19. Heinrich Hermann Robert Koch--建立 "Koch的基本條件"

19. Robert Koch

Robert Koch (Heinrich Hermann Robert Koch，1843–1910)生於德國中部山地的鎮Clausthal。礦業工程師之子，五歲時就從報紙學會看書! 1862年到Göttingen 大學學醫。當時的解剖學教授就是Jacob Henle [Friedrich Gustav Jakob Henle

(1809 - 1885)；著名的病理學家]。Henle於1840年發表過感染症是由活的微生物引起的觀點。1866年畢業後到柏林，又和cellular pathologist Rudolf Virchow有接觸。1867年他開業，1870年自願加入法德戰爭(Franco-Prussian War)，在波蘭西方小鎮Wollstein (Wolsztyn)任軍醫官到1880年。這時期的研究工作使他史上留名。

當時該地畜養的羊隻流行炭疽病(anthrax)。在1950年德國醫師Casimir Devaine(1812-1882)及法國皮膚科醫師Pierre François Olive Rayer (1793 - 1867)在生病的牛血液中發現絲狀細菌。1855年，Aloys Pollender(1800-1879，德國醫師)再從病死動物的血液發現絲狀的東西，他們都認為這就是anthrax致病菌。

Koch希望能夠予於明確的證明。他當時在Wollstein的實驗室，就是他們夫妻四房的房屋，顯微鏡是妻子替他買、其他器具是他自己購置的。沒有圖書館，也沒有其他研究工具。他用自製的木刺，沾炭疽病病死動物的脾臟，種入小老鼠，結果小老鼠都病死；用無病動物的脾臟接種的小老鼠並沒死亡。這證明了炭疽病可以用生病動物的血液傳染。他又想證明以前沒有在動物身上致病的細菌是否也可以致病。他先用牛眼球內的液體(aqueous humor)培養出純的anthrax病原菌(1876)，他仔細觀察、繪圖、照相，發現培養環境惡劣時，尤其是缺氧時，此細菌可以產生孢子，孢子可以再產生細菌。細菌本身無法生存很久，但孢子則可以在土壤內生存很久[長達數十年以上，是非流行時牛羊無端發生炭疽病的原因。台灣北投有一匹無法站立、整天臥在地面上的病馬於1999年出現炭疽病，有可能是吸入土壤中長期存在的孢子而致病的，之前二十多年台灣未見過此病。]。他培養細菌數代，然後再接種動物，證明這些細菌仍然可以致病。

1876年四月，Koch帶了這些數據往見在Breslau大學的Ferdinand Cohn，Cohn邀請病理解剖學教授Julius Cohnheim(1839-1884, experimental pathologist，註一)討論，開會三天之後Cohn及Cohnheim接受這些結果，同年發表在Cohn的植物生理學期刊。Koch也即刻成名。Koch繼續在Wollstein工作四年，他改善固定、染色、攝影細菌的方法。

[註一: Julius Cohnheim(1839 -1884)是德國猶太病理學家，生於德國北方的鎮 Demmin。小時父親得逃亡到奧國，生活困苦，由母親照顧他，他又得養活家。十七歲進入柏林大學學醫，1861年取得學位。短暫開業、參軍(和荷蘭戰爭)，之後1864回到柏林大學做Virchow之學生，到1868為止。以後到Breslau大學，Leipzig大學。他發表: “pus = 膿就是白血球發炎滲透出組織外而成”，轟動一時，是研究發炎=inflammation的先驅。他研究病態時的循環及血管栓塞，也是首做病理切片的冰凍frozen section者。]

