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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

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「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

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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心血管疾病找上門!破解兩大迷思,積極控制低密度膽固醇
careonline_96
・2022/11/10 ・3034字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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70 多歲的老先生有膽固醇指數超標的問題,但是因為沒有明顯症狀,所以沒放在心上,直到心肌梗塞發作,緊急送醫放入心臟支架,才曉得事態嚴重。

低密度膽固醇(LDL-C)超標是導致心血管疾病的重要危險因子,亞東紀念醫院心臟血管內科許榮城主任指出,已經發生心肌梗塞、中風的患者屬於非常高度危險,建議要把低密度膽固醇(LDL-C)指數控制在 55 mg/dL 以下[1]

在台灣,高血脂、高血壓與高血糖已是相當常見的問題,而且隨著年齡增加,盛行率也越來越高。根據 2013~2016 年國民營養健康狀況變遷調查,20~39 歲民眾中,約 11.42% 有高血脂的問題;40~64 歲民眾中,約 28.72% 有高血脂的問題;65 歲以上民眾中,約 31.96% 有高血脂的問題[2]

低密度膽固醇(LDL-C)又被稱為「壞膽固醇」,是造成動脈粥狀硬化的主因。血液中的低密度膽固醇過高時,容易沉積在血管內皮裡,漸漸造成血管狹窄、阻塞,導致心血管疾病的產生。許榮城醫師說,在國人十大死因中,心血管疾病排第二位[3],僅次於癌症,是極為重要的健康議題。

與高血脂有關的健康危害,包括冠心症、腦中風等。許榮城醫師解釋,冠心症就是供應心肌的冠狀動脈狹窄、阻塞導致心臟肌肉缺氧,甚至壞死,可能造成心因性猝死。腦部血管狹窄、阻塞,便會導致缺血性腦中風,嚴重可能造成失能、死亡。

破解迷思,高血脂治療可以這樣做!

導致膽固醇超標的因素很多樣,包括基因、飲食、生活型態等,所以要控制膽固醇,也必須從飲食、運動、藥物多管齊下,藥物控制與非藥物控制都很重要。

許榮城醫師說,臨床上會根據患者的風險來決定個人化控制目標,若屬於低度危險,低密度膽固醇(LDL-C)的目標值為 116 mg/dL;若屬於中度危險,低密度膽固醇(LDL-C)的目標值為 100 mg/dL;若屬於高度危險,例如糖尿病大於 10 年或有其他危險因子目標值為 70 mg/dL;若屬於非常高度危險,如心肌梗塞或中風之病人低密度膽固醇(LDL-C)的目標值為 55 mg/dL[1]

許榮城主任舉一位 40 多歲李先生的個案為例,由於曾發生過心肌梗塞,因此他必須將低密度膽固醇(LDL-C)控制在 55 mg/dL 以內,才能確實降低心血管疾病的發生風險。李先生目前配合醫療團隊,以藥物結合調整生活習慣去控制低密度膽固醇,不僅成功達到目標數值,也未再發生心肌梗塞。

【個人化低密度膽固醇控制目標】

心血管疾病風險分類低密度膽固醇
控制目標值
低度危險低於 116 mg/dL
中度危險低於 100 mg/dL
高度危險
#合併 10 年以上糖尿病史或其他相關危險因子
低於 70 mg/dL
非常高度危險
#有心肌梗塞或中風病史
低於 55 mg/dL

「很多患者都知道要控制低密度膽固醇(LDL-C),但是常常在看到抽血報告的低密度膽固醇數值降下來後,就自行停藥。」許榮城醫師表示,「高血脂是慢性病,一旦中斷服藥,血液中的低密度膽固醇(LDL-C)很快就會回升。但是血脂超標時,通常沒有症狀,必須抽血才有辦法知道。擅自停藥會導致血中的膽固醇不穩定,治療效果就會大打折扣!」

少數患者會中斷服藥的原因,是在服用降血脂藥物後出現肌肉痠痛,許榮城醫師說,若出現相關副作用,應該要回診與醫師討論,看看是否需要調整藥物。倘若擅自停藥,可能造成血液中膽固醇濃度起伏變化,而對身體造成負面影響。

