口罩簡史:人類的呼吸防護是如何進化的?

愛範兒 於 03/02/2020 發表 收藏文章

本文來自公眾號衞夕指北(ID:weixizhibei),作者衞夕,愛範兒經授權發佈。
2020 年的寒冷初冬,口罩再一次成為這個國家的主角,這個小小的簡單商品變成了災難中人們爭搶的必需品,那麼,口罩有着怎樣的歷史?它又是如何影響人類呼吸防護進化的?今天衞夕帶你一探究竟:

近代以前的口罩的記載與探索

人類對呼吸系統保護的歷史可以追溯到古羅馬時代,公元一世紀,哲學家和博物學家普林尼(Pliny,公元 23-79 年),他利用鬆散的動物膀胱皮膚捂住鼻子來過濾粉塵,以免在粉碎硃砂時被吸入這種有毒的汞硫化物。


▲ 哲學家和博物學家普林尼
中世紀的西方醫學界認為霍亂、黑死病等傳染病都是由空氣中的「瘴氣」產生的,所以為了抵禦「瘴氣」,當時的一些醫生在診斷呼吸疾病的時候都會帶一個鳥嘴面具,這些面罩裏會放置一些香料和草藥;儘管不懂其中原理,但的確從一定程度上阻斷疾病傳播。


▲ 中世紀的鴨嘴面罩

16 世紀的佛羅倫薩,著名的畫家、博物學家——達芬奇在為其領主提供諮詢的時候提出使用織布浸水捂在臉上,可以防止煙霧等有毒化學品對呼吸系統的傷害,這種超前的方法至今寫在防火逃生指南中。

在中國的元代,宮廷皇帝進餐時,為了避免那些侍奉皇帝飲食的人所發出的氣息觸及食物,侍者口與鼻一律都要蒙上蠶絲與黃金線織成的絲巾。

《馬可波羅遊記》裏記載:「在元朝宮殿裏,獻食的人,皆用絹布蒙口鼻,俾其氣息,不觸飲食之物。」而這樣蒙口鼻的絹布,也就是最原始的口罩。

簡單總結一下,在近代以前,人們對於呼吸防護的認識依然處於樸素的階段,而之後改變這一切的是科學的進步。

近代對呼吸防護的重新認識

1827 年,蘇格蘭科學家羅伯特·布朗發現了一種稱為「布朗運動」,認為快速移動的氣體分子發生碰撞會導致極小顆粒的隨機彈跳運動,從理論上研究了口罩對於粉塵的防護作用。

1849 年,美國人劉易斯··哈斯萊特發明了「肺保護器」,該保護器本質上是一個繁瑣的呼吸面具,它裝有兩個拍板閥門,使用羊毛過濾器來防塵,他在 1849 年申請了一項美國專利,專利號為 6529,至今在美國的檔案館還能查閲到這項專利。


▲ 微生物學家巴斯德

1861 年,法國微生物學家巴斯德通過著名的鵝頸瓶實驗,證明空氣中存在會使物質腐敗的微生物,這是一個重要轉折,因為人們第一次認識到了空氣中除了化學毒物之外還有生物細菌,而這也為之後的細菌防護型口罩的發明和應用打下的理論基礎。

1876 年,醫學界創立了無菌外科,即所有手術的機械、手術服、手術帽、橡膠手套都必須嚴格消毒,但這時候醫學界還沒有對手術醫生的口腔進行防護。


同年,德國科學家羅伯特*科赫成功分離出了炭疽菌,提出微生物領域著名的的科赫法則,該法則清晰明瞭地描述瞭如何確定特定微生物和疾病之間的關係,具體內容分為四條——

  1. 在每一病例中都出現相同的某種微生物,且在健康者體內不存在;
  2. 要從宿主分離出這樣的微生物能夠在培養基中得到提純培養;
  3. 用這種微生物的提純培養物接種健康而敏感的宿主,同樣的疾病會重複發生;
  4. 從試驗發病的宿主中能再度分離培養出這種微生物來。

1897 年,德國微生物學家弗魯格通過實驗證明,醫護人員在手術中對着創口交談的行為可能引起傷口感染髮炎,弗魯格的具體表述是「從外科醫生咽部和齲齒中可以培養出金黃色葡萄球菌和鏈球菌,講話時唾液內的細菌會污染傷口」。


▲ 德國微生物學家弗魯格

以此為基礎,德國外科醫學家米庫里茲在同年提出:醫務人員施行手術時,應戴上可遮住口鼻的消毒紗布口罩,這樣的口罩被稱為「米庫里茲氏口罩」(Mikulicz′s mask),這是現代意義上有記載的首款醫用口罩,自此以後「戴口罩」成了醫護人員的標準形象。


