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現代流行病學之父──約翰・斯諾誕辰│科學史上的今天:3/15

張瑞棋_96
・2015/03/15 ・1032字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

1854 年九月初,倫敦的蘇活區爆發霍亂疫情已經邁入第四天,死亡病例多達 127 人,而且仍繼續蔓延中,毫無減緩的趨勢。這一天,疫區的懷海德牧師 (Henry Whitehead) 應邀走進斯諾醫師的辦公室,原本眉頭深皺、盯著牆上地圖深思的斯諾趕緊與他寒暄後,開口說道:
「牧師,我知道你與大多數人一樣相信『瘴氣說』。」
「是啊,你看,我們那一區環境髒亂,瀰漫臭味,這次霍亂肯定是壞空氣造成的。」
「嗯,不過你還記得八年前那次霍亂嗎?我們醫護人員每天與送來的病患密切接觸,卻都沒被感染,所以我想霍亂應該不是經由空氣傳染。另一方面,病患總是不停腹瀉,病菌應該是從口而入才造成腸胃的問題,而最有可能的媒介就是被病患的糞便汙染的水。」
「你有什麼根據?」牧師半信半疑地問。

斯諾站起身來,指著牆上的地圖:
「這是蘇活區的街道圖,塗上黑色的是病患的住所。你看,大街 (Broad Street) 這具抽水幫浦就位在分佈圖的中心點,我相信這附近的居民的飲用水都來自於它,才因此感染霍亂。」

牧師湊上前仔細端詳地圖,一邊問道:
「那你檢驗過水發現了什麼?」
「很不幸,我用顯微鏡並沒看出什麼。您先別急,可能只是我取的水中剛好沒有病菌。至少我們問到的病患的確都是用這具幫浦取水。」
「等等,那為什麼感化院 535 人中只有 5 個病例,然後這間啤酒廠 702 個員工居然沒有一人得霍亂?!」牧師指著圖上的數字質問道。
華生,你突破盲點了!是的,我也感到奇怪,這正是找您來幫忙調查的原因。另外,也要問問已故病患的家屬他們是否都喝這裡的水。」

於是,在懷海德牧師的協助下,確認了患者都是飲用大街這具幫浦的水。至於感化院與啤酒廠,乃因自己有獨立水井。另一方面,斯諾發現在大街幫浦取水區以外的十個病例中,有五人因為偏愛大街幫浦的水而來此取水,另外三名是來此區域上學的孩童。至此,斯諾的論點已毋庸置疑。9 月 8 日,斯諾向地方首長報告他的調查結果,說服他們將大街這具抽水幫浦的把手取下,讓民眾無法使用,這場奪走六百多條人命的霍亂才終於告歇。

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斯諾雖然推翻了瘴氣說,確認霍亂是經由飲水傳染,但他在四年後就死於中風,要等三十年後,德國醫師柯霍 (Robert Koch) 才發現霍亂的病菌。不過,斯諾在這場瘟疫疫情的調查中首創的研究方法才開啟了流行病學,因而被尊稱為「現代流行病學之父」。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 946 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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為何傳染病可以短期內大爆發?不可不知的「傳染動力學」——《小大人的公衛素養課》
親子天下_96
・2021/10/17 ・944字 ・閱讀時間約 1 分鐘

  • 作者/陳建仁、胡妙芬
  • 繪者/Hui

不可不知的傳染動力學:感染人數呈等比級數增加

要知道怎麼對抗傳染病,首先必須了解與傳染病傳播速度密切相關的「傳染動力學」。事實上,傳染病如同謠言一般,會一傳十,十傳百的快速傳播。如果每個人只把傳染病傳給一個人,跟每個人把傳染病傳給三個人,經過十波的傳染之後,最後得病的人數會相差多少?答案是相差 59000 多倍!(差距請見下圖)

圖/親子天下

所以,如何減少感染的人數非常重要。不管是感冒了或是得到其他傳染病,趕快去看醫生、吃藥,並且在家休息不去感染別人,這樣的聰明做法不但是保護自己,也能「傳染病止於智者」,保護到其他沒有感染的人。

圖/親子天下

R0 値是什麼?

傳染病大流行期間,報導中常提到的「R0 值」就是在自然的情況下,一個人會把傳染病傳給幾個人的意思。而加入防疫行動後,數值會隨著時間改變,就稱為「Rt 值」。

比方說,一個人平均會傳給 1 個人,那麼 R0=1,代表病原體會持續存在,但不會蔓延開來。如果一個人平均傳給超過 1 個人,那麼 R0>1,代表病原體會蔓延開來成為流行病;相反的,如果一個人傳給少於 1 個人,那麼 R0<1,代表病原體將會逐漸消失。戴口罩、勤洗手、保持社交距離、生病在家隔離的目的,就是在降低傳染數。

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另外,R0 會隨著病原體突變成傳染力強的變異株而上升。譬如像 2020 年新冠肺炎一開始 R0 值約為 2.5,後來突變成 Alpha 株時 R0 值約為 4、Delta 株時 R0 值約為 6。

圖/親子天下
圖/親子天下

——本文摘自《小大人的公衛素養課:流行病學×預防醫學》,2021 年 9 月,親子天下,未經同意請勿轉載

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COVID-19 來襲!為什麼我們不能輕忽無症狀患者?——《小大人的公衛素養課》
親子天下_96
・2021/10/15 ・660字 ・閱讀時間約 1 分鐘

  • 作者/陳建仁、胡妙芬
  • 繪者/Hui

答案很簡單,因為不是每個人都會發病。

從無症狀到死亡的疾病金字塔

不同的病原體,對人體造成的傷害也有輕重之別。有些病原體的感染往往很不明顯,也就是不會出現任何症狀;有些則毒性很強,一旦染上,經常出現嚴重症狀甚至死亡。

所以按照病原體的致病力,可以將傳染病分為三大類。第一類,大部分的感染者都不會出現症狀,只有極少數人會很嚴重或死亡,像是小兒麻痺、結核病或 A 型肝炎。第二類則是大部分的感染者都有明顯症狀,但是主要呈現中度反應,無症狀或嚴重、死亡的情況很少,像是麻疹、水痘。

第三類傳染病則非常恐怖,嚴重反應和死亡的案例居多,譬如得了狂犬病的人,一旦發病後,致死率幾乎達 100%!

人們要根據各類型的傳染病,擬定不同的作戰方式。像是第一類的傳染病看起來好像不嚴重,但事實上如果掉以輕心,沒有隔離輕症和無症狀者,他們就會到處傳播疾病,引發一場大流行!

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圖/親子天下
圖/親子天下提供

——本文摘自《小大人的公衛素養課:流行病學×預防醫學》,2021 年 9 月,親子天下,未經同意請勿轉載

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