世界上最古老的医学书籍之一,5000年历史的Smith Papyrus详细描述了古埃及人如何使用铜来消毒和直接治疗伤口。几千年后,希波克拉底的文献建议使用铜粉来防止烧伤和其他伤口的感染,2000年前,罗马医生使用各种铜治疗健康问题,从口腔溃疡到肠蠕虫和性病。众所周知,阿兹特克人、印度人和波斯人也用铜来治疗健康问题。
It's incredibly difficult to properly clean hospital beds, especially as they have become more complex, like the one pictured here. (Photo: Monkey Business Images/Shutterstock)
While germ theory wasn't officially recognized by modern medicine until French scientist Louis Pasteur's work in the early 1860s, we now know that copper's effectiveness is tied to its anti-viral and anti-bacterial properties. Obviously, many ancient civilizations had figured this out, even if they didn't understand precisely how copper works.
虽然细菌理论直到19世纪60年代早期法国科学家路易斯·巴斯德的工作才被现代医学正式承认,我们现在知道铜的有效性与它的抗病毒和抗菌特性有关。很明显,许多古代文明已经发现了这一点,即使他们不知道铜是如何工作的。
Which brings us to the present day. While we no longer sprinkle powdered copper oxides on cuts, there are other ways we could use the metal, or its alloys, to keep us healthier.
这就把我们带到了今天。虽然我们不再在伤口上撒铜氧化物粉末,但还有其他方法可以利用这种金属或其合金来保持我们的健康。
Currently, stainless steel or plastics are used for sinks, counters, beds and other surfaces in health care environments, but while stainless steel and plastic are easy to clean (the main reason they're used in such places), it also demonstrably harbors far more bacteria and viruses than a similar copper surface does — and over time, small scratches, dings and holes can hide even more.
目前,不锈钢或塑料用于保健环境中的水槽、计数器、床和其他表面,但不锈钢和塑料易于清洁(主要原因:在这样的地方使用),它也明显地携带了比类似铜表面更多的细菌和病毒--随着时间的推移,微小的划痕、布丁和洞可以隐藏得更多。
It's especially important that the most dangerous superbugs, responsible for the death and illness of already-sick people, are killed by copper. That includes methicilin-resistant staph (MRSA); other staph bacteria; adenoviruses; the flu virus (all types); and even fungus. In a study published in the International Journal of Food Microbiology, 99.9 percent of E.coli bacteria was killed after an hour on a copper table, whereas it survived for weeks on stainless steel.
尤其重要的是,最危险的超级细菌是由铜*死的,它们会导致已经患病的人的死亡和疾病。其中包括耐甲氧西林葡萄球菌(MRSA);其他葡萄球菌;腺病毒;流感病毒(所有类型);甚至真菌。在《国际食品微生物学杂志》上发表的一项研究中,99.9%的E大肠杆菌在铜桌子上放置一小时后被*死,而在不锈钢桌子上存活数周。
Considering that last fact, it seems that copper tables and prep areas in restaurants and food-prep areas would be another place copper could make a dent in keeping the nastiest bugs away from vulnerable people.
考虑到这最后一个事实,在餐馆和食物准备区,铜制的桌子和准备区似乎是另一个地方,铜制的桌子和准备区可以让那些最讨厌的细菌远离那些脆弱的人。
Copper kills the variety of bacteria and viruses that it does because it works on several levels to disable the organisms. It binds to proteins that disrupt the basic function of the cell, it breaks down membranes that cause cell drying and then death, and it causes oxidative stress to any cells it comes into contact with, also destroying them.
铜可以*死各种各样的细菌和病毒,因为它可以在几个不同的层面上起作用,使微生物失去活性。它会与破坏细胞基本功能的蛋白质结合,它会破坏导致细胞干燥和死亡的细胞膜,它会对任何接触到的细胞造成氧化应激,也会破坏它们。
We're used to seeing copper as a trendy metal in kitchens and bathrooms, or used in pots and pans in kitchens — and using it in these places sure can't hurt. In fact, it would make sense to use copper, especially, in places that see a lot of hands and don't get washed often, like drawer pulls in the kitchen, or bathroom taps.
我们已经习惯了把铜作为一种时髦的金属放在厨房和浴室里,或者放在厨房里的锅碗瓢盆里——在这些地方使用铜肯定没有坏处。事实上,使用铜是有意义的,尤其是在那些经常看到很多人洗手的地方,比如厨房的抽屉拉手,或者浴室的水龙头。
But the material could be used to save lives in far more fraught and dangerous settings, like hospitals, elder-care facilities, and places where the sickest and most vulnerable of us spend time. That's why there are already several hundred patents for health care surfaces and tools made from copper, though a materials transition will take time, especially where health care budgets are stretched thin or otherwise constrained.
