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一瀉千里竟成國安危機?快拯救軍人的屁屁──《不為人知的敵人》

八旗文化_96
・2017/05/17 ・6267字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

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  • 【科科愛看書之本月選書】軍隊最大的對手是誰?才不是那些顯而易見的持槍敵人,而是疲勞、噪音、酷熱、腹瀉、恐慌……等等你根本料想不到的邪惡角色。快跟著瑪莉羅曲那明快而幽默的腳步,一起深入軍營去見識那些《不為人知的敵人》,看看科學是如何用有趣的方法力抗各式另類殺手。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

吉布地(Djibouti)是個完全被世人忽視的國家。你要是有一天有機會到這個沙漠國家旅行, 飛機降落時,你會從飛機窗口看見機場旁邊好像有片大工地。事實上,那是美軍的利摩尼爾基地(Camp Lemonnier):總共有三千五百人住在貨櫃改裝的屋子裡。這些貨櫃屋有的相疊、有的並排, 好像是排列未裝飾長箱子的俄羅斯方塊。屋子四周除了依靠冷氣滴下的水生長的矮樹叢,沒有任何景觀。室內的佈置只有緊急措施說明牌(「停下來聽聽「巨響」〔Giant Voice〕及各級長官畫像。

吉布地共和國是一個位於非洲東北部亞丁灣西岸的國家,東臨紅海,商船經由蘇彝士運河進入地中海,或經阿拉伯海通往波斯灣、印度洋的要衝曼德海峽等,因此戰略位置十分重要。圖/Alvaro1984 18 ,公有領域,wikimedia commons.

腹瀉臨床試驗:你的便便長怎樣?

我在基地待了三天,只看到一樣可以被歸類為奢侈品的東西,這樣東西讓人感到很放縱、很舒服, 但是它很昂貴;它會送到這裡只有一個原因,就是要讓士兵、水兵或飛行員生活得舒適一點。它就是馬克.李德爾(Mark Riddle)隊長為屬於海軍醫學研究第三課的那座貨櫃,訂購了 Charmin 牌超柔衛生紙。這座貨櫃門口掛了個牌子,上面寫說是:「腹瀉臨床試驗」(Diarrhea Clinical Trial)。

光是「腹瀉」這個字,看了就讓人想發笑。李德爾倒不抗拒。相反地,他反而在廁門裡邊掛了一個牌子,上面寫說「腹瀉嗎?」,用來徵召實驗對象。在一項目前正在進行的研究中,他為參與者設計了一幅「糞便分級視覺輔助圖」(Stool Grading Visual Aid),圖中有張照片是康寶濃湯的廣告(他會很親切地告訴你:「注意看,有支湯匙跑出來了。」)但是,為了後面我們才會說到的內容,李德爾真的把腹瀉當成一回事看。

你的便便是哪一種?圖/By Cabot Health, Bristol Stool Chart, CC BY-SA 3.0, wikipedia

他說過:「我靠這個東西活,靠這個東西呼吸。」他不是開玩笑。我曾聽過他用「神聖的」這個詞,來形容一組冷凍糞便樣本。他希望軍中高級長官也和他一樣認真。

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數世紀以來, 沒有人相信這個東西。「現代醫學之父」威廉. 奧斯勒(William Osler)於一八九二年寫說,「痢疾(dysentery)對士兵而言,比火藥和槍彈還致命。」(「痢疾」是個包容性的說法,指的是這樣一種感染:病原菌侵入腸膜,導致細胞及微血管內容物滲出。造成痢疾的標準症狀「天殺的腹瀉」〔bloody diarrhea〕,聽起來很有英式褻瀆的味道。)

1848 年美墨戰爭,相對於每一名戰鬥傷亡美軍,就另有七名死於疾病,其中大部分都是腹瀉。美國內戰期間總共有九萬五千名士兵死於腹瀉或痢疾。越戰因腹瀉而住院病患,多於瘧疾病患,比例接近 4:1。

現代醫學之父-威廉.奧斯勒(William Osler)。圖/CC BY 4.0,wikimedia commons.

