0

0
0

文字

分享

0
0
0

當營養流行病學遇上資料科學:找出營養與疾病之間的關係

研之有物│中央研究院_96
・2017/12/31 ・2985字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

「營養流行病學」遇上「資料科學」

對實驗室的印象,還停留在瓶瓶罐罐的冒煙反應嗎?中研院生物醫學科學研究所潘文涵研究員,以 Dry Lab 研究營養流行病學,透過資料分析找出大眾的健康問題與飲食對策。

潘文涵團隊以 Dry Lab 探討營養與疾病的關聯。圖/林婷嫻、張語辰

潘文涵在美國康乃爾大學營養流行病學系研讀博士時,接觸到以統計分析為研究法的營養流行病學領域 。

作法是先觀察人群的健康現象和營養狀況,在什麼人、什麼地方、什麼時間聚集,並產生假說、提出想探討的病因。

想探討的病因,例如營養缺乏(如B群)、營養過剩(如鐵質)等和老化症候是否有關。接著蒐集各種層次的資料,透過電腦分析數據,找出病因與改善疾病的飲食方法。Dry Lab 研究要問對問題,且收集高品質的關鍵資料最為重要,一旦資料取得後,立基於紮實的理論訓練,使用適當的統計或資料採礦模型、方法,就能有效率地獲得研究結果。

國民營養健康調查,從飲食狀況找病因

為了追蹤國人的飲食狀況,政府從 1980 年代起即每 5 年啟動一次國民營養調查,1992 年潘文涵提出結合營養與健康數據的概念,「國民營養健康狀況變遷調查」因而成形。

對研究員而言,蒐集到的資料不應該只是做成一篇調查報告。

而是應該充分運用寶貴的資料,交叉分析,找出各種飲食問題與疾病之關係,政府才能有效擬訂健康政策。

例如,團隊透過調查發現:國人肥胖的代謝風險較西方人高;食鹽開放進口後,國人碘缺乏率增加;學童吃垃圾食品,蔬果蛋白質奶類不足,會影響在校整體表現;國人鎂營養不良,會增加糖尿病風險;老人蛋白質、蔬果攝食不夠,會引發衰弱症等等。

為能給全民打造健康飲食藍圖,受訪者涵蓋兩個月以上的嬰兒至九十多歲的長輩,針對不同年齡層設計合適該年齡的健康檢查,及生活形態、健康知識態度等問卷,也詳細收集每個人的攝食資料。

研究團隊在週間進行飲食問卷調查,週末時體檢團隊在各地執行受訪者健康檢查。照片中的巡迴體檢車,能測量骨質密度與身體組成(含肌肉脂肪量)。圖/潘文涵

24 小時飲食回顧法,讓資料精準個人化

1987 年之前的國民營養調查,是採用「食物盤存法」來調查受訪者最近吃了什麼。先記錄家裡「已有的」及「新進入的」食物種類及重量,三天後再盤點剩餘的食物,扣掉廢棄的食物量,計算差值求得全家人之攝食總量。

但這種盤存法是以「家庭」為單位,無法精準了解「個人」吃了什麼,也就難以探究不同年齡層男女獨特的飲食病因。1993 年起潘文涵團隊接手調查後,改用「 24 小時飲食回顧法」,設計適合華人飲食的散狀食物模型,調查時可以讓受訪者拼湊成盤,蒐集到個人化的資料。

潘文涵團隊設計的散式食物模型,有肉絲、蔬菜、玉米等十幾種,受訪者可回顧自己吃了什麼,自行取量組成一盤菜餚。研究人員可直接秤量,使用對換公式,求得食物真實重量。圖/張語辰

24 小時飲食回顧法有一套「菜餚食譜詢問標準流程」,為了仔細記錄每個受訪者的飲食狀況,不同菜餚會有不同的詢問方式。例如,當一位個案說昨天晚上在家裡吃了紅蘿蔔炒肉絲,調查人員要問他吃了多少量、有哪些食材、有什麼挑食不吃……等等。若不吃紅蘿蔔的話,需標註下來,系統會自動只保留肉絲、蔥、鹽等,並調整各項食物量。