但这些材料可以用在更令人担忧和危险的环境中拯救生命,比如医院、老年人护理设施,以及我们中最虚弱和最易患病的人待的地方。这就是为什么已经有几百个由铜制成的医疗表面和工具的专利,尽管材料的转变需要时间,尤其是在医疗预算捉襟见肘或受到其他限制的地方。3月中旬,研究人员报告说,导致COVID-19大流行的新型冠状病毒在玻璃和不锈钢上可存活数日,在铜表面上,病毒会在数小时内死亡。唯一让科研人员感到惊讶的是,病原体在铜上竟然存活了这么长时间。
南安普敦大学(英国)的微生物学者Bill Keevil,研究了20多年来铜的抗菌作用,他在实验室里观察到这种简单的金属*死了一个又一个病菌。从引起军团病的细菌开始,然后是抗药性的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的感染,再到中东呼吸综合征(MERS)和2009年的猪流感(H1N1)大流行。在每种情况下,铜接触都能在几分钟内*死病原体。
在2015年,Keevil将注意力转向了冠状病毒229E,它是导致普通感冒和肺炎的SARS-CoV-2病毒的亲戚。铜再一次在几分钟内就消灭了这种病毒,而它在不锈钢或玻璃等表面上却存活了5天,仍具有传染性。
讽刺的是,人们安装不锈钢是因为它看起来很干净,在某种程度上,确实如此,并且这种材料在公共场所无处不在。但是关键是多久打扫一次呢?相比之下,铜这种材料本身就具有消毒能力,这在古代就已经知道了。
古人的智慧几千年来,早在人们知道细菌或病毒之前,就已经知道铜的消毒能力。根据记录,第一次使用铜作为感染*灭剂来自史上已知最古老的医学文献史密斯的纸莎草。其中的信息被认为是大约公元前1700年的一位埃及医生提供的,但依据其信息可以追溯到公元前3200年。埃及人将代表永生的安卡符号指定为象形文字中的铜。
早在公元前1600年,中国人就使用铜币作为药物治疗心脏和胃痛以及膀胱疾病。远洋的腓尼基人把铜剑上的剃须插入战斗伤口以防止感染。几千年来,妇女们都知道,她们的孩子从铜管里喝水时不会像从前那样经常腹泻,并将这一知识传给后代。铜确实是大自然赐予我们的礼物,因为人类已经使用它超过8000年了。铜的力量是永恒的,这种材料经久耐用,抗微生物作用仍在发挥作用。
铜是一种能够*死细菌和病毒的材料,长期以来一直被开发用于健康。在古代,埃及和巴比伦士兵会用它来消毒伤口;希腊人、罗马人和阿兹特克人用它来治疗头痛和耳部感染;在印度,几千年来,铜容器一直被用于运输水。那么为什么我们不把它用于医院厕所还是公共空间?
没错,今天,我们理解了为什么铜对病毒有很强的抵抗力:因为它是抗微生物的。它*死细菌。当流感病毒,像大肠杆菌这样的细菌,像耐甲氧西林金黄色葡萄球菌这样的超级细菌出现时,它们可以在几分钟内死亡,几小时内无法被检测到。与它们在其他表面上可以持续4到5天相比,这是一个巨大的差异。此外,铜及其合金,如黄铜、青铜、白铜、铜镍锌可以自行消毒其表面,而不需要电或漂白剂。
在19世纪中叶霍乱反复流行期间,医生维克多·伯克发现使用这种材料有助于预防广泛的疾病。在观察到冶炼工人未受疾病影响后,他建议将其用于预防和纠正铜摄入。事实证明,在19世纪,人类对卫生的了解明显较少,处理这类材料就像洗手一样。
铜制门把手可以有效*死细菌?