在世人後來接受病菌理論,科學家也瞭解了感染機制之後,微生物、它們藉以繁衍的汙穢, 以及傳播這些微生物的昆蟲,變成軍事行動的目標。軍中突然有了「蒼蠅控制單位」(Fly Control Units)、衛生軍官,以及軍中昆蟲學家。腹瀉的防止、治療與瞭解方面的重大進展,大部分都有美軍涉入。馬克.李德爾吉布地簡陋貨櫃實驗室的原創單位 NAMRU—3 位在開羅,那裡可以看到四星級的抗腹瀉譜系。

第一任主任海軍上校羅勃.菲利普斯(Robert A. Phillips)想到一種方法,就是在輸液(rehydration)中加入葡萄糖,來加強腸道對鹽分和水分的吸收。這代表病患可以用喝的方式達成補充水分的目的,不必跑到診所讓醫生做靜脈點滴注射。這不但是偏遠戰區(缺乏醫護人員)戰士的救命丹,也是當地一般百姓的救命丹。1978 年,《刺胳針》學報的社論說,菲利普斯的發現「可能是本世紀最重大的醫學發展。」

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花招百出的腹瀉病原菌

李德爾的研究主題,全稱為「旅人腹瀉動態治療法試驗性評估」(Trial Evaluating Ambulatory Treatment of Traveler’s Diarrhea,簡稱 TrEAT TD)2 。「旅人腹瀉」其實是個囊括性的說法。旅人腹瀉大部分(至少有 80%)是細菌感染,5~10% 是病毒感染(這裡的嘔吐物往往流進供水系統), 其他不等比例為阿米巴原蟲、甲地鞭毛蟲等原生動物感染。但這些全部都是食物和飲水汙染引起的。

會引起痢疾的阿米巴原蟲。圖/By Dr. George Healy, Public Domain, Wikipedia

以前有種分類叫做「軍中腹瀉」(military diarrhea,這裡的「 軍中 」指的是病患屬性,不是其擴散的爆炸性)。但若是看主要病原,兩種腹瀉都一樣。軍中腹瀉即是旅人腹瀉,因為士兵被派駐到那種你不想要飲用當地水源的地區,也就算是旅人了。

李德爾和大衛.崔伯(David Tribble)3 所做的一項研究,還有幾項和美國海軍醫學研究中心(US Naval Medical Research Center)合作的研究,都顯示 2003 年至 04 年間,在伊拉克參戰的軍人,有 30% 到 35% 都碰過找不到安全食物及飲水的狀況。特別是在衝突初期,戰士簡直像是落後地區的背包客,要在汙穢的土壤中大便,還要對著小販兜售的食物趕蒼蠅。這項研究顯示,曾經罹患腹瀉的士兵,在伊拉克是 77%,在阿富汗 54%;其中 40% 的病例嚴重到必須就醫。

但相對於每一名上午來掛病號的病患,就有四名不就醫,而是忍過去。李德爾很想知道為什麼:旅人腹瀉一般來說病情持續約三至五天,但從李德爾的資料顯示,既然都有了新種的抗生素, 可以讓你四到十二小時之內就復原,為什麼還要這樣忍受?他到處問人,大部分是吃飯的時候。機庫般長度的 Dorie Miller 廚房裡 4 ,餐桌照教堂地下室風格列成長排。所以吃飯時,你對面或旁邊總是會有友善的陌生人,可以談談腹瀉這回事。

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李德爾今天上午就和他左邊那人開門見山地聊起來。那人穿的制服顯示他是陸戰隊士官,姓羅賓森(Robinson)。李德爾跟他搭訕說:「我也在海軍做事,我在試驗一種簡單的旅人腹瀉治療處方。我們發現,只要吃一次抗生素和抗蠕動……」

羅賓森正好在吃蛋,抬起頭說:「 蠕……?」

我說:「好像易蒙亭(Imodium)一樣,把你堵住。」

「噢,絕對不要那樣。你不會想這樣干擾大自然。」羅賓森有著像演員文.雷姆斯(Ving Rhames)那樣的渾厚聲音與權威氣氛。你可以想像李德爾吃過這頓早餐回到實驗室後,可能會把他的資料丟進垃圾桶去──我到底在想些什麼?

