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《工作細胞》:血管裡的微科學故事

miss9_96
・2016/07/13 ・2593字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

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《工作細胞》是部難得的微科學漫畫,敘述帥氣的白血球先生,與呆萌紅血球小姐的冒險故事。儘管裡頭充滿了努力、友情、正義必勝的故事,白血球們總是能夠一次又一次殺爆入侵的微生物(其實我比較想看微生物贏 XD)。但,真實的世界又是如何呢?

工作細胞第一集封面。source:東立出版社
工作細胞第一集封面,左為白血球先生,右邊是紅血球小姐。source:東立出版社

紅血球其實像顆貝果麵包,至於白血球咩,比較像是顆煎壞的荷包蛋……

《工作細胞》裡的角色多是可愛的紅血球小姐、帥氣的白血球先生,和萌萌的血小板蘿莉。但在真實的世界裡,它們的長相可就不是如此了,紅血球通常直徑為6~8 μm,長的很像一顆扎實的貝果麵包;而白血球稍大,直徑為9~12 μm,長的很像……一顆沒煎好的荷包蛋(我實在想不到其他的形容詞啊啊啊!)。

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A:紅血球;B:嗜酸性白血球,主要對抗寄生蟲;C~ E:嗜中性白血球,主要對抗細菌、病毒 [2],佔所有白血球的比例最高;F:血小板。From: 張昱維

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異常型態紅血球。A:鐮刀型細胞(Sickle cell);B:畸形細胞(Poikilocytosis);C:靶狀細胞(Target cell)。From: 張昱維

對細菌、病毒和寄生蟲而言,人體是個溫暖又不乏食物的地方,所以倘若有機會,這些求生存的浪浪微生物就會進入我們溫暖的肉體裡,與免疫細胞們共同上演一場又一場的生存之戰。大型的入侵者,如阿米巴原蟲,會吞食紅血球作為食物;小的如瘧原蟲會鑽入紅血球體內,不但能直接吸取營養,更可躲避白血球的攻擊 [1];而更高招的是那群反轉錄病毒(如:肝炎病毒Hepatitis Virus,和引起愛滋病的人體免疫缺陷病毒Human Immunodeficiency Virus/HIV),把自己的遺傳密碼直接寫入宿主細胞的DNA裡,不僅無需擔心白血球的攻擊,更潛藏於身體裡的細胞,幾乎無法根除,成了人體的一部份 [註1]!

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上圖:吞食紅血球的阿米巴原蟲(你也吃太多顆了吧……);下圖:寄生於紅血球體內的瘧原蟲,正處於指環體(Ring form)。from: wikimedia & wikimedia

對細菌來說,白血球才是可怕的惡魔!

在這裡我要先替細菌說說話,其實以一隻小細菌的觀點來說,白血球超可怕的啦!彷彿就是《進擊的巨人》裡的食人巨獸般 [註2],利用靈敏的受器「聞」到發炎物質後,會成群結隊的奔襲而來(化學趨向性/Chemotaxis)。

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進擊的巨人第12集封面。source:東立出版社
進擊的巨人第12集封面。source:東立出版社

更可怕的是,一旦發現無助的細菌們,白血球會伸出巨大的偽足(pseudopodia)加以捕捉、吞噬。可憐的細菌被巨大的白血球吞食之後,還會被白血球體內的過氧化物、酵素等分解成碎片,一命嗚呼~而且被撕成碎片的屍體還會被巨噬細胞剪成胜肽(peptide)片段,送給免疫系統的老大-T細胞(T-helping cell)進一步刺激免疫反應,以召喚更多的白血球來襲擊細菌村莊 [3]!想想,以細菌的角度來看,白血球完全不是帥氣的型男衛兵,根本就是《沉默的羔羊》裡的變態食人魔吧 [註3]!

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上圖:化學趨向性/Chemotaxis。細胞表面的受器感受到特定物質的濃度梯度後,會朝向該處前進,或反向該處離開;下圖:伸出兩隻偽足的巨噬細胞。from: wikimedia & wikimedia

圖片1
上圖:正在吞噬炭疽桿菌的白血球,比例尺為5 μm;下圖:被白血球吞噬後的細菌、病毒或細胞,會和富含過氧化物、酵素的胞器融合為一,最終分解成碎片。from: wikimedia

漫畫太善良了!真實的世界充滿陰謀詭計!

