【史丹福狂想曲】居禮夫人的真正死因

居禮夫人是史上最著名的女性科學家,同時也是女性科學家的典範。

居禮夫人原名瑪麗亞 (Marya Sklodowska) 。她在 1867 年生於波蘭,她天資聰穎,對科學特別感興趣。當時她的祖國被俄羅斯所吞佔,人民生活很苦,也沒什麼自由。在俄國的統治下,波蘭人受到壓迫,一位波蘭藉的女士根本沒有可能接受到高等教育。不過瑪麗亞卻沒有放棄,她一邊自學科學,一邊儲錢,最終獲得了到法國巴黎大學進修的機會。

在法國,她把自己波蘭語的名字瑪麗亞改為法文的瑪麗 (Marie) 。在這裡,她不單獲得了接受高等教育的機會,更遇到了她未來的丈夫及事業伙伴──皮埃爾‧居禮 (Pierre Curie) 。 二人結為夫婦並合作研究,他們首先從礦石中發現了一種新的放射性元素,居禮夫人為了紀念她熱愛的祖國波蘭,把新元素命名為釙 (polonium) 。 1898 年,他們又發現了另一個放射性更強的元素──鐳 (radium) 。因為鐳的發現,居禮夫婦獲得了 1903 年的諾貝爾物理獎。

不幸的是,居禮先生在 1906 年死於交通意外。居禮夫人喪夫之後依然投入科學研究。當時,有「熱力學之父」之稱的物理學大師凱爾文爵士 (Lord William Thomson Kelvin) 質疑鐳不是一種元素,只是一種化合物。為了回應這質疑,居禮夫人立志把鐳元素純化出來,最後她成功了。因為這貢獻,她又獲得了 1911 年的諾貝爾化學獎。到現時為止,她仍然是史上唯一一位同時獲得諾貝爾物理學及化學獎的科學家,可以說是前無古人,暫時亦都後無來者。

疾病纏身的居禮夫人

居禮夫人一生與放射性物質為伍,當年的她並不知道放射性物質有多危險,所以她是在沒有任何防護設施的情況下研究放射性物質。居禮夫人更愛把含有鐳的管子裝在口袋,時不時欣賞它發出的藍色微光。居禮夫人的筆記至今仍然具有放射性,因此它們必須被保存在法國國立圖書館內的鉛箱裡,學者研究筆記時亦需使用防輻射裝備,大家可以從此想像到居禮夫人接觸到的輻射劑量有多驚人。更糟糕的是,居禮夫人除了接觸過大量放射性物質外,她還在第一次世界大戰中自願到戰場上使用流動X光車幫助診斷傷兵,所以她也接觸過很高劑量的X射線。

居禮夫人因長期在沒有任何防護設施的情況下研究放射性物質,健康受到嚴重損害。她首先出現的症狀是視力的退化,原來她患上了白內障。由於視力嚴重受損,她的演講稿字體必須放大到2.5英寸她才看得清楚。

從 1932 年起,居禮夫人感到極度疲倦,並出現持續的貧血,健康情況每況愈下。1934 年,居禮夫人出現了急速惡化的發燒症狀,最終在 7 月 4 日於法國薩伏伊省 (Savoy) 靠近阿爾卑斯山的一間安養院去世。醫生宣布她的正式死因是「再生障礙性惡性貧血 (“aplastic pernicious anaemia”) 」。

值得留意的是,今天的血液學中是沒有「再生障礙性惡性貧血」這個疾病的。現今在名稱上最接近的疾病是再生障礙性貧血 (aplastic anaemia) ,這個疾病的成因是骨髓中的造血細胞減少,令骨髓無法生產足夠的血細胞。放射性物質產生的電離輻射可以殺死骨髓中的造血細胞,所以接觸電離輻射與患上再生障礙性貧血是相關的。從這方面來看,居禮夫人患上再生障礙性貧血的推論是相當合理的。再生障礙性貧血可以令血液中的嚐中性白血球 (neutrophil) 減少,令居禮夫人更容易受到細菌感染,因而發燒。