史他汀類(Statin)是常見的降血脂藥物,能減少膽固醇在肝臟合成的量,可以讓低密度膽固醇(LDL-C)下降幅度達 30%~50%,不過有時會遇到患者感到肌肉痠痛、耐受不良之狀況[2]。許榮城醫師說,目前也有降膽固醇針劑(PCSK9 inhibitor),採皮下注射每 2 週打一針,可以讓低密度膽固醇(LDL-C)下降達 50% 至 60% 的幅度,能幫助那些已經積極使用口服藥物但仍無法達標或耐受不良的患者,達到治療目標[1]

經過醫療團隊的指導後,降膽固醇針劑可以由患者或家屬在家使用,注射過程不會看到針頭,且有助提升便利性。

家屬共同參與,幫助血脂達標

老年人的慢性病比較多,經常合併使用多種藥物,容易忘記吃藥或重複吃藥,若有家屬共同參與,對患者很有幫助。許榮城醫師說,我們可以協助分裝藥盒,排好每天、每餐需要服用的藥物,並經常叮嚀用藥。

家屬可以幫忙記錄抽血報告、回診時間,了解控制成效,並提醒患者回診追蹤。除了藥物以外,飲食方面要提醒老人家避免高脂飲食以及高膽固醇食物,許榮城醫師說,鼓勵患者規律運動、養成良好生活型態,都對健康有幫助。

積極治療,預防中風、心肌梗塞復發

「已經發生過心肌梗塞、中風的患者,復發的風險比較高,一年甚至有 5% 至 10% 的機率再度發病。」許榮城醫師說,患者需要更積極地用藥物控制,做好次級預防。

血壓、血脂、血糖等各種慢性病都要控制達標,許榮城醫師強調,抗血小板藥物的使用也相當重要,可以預防血栓形成。除了最為人熟知的阿斯匹靈之外,現在也有不同機轉的抗血小板藥物。若是經歷心肌梗塞、裝完心臟支架,有時候還需要使用兩種抗血小板藥物,即「雙抗治療」[4]

醫師會綜合評估患者的狀況,決定抗血小板藥物的使用,請務必按照醫師的指示服用藥物,如果有出現腸胃不適、解黑便的狀況[5],一定要盡快回診,與醫師詳細討論。

重陽敬老月貼心小提醒

低密度膽固醇(LDL-C)超標是造成心血管疾病的重要因子,隨著年紀增加,盛行率也越來越高,由於沒有明顯症狀,很容易被忽視,使得血管狹窄、阻塞。許榮城醫師叮嚀,我們需要飲食、運動、藥物共同配合,讓血脂達到個人化目標,才能降低心血管疾病的風險!

10 月正值重陽敬老月,呼籲民眾多多注意家中長輩飲食習慣,少吃反式脂肪,多吃原型食物與蔬果,持續觀察慢性病用藥狀況,若是相關數值未改善或是用藥期間出現副作用,建議儘快回診與主治醫師討論,更換合適的治療方案。

參考資料

  1. 2019 ESC/EAS Guidelines for the management of dyslipidaemias: lipid modification to reduce cardiovascular risk: The Task Force for the management of dyslipidaemias of the European Society of Cardiology (ESC) and European Atherosclerosis Society (EAS), European Heart Journal, Volume 41, Issue 1, 1 January 2020, Pages 111–188
  2. 國民營養健康狀況變遷調查2013-2016年成果報告 P.5
  3. 衛生福利部統計處/國人十大死因
  4. ACC/AHA Versus ESC Guidelines on Dual Antiplatelet Therapy: JACC Guideline Comparison
  5. Dual antiplatelet therapy for coronary artery disease

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鑑識故事系列:弒殺被取代的父親?!替身症候群
胡中行_96
・2022/10/10 ・1811字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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在義大利一間普通的公寓裡,二名男子激烈口角。[1]

他們的言語攻擊不斷升溫,逐漸演變成肢體衝突。83 歲與 45 歲畢竟體能懸殊,老翁一個不慎就摔倒在地。中年男子見機操起身旁的麵包刀,向其腹部連刺七下。有一刀格外致命,但他沒有因此鬆懈,又抓住老翁的頭,猛地朝牆壁和地面銜接處撞擊,再將 5 支鑰匙連同吊飾,擠進其喉嚨裡。這下老翁該是動彈不得,也發不出聲音了。中年男子遂將麵包刀,安置在對方手中。[1][註 1]

屋內終於恢復平靜。他撥電話給姊姊與姊夫:「全都搞定了。」然後去按鄰居的門鈴。無人回應。他拎著一條破毛巾,站在外頭的階梯上等。[1]

