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救命!我的大腦縮水了:談滲透壓去髓鞘症候群

朱 淯銘
・2016/08/23 ・3504字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

突如其來的風暴

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圖/Erich Ferdinand@flickr

賴先生自從兩周前的一場感冒之後就覺得渾身不對勁,這兩個禮拜以來幾乎都吃不下任何東西,原先安排好的旅遊行程全部都被打亂了。到了這天晚上甚至覺得胸口悶悶的,勉強自己吃下一點東西,但是過一會兒就全都吐了出來。後來實在覺得太不舒服,於是掛了急診就醫。

急診陳醫師來來回回問了好些問題,發現很難從一堆症狀當中判斷賴先生生了什麼病,於是安排抽血。檢驗數據當中有一項數字特別的引人注意:賴先生血液中的鈉離子濃度很低,只有 105 mmol/L。納離子的正常值應該介於 135 到 145 之間,105 真是低到嚇人!

回顧賴先生的過去病史,他服用高血壓藥物已經有十年左右的時間,一直以來都服用同一種名叫 Natrilix 的藥物,十年來都沒有換過藥,也從未感覺到不舒服。陳醫師很快就從這當中理出頭緒:Natrilix 是一種 thiazide 類的利尿劑,幫助從腎臟排出過多的水份,進而使血壓降低。它的原理是從腎臟的遠端腎小管增加鈉離子的排出,副作用就是容易造成低血鈉的情形。(Natrilix 的中文名稱十分傳神,叫做鈉催離。)

賴先生長期服用 Natrilix,可能平常就有無症狀的低血鈉現象。兩周前的一場感冒,導致食欲變差,攝取的鹽巴變少了,但是卻同時喝進大量的水,一來一往之間,稀釋了體內的鈉離子,濃度變低,於是造成了噁心嘔吐、全身虛弱等症狀。

陳醫師為賴先生施打了生理食鹽水做為治療,生理食鹽水鈉離子的濃度是 154 mmol/L,恰好可以補充賴先生體內的低血鈉症(105 mmol/L)。但是經過四個小時之後再次檢測賴先生的血液,發現鈉離子濃度只些微上升到 106 mmol/L,上升的幅度不如預期,而賴先生仍然抱怨著全身不舒服。於是陳醫師改成使用高張的食鹽水溶液,鈉離子濃度高達 513 mmol/L,可以快速的矯正低血鈉。

當天晚上賴先生就被安排住院觀察,隔天早上抽血檢驗,鈉離子已經回升到 120 mmol/L。賴先生的症狀改善許多,精神奕奕的看著報紙,滑著手機,彷彿昨天的陰霾已經一掃而空,甚至還詢問是不是能夠出院了!主治醫師吳醫師告訴他,目前的血鈉濃度還是偏低,建議住院再治療幾天。

隔天早上八點,病房傳來一陣騷動。「張醫師,72 房的賴先生有狀況,請你去看一下!」病房的住院醫師張醫師走進病房裡,只見賴先生一臉驚恐,嘴巴張的大大的,但是卻一句話也說不出來!旁邊的妻子和女兒一臉焦急的模樣,女兒說爸爸幾分鐘前突然表示自己什麼也聽不見,後來就再也說不出話來了。

張醫師試著請賴先生舉起雙手、轉動眼球,但是賴先生一副似懂非懂的表情,沒有辦法溝通,也不遵照指示,他只是一臉惶恐,緊緊抱著女兒不放。緊急腦部電腦斷層顯示沒有急性腦出血的現象,抽血的數據看起來十分正常,鈉離子的濃度是 126 mmol/L,甚至比起昨天還改善了許多…

細胞也會膨脹收縮

鈉離子(Na+)是血液及細胞外液裡成份最多的陽離子。從計算血清滲透壓的公式:

血清滲透壓(Plasma osmolality) = 2[Na+] + [Glucose]/18 + [BUN]/2.8

  • 註:BUN為尿素氮,Blood urea nitrogen的縮寫

可以得知血液中的鈉離子貢獻了大部份的滲透壓。另一方面,細胞內液的成份可就大不相同了,細胞內液裡成份最多的陽離子變成了鉀離子,鈉離子反而少,和細胞外液剛好相反。

細胞膜的構造是雙層脂質結構,上面漂浮著許多通道蛋白,一般的物質和離子是不能隨意通過細胞膜的,但是水分子可以經由兩邊的濃度差「擴散」通過細胞膜。當低血鈉發生的時候,會造成細胞「外」液的滲透壓減少,水分子就開始往滲透壓較高的細胞「內」液移動,於是細胞就滲水膨脹了起來。

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圖片以紅血球細胞顯示細胞內外滲透壓變化的狀況。圖/By LadyofHats, Public Domain, wikimedia commons.

如果水份一直往細胞裡灌,可是會把細胞給撐破呢!細胞當然不會坐以待斃,於是開始利用主動運輸把細胞裡的溶質往外頭運送,藉以降低細胞內液的滲透壓,讓水不要再滲進來了。終於,細胞內外兩邊的滲透壓重新回到了平衡,細胞也瘦身到原來的形狀。這樣的過程稱為「適應」,大約需要兩天左右的時間。

如果這時候突然給予大量的生理食鹽水,甚至是高鈉溶液,會發生什麼事呢?低血鈉會被快速的矯正,血清和細胞「外」液的滲透壓會急劇上升。這下子變成細胞裡的水份開始向外擴散了!因為細胞「內」液的滲透壓相對來說變低了。這時細胞可要反其道而行,把丟出去的溶質趕快回收回來!不然細胞一直縮水下去,也難逃破裂的命運!