1880年Koch成為柏林Imperial Health Bureau(帝國衛生局，Reichs-Gesundheitsamt)的一員，他才開始有實驗室，實驗室同伴有Loeffler [Friedrich August Johannes Löffler (1852–1915)；Klebs-Loeffler bacilli---Corynebacterium diphtheriae，又和Wilhelm Schütz共同發現馬、騾、驢的 galnders病原—Burkholderia mallei；又和Frosch發現口蹄疫病毒]、Gaffky [Georg Theodor August Gaffky (1850 – 1918)；分離Gaffky-Eberth bacillus =Salmonella typhi]等人。他繼續改善細菌培養的技術。他在特殊平面的皿，是同事R.J. Petrie 發明的 [1887年]。他在這Petri dish內導入加熱溶解的agar，冷卻成為固體後，在其表面培養細菌。如此他可以很清楚的看出細菌株。將混雜的細菌用細棒在固體agar上打散開來培養，再重複地打散，就可以很簡單地培養出純種的細菌。同時他訂定要指稱某細菌為一感染症的致病菌時的必要條件，稱為Koch’s postulates(“Koch的基本條件”)，如下:

                            i.                該細菌要能夠從所有患該疾病的案例分離出來。(found in all cases of the disease examined)

                          ii.                分離出來的病原菌藥能夠在實驗室維持純培養。(prepared and maintained in a pure culture)

                        iii.                培養的純細菌，在數代繁殖後，仍能引起原來的疾病。(capable of producing the original infection, even after several generations in culture)

                        iv.                從在接種生病的動物可以分離出來。(retrievable from an inoculated animal and cultured again.)

十九世紀中期開始，以後幾十年是新的科學--細菌學黃金時代。他的學生同事們發現了:

l          白喉菌(Corynebacterium diphtheriae; Löffler),

l          沙門菌(Salmonella typhi，Gaffky),

l          肺炎球菌(Pneumococcus，1926改稱Diplococcus pneumoniae，1974年再改稱為Streptococcus pneumoniae。首先由 Louis Pasteur於1881從狂犬病患唾液中分離。George Miller Sternberg (1838-1915)也同時發現。1886年Albert Frankel確定它是致肺炎的細菌。又稱Fraenkel-Weichselbaum diplococcus)

l          淋菌(Neisseria gonorrhoeae，Albert Neisser於1879發現，又稱gonococcus，要用Thayer-Martin agar ---含有Vancomycin, Colistin, Nystatin, 及 SXT的agar plate)，

l          腦膜炎雙球菌(miningococcus，Neisseria Meningitides，1884年義大利病理學家Marchiafava and Celli發現腦脊髓液=CSF=cerebrospinal fluid中白血球內有此菌。1887年Anton Weichselbaum (1845-1920看到腦膜炎病患CSF中白血球有此菌稱為 Neisseria intracellularis)、

l          癩病菌(Mycobacterium leprae；1873，Armauer Hansen)、

l          鼠疫菌(Yersinia pestis; Yersin and Kitasato)，

l          破傷風菌(Clostridium tetani；1889, Kitasato)，等等!

結核病(tuberculosis)歷史上有很多稱呼: 肺癆、Consumption, phthisis, scrofula, Pott's disease, 以及White Plague。世界各文明給它的名字都是代表逐漸衰弱乾枯之意: yaksma (India), phthisis (Greek), consumptione (Latin) and chaky oncay (Incan),。起碼有15,000 - 20,000 years的歷史，是從其他種類似的細菌衍化而來，先成為牛的Mycobacterium bovis，終於成為和人類可以共存多年的聰明的細菌(會很快殺死宿主的細菌，自己也會失去生存空間，因此是「不聰明」的)。新石器時代Heidelberg（德國西南方的都市）挖掘的人有典型結核病引起的脊椎骨彎曲。公元前兩、三千年前的埃及木乃伊也有結核病徵兆。BC1550年古埃及最重要的醫學文獻Ebers Papyrus也講到結核病。印度BC600年的醫學書建議病人多喝奶、吃肉、喝酒(!)、休息、並搬到高處居住。中國古代BC2600神農氏就有記載黃帝內經「虛癆病」就有咳嗽、發燒、虛弱、速脈、氣喘、等等肺疾病的描述。Hippocrates有肺病的描寫，以為這是遺傳性的，不過以後Aristotle則以為是傳染的。Galen建議用嘛啡助眠止痛、放血、喝麥汁、吃魚、吃水果。Vitruvius以為要建立牆壁防止北風。Aretaeus在他的著作De causis et signis diuturnorum morborum有非常詳細的描寫，建議病患要多喝奶、吃好食物、航海、遷居高處。 [Aretaeus of Cappadocian，約公元一世紀的醫師，觀察仔細，有很多著作；第一個描述Celiac disease(小腸的自體免疫性疾病，吃大麥=barley、黑麥=rye類含有gluten的就腹瀉)。]

