滤器。玻璃纤维会让呼吸变得很困难,而且罩住佩戴者整个头的它会让人觉得高度闷热。


到1950年代,科学家开始了解吸入石棉的危险,但从事石棉工作的人不喜欢戴笨重的防毒面具——想象一下在30度高温的工作场所用橡胶包裹头部的酸爽滋味,就可以理解他们的心情。


因此,在1970年代,美国矿务局和国家职业安全与健康研究所合作建立团队,为他们所谓的“单次使用呼吸器(single userespirators)”建立了第一个标准。


这个团队称:“我们知道3M公司开发了首款一次性N95‘防尘’呼吸器,并于1972年5月25日获批。”他们选择对3M的技术进行了优化,通过将熔化的聚合物吹入细小的纤维层中,从而能将较硬的礼品丝带制成过滤器,而不再使用玻璃纤维。当颗粒(无论是二氧化硅还是病毒)飞入这种迷宫般的呼吸器中时,它们会被卡住。


3M还向材料添加了静电,因此即使是更小的颗粒也会被吸附到纤维上。与此同时,存在很多的大空隙,进而保证了呼吸的顺畅。


戴上N95口罩后的一定时间内,过滤微粒的效率会随佩戴时间推移而提高,因为更多被吸附的颗粒会帮助吸附更多进来的颗粒,不过呼吸也会变得越来越困难,因为纤维之间的空隙被颗粒堵塞了;而在佩戴超过8个小时(尤其是尘土飞扬的环境中)后,它会失去过滤能力。


3M公司生产的N95口罩


N95口罩已有数十年的工业应用历史。在1990年代,耐药性肺结核的问题使人们对防毒面具又有了临床需求。


结核病感染了许多医护人员,为阻止其空气传播,针对医疗机构的N95标准有了更新——医生们开始需要在帮助结核患者时佩戴它们。不过即便如此,至今医院仍很少使用它们,因为只有像COVID-19这样的暴发才需要如此多的保护。


正如林特里斯等人指出的,N95口罩在中国的重要性从未真正消失。伍连德后来建立了中国的疾控中心,成为了第一位被提名诺贝尔奖的华人,许多传记(包括他的自传)都讲述了他的故事

从SARS暴发,到北京等多个城市遭遇严重雾霾,再到如今肆虐全球的新冠,我们一直都把伍连德的遗产戴在脸上。


N95口罩并不完美。它的设计不能很好地紧贴保护儿童以及蓄胡子人士的面部——如果密封性不好,它的作用就有限。


此外,在高风险手术室中佩戴的N95口罩没有呼气阀,因此佩戴者会感到闷热。


口罩在各种危机中发展了数百年,这种演变将一直持续到COVID-19大流行结束。麦卡洛说3M公司一直在重新评估N95口罩,进行从过滤器到人体工程学的全方位调整。“我妈会说它们的外观与1972年时的差不多,但我们希望它们看起来简单,使用起来更方便。”麦卡洛道,“我们一直在改进技术,3M有成千上万的科学家在研究这个。”


资料来源:

The untold origin story of the N95 maskN95


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