疫苗史上的科学方法

什么是科学方法?

科学方法是一种询问和回答有关物质世界的问题的有纪律的、系统的方法。虽然把科学方法看作是一系列简单的步骤是有用的，但事实上，科学方法没有一个单一的模型可以适用于所有情况。相反，不同的科学研究需要不同的科学方法。然而，某些性质必须适用于科学方法的所有应用。

科学研究的一个重要特点是必须试图回答问题。换句话说，调查不应该试图“证明”一个观点，而应该是试图获取知识。另一个特点是，仔细的、有控制的观察必须是信息收集的基础。最后，科学调查的结果必须是可重复的:其他研究者，使用相同的过程，必须能够观察到相同的结果。如果一个结果是不可重复的，那么原始结论就必须受到质疑。

科学方法的步骤

我们今天所认为的科学的“步骤”是随着时间的推移而发展的，它们可能根据所进行的研究的类型而有所不同。一般来说，这些步骤包括进行观察，形成假设(上面提到的“问题”)，进行测试，并得出结论。

观察

科学调查通常始于对一个有趣问题的观察。20世纪20年代，苏格兰生物学家亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming)做了一个著名的观察，引发了进一步的研究。离开实验室一段时间后，他回来开始清理一些玻璃盘子，因为他在上面长了某种细菌。他注意到一件奇怪的事情:其中一个盘子已经被霉菌污染了。奇怪的是，霉菌周围的区域看起来没有细菌生长。他的观察表明，因果关系可能存在:霉菌或由霉菌产生的物质可能阻止细菌生长。弗莱明的观察导致了一系列科学试验，这些试验带来了新的知识:青霉素可以用来治疗细菌感染。

假设

假设是通过观察得出的建议或可能的解决方案。在亚历山大·弗莱明(Alexander Fleming)对霉菌抗生素特性的研究中，他的假设可能是这样的:“如果某种霉菌的滤液注入细菌，细菌就会死亡。”

好的假设有几个特点。首先，他们通常从已有的知识开始。也就是说，他们不会提出与我们对世界运作方式的普遍认识大相径庭的观点。此外，好的假设是简单的，只涉及一个问题和可能的解决方案。最后，好的假设是可检验的和“可证伪的”。也就是说，假设中提出的解决方案可以通过可观察的检验，通过检验，研究者有可能证明假设为假。上面关于弗莱明对霉菌的研究的假设是可以证伪的，因为如果这个假设不是真的，那么细菌在霉菌滤液的存在下生长的测试就会证明这个假设是错的。

测试

许多现代科学研究都涉及到控制组和实验组的测试。其他类型的研究可以通过建模或研究和数据分析来完成。但在本文中，我们将讨论通过实验进行的测试。

研究者对对照组进行实验，就像对实验组一样。唯一的区别是，研究者没有对对照组进行单因素或干预测试。这个被测试的单一因素被称为变量。对照组的存在是为了与实验组进行有效的比较。

例如，在一个验证弗莱明假说的实验中，科学家可以将霉菌滤液引入玻璃板上的细菌培养物中。这是实验组。对照组含有类似的细菌培养物，但不添加霉菌滤液。否则，两组人将面临完全相同的条件。两组之间的任何差异都是由变量或两者之间的单一差异造成的:将霉菌滤液引入细菌培养中。

在科学方法的测试阶段，仔细观察和记录数据是至关重要的。如果不能准确地测量、观察和记录，试验结果就会失真。

结论

科学方法的最后一步是对测试阶段收集的数据进行分析和解释。这使得研究人员可以根据数据得出结论。一个好的结论会考虑到所有收集到的数据，并会对假设进行反思，不管它是否支持假设。

现在，我们将研究不同创新者在疫苗开发中使用的科学方法的各个方面。

爱德华·詹纳:观察的重要性

爱德华·詹纳，1749年出生于英国，是医学史上最著名的医生之一。詹纳测试了感染牛痘可以保护人不受天花感染的假设。自詹纳时代以来开发的所有疫苗都源于他的工作。

牛痘是一种罕见的疾病，通常是温和的，它可以通过奶牛乳房上的溃疡从牛传播到人。相比之下，天花是人类的致命疾病。它杀死了大约30%的感染者。幸存者的脸上和身体其他部位经常会有很深的凹痕。天花是致盲的主要原因。

据说詹纳对观察一个挤奶女工很感兴趣。她告诉他:“我永远不会得天花，因为我得过牛痘。”我再也不会有一张丑陋的麻子脸了。”许多其他的奶牛场工人普遍认为感染牛痘可以保护他们免受天花的侵害。

既然牛痘感染的保护作用是当地的常识，为什么詹纳的参与很重要?詹纳决定对观察结果进行系统的测试，为牛痘感染的益处的实际应用奠定基础。

詹纳从一个挤奶女工手上的牛痘疮上抓了一些材料到詹纳园丁的儿子，八岁的詹姆斯·菲普斯的胳膊上。小菲普斯感觉身体不舒服了好几天，但很快就完全康复了。

过了一会儿，詹纳从一个新的人天花疮上抓了点东西到菲普斯的胳膊上，企图使他染上天花。然而，菲普斯并没有感染天花。詹纳继续在其他人身上测试他的想法，并发表了一份研究报告。

我们现在知道，引起牛痘的病毒属于正痘病毒家族。正痘病毒还包括引起天花的天花病毒。

詹纳的天花疫苗接种方法逐渐流行起来，并最终在全球范围内传播开来。1823年詹纳去世约150年后，天花奄奄一息。1980年，世界卫生组织通过大规模的监测和疫苗接种计划，最终宣布将天花从地球上根除。