但只把食物輸入資料庫還不夠,需要各種食物的營養含量,交叉相乘、再累加起來,才能求得每人每天各種營養素的攝取量。

藉由這些方式,潘文涵團隊建立了鉅細靡遺的飲食和菜餚資料庫。

國民營養健康狀況變遷資料庫中,清楚記載每道菜餚的烹調方式、油度、鹹度、成分重量等等,以利後續資料分析。(此為測試帳號)圖/國民營養健康狀況變遷調查團隊提供

Dry Lab 任何一筆資料,都不許模糊化

蒐集資料為什麼要把它模糊化?如果受訪者喝了牛奶,就必須記錄牛奶品牌等細節。

「光泉的牛奶必定跟味全的牛奶不一樣,雖然牛奶營養素大同小異,區分與否對每些營養素的估計不見得重要,但探討食品安全議題時,這種鉅細靡遺的資料就派上用場了」潘文涵強調。

營養調查資料,可以區分廠牌、食物狀態、菜餚型式等,這些資料可以視需要而重新分類運算。國民營養健康狀況變遷調查蒐集到的膳食資料,整合於國家衛生研究院建立的「國家攝食資料庫」裡(衛生福利部食品藥物管理署計畫),提供台灣各年齡的男女性每人平均一天各種食物的攝食量,此資料庫成為毒物學家進行 TDS (Total Diet Study) 的重要參考。

例如,若想知道台灣人暴露在瘦肉精的風險有多少,就能透過這個資料庫查詢台灣人平均每天吃多少克的各式肉類,進而搭配瘦肉精含量數據,評估國人之暴露風險。

國家攝食資料庫如何幫助毒物學家調查食安:以防腐劑為例。圖/林婷嫻、張語辰

實證研究、示範研究,好處人體感受得到

近年隨著科技與人工智慧進展,資料運算分析更快速,讓營養流行病學研究有更多發展機會,其中「實證研究」和「示範研究」的成果可以直接轉譯到人身上。

「實證研究」目的為,證實營養改變和健康變化的直接關係,例如潘文涵團隊曾提供含鉀低鈉鹽給板橋榮民之家烹飪食用,證實可降低心血管疾病死亡率[1]。近期研究將「加鎂加鉀」低鈉鹽給中風患者出院時帶回家煮菜,能顯著提升腦神經功能的恢復[2]。

而「示範研究」就是應用實證研究的結果,將好的飲食推廣到社區,證實其推廣效益,最終透過「社會行銷」手法,促成整個社會的飲食運動。

潘文涵團隊透過歷年研究發現,無論是高血壓、糖尿病、高血脂症、憂鬱症[3]、專注力下降[4]、衰弱症、氣喘[5]等都與飲食息息相關,從日常生活透過飲食調整,可回復身體狀態、減少依賴藥物。

“You are what you eat !” 這個想法也許不曾進入你的腦海,但從現在起吃每一口食物時,都請想想入口之物進入體內,對健康產生的影響,未來身體會謝謝你。

