【史丹福】:水蛭與醫學

古希臘時期的醫生相信疾病是由於體液失衡引起,排走血液可以令體液回復平衡,於是發展出放血療法。除了直接用刀割開動脈或靜脈,或者重覆地割破皮膚外,古時的醫生也發展出利用水蛭進行放血的方法。

水蛭是一種身體扁平的環節動物,目前已知有三百餘種。 雖然水蛭吸血的形象深入民心,但其實大部分品種的水蛭都不會吸血,而是捕食小型無脊椎動物為生,會吸血的水蛭只佔小部分。會吸血的水蛭又可被進一步分類為吻蛭類與無吻蛭類。有吻蛭類群可用口器刺入宿主皮膚吸血,無吻蛭類群則是用顎切開宿主皮膚吸血。並非所有的吸血水蛭都可用作醫學用途,醫學用水蛭性情較為溫順,沒有那麼強的攻擊性。在西方醫學史中最常用的水蛭品種為歐洲醫蛭(Hirudo medicinalis)。牠們有三個顎,每個顎上有約 100 顆牙齒,可以咬開寄主幫助吸血。牠們每次可以吸入達體重 10 倍的血,即平均約 5 至 15 毫升的血液。

水蛭醫學史

水蛭的醫療應用源遠流長,早在 3,000 多年前的古埃及時代已經出現,法老墳墓的壁畫就有相關的描述。古希臘詩人荷馬於公元前 7 世紀所寫的史詩作品《伊利亞德》 (Iliad) 亦有提及古希臘醫生在特洛伊戰爭中利用吸血類水蛭來治療士兵的傷口。然而,利用水蛭作醫療用途的最早正式紀錄應該是公元前兩世紀古希臘醫學家尼坎德 (Nicander of Colophon) 所著的《毒與解毒劑》 (Alexipharmaca) 。中世紀波斯醫學家伊本·西那 (Ibn Sina) 在其作用《醫典》 (Canon of Medicine) 中把水蛭療法進一步發揚光大。

不過令水蛭療法攀上巔峰的人是拿破崙軍中的外科醫生布魯塞斯 (François-Joseph-Victor Broussais) 。布魯塞斯對水蛭療法的狂熱已經到了瘋狂的地步,在他心目中,水蛭能醫百病,幾乎所有疾病都可以用水蛭放血來治療。他甚至發展出一套完整的病理學理論去解釋他對水蛭療法的偏愛,他曾在驗屍時在消化系統內發現血跡,因此推斷出所有疾病都源於內臟發炎,而放血療法可以舒緩內臟發炎。相較起利用切開血管的方法進行放血,水蛭吸血似乎更安全,致死率也低行多,因此他大力推廣這療法。

布魯塞斯身體力行地宣揚水蛭療法,除了在病人中應用療法外,他也會在醫學演講中講解他的理論。當時布魯塞斯在醫學界中很受敬重,可以說是紅透半邊天,他的演講場場爆滿,據聞甚至出現過未能進入演講廳的狂熱群眾希望破門而入的情況,要出動軍方與警方維持秩序。

1820 年到 1845 年,歐洲水蛭的運用達到頂點。當時,單是一次的水蛭治療就可以用上80隻水蛭。其總使用量更是驚人。俄羅斯每年消耗大約 3,000 萬隻水蛭。英國僅倫敦一家醫院一年就能消耗 2 萬多隻水蛭。至於水蛭熱潮的發沿地法國則更為誇張,單單在 1833 年,法國就進口了 4,200 萬隻水蛭,而每年的消耗量則貼近 1 億隻水蛭。

單用統計數字也許很難令大家直接地了解到當年的瘋狂。究竟這個數字的水蛭使用量有甚麼意義呢?答案就是大得足以令到水蛭瀕臨絕種。歐洲醫蛭在多個歐洲國家的數量大幅減少,並且分佈得越來越稀疏。即使到今天,歐洲醫蛭仍被國際自然與自然資源保護聯盟 (International Union for Conservation of Nature and Natural Resources, 簡稱 IUCN) 歸類為「近危」。在法國及比利時,牠們分佈得很稀疏。在英國,牠們就只餘下 20 個分散的群落。因此,幾乎所有歐洲醫蛭原生分佈的國家都有立法去保護這物種。歐洲對水蛭療法的狂熱竟然引起了一場生態危機,真是非常驚人。

到了 19 世紀的尾聲,隨著現代生理學、病理學及實證醫學的發展,不少醫學家都開始質疑這療法的成效,水蛭療法的熱潮因而漸漸退卻。以英國為例,當地一間醫院的紀錄顯示醫院在 1832 年使用了近 10 萬隻水蛭,到了 50 年之後,其每年使用量則大幅下降至 2,000 隻水蛭。

水蛭療法的高峰雖然已過,但近年它卻捲土重來,在整型外科的微手術中重新找到了自己的定位。例如在整型外科的重建手術中,肌肉及皮膚組織從病人的其他部位移植到新的地方。這時,外科醫生就需要重新建立新的血液供應。在這情況下,動脈血管較少引起嚴重問題,但靜脈的血管則容易被瘀血阻塞,可以令新移植的組織在短時間內壞死。

