深嘗知識的甜蜜–海爾蒙特與生理化學的興起
91/09/05
瀏覽次數
4028
張文亮｜
臺灣大學生物環境系統工程系
布魯塞爾的戰爭
1579年1月12日，海爾蒙特（Joan Baptista van Helmont）生於比利時的首都布魯塞爾。他的父親曾擔任宮廷法律顧問，在海爾蒙特一歲時病逝，他的母親帶著他改嫁給另一個貴族。
比利時是臨海的國家，在中世紀以前大部分都是淹水的低地。十四世紀時，正是奧地利哈布斯堡神聖羅馬帝國勢力鼎盛的時期，有些奧地利人前往低地開發，海爾蒙特的家族是最初的墾荒者之一，長期以來在比利時深具影響力。所以母親改嫁後，海爾蒙特仍保留此一姓氏。
十六世紀末，奧地利哈布斯堡勢力分裂。1579年，西班牙勢力入侵比利時，比利時人起來爭取獨立。西班牙的軍隊粉碎了比利時北方布魯塞爾的抗爭，但是無法攻下南方與荷蘭的聯軍。海爾蒙特的家族也在爭取比利時獨立的陣營內，但是布魯塞爾淪陷後，西班牙軍隊對比利時人的血腥屠殺，使得比利時的古老家族與西班牙之間的敵意更難以化解。
尋找讀書的意義
海爾蒙特從小就背負著家族的政治仇恨，他在學校裡對西班牙式的教育制度充滿了敵意，他寫道：「學校裡的天文、邏輯、幾何、拉丁文等課程，我認為都很容易，但是把書念好有什麼用？最後還不是在西班牙的政權中獲得任用。既然那是我輕視的，我為什麼還要念書學習？我認為讀書一定有一個真正的目的，可惜我不知道那是什麼？」他在念中學時，經常把學校的課本燒掉，此一行徑成為許多同學的笑柄。
1594年，他進入魯汶大學藝術系，魯汶大學是比利時最好的學校，但海爾蒙特卻讀到被退學。他轉而念一所修道院學校，整天在學校的四周逛來逛去，不久又離開學校。他寫道：「苦修禁欲是人變相的驕傲，如同彩色的氣泡，外表吸引人，內容卻空洞。」離開學校後，便四處漫遊。
回到校園的浪子
有一天，他無意中讀到聖伯納爾（St. Bernard, 1090-1153）的作品《活在罪中的人》（Living on the Sins of the People），海爾蒙特寫道：「我決定念醫學，因為上帝眷顧病人的知識，就在醫學院裡。」因此，他到魯汶醫學院就讀。
1599年，他自醫學院畢業，寫道：「醫學是充滿無知的地方。不同學派之間的辯論很多，解決紛爭的方法卻很少，連牙痛也不知道如何處理。」
求真的精神
1600年，海爾蒙特到瑞典學習醫學，他發現那裡的情況並沒有明顯的改善。1602年他轉往義大利習醫，失望依舊。他寫道：「醫學應該是醫生不帶主觀，純由病癥來做診斷，但是在醫學教育裡卻以充滿荒誕、未被證實的主觀方式在進行治療。例如，用生飲山泉水、佩戴磁鐵、用手觸摸、吃棺木內屍體長出的菇類治病，用夢幻來解釋病情，用喝動物血液來增補精力等，這些看法都是未經深思的垃圾。」
他再轉往法國，又到英國。他發現：「整個醫學彌漫著不實的推測，而非建立在真實的證據上，建立真實的證據應符合邏輯的推測與精確的實驗。」又寫道：「疾病是一種自然的現象，應該用自然的法則，而非從神祕的角度去解釋疾病。例如，人被瘋狗咬到，感染了狂犬病，這不是瘋狗的靈進入人的裡面，而是狗的唾液將病傳染到人的身上。」
化學分析的真義
1605年，海爾蒙特回到比利時，他在魯汶鎮上買了間房子，當做化學實驗室。除了偶爾在魯汶大學兼課外，他日夜進行實驗。在中古世紀，化學不過是煉金術與製造塗料、玻璃的技術。海爾蒙特卻提出：「化學是探討大自然的一種途徑。並寫道：「實驗不是經驗的重複，蜜蜂有幾千年採蜜的經驗，但是沒有進步。實驗是帶著分析性的思考，只有如此才能發現隱藏在自然現象背後的知識。」
醫學研究是解決疾病的關鍵
1609年，海爾蒙特與蘭斯特（Margarita van Ranst）小姐結婚。蘭斯特是比利時西部大地主的女兒，是許多年輕人追求的對象，但是她卻不為所動。反而在風聞海爾蒙特追求學問的熱忱後，親自到魯汶大學拜訪這位傳說中「拒絕開業的醫生」。
海爾蒙特向她解釋醫學界已有許多人開業，但解決疾病的關鍵，是需要長期留在實驗室的醫學研究者。開業的醫生能賺錢，留在實驗室的醫生，無法賺大錢。蘭斯特小姐決定嫁給這位思考醫學瓶頸的夢想家。她的陪嫁是四座城堡，讓海爾蒙特可以盡情地進行他的實驗研究，而無需擔心金錢的問題。他們後來有四個女兒，一個兒子。