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「你肚子裡有壞東西,髒水,或是什麼的,你一定要讓它出來。」這好像是在和「巨響」討論腹瀉。「干擾了這個過程,只是敗事有餘。」

這種話我們聽多了。很多人以為腹瀉是身體想要把入侵者趕出去,或是排除入侵者產生的毒素。他們認為,吃抗腸蠕動藥物會干擾這種「清理」過程,所以他們不吃。但是,腹瀉並不是你在搞病原菌,而是病原菌在搞你,而且它們的招式多多。

志賀氏菌(Shigella)和彎曲桿菌(campylobacter)這兩種細菌性痢疾病原,會用「分泌器」輸出毒素──透過這種「皮下刺刀」,將毒素注入腸內膜的細胞內,而將細胞殺死,讓細胞內的液體滲出。這種液體就是稀便的部分成因,但是不只這樣。這種失去功能的細胞要是過多,大腸就無法再執行吸收水分的功能;原本食物經過腸道時會越來越乾,但現在卻是一路上都濕漉漉的。

腸聚集性大腸桿菌也會造成這種結果,只是方式不同;它會形成一層腸黏膜包覆──一組細菌方陣蓋住腸膜,使腸膜無法吸收水分。霍亂弧菌(Vibro cholera)和腸毒性大腸桿菌(ETEC)則是使用化學武器;這兩者都會製造毒素,挾持細胞內原本維持細胞平衡的幫浦。幫浦被挾持之後,會把水抽到細胞外,速度比病患藉由喝水來補充水分還要快 5

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這些小生物為什麼對我們這樣?這有演化上的動機嗎?「有──」李德爾說。「一直都有。」它們讓人產生液態糞便,糞便會噴得比較遠,覆蓋面比較大,就能夠加速它們的傳播。最好是蓋住全世界!霍亂病原菌特別精於此道。霍亂病人一天下來腹瀉的液體多達 5 加侖(1 加侖相當於 3.8 公升)。

由於這個量實在太大,菲利普斯醫生的一名同事靈機一動,發明了霍亂病床(cholera cot)。這種軍用床在床鋪中間的臀部位置挖了個洞,底下接了個桶子(桶子另售)。這種床至今都還在生產。特殊需求床網站 specialneeds cots.com 說,這種床讓病患「不用下床就可以上『廁所』(bathroom)」。這種說法把委婉語(euphemism)一舉推上了量子物理學領域。

它們讓人產生液態糞便,糞便會噴得比較遠,覆蓋面比較大,就能夠加速它們的傳播。最好是蓋住全世界!圖/U.S. Army Corps of Engineers Savannah District @Flickr

除此之外,腸道病菌也很難驅除。它們已經演化出一些方法,可以在「大洪水」中屹立不搖。旅人腹瀉有半數病例是腸毒性大腸桿菌造成的,這種大腸桿菌配備有毛狀掛勾,叫作 longus,可以把自己掛在接近細胞壁的地方。接到細胞發出的化電訊號(chemoelectrical signal)之後,大腸桿菌還會長出有彈性的菌毛(fimbriae),這種菌毛末端有吸盤。但你的免疫系統有更精密的防衛功能,不只可以把這些全都驅除掉,還會製造特殊設計的抗體。其中一種衝著大腸桿菌的吸盤而來,不讓它們附著;另一種則破壞 longus 或將毒素的毒性化解掉。

羅賓森士官對腹瀉的意見已經說完了,不過他要李德爾帶話給負責把衛生紙裝進戰場配給品—即食餐包(Meals, Ready-to-Eat)的人。他從餐巾撕下飲料券大小的一片,然後說:「就這麼大,用來擦屁股!」6 李德爾自行回答說,海軍帶的是嬰兒濕紙巾。他或許會後悔說這個,因為羅賓森立刻駁斥說,陸戰隊只能從 T 恤上撕下一片布。這或許是陸戰隊與海軍關係的寫照。

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李德爾謝過羅賓森士官後起身告辭。他喜歡在八點前進辦公室。八點時,利摩尼爾基地的公共擴音機將播放吉、美兩國國歌,先是吉布地國歌,然後是美國國歌。這時每個在戶外做事的人都要暫停工作,肅立在原地,以示尊敬。吉布地的國歌旋律優美,曲風浩浩蕩蕩,很像昔日電視西部影集的主題曲。

這整件事情當然並不好玩,但要是你發生「餐後緊急事件」,大概就會有興趣了。進食──特別是到吃到飽自助餐廳飽餐一頓之後──所引發的胃腸反射,會促使大腸內容物「前進」,將前天的晚餐移走,好容納這頓早餐。但或許你更進一步罹患了大腸激躁症(IBS,簡稱腸躁症);這樣一來,就算你愛國心再強,可能無法原地肅立聽國歌播放到最後一個音節。

