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為什麼蛀牙的總是我?為何原始人的牙齒都好棒棒?–關於蛀牙的二三事

活躍星系核_96
・2017/07/15 ・3275字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

作者 / Dr. J,國立陽明大學牙醫學系畢業,牙醫界的J.J.,雖然不會唱歌…但喜歡從有趣的角度來探索大家吃飯的傢伙────『小小的牙齒,大大的世界。』

「為什麼我一天刷了好幾次牙,這傢伙連牙刷都愛買不買,牙齒都我在刷,結果牙都我在蛀,天理何在~~~」

世界上充滿著不公平的事情:階級、性別……,但你可能沒想過「蛀牙」也是一件不公平的事。

為什麼!為什麼!為什麼!圖/Son of Zorn@GIPHY

雖然不買牙刷可能誇張了點,但是的確就算有同樣的口腔衛生習慣,有的人就是比較容易蛀牙,而有的人就可以幸運地不用與蛀牙作伴,為什麼?!

史前人類也會蛀牙嗎?

把時間往前推數萬年,你帶著牙醫的口腔檢查器械和牙刷回到過去,圍繞在你身邊的不會是服儀端莊的上班族,而是像尼安德塔人或原始智人等史前人類,而你好奇地使用你身旁的口鏡和探針來幫他們檢查牙齒(尼安德塔人:嘎嘎嗚啦啦!!),你除了讚嘆:「原來一輩子沒刷過牙的牙齒長這樣!」你更驚訝的是——其實他們的蛀牙狀況似乎不像我們預期中的嚴重。

在 2006 年,有一篇研究針對居住於西亞的安納托利亞(Anatolia)上的人類歷史遺骸做分析,從收集的牙齒樣本中,他們發現蛀牙情況與時代有關聯,越古老的時期,牙齒蛀牙率越低!從狩獵時期蛀牙率 1-2%,到新石器時代 3%-5%,進到銅器時代時蛀牙率上升到 11.7%,後面接著的羅馬時期及中世紀則到 16%、14.2%,現代土耳其更是達到了 17.1%。1到底為什麼潔牙工具較不發達的年代反而比較少蛀牙呢?

這得從蛀牙的根本開始說起。

為什麼我們會蛀牙?

蛀牙的過程其實就像挖山洞。首先,要先有一座「山(牙齒)」,目標確定後,「工人(蛀牙菌)」開始進駐,接著利用「火藥原料(可發酵的醣類)」做出炸彈炸出山洞,最後給這些工人們一些「時間」,將這項工程完成。這四項是蛀牙的基本要素。

牙齒的主要結構是羥基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2),而此牙齒結構最害怕的就是「酸」,當口腔環境 pH 值下降低於 5.5 時,牙齒結構最外層的牙釉質,又稱作法瑯質,就會開始去礦化(Demineralization),也就是說,鈣質會從齒質中流失,造成牙齒結構軟化,時間一久就會造成蛀牙。那麼,這「酸」究竟是怎麼來的?

口腔內住有很多細菌,它們會附著在牙齒上形成生物膜,而在你進食後,也就提供了「火藥原料(可發酵的醣類)」給住在生物膜裡的蛀牙菌,蛀牙菌開始消化發酵,最後就會產出有機酸來造成蛀牙。

為什麼現代人蛀牙率就是比原始人高呢?

回到主題,既然人類蛀牙的機制都是一樣的,為什麼現代人蛀牙率就是比原始人高呢?這時候有人突發奇想,會不會是因為原始人的食物缺乏「蛀牙原料」呢?

於是有一群學者,各自開始針對原始人遺骸作分析,結果蛀牙率分佈分別是:狩獵原始人 0%-5.3%,混食原始人 0.44-10.3%,農耕原始人 2.2%-26.9% 2,結論是「農耕原始人的蛀牙率明顯高於狩獵原始人」。他們推測人類開始耕作後,帶入了醣類飲食,而醣類分解後的單醣與雙醣是蛀牙菌的最愛,在其消化發酵後會形成酸,因此農耕時期後蛀牙率才會明顯上升。

人類開始農耕生活後,含有醣類的食物增加,例如稻米就是其中之一。圖/Steve Lai @ Flickr

而 Luis Pezo Lanfranco 與 Sabine Eggers 也針對了農耕前期與後期的蛀牙情況做更深入的比較,發現農耕後期不僅蛀牙深度更深,也分佈得更廣泛,不再侷限在咬合面2 。因此似乎可以下結論說:就是飲食習慣造成蛀牙的差異。這樣看來,我只要學魯夫都吃肉,就不會蛀牙了吧!

素食主義者表示:「蛀牙真的只是因為這樣嗎……?」(絕望貌)

另一位學者 Arkadiusz Sołtysiak 在 2012 寫了一篇評論3表示,似乎事情並不是如此單純,文中提到以往許多文獻都將尼安德塔人的低蛀牙率歸功給他們的飲食,但近期有些研究發現:不同地區的尼安德塔人的飲食習慣似乎不同,地中海附近的尼安德塔人被證實有食用穀類、棗類等醣類作物的紀錄4,但他們卻仍然很少有蛀牙(在伊拉克北邊的 Shanidar 洞穴發現的97顆牙齒完全沒蛀牙5),因此作者認為可能是因為這些人缺乏了會造成蛀牙的致病菌

此外,Streptococcus mutans(S. mutans)是目前公認的蛀牙致病菌之一,研究證明它是一種高多樣性、低異質性的細菌,代表它是一種新的且發展快速的細菌。此外,此菌種的傳染方式主要是由宿主母親藉由口腔或唾液傳染給後代,因此有可能在這些尼安德塔人存在的時期,他們口腔內是沒有這類細菌的。然而,現今其實已經有許多研究證實,口腔內的細菌組成的確是一個重要的蛀牙風險評估因子。6,7

擺脫醣類沒有可能,那有什麼方法可以預防蛀牙?