科学家发现,用铜制作的门把手、水龙头和灯的开关可有效*死超级细菌。
研究发现,在其它传感控制措施失败的情况下,铜配件能快速*死医院病房的细菌。研究人员通过英国伯明翰塞利橡树医院的实验发现,铜制水龙头、马桶座圈和门把几乎能*死所有常见细菌。
可能是因为这种金属能“窒息”细菌,阻止它们呼吸。可能还阻止它们“进食”并破坏它们的DNA。实验显示,铜能*死致命的“超级病菌”耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和艰难梭菌。它还能*死其它危险细菌,如流感病毒和导致食物中毒的大肠杆菌。虽然耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和艰难梭菌感染的病例已在减少,但是,这两种病毒每年仍*死数千生命。
这项研究在塞利橡树医院进行了10周的试验,研究人员把一套龙头,一个马桶座圈和门口的一个推板都换成了铜制品。他们每天拭抹两次细菌液,然后和医院的其他传统龙头、马桶座圈以及推板进行比较。经检查他们发现,铜制品上的细菌减少了95%。
研究论文的作者、塞利橡树医院的微生物专家汤姆·埃里尔特教授说:“我们发现,这些生物体被*死了90%到95%。即使在医院繁忙的时候,这些物件被很多人接触后也是如此,效果非常明显。我从事微生物顾问医生几十年了。还是第一次看到类似铜的这种效应的东西。它可能很好地为我们提供另一种设法击败传染病传播的机制。”
伯明翰市阿斯顿大学的彼得·兰姆勃特教授说:“细菌减少总表现在铜上,钢表面就没有这种特性。”如果医院实验的进一步验证取得成功的话,研究人员会在英国各家医院安装铜装置。门把手、水龙头、灯的开关、马桶座圈和各种柄以及浴室的“围杆”可能都将被换成铜制品。
研究人员称,虽然铜被认为是一种昂贵的金属,但是,实际上,铜和不锈钢的价格不相上下。疗养院,甚至我们自己的房间均能受益于这种金属消灭危险细菌的能力。铜治疗能力被认识已有数千年的历史了。4000多年前,埃及人懂得用铜为伤口*菌和饮用水*菌,阿芝台克人知道用铜治疗皮肤病。古希腊人也知道铜是一种很有用处的金属,常被称为“医学之父”的希腊名医希波克拉底曾指出,铜能用来治疗腿部溃疡。
今天,铜已是一种常见的医学成分,包括*菌和抗菌霜。铜还被认为具有抗炎性。很多患有关节炎的人会佩戴铜手镯。虽然铜为很多患者减轻了痛苦,但是,有关它们的“工作原理”仍没有科学证据。
研究继续进行,因为快速公司报告事实证明,使用铜可以减少90%的健康护理环境中的细菌,1983年的研究发现由黄铜制成的医院门把手上几乎没有大肠杆菌生长,相比之下,不锈钢门把手“大量繁殖”2015年,国防部的研究人员进行了一项更现代的研究,比较三家医院的感染率发现当铜合金在三家医院使用时,感染率降低了58%。2016年在一家儿科重症监护室进行了一项类似的研究绘制了同样令人印象深刻的感染率下降图。
作为类似研究的结果,美国环境保护局(EPA)甚至批准将铜合金注册为“对公众健康有益的抗菌材料”,允许制造商对由注册合金制成的产品的公众健康益处提出法律要求。它还批准了一长串由这类合金制成的抗菌铜产品,如床架、扶手、床头柜、水槽、水龙头、门把手、卫生间硬件、电脑键盘、健身俱乐部设备和购物车把手。
那么为什么我们今天不充分利用这些材料呢?虽然铜在工业革命期间作为物品、固定装置和建筑的材料而蓬勃发展,但后来它被塑料、钢化玻璃、铝和钢等新材料推出,同时出现了一波现代主义浪潮,废除了黄铜门把手,代之以更光滑、更简约的廉价材料。除此之外,没有足够的关于铜和其他技术的数据来建议医院应该做什么。
铜为什么具有抗微生物作用?古人所知道的,都已经得到了现代科学家的证实。但是它是如何工作的呢?
包括黄金和白银在内的重金属都具有抗菌作用,但铜的特殊原子组成赋予了它额外的*伤力。铜在其外层电子轨道壳中有一个自由电子,很容易参与氧化还原反应(这也使金属成为一个好导体)。结果,它就变成了一个“分子氧手榴弹”,银和金没有自由电子,所以它们的反应性较低。
当然,铜也会以其他方式产生抗菌作用。当一种微生物落在铜上时,离子像导弹的攻击一样冲击病原体,阻止细胞呼吸,在细胞膜或病毒涂层上打孔,产生自由基,加速*灭,特别是在干燥的表面。最重要的是,离子寻找并破坏细菌或病毒内的DNA和RNA,防止产生抗药性超级细菌的突变。即使铜失去光泽,这些特性也不会消失。
经常接触的表面使用铜合金是否能减少医院感染?根据美国疾病控制中心的数据,在任一天,大约每31名医院患者中就有一人至少有一例与医疗相关的感染,每位患者的感染费用高达5万美元。南卡罗来纳医科大学微生物学和免疫学教授Michael G.Schmidt对此进行了一项里程碑式的研究,研究了包括床头柜扶手、托盘桌、静脉输液杆和全国三家医院的椅子扶手在内的表面铜合金。这项为期43个月的调查显示,与常规感染方案相比,感染率降低了58%。
在今年早些时候发表的一项为期两年,比较了加护病房中塑料表面和铜表面的床的研究显示。塑料表面的床轨超过了将近90%的风险标准,而铜床仅超过了这些标准的9%。这再次证明了铜可以使室内环境免受微生物污染。
在另一项研究中,这项研究比较了格林内尔地区医疗中心有49张病床的乡村医院有人住的房间和没有人住的房间的细菌丰度。结果显示,铜又一次减少了细菌数量。
在医疗设施上利用铜Keevil和Schmidt发现,仅仅在10%的表面安装铜就可以防止感染,并每天节省1176美元(将治疗感染的成本降低与安装铜的成本相比)。美国环保署已将约400个铜表面注册为抗菌剂。
北卡罗莱纳州和弗吉尼亚州的森塔拉医院系统在2016年弗吉尼亚海滩医院的临床试验报告称,抗药性生物减少了78%。在这之后,2017年,就使13家医院的表面覆铜桌子和床架成为医疗设施标准。利用以色列首创的技术,这家医院也转向了注入铜的床上用品。法国和波兰也已经开始在医院使用铜合金。在生产铜的秘鲁和智利,铜被用于医院和公共交通系统。所以它正在全球范围内传播,但仍然没有普及。
如果铜*死了SARS-CoV-2病毒,你是否会周期性地在你的手中握几枚铜币呢?