海爾蒙特進行了許多實驗，其中有四個非常著名的實驗，是近代化學、生理學、醫學的重要根基。為此，後人稱他是「氣體化學之父」及「生理化學之父」。
柳樹實驗
第一個是「柳樹實驗」。他將200磅重的土壤烘乾，然後在土裡種下5磅重的柳樹種子，收集雨水灌溉。五年後柳樹長成169磅3盎司重，他再將土壤烘乾稱重，土壤重量只少了2盎司。因此，他認為樹木重量的增加來自雨水，而非土壤。
他的實驗非常精確，但是結論有點偏差，因為土壤損失的2盎司，不是他稱重的誤差，而是土壤提供植物成長所需的養分。不過，在四百年前能夠有這樣的實驗，實在不簡單，他已經證明生物的生長組成，水是最主要的成分。
這個實驗顯然經過長期、細心的進行，才能有如此精確的結果。它證明生命的生長，水是必需的要素，這個實驗開啟了後來生理學與營養學的研究。例如，法國科學家馬里歐第（Edme Mariotte, 1620-1684）就持續研究植物生長與水分的關係，他發現植物體內有兩種管子，一種是輸送水分，稱之為「導管」，另一種輸送營養分，稱之為「篩管」。馬里歐第因為這個發現，被稱為「植物水分生理學之父」。
木炭實驗
第二個著名的實驗是「木炭實驗」。海爾蒙特將62磅重的木炭燃燒，剩下1磅的灰燼，他認為：「灰燼之外，其他的部分都是氣體」。這是一個了不起的貢獻，他是歷史上第一個提出「空氣含有不同氣體，所以空氣並非純質」的人。海爾蒙特繼續燃燒不同的物質，他分辨出燃燒產生的氣體至少有十五種以上。他發現有些氣體對於人體有不利的影響，因此他建議病人搬離氣味不佳的地方。
他也由分辨人體發出的氣味，對人體疾病作分類，他認為：「病人身體的氣味，是診斷疾病的一個線索。有些味道來自汗水，有些是身體上的傷口，有些是體內腸胃不適所發出的。身體的不同味道代表不同性質的疾病。」
海爾蒙特對於「氣體」的發現，開啟了後來氣體物理與化學的研究，人類由十七世紀至今，許多重要的科學研究成果都是以「氣體」為對象。例如，英國物理學家波義耳（Robert Boyle, 1627-1691）一生最常引用的前人研究，就是海爾蒙特的實驗報告。波義耳重複海爾蒙特的「柳樹實驗」，證明該實驗的正確性。但波義耳提出土壤減少的重量是供給植物生長的必需，因為他將柳樹種在水中，柳樹根本長不起來，可見土壤是植物生長所必需的營養分來源。
消化實驗
海爾蒙特第三個著名的實驗是「消化實驗」。他花很多時間研究豬胃裡的液體，發現胃酸具有消化食物的功能。他寫道：「不同的種族對不同的食物有禁忌，例如猶太人與回教徒不吃豬肉。我給豬吃不同的食物，發現經過胃酸消化後，原來食物的特性都不見了，豬長出來的肉完全沒有食物的味道，反而是豬尿會有。」海爾蒙特稱胃是生物體內的「廚房」，他由豬的胃部對不同食物的分解速率，提出食物可分為容易消化與不容易消化兩種，只有前者適合給身體衰弱的人食用。
海爾蒙特根據此原理，進而由病人尿液的味道與比重，判斷病人身體的消化代謝與身體健康的程度。他寫道：「化學不能了解生命的本質，但是化學可以了解生命的功能與現象。」
海爾蒙特用動物胃部的消化反應，來了解人體的胃部功能，提出醫療上的因應之道，成為後世醫學研究的重要里程碑，許多研究的方法都仿效海爾蒙特的這個實驗。例如，「比較生理學之父」馬爾皮齊（Marcello Malpighi, 1628-1694）利用雞的肝臟做研究，以了解人體肝的結構與功能。
尿道結石實驗
海爾蒙特第四個著名的實驗是「尿道結石實驗」，許多生理化學的研究都以此實驗為起始點。「臨床醫學之父」波爾哈威（Hermann Boerhaave, 1668-1738）稱這項實驗為「無可比擬的發現，是當世最佳的實驗。」。
海爾蒙特發現許多病人罹患尿道結石，當時無法解釋尿道裡怎麼會有結石現象。海爾蒙特經過長時間的觀測，發現解謎的關鍵可能在釀酒的技術裡。當時的釀酒工人都知道，為了讓發酵後酒中的混濁變得澄清，要將酒裝入桶中，推到陰涼的酒窖裡，低溫使得酒的混濁物形成「酒石」沈澱，而且不會改變酒的原先風味。海爾蒙特認為：「酒石的形成是葡萄的成分，在發酵的過程中，轉化成為另一種物質，與發酵的氣體產生化學作用所形成的。」