看來飲食習慣和口腔環境對於蛀牙都是十分重要的,但畢竟生活飲食中要完全擺脫醣類可以說是天方夜譚,那有沒有什麼新科技可以預防蛀牙呢?

近年來,由於抗生素的廣泛使用及細菌的抗藥性產生,許多學者開始提倡利用「益生菌抑制壞菌」的概念,而在腸道疾病也已有實際的臨床案例,這概念是否也可以應用到蛀牙預防呢?

在 2001 年 Näse 與其研究團隊率先使用含非蛀牙菌的牛奶來做實驗8,實驗結果雖然有減少蛀牙菌的比例,但沒有統計學上顯著差異。接著 Ahola 的團隊也跟著做了類似的試驗,但是是以起司為非蛀牙菌載體,雖然在三週進食階段的檢測,蛀牙菌減少量無顯著差異,但是在停止進食後的三週,卻有顯著的減少9。之後諸多學者接連做類似的實驗也都紛紛證實了益生菌對減少蛀牙菌的作用。

以起司為非蛀牙菌載體的試驗結果,發現在停止進食後的三週蛀牙菌量有顯著下降。圖/Rebecca Siegel @ Flickr

另外還有學者針對 S. mutans 內的基因片段做改造,使其在消化醣類後,不會製造出有機酸,再利用這類細菌去競爭排除掉會造成蛀牙的 S. mutans,雖然這項實驗數據成果很完美,但此項實驗目前仍就處於動物實驗階段10。不過可以期待的是,未來近幾年將會進一步進入人體實驗。11

既然還沒有仙丹,那現在的我可以做什麼?

現在大家知道為什麼蛀牙是不公平的了吧!每個人的口腔細菌組成不同,而且飲食習慣也會有所影響,既然現今仍尚未有可以改變根本的治療方法,根據英國牙科期刊建議,我們可以為預防蛀牙做的事情有:

1.減少食用精緻醣類、多方攝取原型食物。12
2. 飲食時間盡量集中,避免口腔時常維持高糖份的環境。12
3. 七歲以上的人,建議使用高含氟量的牙膏輔助刷牙(1450ppm 以上)。13
4. 一天建議刷兩次牙,睡前那次要做最徹底的清潔,而刷完牙後,避免使用大量水漱口,以增加氟化物抑制蛀牙的效用。13
5.每半年以內定期回診檢查。

最後,期許大家都可以有漂漂亮亮的牙齒,跟原始人牙齒一樣好棒棒喔!

圖/GIPHY

參考資料

  1. Koca, B., Guleç, E., Gultekin, T. et al. Human Evolution (2006) 21: 215. doi:10.1007/s11598-006-9019-4
  2. Lanfranco, L. P. and Eggers, S. (2010), The usefulness of caries frequency, depth, and location in determining cariogenicity and past subsistence: A test on early and later agriculturalists from the Peruvian coast. Am. J. Phys. Anthropol., 143: 75–91. doi:10.1002/ajpa.21296
  3. So1tysiak, A., 2012. Comment: low dental caries rate in Neandertals: the result of diet or the oral flora composition? HOMO e Journal of Comparative Human Biology 63 (2), 110e113.
  4. Fiorenza, L., Benazzi, S., Tausch, J., Kullmer, O., Bromage, T.G., Schrenk, F., 2011. Molar macrowear reveals Neanderthal eco-geographic dietary variation. PLoS ONE 6 (3), e14769.
  5. Trinkaus, E., 1977. An inventory of the Neanderthal remains from Shanidar cave, northern Iraq. Sumer 33, 9–33.
  6. Van Houte J. Microbiological predictors of caries risk.  Adv Dent Res 1993: 7(2): 87–96.
  7. Assessing patients’ caries risk, Fontana, Margherita et al. The Journal of the American Dental Association , Volume 137 , Issue 9 , 1231 – 1239
  8. Nase L, Hatakka K, Savilahti E, Saxelin M, Ponka A, Poussa T, Korpela R, Meurman JH. Effect of long-term consumption of a probiotic bacterium, Lactobacillus rhamnosus GG, in milk on dental caries and caries risk in children. Caries Res 2001: 35: 412–420.
  9. Ahola AJ, Yli-Knuuttila H, Suomalainen T, Poussa T, Ahlstrom A, Meurman JH, Korpela R. Short-term consumption of probiotic-containing cheese and its effect on dental caries risk factors. Arch Oral Biol 2002: 47: 799– 804.
  10. Hillman JD, Brooks TA, Michalek SM, Harmon CC, Snoep JL, Der Weijden CC. Construction and character- ization of an effector strain of Streptococcus mutans for replacement therapy of dental caries. Infect Immun 2000: 68: 543–549.
  11. Hillman JD, Mo J, McDonell E, Cvitkovitch D, Hillman CH. Modification of an effector strain for replacement therapy of dental caries to enable clinical safety trials. J Appl Microbiol 2007: 102: 1209–1219.
  12. Prevention. Part 2: Dietary advice in the dental surgery, R G Watt, P McGlone & E J Kay, British Dental Journal 195, 27 – 31 (2003) Published online: 12 July 2003 | doi:10.1038/sj.bdj.4810276
  13. Prevention. Part 4: Toothbrushing : What advice should be given to patients?R. M. Davies, G. M. Davies and R. P. Ellwood; Series Editor E. J. Kay, doi:10.1038/sj.bdj.4810396© British Dental Journal 2003; 195: 135–141

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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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》