參考資料

註解

  • 1. Chang HY, Hu YW, Yue CSJ, Wen YW, Yeh WT, Hsu LS, Tsai SY, Pan WH*. Effect of potassium-enriched salt on cardiovascular mortality and medical expenses of elderly men. American Journal of Clinical Nutrition. 2006 Jan; 83(6):1289-96.
  • 2. Pan WH*, Lai YH, Yeh WT, Chen JR, Jeng JS, Bai CH, Lin RT, Lee TH, Chang KC, Lin HJ, Hsiao CF, Chern CM, Lien LM, Liu CH, Chen WH, Chang A. Intake of potassium and magnesium-enriched salt improves functional outcome after stroke: a randomized, multicenter, double-blind, controlled trial. AJCN 2017 (in press)
  • 3. Pan WH*, Chang YP, Yeh WT, Guei YS, Lin BF, Wei IL, Yang FL, Liaw YP, Chen KJ, Chen WJ. Co-occurrence of anemia, marginal vitamin B6, and folate status and depressive symptoms in older adults. Journal of Geriatric Psychiatry and Neurology. 2012 Sep; 25(3):170-8.
  • 4. Fu ML, Cheng L, Tu SH, (Pan WH)* Association between unhealthful eating patterns and unfavorable overall school performance in children. Journal of the American Dietetic Association 107(11), 1935-43 (2007) [JCR] [WOS]
  • 5. Lee SC, Yang YH, Chuang SY, Huang SY, Pan WH Reduced medication use and improved pulmonary function with supplements containing vegetable and fruit concentrate, fish oil and probiotics in asthmatic school children: a randomised controlled trial. The British journal of nutrition 110(1), 145-155 (2013) [JCR] [WOS]

 

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

文章難易度
研之有物│中央研究院_96
210 篇文章 ・ 1176 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook


0

9
0

文字

分享

0
9
0

保留海洋中的絢麗色彩——海科館陳麗淑博士專訪

科學月刊_96
・2021/09/30 ・5120字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由海洋保育署廣告企劃,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 作者:採訪撰稿 ∕ 謝育哲 ∕ 本刊主編

大海中美麗的珊瑚礁是許多海洋生物的棲地,但由於海洋環境汙染及氣候變遷等問題,珊瑚的生存不斷受到壓迫,珊瑚白化問題更是屢見不鮮。為了讓一般大眾也能保育珊瑚,由海科館陳麗淑博士等人團隊從澳洲引進的「珊瑚觀測」,用簡單色卡上的顏色與觀測珊瑚進行比對,就能評估該珊瑚的健康狀況。此外,海科館及海保署也進行更多的計畫與推廣,讓全民一起守護海底美麗的珊瑚。

圖/Pexels

海中有著形形色色的生物,如果要挑選出一種外觀最令人印象深刻的,肯定是色彩斑斕綺麗的珊瑚了!許多人常會誤認珊瑚是一種植物,但牠其實是不折不扣的動物。事實上,珊瑚是由許許多多的珊瑚蟲(coral polyps)所形成的群體。目前全世界共有 800 多種的珊瑚,而由珊瑚組成的珊瑚礁(coral reef)更是許多海洋魚類生存的家園。

但由於珊瑚生長速度極慢,每年僅增長約 10 公分,且十分脆弱,近年來又因氣候變遷與海洋汙染等問題,造成珊瑚的生存出現危機。因此,保護珊瑚人人有責,但身為一般人的我們又該如何保育這些美麗又珍貴的海洋生物呢?本次《科學月刊》專訪了國立海洋科技博物館(以下簡稱海科館)的研究員陳麗淑博士,看看有哪些保護珊瑚的方式,以及介紹從澳洲引進的珊瑚觀測(coral watch)方法吧!

珊瑚遇到了什麼危機?

關於珊瑚,我們最常聽到的是「珊瑚白化」(coral bleaching)。但珊瑚白化代表什麼?又是什麼造成了珊瑚白化呢?

白化的軸孔珊瑚(Acropora spp.)與背景中的健康軸孔珊瑚形成對比。圖/WIKIPEDIA

由於珊瑚對於生存環境的溫度十分敏感,一般來說,對珊瑚而言最自在的水溫環境為 23~28℃,而生存的極限溫度範圍則為 18~32℃,若超過這個溫度區間,對珊瑚來說即為太冷或太熱的環境。陳麗淑表示,一但海水溫度超過 32℃,珊瑚就會出現白化現象。當然不是所有的珊瑚都會同時白化,各種珊瑚因生長速度不同,白化現象發生的情形也會有所差異。一般來說,生長速度較快的枝狀珊瑚比較容易白化,而團塊狀珊瑚則比較有抵抗力。