但當年的血液學發展遠不如今天,當年醫生所作的診斷亦不一定正確。再加上當年所用的醫學字眼也與今天所用的不完全相同,所以如果我們純粹以字面意思解讀,有可能誤判了居禮夫人的真正死因。

一篇在 2012 年發表在《白血病研究 (Leukaemia Research) 》的文章提出的,「再生障礙性惡性貧血」這字眼亦被當時的病理學醫生用來描述過一位受雇於美國鐳企業,替手錶的錶面塗上可以發亮的鐳顏料的工廠女工的情況。文章的作者指出「惡性」這詞語顯示居禮夫人及工廠女工都不只出現一般的血細胞減少,她們的血細胞也可能有「異變 (dysplasia) 」的情況。所謂的異變,是指細胞出現了異常的形態轉變,令其在顯微鏡下的外觀變得相當奇怪。

下圖就顯示了異變的嚐中性白血球。正常的嚐中性白血球細胞質有粉橙色的顆粒,而這位異變的嚐中性白血球細胞質卻是暗淡無色。

異變的嚐中性白血球
正常的嚐中性白血球

異變的血細胞是骨髓異變綜合症 (myelodysplastic syndrome, 簡稱 MDS) 的特徵。骨髓異變綜合症可以被當成急性骨髓性白血病 (acute myeloid leukaemia, 簡稱 AML) 的前期。假以時日,理論上所有的骨髓異變綜合症個案都會轉化成急性骨髓性白血病。

「異變」這個概念在 1973 年才被提出,骨髓異變綜合症這疾病也是在之後才有更準確的描述。當年為居禮夫人患病時,醫學界根本未有正式描述過這疾病,醫生也自然無法診斷這病。

因此,對於居禮夫人的真正死因,大家都眾說紛云。有文獻記載居禮夫人是死於再生障礙性惡性貧血,亦有文獻指出居禮夫人是死於骨髓異變綜合症或相關的急性骨髓性白血病。

其實在病理學上,再生障礙性惡性貧血、骨髓異變綜合症及急性骨髓性白血病三者有時候是不容易純粹靠形態分辨的,因為骨髓異變綜合症或急性骨髓性白血病患者的骨髓有時都會出現細胞過少 (hypocellular) 的情況,令它在形態上與再生障礙性惡性貧血相似。

不過不管居禮夫人最終是死於再生障礙性惡性貧血、骨髓異變綜合症或是急性骨髓性白血病,文獻基本上都一致認為她的死是與輻射有關。

究竟輻射如何危害居禮夫人的健康?它與血液疾病又有甚麼關係呢?

電離輻射與血液癌症

在討論輻射所引起的血液疾病之前,史丹福想先澄清一些定義。在物理學上,輻射是指能量以波或是次原子粒子移動的型態,在真空或介質中傳送。輻射可分為電離輻射 (ionizing radiation) 和非電離輻射 (non-ionizing radiation) 。其中電離輻射是能量高的波或粒子,它可以令原子失去電子,成為離子 (ion) 。電離輻射的例子包括 α 粒子、 β 粒子、 γ 射線、 X 射線等。而非電離輻射則是指能量較低,並且不足以令原子失去電子而成為離子的波或粒子,例子包括無線電波、微波、紅外線及可見光等。

在非物理學的討論中,人們未必一定會嚴格地分別它們輻射可分為電離輻射和非電離輻射。由於只有電離輻射會嚴重地影響健康,所以在醫學的討論上,很多人都把「輻射」等同於「電離輻射」。這其實並不完全準確,物理學家見到的話大概會被氣得怒髮衝冠。史丹福會在之後的討論中盡量保持用詞準確,清楚地分開致電離輻射與非致電離輻射。