▲ 口罩剛發明的時候還比較粗糙

當然開始的口罩還非常簡陋,只是用一層或幾層紗布簡單地地把臉部緊湊地纏繞起來,便捷性和舒適性和真正的現代口罩差距巨大。

在 1899 年,英國的一位外科醫生改進了設計——他將紗布剪成長方形,在紗布之間架起一個框形的細鐵絲支架,讓紗布與口鼻之間留有一定的間隙空間,解決了口罩呼吸不暢的弱點。


▲ 不斷進化的口罩

隨後一位法國外科醫生保羅*伯蒂做了一種 6 層紗布的口罩,縫在手術衣的衣領上,用時只要將衣領翻上就行了,隨後他改進了設計——用一個環形帶子連接紗布掛在耳朵或者後腦勺上。

於是,現代口罩的形狀便從此誕生了!

伍氏口罩:口罩歷史中的華人貢獻

以上關於口罩的歷史中,主要講了西方世界的貢獻,而在真實的歷史裏,一位華人的貢獻值得被銘記;

他叫伍連德,一個大多數中國人都不熟悉的名字,而他卻在 20 世紀初為中國的防疫事業做出了不可磨滅的貢獻。


▲ 華人醫學家伍連德

祖籍廣州的伍連德 1879 年出生於英屬檳榔嶼,屬今天馬來西亞北部的一個小島,他年幼聰明,17 歲獲得了女皇獎學金赴劍橋大學的意曼紐學院就讀細菌學。
1903 年,年僅 24 歲的他在劍橋大學獲得博士學位,1907 年,伍連德受當時清政府直隸總督袁世凱聘請,擔任天津陸軍軍醫學堂副監督 (相當於副校長)。

1910 年,清王朝最後一年,哈爾濱爆發了一場極其嚴重的烈性傳染病,當時的伍連德臨危受命,擔任了「東三省防疫全權總醫官」,這個頭銜看起來很大,但實際上跟隨他從天津去的只有陸軍軍醫學堂的一位教員和學生。


▲ 東北鼠疫時候堆疊的棺材

他到東北後用嚴謹的醫學方法展開調研,首先是解剖屍體,這在彼時的中國還是禁忌,他不得不祕密進行,經過解剖和調研,他判斷這次烈性傳染病為「肺鼠疫」,是比普通鼠疫更嚴重的一種烈性傳染病。

於是在他的隔離建議下,東北多條鐵路、公路被切斷,他開始組織疫區進行嚴格隔離,並且費了極大精力説服當時矇昧的人們同意焚燒屍體。


▲ 伍連德説服人們焚燒屍體和患者住所

在此期間,為阻擋鼠疫的飛沫傳播,他發明了一種用兩層紗布製作的口罩,被稱之為「伍氏口罩」這種口罩製造簡單,材料易獲得,製作成本只需要國幣兩分半。

在 1911 年 4 月的「萬國鼠疫研究會」上,「伍氏口罩」被各國專家稱讚——「伍連德發明之面具,式樣簡單,製造費輕,但服之效力,亦頗佳善。」


▲ 伍氏口罩

在伍連德的努力下,哈爾濱傅家甸疫區不到 4 個月疫情就迅速被控制,死亡人數下降為 0;這是中國歷史上為數不多的大規模控制烈性傳染病。

而在接下來 1919 年東北霍亂、1932 年上海霍亂防疫戰中,伍連德也發揮了極其重要的領導作用,上海霍亂中方死亡率是 7.4%,而租界中的外國人病死率是 30%。

在 1921 年 9 月北京協和醫學院開辦儀式上,伍連德受邀做了題為《論肺鼠疫》的專題學術報告。


▲ 哈爾濱伍連德紀念館雕像

由於在鼠疫研究特別是發現旱獺在鼠疫傳播中的作用,伍連德在 1935 年被諾貝爾醫學獎提名為候選人,這是華人在那個年代離諾貝爾獎最近的一次。

1918:西班牙大流感、一戰與口罩的流行

真正讓口罩從外科醫學器械走向大眾的標誌性時間是一戰時期的西班牙大流感。

1918 年 3 月 11 日,這場奪命世紀大流感在美國堪薩斯州的芬斯頓軍營爆發,通過戰爭流傳到歐洲一戰戰場,隨後席捲全球,感染了全球超過 30% 的人口,在那個抗生素還沒有誕生的年代造成了 5000 萬-1 億人死亡。

這個數字比一戰和二戰總戰爭死亡人數還要多,是世界上死亡最多的傳染病事件之一。


▲ 西班牙大流感時期患者治療場所

西班牙並非死亡人數最多的國家,但當時歐洲國家都在戰爭狀態,大部分國家都封鎖了疫情的消息,而西班牙則是一戰的中立國,允許媒體對大流感進行報道,因此這次流感就在歷史上被稱之為「西班牙流感」。