但是，海爾蒙特認為「酒石」與「在尿道中所結的石頭」不同，前者在高溫下會溶在水中，後者卻不溶。他假設尿道裡一定進行著類似的化學反應，是食物經過分解後，在尿道中由發酵作用轉換為尿與氣體，尿中有些成分與氣體混合後就會沈澱結石。於是海爾蒙特進行實驗，在尿液中通入氣體，果然產生顆粒沈澱。他發現所沉澱的顆粒有幾種，一種是白色的結晶，另一種結晶較小，他推斷這是不同的化學反應所導致。他的推論完全正確，有些結石是碳酸氨的沈澱，有些是磷酸氨的結晶。由實驗的發現，他建議患者在飲食上改進，少吃肉食，以免尿道結石。
真實的知識比蜜甘甜
海爾蒙特將他的實驗發現寫成小冊，用來教導周遭的人。這些小冊慢慢地流傳出去，引來的反對也愈來愈多，當時的醫學界無法接受「醫學的知識，竟要倚靠化學實驗」。西班牙的宗教團體也無法忍受有人「用聖經作為科學假設的依據」，政治界更反對他「為了實驗，棄絕擔任四個城堡之主的管轄責任。終日與一些窮人、病人為伍，甚至常聞他們的尿」。海爾蒙特的答覆非常簡短：「如果你們真正嘗過知識的甘甜，就會發現那真的比蜂房下滴的蜜甘甜。」
讓醫學脫離迷信
引起醫學界、宗教界與政治界三股勢力聯合反對的是海爾蒙特在小冊上寫道：「用磁治病是無稽之論。磁是使物體相吸的一種自然力量，人的想像力卻給它披上神奇醫病的外衣。磁力若果真是神奇，就不該受距離的影響，不應隨著距離的增加而減弱。用磁鐵治病不過是江湖郎中迷惑人的伎倆，神奇治病不過是懶人的藉口。」他這一段話批評到當時醫學界的主流勢力。
讓理性與信心合一
他又寫道：「當上帝造人的時候，是用祂的形像造人，人的理性是上帝所賦予的。理性並不違反信心，信心也不牴觸理性。信心彷彿是對未知之事拋出的一片網，但是真實的信心會逐漸地用理性思考未知之網內的每件事；同理，理性彷彿是不斷使人增進知識的方法，但是不斷思考背後的動力就是信心，相信這一切的思考活動是正確的。認為理性與信心相互衝突的說法，不過是知識分子的愚民之論。」海爾蒙特又得罪了當時西班牙的宗教界。
逼迫的湧至
他繼續寫道：「最可怕的政治勢力，是政治與宗教掛勾。當政治人物鼓勵大眾去喝山泉治百病時，百姓要注意的不應該是泉水，而是湧流泉水的山上是放著哪一位大人物的彫像。」因此，海爾蒙特又得罪一般百姓不敢得罪的大人物了。
1623年，統治當局下令焚燒海爾蒙特的所有小冊子，並由以前與他在魯汶醫學院共事的教職員出面控告海爾蒙特的研究報告是「邪惡的小冊」，魯汶神學教職員則表示海爾蒙特的見解是「可恥的看法」。1624年，他被法院判定監禁，理由是：「化學是研究疾病治療的藝術？真是一派胡言。」
血淚的堅持
1627年，海爾蒙特才有機會上法庭辯解。他仍然勇敢直言：「有人用人出生的時間、天體星座的排列，去解釋人的命運。我們應要仔細地思索，什麼是時間的本質？星座的運轉只能代表時間的變化，不能代表時間的本質。星座只是天上的發光體，可以當作時間的記號，但是無法代表時間的本質，時間可以分為時、分、秒，甚至做出更小的分割，證明時間的本質是具有連續性的。星座既然不是時間，豈能代表人出生後的命運呢？」他的論點又得罪當時的世俗大眾。
結果他被判加重刑罰，且被加上腳鐐手銬，遊街四天。海爾蒙特仍然拒絕承認錯誤，因此又被加判全家長期監禁。監禁期間，他的兩個女兒生病，因為無法送外治療而死。海爾蒙特還是不屈服，真是堅守真理的硬漢。在今天的大學醫學教育中開授了許多化學課程，實在是三百多年前，海爾蒙特用血、用淚換來的代價。
由1624年到1642年監禁期間，海爾蒙特沒有再發表任何的研究報告，他人生末了的一段路，是被隱藏的，彷彿是被囚禁的，卻能安靜地將他畢生的精華寫成一本《醫學的提升》（Ortus Medicinae）。1642年，他與家人才被解除監管，1644年12月30日，海爾蒙特病逝。死後兩年，他的兒子才將《醫學的提升》出版。
時間證明海爾蒙特的堅持是正確的，化學的確為醫學研究與診治譜下正確的軌跡，為後世帶來醫學的進步，也成為千萬病人的祝福。