不過珊瑚到底是怎麼「變白」的?其實珊瑚白化詳細原因,是因為當環境溫度出現劇烈變化時,珊瑚內部的共生藻數量就會下降。由於共生藻是珊瑚繽紛色彩的來源,因此在珊瑚內部的共生藻數量多時,顏色就會飽滿鮮豔,而當共生藻離開珊瑚後,珊瑚的顏色便會越變越淡,最後白化,若後續沒有適當保護與處置,珊瑚就可能會因而死亡。所幸珊瑚白化並不是不可逆的,只要海水溫度回到適合珊瑚生存的溫度,珊瑚就會逐漸穿上牠美麗的彩衣,恢復原本繽紛的色彩。

過去臺灣周遭海域曾出現過多次珊瑚大量白化的現象,陳麗淑表示,珊瑚大規模的白化的情形主要集中發生在夏季,甚至在去(2020)年夏季就曾發生珊瑚大量白化的現象,由於當時的海水溫度偏高,且維持時間較長,使得臺灣各地出現珊瑚白化的情形。不過好消息是,根據調查,今(2021)年還未發生大規模的珊瑚白化,且時節已進入秋季,海水溫度下降,至少目前珊瑚不會面臨溫度升高的生存壓力。不過,陳麗淑也語重心長地提醒:「近年來海水溫度過高的發生頻率相較以往提高了不少。」令人擔心的是,若海水溫度升高頻繁,將可能嚴重衝擊珊瑚的生存。因此,我們必須想辦法保護珊瑚。

圖/Pexels

一般人該怎麼保護珊瑚?老嫗能解的「珊瑚觀測」

對一般大眾來說,並不是所有人都具備珊瑚的相關知識,對此,陳麗淑一直在思考該用什麼方法,才能讓沒有專業知識背景的大眾能參與保育珊瑚的活動呢?在公民科學領域中,有個名為「珊瑚礁體檢」(reef check)的珊瑚監測計畫。但由於珊瑚礁體檢的入門門檻較高,需要先經過一定時數的課程訓練,且所費不貲,因此這並不是一項適合所有人的方法。

這時陳麗淑想到了「珊瑚觀測」。事實上,珊瑚觀測約莫在 2009 年就已有人引進臺灣,但當時並未受到大量關注。直到 2018 年,陳麗淑帶領的團隊開始重新研究珊瑚觀測的方式,發現其背後的科學大有學問,也可簡化成任何人都能理解並運用的珊瑚監測方式。

珊瑚觀測主要是透過一張卡片,上頭有 4 種由淺至深的色調。陳麗淑表示,這些色調涵蓋了約 70~80% 的珊瑚種類,即使無法囊括其他特殊顏色的珊瑚,但卡片上的設計對普通人來說已是綽綽有餘。而觀測方法也很簡單,任何人只要帶著這張卡片潛水至珊瑚旁,將卡片上的顏色與想觀察的珊瑚顏色進行比對與拍照即可。如果是前往水深 6 公尺以上的區域,則建議觀測時攜帶光源,以避免色差造成的誤判。前文有提到,珊瑚的顏色代表其內部共生藻早的數量,當共生藻數量越多,珊瑚顏色越深,也就代表越健康;反之,若顏色越淡則代表珊瑚的健康可能出現狀況了。

因藻類過度生長而造成的珊瑚白化 。圖/WIKIPEDIA

陳麗淑說明,珊瑚觀測背後的科學基礎十分紮實。這套由澳洲昆士蘭大學(The University of Queensland)學者馬歇爾(Justin Marshall)等人組成的團隊研發設計。團隊將珊瑚搬至實驗室中進行一系列實驗,觀察在各溫度區段中,不同溫度會如何影響珊瑚中的共生藻數量,並記錄珊瑚的顏色變化。在經過嚴謹的科學實驗後,馬歇爾團隊將其簡化並歸納成珊瑚觀測的色卡。陳麗淑表示,這套化繁為簡的觀測方式在經過推廣後,許多保育團體對於珊瑚觀測的接受度都非常高,能進而達到推廣珊瑚保育目的。