口罩在流感肆虐期間變成了全民用品,為了對抗疫情,各國的人們都被強制性要求戴口罩,特別是紅十字會和其他醫護人員,在那個年代,照片已經誕生,我們今天依然能從眾多黑白歷史照片中看到當時人類帶着口罩對抗流感的身影。


▲ 美國大流感期間執勤的警察

除了口罩的全民普及,一戰還催生了防毒面具的誕生,第一次世界大戰中,殘忍的德軍在 1915 年 4 月的伊普雷戰役中使用了氯氣作為武器襲擊了英法聯軍,造成 5000 多名士兵中毒死亡;英法聯軍發現和其他野生動物紛紛死去相比,野豬竟然奇蹟般地躲過了氯氣的襲擊。


▲ 一戰中發明的防毒面具

隨後科學家們研究發現,原來野豬受到氯氣的刺激之後會本能地拱地,將鼻子埋入疏鬆的泥土中,泥土過濾了毒氣,受此啟發,軍方研製出了防毒面具,採用豬嘴的外形,將活性炭等疏鬆物質置入面具中用來吸附毒氣。

現代口罩的繼續進化

在疫情中發揮了重要作用的口罩繼續在不斷進化:

1952 年 12 月,英國倫敦被工業革命的濃霧籠罩,由於沒有風,持續了五天嚴重空氣污染造成 12,000 人死亡並報告了 100,000 例呼吸道疾病,霧都倫敦宛如一個靜止的巨型毒氣室,口罩成為當時人們對抗工業污染的必須品。


▲1950 年代倫敦街頭談戀愛的青年男女

口罩材料也在對抗污染的過程中不斷進化,1960 年代,無紡布口罩技術誕生, 主要使用的是靜電纖維濾棉,而當時美國在 1970 年頒佈了《職業健康法》,同時成立了職業安全健康管理局,這些關注各類工種健康措施的出台都有力地推動了現代口罩技術的發展和應用。
如今,口罩已經成為一個年產值超百億成熟產業,口罩的貼合度、過濾效率、舒適性、便捷性也得到了大幅提升,除了醫用外科口罩,出現了防塵、防花粉、過濾 PM2.5 等多個細分品類,在醫院、在食品加工廠、在礦井、在霧霾城市….. 隨處可見口罩的身影。


▲ 現代口罩舒適性和便捷性皆大幅提高

在日本,口罩的日常使用比其他國家要更加普遍,這一方面源於日常防護花粉等功能性作用,同時日本經常性的地震產生的防疫壓力也要大於其他國家。

另一方面也有文化層面的原因:口罩對於日本的御宅族而言是一種合適的阻斷社交壓力的方式,從這個意義上,口罩充當了耳機的作用。


▲ 非典期間帶口罩的人們

中國上一次口罩的大規模使用除了 2003 年的非典疫情就屬 2012 年開始的霧霾污染了,在那一年,PM2.5 這個新名詞開始深入人心,N95、KN90 等口罩型號成為當時熱門。

N95 型口罩是是 NIOSH(美國國家職業安全衞生研究所)認證的 9 種防顆粒物口罩中的一種,「N」的意思是不適合油性的顆粒,「95」是指在 NIOSH 標準規定的檢測條件下,過濾效率達到 95%,而 KN90 的測試標準與 N95 完全一致,只不過過濾效率為 90%。

在這次全民抗擊新型冠狀病毒的鬥爭中,作為普通民眾,口罩是我們切斷傳播途徑的有力武器,這裏科普幾個戴口罩的小常識:

  • 正確佩戴口罩非常重要,武漢首場發佈會三位官員即是三種錯誤示範的典範——不帶口罩、露出鼻孔、口罩帶反;
  • 無論是普通醫用外科口罩還是高效過濾的 N95 口罩都能有效阻斷飛沫傳播,美國疾病控制預防中心 2013 年的一項研究表明,醫用外科口罩可將病毒飛沫的吸入量減少至原來的 1/25;
  • 口罩鼻樑處的縫隙需要處理,很多口罩在鼻樑處都帶可折彎的金屬條或者塑料條,需要佩戴是根據自身臉型適當壓折,防止鼻樑縫隙漏氣;
  • 口罩外層在帶完之後不要用手觸碰,因為口罩佩戴了一天之後在外層可能已經積累和阻擋了部分污染物,因此口罩需要根據具體情況及時更新;

一個小小口罩的歷史折射了人類呼吸防護的進化史。

許多年後,當我們再次回憶 2020 年的那個不平凡的春天,我希望依然能想起全民一起眾志成城、帶着口罩戰勝病毒的決心和喜悦。

作者簡介:衞夕,科技專欄作者,專寫長文,專注剖析互聯網及社會科學的底層邏輯,可關注作者微信公眾號「衞夕指北」(weixizhibei)


資料來源:愛範兒(ifanr)

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