人类营养学基础/维生素和矿物质的历史
一些疾病理论
1. 瘴气理论（也称为瘴气理论）认为，霍乱、衣原体或黑死病等疾病是由瘴气（Μίασμα，古希腊语：“污染”）引起的，瘴气是一种有害的“污浊空气”。该理论认为，流行病的起源是由于瘴气，它来自腐烂的有机物。瘴气理论从古代就被欧洲、印度和中国接受。该理论最终在 19 世纪被细菌的发现和疾病细菌理论所取代。
与疾病的多因素致病理论不同，细菌理论没有解释早期对健康和疾病的理解中必不可少的因素，例如饮食、通风和气候。
2. 细菌理论指出，许多疾病是由体内特定微生物的存在和作用引起的。该理论从 19 世纪中期开始在欧洲和美国发展起来并逐渐被接受。它最终取代了现有的疾病瘴气和传染理论，并在此过程中彻底改变了医学实践。它仍然是指导现代生物医学的基础理论。[1]
3. 疾病的超自然理论认为，患病是各种神灵、鬼魂、恶魔和邪灵对人的惩罚。由于这些疾病的致病因素实际上是超自然的，因此不同形式的魔法是诊断和治疗或治愈的重要因素，甚至可能是唯一因素。根据文化不同，社会中不同的成员（通常是男性），人们认为他们可以治愈疾病。这些成员被称为萨满、巫医、占卜者和祭司，他们因其与这些超自然力量的特殊关系而受到高度尊重。这些治疗者使用各种方法来消除这些疾病；魔法咒语、驱魔、占卜和会使人作呕的药物。现代医学已经证明这些理论中的某些理论是错误的或有缺陷的，但仍然有许多人坚信超自然世界，并与现代医学并存。尽管如此，在许多现代词汇中，当我们谈论疾病和疾病时，我们会说一些反映超自然世界思想和行动的话语。一个人可能会说他们被“攻击”了疾病，或者他们必须“抵抗”感染，直到它被“驱逐”或“从”他们的身体中“排出”；这些都是不同文化中的那些治疗者会说他们正在做的事情。直到文艺复兴和科学革命，对疾病的更古老、超自然的解释与关于瘴气或“污浊空气”和传染病的推测并存。
4. 多因素致病理论认为所有疾病都具有多种因素和原因。它指出疾病是病原体、宿主和周围环境的结果。该理论帮助我们识别致病因素，并通过修改影响暴露因素的因素来建议预防疾病的方法。与疾病的超自然理论中的病原体不同，这里的病原体是生物、化学和物理因素，也需要存在才能发生任何类型的疾病。至于宿主，起作用的因素是个人特征和行为、遗传禀赋和易感性、免疫系统的状态以及任何其他影响易感性的因素。至于环境因素，它们是除了病原体以外的任何其他外部条件，这些条件会影响疾病的发生。
随着时间的推移，发现维生素的模式包括找到不同的食物来源来治愈某些疾病，以及对这些食物来源进行更深入的分析，以确定它们中的哪种成分实际上是起到了治愈作用。事实上，“维生素”这个词直到 1910 年才出现，当时一位名叫卡西米尔·冯克的波兰生物化学家发现了人体需要某些重要的胺，而这些胺只能通过某些食物获得。如果没有这些重要的胺，人和动物就会患上缺乏症。通过结合“重要”和“胺”这两个词，他创造了“维生素”一词（Carpenter）。许多疾病都是由于缺乏某种维生素引起的，下面将讨论最初发现可以治愈这些疾病的食物。