海洋公民科學知識報你知

珊瑚觀測

珊瑚觀測是一項由澳洲昆士蘭大學學者所辦理的非營利全球珊瑚礁監測計畫,將珊瑚的顏色變化標準化後,製作成珊瑚健康色卡,提供一種簡單的方法用以評估珊瑚健康,並為 CoralWatch 的全球數據庫做出貢獻。大家可以使用這些色卡協助科學家收及數據,支持珊瑚礁監測工作。

另外,珊瑚觀察也透過與世界各地的志願者合作,包括了潛水中心、科學家、學校團體、遊客參與其中,讓大眾更加了解珊瑚礁白化、氣候變化對於珊瑚礁的影響。

保育珊瑚面臨哪些困境?

雖然保育珊瑚是許多人的共識,但過程中依然面臨到許多的挑戰及困難。目前最常見的是海洋垃圾問題。由於珊瑚本身不會移動,當海洋垃圾在海中漂浮時不慎卡在珊瑚上,若沒有人為協助清理,則非常有可能造成珊瑚死亡。

圖/Pexels

陳麗淑舉例說明,由於今年 5 月起爆發 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)的本土疫情,位於基隆的潮境公園也為了防疫而禁止一般人下水。但當研究人員下水觀察後發現,因為沒人下水協助清理海洋垃圾,許多卡在珊瑚上的垃圾無法被及時移除,發現的當下已有許多珊瑚出現白化現象,這些珊瑚後續花了約一個月才慢慢恢復正常。

對此,陳麗淑曾與中研院學者邵廣昭等人討論,若保育區都沒有人進入可能並不是件好事,尤其當海洋汙染嚴重,垃圾很多的情況下,都還是必須定期有人去協助清理。因此,保育區在人為管理的情況下或許才是保育珊瑚好方法。

你我都可以為珊瑚盡一份心力

我們還有什麼方法可以保護珊瑚呢?陳麗淑表示,如果你是一個會下水觀測的人,使用珊瑚觀測是個好選擇。無須再多帶任何設備,只要準備珊瑚觀測的卡片,攜帶相機與光源,就可以拍攝並記錄珊瑚的健康狀況。不過若是沒有相關潛水經驗或半路出家的遊客,反而可能在潛水的過程中不慎踢到或傷害珊瑚,因此潛水者必須要具備一定的潛水技術。

海洋保育署(以下簡稱海保署)為推廣友善珊瑚礁生態旅遊,提出「珊瑚礁區你該注意的 8 件事」,包含不踩踏、不揚沙、合格玩家、保持適當距離、使用海洋友善防曬、不餵魚、不吃珊瑚礁魚、減塑行動。

即便沒有下水,在岸上也有許多可以保護珊瑚的方法。舉例來說,在我們常用的防曬乳中,多數含有可能傷害珊瑚的成份,因此在選購時可以優先考慮「海洋友善防曬」。此外,由於珊瑚礁魚類可以協助清理珊瑚礁之中的藻類,讓珊瑚順利生長,我們應盡量避免食用珊瑚礁魚類。所以最重要的,是希望大家一起落實節能減碳,全球暖化是影響珊瑚生存的主要原因之一,若減碳能從個人做起,也是保育珊瑚的積極作為。

「海洋友善防曬」 的成分較不會傷害珊瑚。圖/Pexels

出書、展覽、辦活動 海科館邀你一起守護珊瑚

除了上述的個人保育行為外,海科館也辦理了一系列保育珊瑚計畫。陳麗淑表示,海科館的研究人員會定期前往珊瑚礁進行監測,還會前往各地宣傳及教導大家如何使用珊瑚觀測。

至於在珊瑚復育方面,海科館內也有養殖珊瑚,研究人員會把這些珊瑚移植到野外,或是使用不同的材質,測試珊瑚附著生長的情形等。未來希望透過這些方法,協助加速珊瑚的生長。