外科醫生當然有很多常規的方法去處理這問題。但如果常規方法無效的話,醫生還可以考慮使用水蛭這種終極武器。水蛭可以吸走新移植的組織中的血液,避免瘀血堆積。另外,水蛭的口水也有神奇的作用,可以令被咬到的傷口持續出血,這也可以減少血液淤積並促進血液循環。

2004年,美國食品藥物管理局 (The United States Food and Drug Administration) 正式把水蛭納入「醫療器材」,批准把它們用於醫學用途。

水蛭亦可被用於其他出現血液淤積的臨床情況,例如下圖就顯示了利用水蛭來治療舌頭血腫 (tongue haematoma) 的過程。

圖:來自《荷蘭重症監護期刊》(Netherlands Journal of Critical Care) 的案例報告。

從水蛭口水提取的抗凝血藥

除了微外科手術外,水蛭的獨特性質竟然也把它帶進了血液學的的領域。

原來被水蛭咬到後,傷口可以持續出口達數小時,非常難止血。 1884 年,英國的醫生及生理學教授海克拉夫 (John Berry Haycraft) 發現水蛭的口水具有抗凝血的作用,這就可以解釋到水蛭咬到的傷口難以止血的現象。 1904 年,英國科學家雅各比 (C. Jacoby) 從水蛭口水中純化出當中抗凝血的成分,並將之命名為水蛭素 (hirudin) 。 1986 年,科學家成功利用基因工程的方式製造出水蛭素。

不過,要單從水螅的口水中提取足夠的水蛭素是很困難的,畢竟每隻水蛭所分泌的口水並不多。因此,今天在臨床上所用到的水蛭素類抗凝血藥物都是化學合成的水蛭素衍生物,其中包括了來匹盧定 (lepirudin) 與比伐盧定 (bivalirudin) 。它們兩者的抗凝血原理與水蛭素相同,都是一種直接凝血酶抑制劑 (direct thrombin inhibitor) 。

大家或許會想,現時不是已經有肝素 (heparin) 與華法林 (warfarin) 這兩種有效的抗凝血藥物被廣泛使用嗎?為何還要發展水蛭素衍生出的抗凝血藥物呢?

原來肝素雖然有效,卻有一個致命的缺點,就是它可以引起一種名為肝素誘導血小板減少症 (heparin induced thrombocytopenia) 的可怕副作用。顧名思義,患者當然會有血小板減少的情況。雖然病人血小板數量減少,卻很少出現流血症狀,反而會有血栓 (thrombosis) 的問題。肝素誘導血小板減少症所引起的血栓總類繁多,包括深層靜脈栓塞、肺栓塞、中風、冠心病,甚至是罕見的血栓,例如内臟静脈栓塞 (splanchnic vein thrombosis) 等。有別於大部分其他與血栓相關的疾病,肝素誘導血小板減少症既可以影響動脈,亦可以影響靜脈。

肝素誘導血小板減少症的機制是病人的免疫系統製造出一種抗體去攻擊肝素與血小板因子 4 (platelet factor 4, 簡稱 PF4) 形成的複合物,其中血小板因子 4 是血小板中顆粒的成分。這種抗體會激活血小板,令到血小板凝集,引起血栓。

大家可以想像,肝素是肝素誘導血小板減少症的原兇,我們當然不能利用肝素去處理相關的血栓,否則只會火上加油,雪上加霜。那麼使用另一種常見的抗凝血藥物華法林又可行嗎?也不可。原來華法林會抑制維他命 K 。維他命 K 除了用於合成凝血因子 II 、 VII 、 IX 、 X 外,亦會幫助合成蛋白 C (protein C) 與蛋白 S (protein S) 這兩種天然抗凝血物質。在肝素誘導血小板減少症的情況下使用華法林反而會因蛋白C與蛋白S的減少而引起皮膚壞死與肢體靜脈壞疽等可怕的副作用。

由於肝素與華法林這兩種抗凝血藥物在肝素誘導血小板減少症時都無用武之地,於是水蛭素洐生的抗凝血藥物就可以在這時大放異彩。 除了應付一般的血栓外,比伐盧定更可特別地被用於俗稱「通波仔」的經皮冠狀動脈介入治療術 (percutaneous coronary intervention) 中。「通波仔」手術一般都會用到肝素去預防血栓形成,但如果病人同時患有肝素誘導血小板減少症,那麼肝素就不可被使用了。基於其特殊的藥理特性,比伐盧定就成了這情況下的最佳抗凝血藥物。

「高峰過總會有下坡」這句歌詞很適合用來形容水蛭在醫學中的應用。不過水蛭的熱潮雖已過去,牠們卻在整型外科與血液學的領域中重先找到了自己的定位,為醫學作出貢獻。

資料來源:

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Image by István Asztalos

原刊於作者博客作者 Facebook 專頁

史丹福

喜歡科學又喜歡寫作的醫生,現於醫院的血液化驗室工作,希望透過寫作為推廣科學略盡綿力。大學時曾任醫學會學生報《啟思》(Caduceus)的副總編輯,其後開設「史丹福狂想曲」的博客及Facebook專頁,分享血液學及其他科學資訊。亦有多篇文章刊登於《立場新聞》科學版及《關鍵評論網》等媒體。

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