電離輻射危險的地方在於它可以傷害細胞。它所做成的傷害可被分為直接傷害與間接傷害。直接傷害是指電離輻射令到細胞中DNA的鍵結斷裂,間接傷害則是指電離輻射製造出自由基 (free radical) 。不論是直接或間接傷害都會破壞 DNA ,這可以令細胞死亡,也可以促進細胞的基因突變,增加它成為癌細胞的機會。一般來說,常進行細胞分裂的細胞較易受到電離輻射的影響,而造血細胞正是一種常進行細胞分裂的細胞。

其實早在 1902 年已出現了首個因電離輻射而誘發皮膚癌的案例報告。1911年甚至出現了放射工作者患上白血病的報告。不過由於這些個案並不多,科學家很難系統性地研究電離輻射與血液癌症的關係。

第二次世界大戰時,美國在日本的廣島、長崎投下原子彈。有很多受害者都當場死亡,幸存的生還者亦暴露了在高劑量的電離輻射中。這為科學家提供了更多的數據去研究電離輻射與血液癌症間的關係。事實上,我們對電離輻射的了解有很大部分都是來自日本原爆的數據。

1940年代末,日本的醫生行醫時最先發現原爆生還者似乎有高機會患上白血病,於是科學家開始收集數據,他們發現爆炸後兩年,白血病的發病率逐年增高,在6至8年時達到高峰。一個名為「壽命研究 (Life Span Study) 」的大型研究的數據顯示,直到 2000 年為止, 49,204 位原爆生還者中有 204 位患上白血病,據統計當中有 46% 的個案與原爆的電離輻射有關。「壽命研究」顯示原爆生還者有較高機會患上急性骨髓性白血病、慢性骨髓性白血病 (chronic myeloid leukaemia, 簡稱 CML) 及急性淋巴性白血病 (acute lymphoblastic leukaemia, 簡稱 ALL) 這幾種白血病。相較起沒有受原爆影響的日本人,接觸過劑量高於 0.005 戈雷(Gray ,電離輻射能量吸收劑量的標準單位)以上電離輻射的原爆生還者有 1.5 倍的機會患上白血病。

除了原爆生還者外,另外一個探索電離輻射與血液癌症關係的途徑就是研究接受了放射治療的病人。一份在 2011 年刊登在 BMC 癌症 (BMC Cancer) 的報告比較了只接受手術而沒有接受放射治療與同時接受了手術及放射治療的乳癌病人,發現同時接受了手術及放射治療的病人有 3.32 倍的機會患上骨髓異變綜合症或急性骨髓性白血病。

這些研究都很明確地顯示電離輻射會增加接觸者患上血液癌症的機會。

居禮夫人全心全意研究放射性物質,為科學帶來重要貢獻,但最終卻死於自己熱愛的輻射,令人惋惜。假如當年的她知道電離輻射的危險性,並有充足的防護設施進行研究,她也許可以活得更長久,做更多的研究,這也會是科學界之福。

資料來源:

Elliss H. Marie Curie: pioneer of radioactivity, twice winner of the Nobel Prize. Br J Hosp Med (Lond). 2017;78(10):593.

Steensma DP. Historical perspectives on myelodysplastic syndromes. Leuk Res. 2012;36:1441-52. 

Shah DJ, Sachs RK, Wilson DJ. Radiation-induced cancer: a modern view. Br J Radiol. 2012;85(1020):e1166-e1173.

HG Kaplan, JA Malmgren, MK Atwood. Increased incidence of myelodysplastic syndrome and acute myeloid leukemia following breast cancer treatment with radiation alone or combined with chemotherapy: a registry cohort analysis 1990-2005. BMC Cancer. 2011; 11, 260.

Preston DL, Kusumi S, et al. Cancer incidence in atomic-bomb survivors. Part III: Leukemia, lymphoma, and multiple myeloma, 1950-1987. Radiation Research. 1994; 137:S68-97.

Preston DL, Pierce DA, et al. Effect of recent changes in atomic bomb survivor dosimetry on cancer mortality risk estimates. Radiation Research. 2004; 162:377-89.

原刊於《史丹福狂想曲》及史丹福 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。

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。