上个月,科学家们做了一个实验,发现新型的冠状病毒在接触铜不久就会分解,4小时内就死亡。
这种病毒能在塑料上持续3天,在不锈钢上持续2天,在纸板上持续1天,相比较,铜的抗菌能力已经是质的飞跃了。尽管在消灭冠状病毒方面,铜是新手,然而,利用铜来*死细菌的历史已有数千年,甚至远远早于我们对细菌的了解。
铜的抗菌历史
据考证,人类使用铜作为消毒剂已经超过八千年,这种自然的抗菌能力是大自然给人类的礼物。
第一次使用铜作为抗菌剂的记录,来自于一位公元前1700年的埃及医生手记,这是历史上已知最古老的医学文献,上面记录着公元前3200年,埃及人使用铜的经过。
早在公元前1600年,我们国家会用铜钱作为药物治疗心脏病、胃痛和膀胱疾病。
几千年来,妇女们都知道,当她们用铜制容器喝水时,她们的孩子不像以前那样经常得痢疾,并将这一知识传给后代。
在印度,几千年来人们也一直用铜杯喝水。
无论是阿米巴原虫、细菌还是病毒,只要有致病微生物存在,人们就会发现它们无法在铜的环境中生存。
鉴于铜的*伤力,为什么我们周边的铜制品并不多?
在工业革命期间,铜蓬勃发展,是制造物件、固定装置和建筑物的材料,导电性能好也在电力网络中广泛使用。
但在20世纪的新材料浪潮中,塑料、钢化玻璃、铝和不锈钢等现代材料层出不穷,铜被慢慢挤出了建筑应用领域。
原因主要有三个:一、人们认为黄铜门把手和扶手已经过时,选择了看起来更光滑的替代材料;二、铜并不便宜,价格比现代材料要高,就以废品回收为例,铜回收一公斤约40元,铝一公斤才10元左右;三、铜很难维护,容易生锈,维护成本高,相反不锈钢看起来干净,擦都不用擦。
铜是如何作用的呢?
现实中有很多抗菌重金属,包括金和银,但由于铜特殊的原子构成,赋予它更强的*菌能力。
首先,铜的外层轨道电子层有一个自由电子,容易参与氧化还原反应。不仅让铜成为很好的导体,也让铜更容易*死细菌病毒的,而金和银没有自由电子,所以它们的活性相对低一些。
其次,当细菌落在铜上时,离子会像导弹一样猛烈地冲击病原体,阻止它呼吸,在细胞膜或病毒涂层上穿孔,并产生自由基,加速*死细菌,特别是在干燥的表面。
最重要的是,这些离子寻找并破坏细菌或病毒内部的遗传物质,从而防止它们突变成为超级微生物,而且铜的特性永远不会消失,即使失去了金属光泽,一样有效。
面对疫情,我们是否应该重新启用铜?
面对这个问题,我们应该理智一些。
首先要明白一点,微量的铜对我们人体是有益的,缺乏铜,会引起很多疾病,但是摄入过量,也会造成金属中毒,严重会危及生命。
因此尽管铜有很好的抗菌作用,但也不可盲目追捧。
其次,科学家认为铜的应用更多的在公共场所中,尤其是医院。
2015年,研究人员比较了三家医院的感染率,发现当三家医院使用铜合金时,感染率降低了58%;
2016年,在儿科重症监护室进行了类似的研究,结果显示感染率也明显下降了。
然而,由于铜成本高,维护难,目前仍然没有广泛使用。
最后
铜虽然有很好的抗菌作用,但面对现在的疫情,不是简单手里拿几个铜制品就可以解决的,想要身体健康,勤洗手还是关键。
你永远不知道有多少病毒与手有关,铜是否能抵抗所有的细菌病毒,这仍是个未知数。
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