这种发现模式的一个例子是坏血病，这是第一种被确定与食物缺乏直接相关的疾病（Rosenfeld）。坏血病是一种以虚弱、身体上的血斑、关节疼痛、牙齿松动为特征的疾病，并可能导致死亡。在 19 世纪，许多水手在进行为期 12 周的海上航行时患上了坏血病，在整个航行过程中只能食用干粮作为营养。回到陆地后，他们通常会在食用新鲜水果和蔬菜后在一周左右内治愈。后来发现维生素 C 是水果和蔬菜中具有治愈作用的成分（Carpenter）。另一个例子是脚气病，这种疾病在以精米为主食且很少食用其他食物的人群中很常见。在 19 世纪 90 年代，一位名叫克里斯蒂安·艾克曼的医生开始在爪哇仔细研究这个问题。他发现，非精制糙米似乎很少导致脚气病，后来发现这是因为糙米中含有维生素 B1（Carpenter）。1914 年，约瑟夫·戈德堡试图弄清楚导致糙皮病的缺陷，糙皮病最初被认为是由感染而不是饮食问题引起的（Semba）。在发现酵母补充剂能够治愈这种疾病后。后来在 1933 年发现酵母补充剂中含有维生素烟酸，这是其中具有治愈作用的成分（Carpenter）。然后，在 1934 年，三位名叫乔治·惠普尔、乔治·米诺特和威廉·墨菲的男性发现，患有恶性贫血的人每天食用大量肝脏能够治愈这种疾病。12 年后，在 1948 年，人们发现维生素 B12 是肝脏中治愈恶性贫血的成分（Carpenter）。然后，在 1943 年，两位名叫亨里克·达姆和爱德华·道伊西的科学家想要弄清楚如何治愈许多经历严重内部出血且缺乏血液凝固机制来帮助解决这个问题的鸟类。科学家们发现，当这些鸟类食用绿叶和肝脏时，它们就会被治愈。后来发现这些食物是维生素 K 的良好来源，维生素 K 实际上治愈了这些问题（Carpenter）。
维生素和矿物质发现的两大障碍是人们对食物的假设，以及缺乏对这些假设的挑战性的基础研究。这些假设包括所有种类的蛋白质被认为同样有效，以及脂肪也是可以互换的。[2] 在维生素和矿物质的重要性被广泛认识之前，脚气病、糙皮病和坏血病等疾病被认为是感染。我们现在所知的维生素缺乏症的主要理论是细菌学说，即“疾病是由感染性生物体或这些生物体产生的毒素引起的”。[3] 另一个需要挑战的假设是，认为有“四种必需的营养元素：蛋白质、碳水化合物、脂肪和矿物质”。[4]
在十九世纪之交，科学家们开始对这些缺陷进行研究。最早的研究是在 1881 年，尼古拉·卢宁研究了牛奶的成分。他注意到，当老鼠被喂食单个成分时，它们会死亡，而当它们被喂食全牛奶时，它们会存活下来。卢宁宣称，“老鼠[…]无法以蛋白质、脂肪、碳水化合物、盐和水为食，因此，牛奶中一定存在其他对营养必不可少的物质”。[5]
1897 年，克里斯蒂安·埃克曼发现脚气病的病因不是细菌性的，如以前所假设的那样，而是食用精白米导致的硫胺素缺乏的自然结果。他在研究鸡只时发现这一点，这些鸡只因食用精白米而生病。通过排除其他嫌疑，如污染、感染和毒素，他能够将病因缩小到米饭的抛光本身，这去除了有价值的营养物质。[6] 因此，脚气病可以通过食用未经抛光的糙米来逆转，糙米含有硫胺素。[7] 如今，大多数白米都添加了硫胺素，以预防硫胺素缺乏症。
1914 年，约瑟夫·戈德伯格对糙皮病进行了调查。由于被认为是一种感染，戈德伯格怀疑这一理论，因为没有一个医务人员从他们的病人身上感染了这种疾病。他发现，当饮食中补充鸡蛋和牛奶时，糙皮病会治愈，鸡蛋和牛奶中含有丰富的烟酸。[8]
坏血病是由维生素 C 缺乏引起的，可以通过食用柑橘类水果来治疗。这最初是由詹姆斯·林德在 18 世纪中期发现的。然而，直到 1932 年，查尔斯·格伦·金才利用他当时拥有的现代技术，从柠檬汁中分离出维生素 C 晶体。[9]
1.3.3 营养缺乏的经济学