老翁側臉朝天,平躺在飯廳的地板上,額頭靠著牆角。生命正在離他遠去,意識消失之前,是否會有一絲傷感?明知不該歸罪於己,心中免不了懷著防範未及的遺憾?對他動手的是三個孩子裡的老么,未婚,從沒搬出去住。中學時雖然留級過二次,畢業後打了一陣子零工,終究也是找到鞋廠的飯碗。誰曉得他後來會失業 19 年,期間先是因為妄想(delusion)而就醫,接著被診斷為躁鬱(bipolar affective disorder 或bipolar disorder),12 年前又變成憂鬱(depression)兼人格障礙(personality disorder)。[註 2]儘管家族裡沒有精神病史,么兒多年來就這麼反覆進出醫院。[1]

他平常服用抗精神病藥物喹硫平(quetiapine)和情緒穩定劑碳酸鋰(lithium carbonate),但昨天起拒絕用藥。與他同住的老翁身為父親,趕緊聯絡精神科掛號。可惜來不及門診,就發生命案。之後不知道是誰去報案,警方前來勘查。老翁已經死了,臉龐、腹部和雙臂,甚至周遭的地面及牆壁,無處不是血跡。上身的白色汗衫拉高至胸部,下著內褲,而短褲則被脫至腳踝。右手心上,擱著刀面長 20 公分,寬 2.5 公分的麵包刀。[1]

【血腥慎入!】慘死自家飯廳的老翁。(右手的刀子可能被移除了。)圖/參考資料1,Figure 1(CC BY 4.0)

兇手表示,他之所以弒父,是因為後者早已被冒名取代。這個假貨對他和父親造成威脅,同時又是「一袋馬鈴薯」般無生命的存在。(請不用細究兇手自白的邏輯。)此種認為親人被頂替的情形,即是典型的替身症候群(Capgras syndrome)。鑑識精神科的專家判斷,兇手還患有情感型思覺失調(schizoaffective disorder),並且在犯案當時出現急性偏執型妄想(acute paranoid delusion)[1]

替身症候群患者認為親人被冒名頂替。圖/Sander Sammy on Unsplash

替身症候群極為罕見,有文獻指出其盛行率約為所有精神疾病的 1.3% 到 4.1%,有的甚至認為不到 1%,所以它並沒有被正式收錄在《精神疾病診斷與統計手冊》第五版(簡稱 DSM-5)之中。不過,DSM-5 裡妄想相關的條目,算是能涵蓋這種疾病。替身症候群常同思覺失調、憂鬱和妄想等精神疾病併發。 1923 年法國精神科醫師 Joseph Capgras 首度記載一則個案,將其單獨討論,此疾病的原文稱呼,因而以他為名。到了 1980 年代,替身症候群的腦部病灶,才開始為醫界所認識。[2]

替身症候群病患的腦部,有結構性損傷,可能導致臉孔失認症(prosopagnosia,俗稱「臉盲」),分辨不出誰是誰;抑或是認得出面孔,但無法產生因應的情感。於是,他們會覺得親人有些陌生,好像哪裡不對勁。不過,懷疑別人身份,不一定就會暴力相向,而且替身症候群的病患本來就稀少,其中更僅有 6% 會殺害他人。相較之下,非暴力的患者其實佔大多數。[2]

然而,橫死家中的義大利老翁,即是少數極端案例的受害者之一。而他那個犯案的么兒,被鑑識精神科專家認定,是在急性妄想的狀態,做出失控的行為,因此無須為謀殺負責。[1]

延伸閱讀

COVID-19 可能引發的精神問題

糞便不但能入藥,還能治病!將糞便微菌叢植入體內會發生什麼事?

備註

  1. 由於案發當下並無影像紀錄,本文對加害人犯案過程的描述,是參考鑑識團隊事後的推測。
  2. 人格障礙分為很多種,[3]但該個案報告並未詳述細節。

參考資料

  1. Trotta, S., Mandarelli, G., Ferorelli, D. et al. (2021) ‘Patricide and overkill: a review of the literature and case report of a murder with Capgras delusion’. Forensic Science, Medicine, and Pathology. 17, 271–278.
  2. Shah K, Jain SB, Wadhwa R. (04 JUN 2022) ‘Capgras Syndrome’. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  3. Personality disorder’. (14 February 2020) National Health Service, Scotland.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。