腹瀉治療的漫漫長路

李德爾派駐在開羅 NAMRU—3 總部的幾年,屢次碰到腹瀉感染。這是去本地餐廳「採取糞便樣本」的結果。腸躁症的資料紀錄非常豐富,但是一般公眾不是很瞭解。這種病是腹瀉感染,特別是嚴重或連續復發的結果。你要是和最近確診為腸躁症的患者談話,其中有 1/3 的人會告訴你,他們的症狀是從一次食物中毒後開始的。國防部的資料顯示,派駐中東期間曾發生急性腹瀉的士兵,發生腸躁症的風險是一般人的五倍大。

甚至連退伍軍人部(Veterans Administration)都承認,腸躁症──還有「反應性」關節炎──是種腸道感染的感染後遺症(post-infectious sequelae)。病患要是可以證明他們的腸躁症,是在佈署期間感染志賀氏菌、大腸桿菌或沙門氏菌之後發生的,將可以享有補貼。李德爾估計,國防部將把用在這種食物中毒後遺症的經費,增加到和創傷後壓力症候群一樣。

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我不想住在馬桶裡,別再拉肚子了!圖/Jim @Flickr

但為什麼不多用一點抗生素?首先,問題在於抗藥性菌株的發展。只是有些藥可以在一天之內就把感染治好,所以這比較不是問題──因為一天的時間根本不夠抗藥性菌株演化、繁殖。比較令人擔憂的或許是,最新研究顯示,在海外(尤其是東南亞)旅人若是曾使用抗生素治療腹瀉,他的結腸內部常常會有兩種「壞」菌移植進來,然後他們會把這些壞菌帶回家,在鎮上散播。這兩種「蟲」在他體內居住的時間或許不久,也不會對他造成問題,但卻可能會對免疫系統較弱的病人造成危險。這個問題由於現在已經有較新的單劑藥方,所以或許也不是問題。

這些問題主要是第一世界的顧慮。我從吉布地回來的那週,世界衛生組織發表了一組統計數字,說全世界每年死於腹瀉的病患有 220 萬人。單單死於腸毒性大腸桿菌者,每年就有 38 萬到 50 萬人。小孩脫水的速度比較快,所以特別危險。疾病控制防治中心(Center of Disease Control and Prevention)估計,每日有 2195 位五歲以下小孩死於腹瀉,比瘧疾、愛滋和麻疹三項加起來還多(蓋茲基金會有在資助海軍發展 ETEC 疫苗)。

李德爾二十幾歲時常常旅行,他還記得當時他突然有了一種領悟。很多人的人生──他們的際遇、健康、壽命──都取決於自己出生的地方。「這其實是很隨機的。」我們在他的辦公室;辦公室就在他實驗室的樓下,位在同一座貨櫃裡。「不應該是那樣,你父母剛好住在哪裡應該沒那麼重要。」他停下來,因為一架噴射機在跑道上起飛,聲音很大。這裡,每一天有好幾個時段,每隔幾分鐘就有一台飛機起飛。這種感覺很像在希斯洛機場停機坪下方有間辦公室一樣。飛機引擎聲過去之後,他又開始說:「我學醫是為了幫助最大多數人。」然而,正當我覺得他要對我講嚴肅認真的話的時候,他卻說:「我剛巧就遇上了腹瀉。」

 

注釋:

  1. 譯注: Giant Voice 是種公共廣播系統,發生緊急狀況時,會立刻透過廣播系統施放警報,將消息告知眾人。
  2. 按照首字母縮寫規則,縮寫本來應該是TEAT TD。(譯注: teat 在英文是乳頭、奶嘴的意思。)不過,算了。因為研究腹瀉的人就算避免掉 teat 這個字,照樣很難贏得他們應得的尊敬。
  3. 這是我做的腹瀉研究統計:你要是和一組叫做李德爾(Riddle)和崔伯(Tribble)的腹瀉研究員交談,有百分之九十四的機率,會把其中一人甚至兩人稱為卓伯(Dribble)。
  4. 全名是 Dorie Miller Galley。軍方要替一項裝備命名時,其實很少會用暱稱。不過,要是有人的全名裡面有Doris,大家就會想要破例。Doris “Dorie” Miller 是名伙房兵,因為他在珍珠港攻擊事件中的英勇表現,他的名字出現在多達二十三件政府及民間的設施上,其中八件用 Dorie,十五件-包括美國郵政總局-用 Doris。美國海軍也將一艘巡防艦命名為 Doris Miller。由於大部分的護衛艦名都不用名字,所以大家很容易就會避談 Doris 這點。
  5. 劑量造就毒藥。小量的霍亂/ETEC 仿毒素可以有效治療便秘(尤其是影響三分之一腸躁症病患的便秘)。二○一二年,鐵木藥廠(Ironwood Pharmaceuticals)發表了一款這類綜合藥劑,一名市場研究員立刻預告這種藥將會取得「巨大成功」(blockbuster status)—說到便秘藥,還有什麼說法比這個適合呢?(譯注: blockbuster status 的本意是指一項產品在市場上取得巨大成功;但字面上的意義卻可以理解為「摧毀堵塞」,所以作者才說這個說法完全適用於治便秘藥物。)
  6. 我試過,但真的弄不懂是由誰來決定即食餐包要放多大張的衛生紙,還有要怎麼放等等。不過,我可以告訴各位很多衛生紙的事情,因為我找到了聯邦規格 ASTM D-3905。我可以告訴各位規格中規定的張力強度、乾燥度和濕度等等。我也可以告訴各位規格中允許的顏色(白、淺褐、黃、綠)、最低重量和基礎重量、使用後纖維比以及吸水速率。我們要的答案或許就在這裡。如果你的肛門像分配「任務配給之一的衛生紙」之負責人那樣夾得夠緊,你也許就不需要太多衛生紙。

 

 

 

本文摘自《不為人知的敵人:科學家如何面對戰爭中的另類殺手》八旗文化出版。本書為泛科學 2017 年 5 月選書

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

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腹瀉腹痛真兇揭曉!後腸神經內分泌瘤如何威脅健康
careonline_96
・2025/01/24 ・2592字 ・閱讀時間約 5 分鐘

圖 / 照護線上

「有位五十多歲的患者反覆出現腹瀉與腹痛,曾經在多家醫院接受治療。後來又因為發現直腸腫瘤合併肝轉移,而接受切片檢查。」高雄醫學大學附設中和紀念醫院院長暨大腸直腸外科王照元教授表示,「病理報告顯示,患者的腫瘤是神經內分泌瘤,大家才曉得原來導致反覆腹瀉與腹痛的主因是後腸神經內分泌瘤。」

經過討論後,患者接受了手術治療,後續也使用體抑素類似物(somatostatin analogs, SSA)治療,減少腫瘤分泌相關荷爾蒙,幫助緩解症狀並抑制腫瘤生長。王照元教授說,由此可知神經內分泌瘤的診斷、治療都相當具有挑戰性,往往需要多專科的配合,才能達到較好的治療成效。

神經內分泌瘤(neuroendocrine tumor)是源自各種神經內分泌細胞,很多器官都可能出現神經內分泌瘤。王照元教授解釋,在人類胚胎發育過程中,原始消化管可分成前腸、中腸、後腸,後腸會形成遠端橫結腸、降結腸、乙狀結腸、直腸等,出現在這些部位的神經內分泌瘤稱為「後腸神經內分泌瘤」。

後腸神經內分泌瘤較好發於中老年人,近年來的病例數有逐漸上升的趨勢。在台灣、日本、韓國等亞洲國家,後腸神經內分泌瘤的發生率較高[1]。經由大腸鏡檢查有機會在較早期發現後腸神經內分泌瘤。

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後腸神經內分泌瘤症狀千變萬化
圖 / 照護線上

神經內分泌瘤可能會分泌多種激素,而造成潰瘍、腹瀉、心悸、暈眩、咳嗽、氣喘、臉潮紅等症狀。不過大部分為非功能性神經內分泌瘤,僅有 10 至 20% 為功能性神經內分泌瘤。王照元教授說,後腸神經內分泌瘤也可能導致疼痛、出血等狀況[2]

後腸神經內分泌瘤的診斷與治療

懷疑罹患後腸神經內分泌瘤時,醫師會安排進一步檢查,利用抽血、驗尿檢測腫瘤相關的生物標記,利用切片檢查、特殊染色來確認腫瘤的性質與分級,利用電腦斷層、核磁共振等影響檢查來評估是否有轉移至其他部位。

後腸神經內分泌瘤診斷與治療
圖 / 照護線上

針對局部或早期腫瘤,建議採取手術治療,切除腫瘤及鄰近淋巴結。王照元教授說,針對晚期或轉移性腫瘤,可能考慮進行減積手術,盡量減少腫瘤體積,幫助減緩症狀,改善生活品質。