在教育方面,去年海科館與行政院環境保護署及科技部等單位,共同主辦的「2020 海洋公民科學家行動計畫」中,包含了「珊瑚保育監測」的主題。對此,海科館團隊舉辦了一系列的「針織珊瑚」活動。「針織珊瑚」主要是前往各地的小學,除了教導珊瑚的知識,以及倡導珊瑚保育外,讓小朋友們藉由織毛線的方式,訴說一則關於珊瑚的故事。每所國小的作品都有自己的主題,也讓小朋友在織毛線的過程中,思考珊瑚對於生態的重要性,從小扎根珊瑚保育知識。並在後續收集作品後,舉辦「陸上造礁 針織珊瑚計畫特展」。

此外,海科館也曾於 2019 年出版《珊瑚很有事:珊瑚保育×環境藝術×手作針織×珊瑚教案》一書,並榮獲第 44 屆金鼎獎。今年更在海科館官網建置「海科館悠遊數位海洋行動學堂懶人包」,整合科普電子書、電子繪本、數位課程學習平台、海洋知識、動畫學習、影片等。陳麗淑表示,透過這些教材與教案的持續推廣,希望能讓更多人利用這些資源,一起守護海洋中的美麗珊瑚。

海洋保育署與臺灣珊瑚保育

海保署於今年透過「臺灣珊瑚監測交流網絡建立與保育策略規劃」計畫,建立珊瑚監測與保育示範點,以及珊瑚監測交流網絡,選訂全臺灣共 32 個地點進行水下珊瑚礁調查。調查結果截至今年 9 月底,澎湖、恆春半島、東部、北部珊瑚覆蓋率多呈現穩定狀態,但小琉球珊瑚礁卻多數已衰退,可見除了受到全球暖化影響,不當的遊憩踩踏行為也對珊瑚礁造成嚴重衝擊。

此外,海保署也與行政院農業委員會水產試驗所共同合作,針對澎湖池東淺坪海域的棲地環境現況進行調查及珊瑚復育,增加棲地多樣性。截至今年 9 月底,珊瑚移植面積已達到 100 平方公尺,其中珊瑚礁魚類包含青嘴龍占(Lethrinus nebulosus)、鸚哥魚(Scaridae)、隆頭魚(Labridae)等也逐漸聚集在移植區域,豐富當地生態。

棕吻鸚哥魚。圖/WIKIPEDIA

此外,有鑒於目前許多單位都在進行珊瑚保育及復育相關工作,海保署今年度與海生館合作成立珊瑚保育專案辦公室,除了作為各單位資料蒐集整合中心,提供數據科學家分析資料外,還能進一步轉化為資訊呈現給大眾,使珊瑚礁相關專家學者、單位,以及一般民眾等,都可藉由此互相交流,同時兼具諮詢、推廣功能,協助提供珊瑚保(復)育相關標準作業方式及技術指導。並設立臺灣珊瑚礁水質採樣點及進行水樣分析,了解水質狀態,以作為後續珊瑚復育棲地及規畫保育方式選擇的依據。

為了鼓勵更多在地民間團隊參與,海保署亦透過辦理「海洋保育在地守護計畫」,支持在地團體進行公民科學、清除珊瑚礁覆網及珊瑚復植,希望能夠結合在地生活方式及資源提出具體保育策略,發揮社會影響力,促進在地參與珊瑚保育及復育作業,並提高民眾對海洋保育的參與及投入。

從政策面、科學面,再到行動面,海保署將持續呼籲全民共同守護臺灣珍貴的珊瑚資源。

海洋委員會海洋保育署正在舉辦 海有問題 我來分析 | 第一屆海洋公民科學家數據松!為臺灣周遭的海洋生態盡一份心力吧!

科學月刊_96
1 篇文章 ・ 3 位粉絲
非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策