[edit | edit source]全世界超过 1/3 的人口存在某种程度的维生素和矿物质缺乏症。研究表明，巨量营养素和微量营养素的缺乏都会影响工作产出。因此，当一个国家的人口营养缺乏率很高时，就会影响其经济繁荣。这是因为缺乏症会导致智力发展迟缓和免疫系统减弱。营养状况与经济效益之间存在正相关关系。如果我们仔细思考，那些收入较高的国家更有可能拥有更丰富的饮食。他们有收入购买满足其所有膳食需求的食物。他们缺乏的任何营养素都是由于不良选择造成的。营养不良率较高的发展中国家存在更多健康问题，这阻碍了它们的经济发展。一个人的健康状况越好，他们拥有的能量就越多。这使他们能够在日常生活中更有效率，并拥有更高的经济产出。此外，没有营养缺乏症，你就不太可能患病，死亡率也会下降。[10] 如前所述，巨量营养素和微量营养素都对一个人的工作产出有重大影响。因此，任何一种营养素的缺乏都会降低其工作产出，影响其经济繁荣。例如，当人们缺乏蛋白质时，就会影响其他必需营养素在体内的运输；这会对全身造成一系列影响。蛋白质缺乏会导致身体出现各种营养素缺乏症，因为身体无法有效地运输它们。[11] 铁缺乏症也会对工作能力产生重大影响。铁在将氧气输送到全身中起作用。因此，当你的铁水平低时，氧气水平会下降，因为它们无法在全身运输。这会导致身体感到疲劳，工作效率也会下降。研究表明，一旦给缺乏铁的患者补充铁，他们的工作效率就会提高 20%。[12] 世界范围内，有很多成本低廉且有效的解决方案可以减少营养缺乏症。根据联合国儿童基金会的说法，有 4 种简单的解决方案：食物强化、补充剂、教育和疾病控制。对于食物强化，可以将各国缺乏率高的营养素添加到某些食物中，例如面粉和糖。对于补充剂，可以给那些非常需要某些营养素的人提供含有必需维生素和矿物质的片剂或胶囊。疾病控制可以通过治疗影响身体对某些维生素和矿物质吸收的疾病来实现。所有这些可能的解决方案每年每人只需花费几美分。这些解决方案的好处远大于成本。如果营养缺乏症减少，疾病和死亡率也会下降，尤其是在儿童中。这使人们能够提高工作产出，最终有助于提高其经济繁荣。[13]
1.3.4 维生素的发现
[edit | edit source]卡西米尔·冯克在 1912 年首次创造了“维生素”一词，这距离他发现第一种维生素的时间不长。冯克能够从麸皮中分离和浓缩出一种能够治愈脚气病的物质，特别是在鸽子身上。他发现这种物质被认为是一种胺，并且对健康饮食很重要；这种物质后来被称为“硫胺素”（也称为维生素 B）。[14] 他的发现使医生意识到，许多被认为是感染结果的疾病（包括脚气病、坏血病、糙皮病和佝偻病）实际上是由于维生素缺乏引起的。[15]
关键研究人员
[edit | edit source]- 约瑟夫·戈德伯格和烟酸：在 1914 年至 1929 年之间，戈德伯格调查了糙皮病的真正病因，糙皮病是一种会导致严重皮肤疹、腹泻和精神变化的疾病，被认为是由可能来自昆虫的感染引起的。戈德伯格认为，这些症状的病因不是感染造成的；他甚至吃了一些患有糙皮病的人的皮肤来证明感染理论是错误的。在他 1929 年去世后，与他一起工作的团队继续了他的研究，到 1935 年，他们发现糙皮病是由于尼克酸（也称为“烟酸”）缺乏引起的。[16]
- 阿尔伯特·圣捷尔吉和维生素 C：他因发现维生素 C 而获得了诺贝尔生理学或医学奖。具有讽刺意味的是，圣捷尔吉在 1928 年发现了被称为“己醣酸”的物质，但没有意识到他分离出了维生素 C。到 1932 年，当查尔斯·格伦·金报告了他的维生素 C 发现时，它最终与圣捷尔吉的己醣酸具有相同的化学式；圣捷尔吉因这项发现而得到认可，即使他一开始并没有真正意识到自己发现了什么。[17]
