美国南北战争如何为现代医学带来启发

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根据一项最新研究,南北战争期间邦联军医总监委托编写的一本南方传统植物疗法指南中记载的三种植物具有抗菌消毒特性。

结果显示,这些植物——白栎、鹅掌楸和魔鬼行杖——的提取物对与伤口感染有关的三种危险多重耐药细菌中的一种或多种具有抗微生物活性:鲍曼不动杆菌、金黄色葡萄球菌,和肺炎克雷伯菌。

“我们的研究结果表明,这些外用疗法在南北战争期间或许挽救了一些人的肢体,甚至可能挽救了生命。”论文资深作者、埃默里大学人类健康研究中心及医学院皮肤科助理教授卡桑德拉·奎夫说。

奎夫是一位民族植物学家,研究人们如何在传统疗法中使用植物,以发掘可用于开发新药的潜在候选物。她说:“民族植物学本质上是生存科学——当人们只能利用身边环境中现有的资源时,他们如何维持生活。南北战争时期的植物疗法指南就是一个很好的例子。”

葛底斯堡的一所战地医院。Image: 美国国家公园管理局

“如果我们能确定哪些化合物具有抗微生物活性,我们的研究或许有一天能为现代伤口护理带来益处。”论文第一作者迈卡·德特韦勒说。论文发表于《科学报告》。

如果研究人员能够确定活性成分,“我希望我们随后能在享誉全球的细菌感染模型中对这些分子进行[进一步]测试。”论文共同作者、沃尔特·里德陆军研究所伤口感染部门病原发生与毒力研究负责人丹尼尔·祖拉夫斯基说。

祖拉夫斯基补充说:“我一直是南北战争的爱好者。我也坚信,我们应尽可能从过去汲取经验,这样今天就能受益于祖先的知识和智慧。”

德特韦勒还是埃默里大学本科生时,听说了这本南北战争时期的植物指南,便决定将其作为荣誉学位论文的研究课题。此后,他获得了生物学学位,目前在奎夫实验室担任研究专员。

他说:“我惊讶地发现,南北战争期间死于疾病的士兵远多于战死的士兵。我也很惊讶,当时截肢作为治疗感染伤口的手段竟如此常见。”

据美国战场信托基金会统计,每13名在南北战争中幸存的士兵中,约有1人回家时失去了一条或多条肢体。

来自南卡罗来纳州的植物学家兼外科医生弗朗西斯·波彻编纂了《南方田野与森林资源》,其中收录了美洲原住民和被奴役非洲人使用的植物疗法。这本1863年的版本现藏于斯图尔特·A·罗斯手稿、档案与珍本图书馆。Image: 埃默里大学

南北战争时期(1861年至1865年),病菌学说尚处于发展阶段,刚刚开始逐渐获得认可。医生的正规医学培训也才刚刚起步。抗菌剂仅被简单定义为一种用于防止“肉体坏疽”的补剂。据美国南北战争医学国家博物馆介绍,当时有时会用碘和溴治疗感染,但人们并不知道它们为何有效。

当时其他可用的常规药物包括用于治疗疟疾的奎宁,以及用于止痛的吗啡和氯仿。

然而,由于封锁,邦联境内的军队野战医院无法可靠地获得这些药物——联邦海军严密监控南方的主要港口,阻止邦联进行贸易。

为了寻找替代疗法,邦联委托来自南卡罗来纳州的植物学家兼外科医生弗朗西斯·波彻编纂一本南方各州药用植物集,其中包括美洲原住民和被奴役非洲人使用的植物疗法。波彻的《南方田野与森林资源》于1863年出版,是一部详尽汇编,介绍了多种植物的用途,其中描述了37种可用于治疗坏疽和其他感染的植物。邦联军医总监塞缪尔·摩尔依据波彻的著作编写了一份文件,名为《野战勤务及综合医院病患用本土疗法标准供应表》。

这幅创作于1861年的讽刺地图以一条蛇描绘温菲尔德·斯科特将军通过封锁从经济上击垮邦联的计划,该计划有时被称为“蟒蛇计划”。Image: 美国国会图书馆

在这项研究中,研究人员聚焦于波彻曾记载具有抗菌消毒用途、且生长于埃默里大学校园卢尔沃特保护区的三种植物。他们选取了两种常见的阔叶硬木树——白栎(白栎)和鹅掌楸(鹅掌楸)——以及一种多刺木本灌木,俗称魔鬼行杖(刺楤木)。

研究人员按照波彻的说明,从校园里的植株采集了这三种植物的样本。他们从白栎树皮和虫瘿、鹅掌楸叶片、根部内树皮和枝条树皮,以及魔鬼行杖叶片中提取样本。随后,他们用这些提取物测试三种常见于伤口感染的多重耐药细菌。

鲍曼不动杆菌——因与伊拉克战争中负伤返国的作战部队有关而更为人熟知的“伊拉克菌”——对大多数一线抗生素都表现出广泛耐药性。奎夫说:“它正成为战伤康复士兵和各类医院面临的一大威胁。”

金黄色葡萄球菌被认为是多种常见葡萄球菌中最危险的一种,可从皮肤感染部位或医疗器械进入血液,继而扩散并感染远处器官。肺炎克雷伯菌也是医院感染的主要病因之一,可能导致危及生命的肺炎和感染性休克。

实验室测试显示,白栎和鹅掌楸的提取物能抑制金黄色葡萄球菌(S. aureus)的生长;白栎提取物还抑制了鲍曼不动杆菌(A. baumannii)和肺炎克雷伯菌(K. pneumoniae)的生长。这两种植物的提取物还抑制了金黄色葡萄球菌(S. aureus)形成生物膜;生物膜可能像盾牌一样抵御抗生素。

魔鬼行杖提取物抑制了金黄色葡萄球菌(S. aureus)的生物膜形成和群体感应。群体感应是葡萄球菌用来制造毒素并增强毒力的信号系统。阻断这一系统,实质上就能“解除”细菌的武装。

奎夫指出,如果传统植物疗法不能主动攻击并杀死病原体,人们往往会对其不屑一顾。她补充说:“帮助治愈感染的方法还有很多;在耐药菌时代,我们需要关注这些方法。”

德特韦勒说:“植物拥有极其丰富的化学多样性,这也是保护自然环境的又一个理由。”他计划进入研究生院,专注于植物在医学或农业方面的研究。“我对植物感兴趣,因为它们虽然不会四处移动,却极具力量,也十分重要。”

一项授予埃默里大学的霍华德·休斯医学研究所科学教育项目奖,以及美国国立卫生研究院、国家补充与综合健康中心和国家过敏与传染病研究所的资助,共同支持了这项研究。

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