在腫瘤無法完全切除的狀況下,一般會搭配藥物治療、放射治療、標靶治療、化學治療等。王照元教授說,藥物治療主要是利用體抑素類似物,體抑素類似物能減少腫瘤分泌相關荷爾蒙,並抑制腫瘤生長,延長無惡化存活期。

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圖 / 照護線上

傳統體抑素類似物採肌肉注射,每四週注射一次。王照元教授說,目前有新型長效體抑素注射凝膠採深層皮下注射,注射體積很小,僅 0.5 ml,幫助降低注射時的疼痛感,提升患者對治療的耐受度。根據真實世界數據,接受新型長效體抑素注射凝膠治療的患者,穩定治療時間平均比傳統療法長約 10 個月[3]。提高患者的治療順從度,也有助提升治療成效。

接受治療期間,醫師會定期安排檢查以評估治療成效並監測病情進展,患者如果有任何不適,請務必與醫師討論。

後腸神經內分泌瘤的診斷與治療經常會牽涉內科、外科、放射科、病理科等多個科別,因此多專科團隊可以提供較完善的照顧。王照元教授提醒,醫師會根據患者的年齡、合併症及對生活品質的需求,擬定個人化的治療計劃。患者要和醫師密切配合,才能達到較佳的治療成效。

筆記重點整理

  • 神經內分泌瘤是源自各種神經內分泌細胞,很多器官都可能出現神經內分泌瘤。在人類胚胎發育過程中,原始消化管可分成前腸、中腸、後腸,後腸會形成遠端橫結腸、降結腸、乙狀結腸、直腸等,出現在這些部位的神經內分泌瘤稱為「後腸神經內分泌瘤」。
  • 神經內分泌瘤可能會分泌多種激素,而造成潰瘍、腹瀉、心悸、暈眩、咳嗽、氣喘、臉潮紅等症狀。不過大部分為非功能性神經內分泌瘤,僅有10至20%為功能性神經內分泌瘤。後腸神經內分泌瘤也可能導致疼痛、腸阻塞、腸穿孔、腸道出血、解尿困難等狀況。
  • 針對局部或早期腫瘤,建議採取手術治療,切除腫瘤及鄰近淋巴結。針對晚期或轉移性腫瘤,可能考慮進行減積手術,盡量減少腫瘤體積,幫助減緩症狀,改善生活品質。
  • 在腫瘤無法完全切除的狀況下,一般會搭配藥物治療、放射治療、標靶治療、化學治療等。藥物治療主要是利用體抑素類似物,體抑素類似物能減少腫瘤分泌相關荷爾蒙,並抑制腫瘤生長,延長無惡化存活期。

[1] Das S, Dasari A. Epidemiology, Incidence, and Prevalence of Neuroendocrine Neoplasms: Are There Global Differences? Curr Oncol Rep. 2021 Mar 14;23(4):43. doi: 10.1007/s11912-021-01029-7. PMID: 33719003; PMCID: PMC8118193.

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[2] Smith JD, Reidy DL, Goodman KA, Shia J, Nash GM. A retrospective review of 126 high-grade neuroendocrine carcinomas of the colon and rectum. Ann Surg Oncol. 2014 Sep;21(9):2956-62. doi: 10.1245/s10434-014-3725-3. Epub 2014 Apr 24. PMID: 24763982; PMCID: PMC4521622.

[3] Harrow B, Fagnani F, Nevoret C, Truong-Thanh XM, de Zélicourt M, de Mestier L. Patterns of Use and Clinical Outcomes with Long-Acting Somatostatin Analogues for Neuroendocrine Tumors: A Nationwide French Retrospective Cohort Study in the Real-Life Setting. Adv Ther. 2022 Apr;39(4):1754-1771. doi: 10.1007/s12325-022-02060-1. Epub 2022 Feb 22. Erratum in: Adv Ther. 2022 Jun;39(6):3059-3060. doi: 10.1007/s12325-022-02127-z. Erratum in: Adv Ther. 2023 Jan;40(1):387-388. doi: 10.1007/s12325-022-02335-7. PMID: 35190997; PMCID: PMC8989892.