在《工作細胞》的前幾話中,出現的敵人都是少量的細菌,白血球們經過一番苦戰之後,總是會獲得最後的勝利。就算是腫瘤細胞也是僅用兩話的時間就清除得乾乾淨淨!但免疫系統遠比科學家們想像的還要複雜、神奇許多,真實的細胞世界裡充滿了計謀、背叛和策反之計!

比方說在人類歷史上佔有一席之地的結核桿菌(就是那隻能讓人得到肺結核、咳到吐血的原兇),是少數能夠潛藏在巨噬細胞的細菌,最近更被發現會利用巨噬細胞的訊息傳遞來提高自己的致病力 [4]!而近年來科學家更發現,腫瘤組織會吸引巨噬細胞聚集,讓它們釋放生長因子,進一步地刺激腫瘤細胞生長、茁壯 [5]!如此神奇、工於心計的免疫世界,未來是否也會在《工作細胞》裡出現呢?這是多麼的令人期待啊!(台灣的教育部快把《工作細胞》列為必讀書刊吧!)

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  • 註1:有一種理論是,遠古的反轉錄病毒將它們的基因寫入人體細胞後,經過很久很久的時間後,兩方達成了和平共存的狀態,也就逐漸變成了我們基因的一部份。
  • 註2:《進擊的巨人》是近期風靡日本、台灣的漫畫,設定是類似於中世紀文明的世界裡,出現了喜食人類的巨人,引起了人類社會中難以想像的恐慌。
  • 註3:《沉默的羔羊》為1991年上映的驚悚電影,男主角為冷酷的食人魔罪犯-漢尼拔醫師,其冷靜、工於心計又殘忍血腥的形象讓人不寒而慄。儘管只有21分鐘的戲份,其精湛的演技讓演員安東尼·霍普金斯成為奧斯卡獎史上,演出時間最短的男主角的獲獎演員。

本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維(Yu-Wei Chang)協助。

參考文獻

  1. 瘧疾(Malaria)。中華民國衛生福利部疾病管制署
  2. Galani IE, Andreakos E. Neutrophils in viral infections: Current concepts and caveats. Journal of Leukocyte Biology, 2015, 98, 557-564
  3. 林建中、陳光偉、陳證文、王世輝。免疫樹突狀細胞之簡介。中華民國醫師公會全國聯合會
  4. 結核桿菌的一個新發現的致病機制Nature期刊
  5. Elaine Y. Lin, Jiu-Feng Li, Leoid Gnatovskiy, Yan Deng, Liyin Zhu, Dustin A. Grzesik, Hong Qian, Xiao-nan Xue, Jeffrey W. Pollard. Macrophages Regulate the Angiogenic Switch in a Mouse Model of Breast Cancer. Cancer Research. 2006. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-06-1278

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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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比爾蓋茲的第四代核能發電廠終於開始建設!核能的春天真的來了嗎?
PanSci_96
・2024/08/31 ・1230字 ・閱讀時間約 2 分鐘

比爾蓋茲在美國懷俄明州興建的 Natrium 反應爐,標誌著第四代核能技術的新篇章。這座核電廠使用鈉冷快中子技術,不僅挑戰了過去鈉冷反應爐屢屢失敗的歷史,其關鍵技術還能應用於太陽能發電,解決可再生能源的不穩定性。Natrium 是否真的能成為第四代核電廠的突破口?然而,質疑聲也不容忽視,這座反應爐真的能達到第四代核電廠的安全標準,並減少核廢料的生成嗎?

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比爾蓋茲的能源革命:Natrium 反應爐的誕生

比爾蓋茲對核能的投入並非首次嘗試。2008 年,他創立了 TerraPower 公司,並在 2015 年與中國核工業集團公司合作研發「行波反應爐」。這種反應爐的設計目的是利用高階核廢料作為燃料,減少核廢料的總量。然而,隨著美中關係惡化,這項合作最終在 2019 年終止。

蓋茲並未因此止步,他轉向美國市場,與巴菲特旗下的太平洋電力公司合作,在懷俄明州啟動Natrium 1 號鈉冷快中子反應爐的建設計畫,預計 2030 年完工。這個 Natrium 與傳統核反應爐有何不同?