身體裡大部份的細胞都能夠迅速反應這兩種情況,運輸、回收,不會造成太大的問題。只有一群細胞在這方面不大擅長——那就是大腦裡的細胞!

脆弱的腦細胞

為了讓大腦的神經細胞能在穩定的狀態下工作,大腦的微血管外頭多了一層「血腦屏障」,由內皮細胞緊密連結所構成,就像是手拉著手一樣。血腦屏障幾乎阻擋了所有東西進入腦部,除了少數的必要物質以外。當血液納離子濃度快速上升,細胞一旦開始縮水,構成血腦屏障的內皮細胞間就出現了縫隙,一些血液中的發炎物質就可以進到腦中大肆進行破壞了!

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腦中的血管構造。圖/By Armin Kübelbeck, CC BY 3.0, wikimedia commons.

另一方面,大腦充滿了高度分化的精細細胞,無法承受快速的膨脹或縮小,比起一般細胞更容易受傷。寡突細胞(Oligodendrocyte)負責製造神經細胞的外牆——「髓鞘」,如果他受傷了,神經細胞一旦失去了髓鞘,就不能正常運作了!於是乎,腦細胞縮水造成了大腦當機,病人的意識就出現變化了!這就是——「滲透壓去髓鞘症候群」(Osmotic demyelination syndrome)。

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有髓鞘(右)與沒有髓鞘的神經細胞,傳遞動作電位的速度差很多。圖/By Dr. Jana, CC BY 4.0, wikimedia commons.

當一天血清鈉離子濃度上升超過 8 mmol/L 的時候,就有可能會產生「滲透壓去髓鞘症候群」,病人會發生意識不清、無法說話、吞嚥困難等等症狀,甚至還會產生癲癇!神奇的是,這些症狀經常會延遲兩天左右才發生,這時往往血液鈉離子濃度檢驗起來已經「挺正常的」,當醫生和病人認為低血鈉已經被矯正回來的時候,可能惡夢才正要開始!

和時間賽跑

回到第一天住院時的情景,剛到院時的血清鈉離子濃度是 105 mmol/L,使用等張食鹽水溶液四小時後上升到 106 mmol/L 在使用高張食鹽水溶液補充的 12 小時後,鈉離子濃度上升到 119 mmol/L。在這 12 個小時內快速地從 106 上升到 119 mmol/L 恐怕就是關鍵!因為鈉離子濃度上升過快,造成賴先生的大腦受損。如果放任下去不管的話,恐怕神經損傷就會無法回復,和時間賽跑顯得刻不容緩!

吳醫師和陳醫師制定了一個計畫:將賴先生的血清鈉離子濃度從目前的 126 重新降回 117 mmol/L,讓水份重新回到腦細胞內,或許還能夠逆轉這一切。

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首先將點滴換成低滲透壓的 5% 葡萄糖溶液,也就是糖水。葡萄糖進入身體之後很快會因為胰島素的作用進入細胞當中,所以溶液的滲透壓幾乎可以忽略,等於是輸入純水進入身體,如此一來就能夠稀釋血中鈉離子的濃度,降低整體細胞外液的滲透壓。

但是光這樣還不夠,因為腎臟會自動把多餘的水份排掉,所以必須同時施打人工合成的「抗利尿激素」(Desmopressin),讓腎臟回收大部份的水份回到身體裡,使小便變少,才能夠營造快速降血鈉的效果。

雙管齊下之後,就是密集監測血清的鈉離子濃度了。小便很快就變少了,但是鈉離子濃度下降的還不夠快,將 5% 葡萄糖溶液的輸注速率從每小時 60 ml 上升到 120 ml 之後,終於達到目標–血清鈉離子濃度每小時下降 1 mmol/L。27 個小時後,終於在隔天下午一點鐘達到目標值 117 mmol/L,陳醫師於是將 5% 葡萄糖溶液停止輸注。經過了一天,病人還是說不出話來,但是情緒比較沒那麼激動了,在家屬的親餵下,勉強吃了點東西,現在能做的事情,恐怕也只有祈禱了……

當天晚上七點,護理紀錄上面記載著令人振奮的消息:「精神可,可坐於床邊使用手機,可與家屬對談。」隔天早上吳醫師和陳醫師去看他的時候,賴先生不僅可以回答問題,而且對於人事時地物都很清楚,只是說話還有點兒慢,而且還無法進行減法的計算。

挽救療法奏效了!賴生生說他實在記不得前兩天發生了什麼事,但是一旁的妻子和女兒高興的眼淚流了滿面。

 

參考資料:

  • Richard H Sterns. (2016). Osmotic demyelination syndrome (ODS) and overly rapid correction of hyponatremia. In T.W. Post, M. Emmett, & J.P. Forman (Eds.), UptoDate

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朱 淯銘
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目前是一名內科住院醫師,為了專科醫師執照努力打拼。最討厭文書作業和醫院評鑑,但對於內科疾病的多樣變化和醫病間生與死的溝通感到興趣。每周工時 80 小時還是努力找時間來寫作,最懷念在非洲布吉納法索擔任外交替代役的時光,並著有《下一站,布吉納法索》一書。


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》