到十八世紀、十九世紀末結核病流行達到高潮。Koch到達柏林後兩年就發現了結核菌(tubercle bacilli)，以及將其培養呈純種細菌的方法。他特別執著於結核菌的工作；其他細菌的研究，他都可以讓其他工作人員、學生負責，但結核菌的研究他一定要自己做。1982年他就發表了經典的文章，也因此獲得Nobel Prize [上圖:和妻子領諾貝爾獎時]。十九世紀歐洲病人死亡的七分之ㄧ是因為結核病!! 

1881年他還主張用熱消毒外科用器具。

結核病研究未了，他就被派率領德國霍亂調查團遣往埃及調查霍亂。他發現並分離出純種的霍亂菌Vibrio cholera(1883)，帶回德國 [此菌已經在1854年就被義大利解剖學家Filippo Pacini in 1854，但因義大利的miasma學說勢力強大，掩埋了這次發現，Koch也不知道以前有此發現。1965年此細菌正式命名為Vibrio cholerae Pacini]。他也到印度調查霍亂。根據他所學到Cholera vibrio的習性，1893年他建議嚴格管制水源的乾淨及其他控制霍亂的方法。他也因而得到德國政府一萬馬克獎金。

以後各種榮譽接踵而來。1885年他升任為柏林大學公共衛生學教授，兼新建公共衛生學院院長。再五年，升任Generalarzt (General Surgeon), Class I 以及Freeman of the City等榮譽位。1891年他成為新建感染症學院(Prussian Institute of Infectious Diseases，以後改稱為Robert Koch Institute)院長，其成員包括: Paul Ehrlich、von Behring、日本人Kitasato(北里)。

這時他又專注結核病的研究，從結核菌培養液製造出tuberculin，以為可以用來治療結核病。不過他先做出來的old tuberculin效果令人非常失望，對tuberculin的批評更演進為對Koch的責罵! [看來偉人在生前不一定都會被人尊重!] 1896新製出來的new tuberculin的治療效果也不佳，但還可以用來診斷。

此時他的同事(von Behring、Ehrlich、Kitasato等)也有很大進展，製出白喉的疫苗。1896到1898年間，他到南非研究牛瘟(Rinderpest，病毒引起的牛類疾病，發燒、口內潰瘍、瀉痢、淋巴潰瘍，高死亡率)，雖然未能分離出病原，但他用病牛膽汁注射到健康牛隻，可以控制傳染。又到印度、非洲，研究malaria(瘧疾)、black water fever(惡性瘧引起血尿，尿會呈暗色), 牛馬的surra(Trypanosoma evansi原生蟲引起的發燒性疾病，終會死亡)。隨後他又到義大利及熱帶，確認Sir Ronald Ross [註二]在瘧疾研究的結果，再進一步做不同瘧疾原虫種類的研究，用quinine (奎寧、金雞納鹼)治療的方法。這時，他已經發覺人的結核菌和牛的結核菌不同，可是1901年在國際會議呈現這結論，卻仍引起很大的爭執。1900-1902年間曾被邀到Veliki Brijun Island [註三]，根絕了malaria在該島的流行。他對typhus (傷寒)也有研究，發現人和人之間的傳染，比飲用水引起的傳染更常見，而導致新的控制傷寒的步驟。1904他又被派遣去德屬東非，研究牛羊的發燒，發現致病的Babesia、Trypanosoma、tick-born spirocheatosis(壁蝨攜帶的螺旋菌病)等種類。