冷卻劑革命:液態金屬鈉的優勢

Natrium 反應爐與傳統核電廠的最大不同點在於它的冷卻劑。傳統核反應爐使用水作為冷卻劑,而 Natrium 則使用液態金屬鈉。這種設計具有幾個優勢。首先,鈉的沸點高,能在更高的溫度下運行,提升反應效率。其次,鈉具有極高的導熱率,熱交換效率是水的 100 倍。此外,鈉冷快中子反應爐還能進行「滋生反應」,將核廢料轉化為新的核燃料,提高燃料的使用效率。

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更重要的是,Natrium 的設計還包含了一個能量儲存系統。利用液態鈉加熱熔鹽,能量可以長時間儲存,隨時用於發電,這種技術被稱為熱能儲存(TES)。這使得 Natrium 能夠根據需求調節發電量,甚至在用電高峰時提供穩定的電力。

然而,Natrium 的技術優勢也伴隨著安全隱患。鈉的化學活性非常高,遇水易爆,且易與空氣中的氧氣反應,導致腐蝕性問題。歷史上,鈉冷快中子反應爐多次因冷卻系統故障而引發事故。

Natrium 反應爐與傳統核電廠的最大不同點在於它的冷卻劑,Natrium 反應爐用的鈉冷卻劑雖然效率高,但卻具有安全隱患。圖/envato

鈉冷技術與核擴散的潛在威脅

除安全隱患外,Natrium 反應爐還面臨核武擴散的風險。快中子反應爐需要使用高濃度的鈾燃料,而滋生反應會生成鈽 239,這是製造核武器的重要原料。因此,如何管理核材料,防止核擴散,成為快中子反應爐必須面對的難題。

Natrium 反應爐的建設標誌著第四代核電廠技術的一大進步,然而它的發展也伴隨著重大的挑戰。隨著技術的進步,我們或許能期待更安全、更高效的核能技術的實現,但在此之前,對於安全性和核武擴散問題的解決,將是推動這一技術進一步發展的關鍵。

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一餐變災難:台北素食餐廳爆食物中毒,這些細菌你不可不知!
careonline_96
・2024/08/30 ・2532字 ・閱讀時間約 5 分鐘

北市素食餐廳的食物中毒事件已造成二死四危急,引發眾人關注。食物中毒可能是因為食物內含有細菌、病毒、或寄生蟲,當這些病菌持續在腸胃道理作亂、生長,就會引發不適。另外,食物中毒也可能與細菌製作出的毒素有關。

食物中毒的症狀

食物中毒算是個很廣泛的說法,包含了各種不同的細菌或病毒感染,多數在幫表現症狀的初期,我們還不知道究竟是哪一種細菌或病毒造成的,因為一般食物中毒還輕微的時候,就是腸胃炎的症狀。患者會肚子絞痛,想要跑廁所,開始有腹瀉症狀。這時要注意自己的糞便是純粹水便,還是含有血絲或大量的血便,這與猜測致病原有關係,要記得就診時告知醫師腹瀉的狀況。另外,還要告知有沒有發燒、嘔吐等情形。

另外,我們也需要注意這些噁心嘔吐及腹瀉症狀發生的時間點,不同的細菌或病毒造成症狀的時間不一樣,有的短至三十分鐘內患者就開始上吐下瀉,有的則是要過上一星期才發病。不過通常是吃到含有病菌的食物後一到三天發病。

多數的食物中毒症狀並不嚴重,很多人會覺得自己只是腸胃不舒服一下下,拉個幾次就會過去了。然而如果有以下狀況,最好趕快就診:

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  • 脫水嚴重:尿尿的量變少,覺得頭暈目眩,嘴巴很乾
  • 一直吐:什麼東西都吃不了,一進食就吐
  • 一直拉:成人拉肚子超過兩天,或是小孩拉肚子連續一天,就算是嚴重了。如果是新生兒,只要看到腹瀉,最好還是就醫。看到血便也是要就醫。
  • 肚子很痛或發燒
  • 家人發現患者意識狀況變差,或發現有複視皮膚變黃等等狀況。