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歐洲人克服乳糖不耐,少拉肚子就是達爾文贏家?
寒波_96
・2022/09/16 ・3814字 ・閱讀時間約 7 分鐘

牛奶、羊奶等生乳中含有乳糖(lactose),可以被乳糖酶(lactase)分解。但是小朋友長大以後,乳糖酶基因便不再表現,失去消化乳糖的能力。幾千年前,世界各地卻出現多款基因突變,讓人能一輩子保有乳糖酶。2022 年一項針對歐洲的研究提出觀點:這項能力之所以受到天擇喜好,是因為能避免拉肚子!?

人類如今也發明去除乳糖的牛奶。圖/被拍電影耽誤的置入性行銷之神──Michael Bay 麥可貝

史上最強遺傳適應,演化過程出乎意料?

人類原本和眾多哺乳動物一樣,小時候依賴母乳餵食,長大後不再喝奶,乳糖酶也失去作用。但是隨著人類馴化牛、羊等動物,即使是成年人也常有機會吃奶。

另一方面,由於乳糖酶基因外頭的調控位置突變,使得許多歐洲、非洲人的酵素在成年後可以持續作用,稱為乳糖酶持續性(lactase persistence,簡稱 LP,也就是乳糖耐受),而且同樣效果的不同突變,至少獨立誕生過 5 次。

具有某方面優點,使得存在感增加的 DNA 變異,稱作遺傳適應(genetic adaptation)。已知的人類案例非常多,天擇的影響力有強有弱,LP 算是受到最強烈天擇力量的基因之一。

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由此推敲,當人類開始養牛、養羊,又吃奶以後,同時衍生 LP 應該是順理成章的事?然而,一系列考古學、遺傳學、古代遺傳學的探索,卻徹底打破上述看似合理的推論。

首先,考古學調查發現人類在中東馴化牛、羊,吃奶的歷史至少有 9000 年,接著距今 7000 年前已經引進歐洲多處。再來,由遺骸中直接取得古代 DNA 得知,LP 遺傳變異要等到 4000 多年前才出現,而且超過 3000 年前都還很小眾,最近 2000 年內才大幅提升存在感。

顯而易見,人類開始吃奶的年代,比獲得成年後消化乳糖的能力,更早好幾千年。 2022 年新發表的研究透過更廣泛的取樣分析,再度確認這件事。

由陶器中取樣乳脂質的地點和年代。圖/參考資料 1

再度確認:吃奶比遺傳突變更早好幾千年

隨著技術進步,如今有好幾種方法判斷古代人會不會吃奶,像是分析牙結石中的乳蛋白、容器中的乳脂質等等。新研究偵測陶器中的乳脂質,包括以前發表 188 處,以及新取得 366 處,總共 554 處中東、歐洲的遺址中,得知 6899 件乳製品存在的紀錄。

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吃奶的文化能追溯到中東,新石器時代擁有農業的人群,帶著他們的牛、羊一起移民歐洲,也將吃奶文化傳入歐洲。到了距今 7000 年前,歐洲各大地區已經出現乳製品。也許不見得會直接喝生乳,不過肯定存在起司等生乳加工的食品。

比較特殊的是巴爾幹半島,現在的希臘。那時居民會養牛,養羊,吃肉肉;但是分析超過 870 件陶器,完全見不到乳脂質的蹤影。此處或許更晚才建立起吃奶文化。

總之,7000 年前吃奶文化已經廣傳歐洲各地。相比之下,比對不同年代、地點的死人骨頭取樣,消化乳糖的 LP 遺傳變異最早在 4600 年前現蹤,比吃奶晚很多。

而且 LP 出現一段時間後,存在感依然非常低,距今 3000 到 5000 年前的青銅時代,LP 並沒有什麼過人之處。到此為止,LP 只能說是人類族群中的一款普通變異,還不能算是遺傳適應。

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不同年代,歐洲各地的吃奶狀況。距今 7000 年前之際(5000 BC)吃奶已經相當普及。圖/參考資料 1

現代社會:能代謝乳糖沒有好處,不能代謝只有小小壞處

儘管比本來以為的晚很多,LP 遺傳變異在歐洲族群的比例,還是於最近 3000 年內明顯上升。它到底因為什麼優點才受到天擇青睞,歷來爭論不休,有人提出營養、維生素D 等假說,可是都缺乏決定性的證據。

搜集幾十萬人遺傳資訊的英國生物樣本庫(UK Biobank),近來被大量用於各色分析。這項研究從中探討 LP 的影響,分析對象中大部分人具有 LP,少數人沒有(論文用語是 lactase non-persistent,縮寫為 LNP,也就是乳糖不耐)。比對得知,LP 並不會影響喝奶、食用乳製品的行為。

