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現代流行病學之父──約翰・斯諾誕辰│科學史上的今天:3/15

張瑞棋_96
・2015/03/15 ・1032字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 471 ・五年級

1854 年九月初,倫敦的蘇活區爆發霍亂疫情已經邁入第四天,死亡病例多達 127 人,而且仍繼續蔓延中,毫無減緩的趨勢。這一天,疫區的懷海德牧師 (Henry Whitehead) 應邀走進斯諾醫師的辦公室,原本眉頭深皺、盯著牆上地圖深思的斯諾趕緊與他寒暄後,開口說道:
「牧師,我知道你與大多數人一樣相信『瘴氣說』。」
「是啊,你看,我們那一區環境髒亂,瀰漫臭味,這次霍亂肯定是壞空氣造成的。」
「嗯,不過你還記得八年前那次霍亂嗎?我們醫護人員每天與送來的病患密切接觸,卻都沒被感染,所以我想霍亂應該不是經由空氣傳染。另一方面,病患總是不停腹瀉,病菌應該是從口而入才造成腸胃的問題,而最有可能的媒介就是被病患的糞便汙染的水。」
「你有什麼根據?」牧師半信半疑地問。

斯諾站起身來,指著牆上的地圖:
「這是蘇活區的街道圖,塗上黑色的是病患的住所。你看,大街 (Broad Street) 這具抽水幫浦就位在分佈圖的中心點,我相信這附近的居民的飲用水都來自於它,才因此感染霍亂。」

牧師湊上前仔細端詳地圖,一邊問道:
「那你檢驗過水發現了什麼?」
「很不幸,我用顯微鏡並沒看出什麼。您先別急,可能只是我取的水中剛好沒有病菌。至少我們問到的病患的確都是用這具幫浦取水。」
「等等,那為什麼感化院 535 人中只有 5 個病例,然後這間啤酒廠 702 個員工居然沒有一人得霍亂?!」牧師指著圖上的數字質問道。
華生,你突破盲點了!是的,我也感到奇怪,這正是找您來幫忙調查的原因。另外,也要問問已故病患的家屬他們是否都喝這裡的水。」

於是,在懷海德牧師的協助下,確認了患者都是飲用大街這具幫浦的水。至於感化院與啤酒廠,乃因自己有獨立水井。另一方面,斯諾發現在大街幫浦取水區以外的十個病例中,有五人因為偏愛大街幫浦的水而來此取水,另外三名是來此區域上學的孩童。至此,斯諾的論點已毋庸置疑。9 月 8 日,斯諾向地方首長報告他的調查結果,說服他們將大街這具抽水幫浦的把手取下,讓民眾無法使用,這場奪走六百多條人命的霍亂才終於告歇。

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斯諾雖然推翻了瘴氣說,確認霍亂是經由飲水傳染,但他在四年後就死於中風,要等三十年後,德國醫師柯霍 (Robert Koch) 才發現霍亂的病菌。不過,斯諾在這場瘟疫疫情的調查中首創的研究方法才開啟了流行病學,因而被尊稱為「現代流行病學之父」。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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為何傳染病可以短期內大爆發?不可不知的「傳染動力學」——《小大人的公衛素養課》
親子天下_96
・2021/10/17 ・944字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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  • 作者/陳建仁、胡妙芬
  • 繪者/Hui

不可不知的傳染動力學:感染人數呈等比級數增加

要知道怎麼對抗傳染病,首先必須了解與傳染病傳播速度密切相關的「傳染動力學」。事實上,傳染病如同謠言一般,會一傳十,十傳百的快速傳播。如果每個人只把傳染病傳給一個人,跟每個人把傳染病傳給三個人,經過十波的傳染之後,最後得病的人數會相差多少?答案是相差 59000 多倍!(差距請見下圖)

圖/親子天下

所以,如何減少感染的人數非常重要。不管是感冒了或是得到其他傳染病,趕快去看醫生、吃藥,並且在家休息不去感染別人,這樣的聰明做法不但是保護自己,也能「傳染病止於智者」,保護到其他沒有感染的人。

圖/親子天下

R0 値是什麼?

傳染病大流行期間,報導中常提到的「R0 值」就是在自然的情況下,一個人會把傳染病傳給幾個人的意思。而加入防疫行動後,數值會隨著時間改變,就稱為「Rt 值」。

比方說,一個人平均會傳給 1 個人,那麼 R0=1,代表病原體會持續存在,但不會蔓延開來。如果一個人平均傳給超過 1 個人,那麼 R0>1,代表病原體會蔓延開來成為流行病;相反的,如果一個人傳給少於 1 個人,那麼 R0<1,代表病原體將會逐漸消失。戴口罩、勤洗手、保持社交距離、生病在家隔離的目的,就是在降低傳染數。

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另外,R0 會隨著病原體突變成傳染力強的變異株而上升。譬如像 2020 年新冠肺炎一開始 R0 值約為 2.5,後來突變成 Alpha 株時 R0 值約為 4、Delta 株時 R0 值約為 6。

圖/親子天下
圖/親子天下

——本文摘自《小大人的公衛素養課:流行病學×預防醫學》,2021 年 9 月,親子天下,未經同意請勿轉載

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COVID-19 來襲!為什麼我們不能輕忽無症狀患者?——《小大人的公衛素養課》
親子天下_96
・2021/10/15 ・660字 ・閱讀時間約 1 分鐘

  • 作者/陳建仁、胡妙芬
  • 繪者/Hui

答案很簡單,因為不是每個人都會發病。

從無症狀到死亡的疾病金字塔

不同的病原體,對人體造成的傷害也有輕重之別。有些病原體的感染往往很不明顯,也就是不會出現任何症狀;有些則毒性很強,一旦染上,經常出現嚴重症狀甚至死亡。

所以按照病原體的致病力,可以將傳染病分為三大類。第一類,大部分的感染者都不會出現症狀,只有極少數人會很嚴重或死亡,像是小兒麻痺、結核病或 A 型肝炎。第二類則是大部分的感染者都有明顯症狀,但是主要呈現中度反應,無症狀或嚴重、死亡的情況很少,像是麻疹、水痘。

第三類傳染病則非常恐怖,嚴重反應和死亡的案例居多,譬如得了狂犬病的人,一旦發病後,致死率幾乎達 100%!

人們要根據各類型的傳染病,擬定不同的作戰方式。像是第一類的傳染病看起來好像不嚴重,但事實上如果掉以輕心,沒有隔離輕症和無症狀者,他們就會到處傳播疾病,引發一場大流行!

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圖/親子天下
圖/親子天下提供

——本文摘自《小大人的公衛素養課:流行病學×預防醫學》,2021 年 9 月,親子天下,未經同意請勿轉載

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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

研之有物│中央研究院_96
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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