引起食物中毒的知名病菌及其特色

接下來我們來看看幾個容易引起食物中毒的細菌或病毒。

  • 大腸桿菌(E. coli)

最常見的狀況是吃到沒有完全煮熟的絞肉,像是沒煎到全熟的漢堡排。不過大腸桿菌也會出現在受到污染的蔬菜(像是生菜沙拉)、水果、或生水之中。

  • 沙門氏菌(Salmonella)

沙門氏菌存在沒有煮熟的肉類與蛋類食物,或是喝到沒有完全經由巴斯德滅菌過程的乳製品。

  • 金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)

備餐的時候沒有先洗手,而處理食物後沒有再經過烹煮,像是切肉片肉排,切三明治或包裝三明治,就可能讓人因金黃色葡萄球菌而食物中毒。

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  • 產氣莢膜桿菌(Clostridium perfringens)

產氣莢膜桿菌存在自然界,可以形成具有耐熱性的孢子,有些甚至在沸水中仍能存活許久。因此,除了生肉、蛋類、奶類可能含有產氣莢膜桿菌外,土生土長的蔬菜、穀類也可能含有產氣莢膜桿菌。當燉煮的肉湯、肉汁放在室溫一陣子,沒有放到冰箱冷藏的話,可能會引起食物中毒。

  • 肉毒桿菌(Clostridium botulinum)

這屬於少見但容易致死的食物中毒。肉毒桿菌是存在自然界土壤與水源的常見細菌,如果沒有藉由煮沸煮熟來殺死肉毒桿菌的話,是無法停止其生長的。最容易造成食物中毒的狀況有兩種,一種是吃到沒有正確保存的醃漬物或罐頭食物,尤其是居家自己醃漬的小品,無論是醃菜、醃魚、醃肉,都可能會導致肉毒桿菌滋生。另一種傳染途徑是讓小於一歲的幼童吃到蜂蜜或玉米糖漿,裡面的孢子可能含有肉毒桿菌而造成幼兒食物中毒,記住記住,千萬不要以為讓幼兒吃蜂蜜很營養喔,會因為感染肉毒桿菌而致死的。

肉毒桿菌會影響神經肌肉的控制,造成的食物中毒特色是患者的視力出現複視,講話講不清楚,肌肉無力,無法吞嚥,有這種狀況務必趕緊就醫。

  • 李斯特菌(Listeria)

李斯特菌可以存在未經巴斯德滅菌過程的牛奶及乳酪中,也會存在於豆芽、瓜類、和香腸熟肉裡。

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  • 諾羅病毒(Norovirus)

諾羅病毒的傳染能力很強,只要碰到帶有諾羅病毒的餐桌表面、再將食物送往口中,就可能感染。因此只要有個人感染諾羅病毒,很容易在與他人共餐的同時藉由分享食物、備餐等狀況而傳給其他人。

預防食物中毒

  • 擤鼻嚏、咳嗽、抽菸、上廁所之後,請記得都要好好洗手
  • 如果是備餐的人,請好好清洗蔬菜及水果,用來備餐的表面及餐具也都要在準備食物之前好好清洗。
  • 肉類、蛋類等務必都要好好煮熟,不要讓生肉或未煮熟的肉或肉汁去污染到其他食物。
  • 不管是煮過的食物或生肉,不要任其停留在室溫內超過兩小時,放兩個小時後的食物都不安全,請儘早把食物冰到冰箱。解凍的食物要趕快煮一煮,不要放在室溫過久。
  • 保存食物的時候,生的肉類要與蔬菜水果、煮過的食物、或加工食物分開擺放。
  • 買含有沙拉醬、美乃滋的食物沒吃完一定要冰起來。
  • 不知道放了多久的食物請丟掉。一打開有味道,或是罐頭蓋子鼓起的一定要丟掉。

預防食物中毒的重點是自己常洗手,並好好保存食物,備餐時也要用心。

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