对詹纳的科学方法的解释如下:

• 观察:患过牛痘的人不会患上天花。
• 假设:如果一个人被故意感染了牛痘，那么这个人在被有意接触天花后就不会生病。
• 测试:使人染上牛痘然后试着让病人感染天花。(请注意，詹纳在实验中没有使用对照组。)
• 结论:让人感染牛痘可以防止天花的感染。

詹纳重复了几次实验，得到了同样的结果。其他科学家也做了同样的实验，得到了同样的结果。詹纳以运用科学方法建立预防天花的方法而闻名。

罗伯特·科赫:确定疾病原因的步骤

罗伯特·科赫(1843-1910)是一位德国医生，他帮助细菌学成为一门科学。科赫在确定引起炭疽、霍乱和肺结核的细菌方面有重要发现，当时对微生物的认识刚刚起步。

科赫和他的同事弗雷德里希·吕弗勒开发了一种方法来识别致病物质。今天的科学家遵循这些基本原则，我们现在称之为科赫假设，当试图确定传染病的原因。科赫的假设是基于仔细的观察和重现性。

1. 这种微生物存在于每种疾病中。
2. 这种微生物可以从宿主身上取走并独立生长。
3. 这种疾病可以通过将这种微生物的纯培养物引入健康的实验宿主而产生
4. 在步骤3中可以从被感染的宿主中分离和鉴定该微生物。

*第三步的一个例外是，有些人可能感染了致病微生物，但没有表现出疾病的迹象。这些被称为无症状携带者。

Pearl Kendrick:使用小心控制

在20世纪30年代，密歇根卫生部的Pearl Kendrick开发了一种百日咳疫苗，她希望这种疫苗比以前的疫苗更有效。显示疫苗有效性的一个重要部分涉及未接种疫苗的对照组儿童。这在当时是一种创新，但肯德里克知道，如果疫苗被证明有效，有一个对照组将增加她的发现的分量。对照组的百日咳发病率将使Kendrick很容易证明她的疫苗是否能降低实验组的发病率。

Kendrick将前来诊所寻求百日咳疫苗的儿童分配到她的百日咳实验组。对于对照组，她从城市卫生部门保存的未接种儿童名单中随机找到了这些儿童。在Kendrick的实验设计中，我们今天可以看到的一个错误就是缺乏随机化将孩子们分配到实验组或控制组。随机化是一种仅利用机会将受试者分配到对照组或实验组的方法。研究人员使用随机化是因为它有助于确保两组之间的差异不会影响实验结果。如果Kendrick进行随机分配，她会尽量减少接种组和她仅观察的组之间的差异。

尽管有这个缺点，Kendrick的试验帮助建立了规范和对未来疫苗试验的期望，它清楚地显示了她的疫苗的功效。

Jonas Salk：一项双盲随机试验

1954年乔纳斯·索尔克(Jonas Salk)的灭活脊髓灰质炎病毒疫苗(IPV)的现场试验是使用科学方法测试疫苗的另一个重要里程碑。这项试验招募了大量的受试者——总共130万儿童——这是迄今为止进行的最大的医学实地试验。

索尔克试验是精心设计的双盲随机实验。这意味着，首先，孩子们被随机分配到控制组或实验组。"双盲"是指没有人——包括儿童、父母、注射者或评估儿童健康状况的人——知道个别儿童是否接种了小儿麻痹症疫苗或安慰剂注射。(安慰剂是一种非活性物质。在这种情况下，安慰剂是盐水溶液。)关于儿童是否接种了疫苗或安慰剂的信息被编码在注射材料的小瓶上，并与儿童的记录相关联。只有在观察期结束并记录结果后，儿童在观察期是否出现小儿麻痹症?——孩子的实验或控制状态被揭示。

当局在整个脊髓灰质炎疫苗试验中没有达到双盲、随机的标准。在一些社区，官员们反对使用安慰剂注射，因此对照组的儿童仅仅是观察小儿麻痹症的迹象。这些组被称为观察对照组。一些研究的设计者担心，观察到的对照组和实验组之间的差异可能会影响结果。例如，被观察的对照组包括那些父母不同意他们接种疫苗的儿童。父母不同意的孩子和愿意同意的孩子之间，是否存在诸如收入、住房或父母年龄等重大差异?这些差异是否会影响儿童是否已经接触过小儿麻痹症并对其免疫?

沙克疫苗的试验成功地表明，该疫苗有助于预防麻痹性脊髓灰质炎，并很快获得了该疫苗的许可。这种曾经使数千名儿童瘫痪的疾病现在在西半球已被消灭。

结论

疫苗研究的科学方法的历史导致了今天精心管理的疫苗开发过程。多年来，疫苗研究的标准越来越严格，使对照组和疫苗组尽可能相似。控制、盲法和随机化的原则在疫苗试验中起着关键作用。有关更多信息，请参阅文章疫苗开发、测试和监管．

来源

哈佛大学图书馆开放馆藏计划。传染病:疾病和流行病的历史观点. 查阅日期：2018年1月17日。

陈志强，陈志强。百日咳活动性免疫的研究。美国卫生杂志29:133 - 153。

标志,莫莱森1954年索尔克脊髓灰质炎疫苗现场试验。临床试验．2011年4月,8(2):224 - 34。访问01/17/2018．

标志,莫莱森弗罗斯特百日咳疫苗现场试验．詹姆斯·林德图书馆。2006.访问01/17/2018．

欧斯卡,D.M.小儿麻痹症:一个美国故事。纽约:牛津大学出版社，2005。

亚历山大·弗莱明爵士:问题与答案．Nobelprize.org。01/17/2018访问。

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最后更新:2018年1月17日