[註二: Sir Ronald Ross, KCB: 1857 – 1932, 英國醫師，母親為印度人，英國的印度軍隊General Sir Campbell Claye Grant Ross長子，自小在英國，1875年在St. Bartholomew Hospital受醫學教育，1980考取執照，到Madras印度軍醫團服務。他發現管制蚊子和水的接觸，就可控制瘧疾；發現蚊子種類中，Anopheles才可能傳播瘧疾；他用一位染瘧疾的病人Hussein Khan，讓蚊子叮咬，看到蚊子有了瘧疾原虫；以後用有瘧疾的鳥，發現「瘧疾原蟲會在蚊子的唾液腺內，叮咬時傳染給人」這整個瘧疾原虫生活史= Plasmodium life cycle。1902年他因此受頒Nobel Prize。他又到西非、希臘、Mauritius、Cyprus、等等地區研究瘧疾的流行病學；他的貢獻不僅於此，又設定其流行的mathematical model=數學模式。1923年他的自傳還受獎。因為他的衝勁及獨特研究方式，他受不少人的反感，但也接受了很多榮譽。印度大都市Hyderabad建立Sir Ronal Ross Institute of Tropical Medicine。他的助手Kishori Mohan Bandyopadhyay也受頒英國國王金獎章。Sir Ross以後被選為Fellow of the Royal College of Surgeons=FRCS 以及Fellow of the Royal Society=FRS。1902年被任命為Companion of the Most Honourable Order of Bath by King Edward VII，1911年升為Knight Commander of the Order of Bath=KCB。]

[註三: Koch處理過瘧疾的Veliki Brijun Island有多彩多姿的歷史故事。它是在義大利半島及巴爾幹半島之間Adriatic Sea群島(Brijuni Islands又稱Brioni Island)中最大島。現在是Croatian 國家公園之ㄧ。公元前三千年就有人居住，BC177年羅馬人佔據。現在除了羅馬人奢侈的別墅遺址之外，還有原來居民Illyan人的五個堡壘遺址。AD476羅馬亡國後由德國先民Ostrogoths佔據，到第六世紀的Gothic war之後，由拜占庭Byzanitne帝國控制。1331年又成為維尼斯共和國貴族所有。十四世紀以來因為鼠疫及瘧疾，到十七世紀已經變成無人居住。到十九世紀，



Austria-Hungary(奧匈王朝)建立堡壘以保護其海軍基地。1893年奧國鋼鐵王Paul Kupelweiser將其買下，企圖建立高級避暑休旅中心及保健中心。但到夏天，瘧疾流行，他本人也得病。結果他邀請Koch從1900起兩年之間住在該地，Koch將所有水池、沼澤地都加以改建，得瘧疾的病患用quinine治療。兩年之後根除了瘧疾。Kupelweiser建立Koch雕像 [上圖]在該地十五世紀Church of St. German之旁。

到1913年Kupelweiser已經在島上建立十八家旅館、室內游泳池、賭場、運動設施、歐洲最大的高爾夫球場、碼頭、高級引擎交通船、郵局、電話、五十公里長的交通路線等等。這島嶼設施也成為歐洲貴族富翁名士的休旅勝地。可是1914-1918第一次世界大戰，兩千義大利兵佔據，又有多處休旅中心的競爭，加上1929年經濟大蕭條，Paul Kupelweiser之子Karl自殺。1936年Kupelweiser的事業宣告破產，轉由義大利經濟部管轄。第二次大戰，島內建築遭轟炸破壞。戰後則由南斯拉夫獨宰者Josip Tito開發佔為自己的夏宮，招待外國元首及名人，著名明星Elizabeth Taylor、Richard Burton、Sophia Loren、Carlo Ponti、Gina Lollobrigida等人都來過此地。該島又引進各國奇珍異獸，1983年成為匈牙利的國家公園，是到Croatia旅遊時的觀光地。]

Koch於1866年和Emmy Fraats結婚，生一女Gertrud，1893年再和Edwig Freiberg結婚。他獲得的榮譽無數。1905年獲得諾貝爾獎。六十六歲時死於心臟病。2005年德國發行有Koch半身像的郵票；柏林有他的雕像 [左圖]；月球有一火山口命名為Koch。

 

註四: 結核菌醫學知識簡介:

Mycobacterium tuberculosis (結核菌；TB菌；結核性分支桿菌；耐酸性桿菌；  acid-fast bacillus；AFB)  &a