- 亨里克·达姆和维生素 K：他因发现维生素 K 而与爱德华·多伊西共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。在他研究了由凝血机制缺陷引起的雏鸡内出血后，他发现添加一种存在于肝脏和绿叶中的因子可以解决这个问题，这种成分被命名为维生素 K。[18]
- 爱德华·梅兰比爵士和维生素 D：维生素 D 被认为是“阳光维生素”，因为各种物质在暴露在充足的阳光下时会合成它（麦克唐纳，2000 年，第 91 页）。在 20 世纪初，一位名叫爱德华·梅兰比爵士的英国医生正在进行一项研究，试图找到治疗佝偻病的办法。佝偻病是儿童由于维生素 D 缺乏而导致骨骼软化。梅兰比通过在狗身上制造佝偻病开始了他的实验。他基本上用燕麦粥喂狗，并将它们关在室内。燕麦粥是患有佝偻病的人们常吃的饮食。1922 年，他成功地在狗身上制造出了这种疾病，与人类疾病相似（麦克唐纳，2000 年，第 92 页）。然后，他用鳕鱼肝油喂食这些狗，并假设维生素 A 是治疗佝偻病的良药。埃尔默·麦考伦，一位美国研究人员，他是发现脂溶性维生素 A 的主要人物之一，决定测试梅兰比的假设。麦考伦将氧气吹入鳕鱼肝油中，并加热它以破坏维生素 A 的活性，但鳕鱼肝油在预防和治疗佝偻病方面的特性依然存在（麦克唐纳，2000 年，第 92-93 页）。1922 年，他得出一个结论，即这种维生素是一种新的脂溶性维生素，他称之为维生素 D。
- 埃尔默·麦卡伦和维生素 A：在人类营养学中，维生素 A 是少数几种既缺乏又过量都会构成严重健康危害的维生素之一（McDowell，2000，第 15 页）。长期以来，人们一直遭受着缺乏维生素 A 的困扰。由于缺乏维生素 A，人们会经历夜盲症和干眼症等情况。在发现维生素 A 之前，这种情况是未知的。1912 年，一位名叫弗雷德里克·高兰德·霍普金斯的生物化学家发现，牛奶中存在一些未知的因素，这些因素不是蛋白质、脂肪或碳水化合物（维生素 A 历史，2015 年）。几年后，美国研究员埃尔默·麦卡伦和他的大学毕业生志愿者玛格丽特·戴维斯对大鼠进行了测试，用牛奶、橄榄油和猪油喂食它们。他们注意到，用牛奶喂食的大鼠在生长，而用橄榄油和猪油喂食的大鼠在良好的开端之后开始停止生长。此时，麦卡伦和戴维斯知道他们发现了一种现象，而秘密就在牛奶中。为了证明他们的发现，麦卡伦和戴维斯从牛奶中提取了脂溶性物质。之后，他们将提取的物质添加到橄榄油和猪油中，然后喂给大鼠。食用这种新橄榄油和猪油的大鼠与喝牛奶的大鼠具有相同的生长速度。麦卡伦将其命名为脂溶性因子 A，现在被称为维生素 A。
维生素可以通过一种称为分子蒸馏的过程从油中去除；随着温度升高，含有高浓度维生素的馏分被去除并达到最大值。理想的消除曲线很容易识别，因为它的形状略微倾斜。只要出现偏离该形状的情况，就表明存在多种形式的维生素或蒸馏条件不完善，从而可以对维生素进行具体鉴定。[19]
在处理可能存在多种形式的维生素时，维生素的分离非常重要。特别是维生素 K 的分离是必要的，因为它以两种形式存在（K1 和 K2）。这两种形式的分离是通过多种技术实现的，包括添加各种因素后回收晶体，比较紫外吸收光谱，以及制备多个不同的批次来比较熔点和效力。发现维生素 K1 来自苜蓿，并在丙酮溶液冷却后从淡黄色油变为结晶状态。维生素 K2 是一种淡黄色的结晶固体，来自腐烂的沙丁鱼粉。由于维生素 K 对凝血有不同的影响，因此对其进行分离非常重要。[20]
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