直接喝奶才有乳糖代謝的問題,加工成起司等乳製品可以避免,但是「問題」也許不是真的問題。更進一步比對,LP 對於健康狀況也沒什麼影響。簡單說就是:對 33 萬位英國人的分析發現,LP 與否,無關緊要。

加上其餘資訊推論,現代社會在正常情況下,缺乏 LP 大概就是喝奶拉肚子,不是什麼嚴重的問題。例如隨著中國經濟發展,沒有 LP 的中國人大量喝奶,多數也沒怎麼樣。

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這也符合台灣人的經驗,台灣人配備 LP 的比例不高,可是隨著飲食習慣改變,多數人也就是這樣喝奶。另外喝奶會改變人的腸道菌,影響消化狀況,也是一個影響因素。

普遍缺乏 LP 的台灣人,很多人也是生乳照樣喝。圖/[廣宣] 牛奶妹 徵求中興大學牧場鮮奶長期訂戶

飢荒、疾病,時代力量的逆境考驗?

為了解釋歐洲歷史上 LP 比例的大幅上升,許多論點提出喝奶的優點,但是想想頗有可疑。把鮮奶加工製成乳製品,就能輕易抵銷 LP 問題,即使是飢荒時節也不例外;不能直接喝奶也不會餓死,吃起司就好。在營養加分方面,能喝奶真的有什麼優勢嗎?

由人群中遺傳變異的比例變化,我們能評估天擇影響的結果,但是不見得能抓到當初天擇真正的目標。新研究的分析指出,LP 的意義似乎不在創造優勢,而是避免劣勢。

跑完一大堆統計分析後,有兩項因素和 LP 的關聯性最高。一項是人口數量的波動,另一項是人口的密度。論文的解釋是,人口數量波動和飢荒有關(飢荒讓人口減少),密度和傳染病有關(人變多會增加傳染病的機率)。

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沒有 LP 的人直接喝奶,副作用往往是腹瀉,在豐衣足食的現代社會多半沒有大害,還能刺激代謝,順便減肥;雖然對某些人而言,拉肚子依然是困擾的問題。

至於營養不良的人,腹瀉更可能出問題;某些疾病下,拉肚子造成脫水,容易重傷害健康。時常被營養不良、傳染病、飢荒等災厄糾纏,是古代的常態。

由此推論,不論是饑荒的短期逆境,或是傳染病的長期逆境(論文沒有特別討論,我想也包括寄生蟲?),配備 LP 的人由於能少拉肚子,生存機率也會大一點。

不同地區的人群,在不同年代的 LP 人口比例。圖/參考資料 1

魔鬼藏在拉肚子?

影響最大的年齡層可能介於 5 到 18 歲。此一小大人的階段,乳糖酶將漸漸失去作用;營養不良、體弱多病的人身體比較脆弱,拉肚子是要命的事,這或許正是天擇的目標!

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古時候衛生狀況不佳,拉肚子大概很常見,而未成年人的死亡率也遠勝現在,小孩死掉並不意外。在此之下,能減少拉肚子的 LP 遺傳變異,長期累積下來,正面影響力或許頗為可觀。

這項研究的說法是否正確?它仍不足以算是決定性的證據,不過脈絡頗有道理。非洲也有多個獨立誕生的 LP 遺傳變異,相較於歐洲了解少很多,這是個潛在的研究方向。

另外不可忽視,讓乳糖酶維持作用的 LP 遺傳變異,也受到飲食習慣、生活背景影響,不單純是遺傳的事。例如自古牧業發達的蒙古、哈薩克,居民的 LP 比例一直很低,幾千年來也活得很好。少拉肚子也許能解釋歐洲的狀況,其餘地區不宜過度延伸。

延伸閱讀

參考資料

  1. Evershed, R. P., Davey Smith, G., Roffet-Salque, M., Timpson, A., Diekmann, Y., Lyon, M. S., … & Thomas, M. G. (2022). Dairying, diseases and the evolution of lactase persistence in Europe. Nature, 1-10.
  2. The mystery of early milk consumption in Europe
  3. Famine and disease drove the evolution of lactose tolerance in Europe
  4. How humans’ ability to digest milk evolved from famine and disease
  5. Ancient Europeans farmed dairy—but couldn’t digest milk

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。