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空氣汙染可能導致糖尿病?偷溜進體內的 PM2.5 都做了甚麼好事

旻諭_96
・2018/07/19 ・2883字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

最近《空氣污染防制法》修正案三讀通過,惹來了不少爭議,而「空氣汙染」如何影響人體健康一直以來都是熱切討論的議題。圖/SD-Pictures @pixabay

最近《空氣污染防制法》修正案三讀通過,惹來了不少爭議,而「空氣汙染」如何影響人體健康一直以來都是熱切討論的議題。一般而言,我們可能覺得空氣汙染對人類健康的影響,不外乎是肺炎、氣喘或是支氣管炎這種呼吸道的疾病。

不過前陣子才發表的最新研究成果可能顛覆你的想像!就在今年六月底,美國密蘇里州聖路易華盛頓大學醫學院(Washington University School of Medicine)發表在《刺胳針行星健康(The Lancet Planetary Health)》期刊的研究就說了「PM2.5 是導致糖尿病的成因」。

糖尿病應該是因為現代人大魚大肉的飲食習慣或缺乏運動造成吧?!沒想到我們經常掛在嘴邊的「PM2.5 」居然也跟糖尿病扯上關係?PM2.5 又是怎麼導致糖尿病的?

不健康的飲食習慣常常是我們認為糖尿病的成因,沒想到「PM2.5 」居然也跟糖尿病扯上關係?讓我們來一探究竟!圖/Josh Bancroft @flickr

PM2.5 如何導致糖尿病?──引起發炎反應,使胰島素抗性上升

「PM2.5」,也叫「細懸浮微粒」,指的是「直徑小於或等於 2.5 微米的懸浮微粒(Particulate Matter, PM)」,其中 2.5 微米相當於三十分之一的頭髮直徑。這些從肺吸進體內的細懸浮微粒,因為體積非常的小,可以自由穿梭在肺的支氣管和血管壁,再透過血液循環跑到身體不同的器官,引起發炎反應,進而使得「胰島素抗性上升」。

「PM2.5」指的是「直徑小於或等於 2.5 微米的懸浮微粒,其中 2.5 微米相當於三十分之一的頭髮直徑。圖/截圖自行政院環保署認識細懸浮微粒

「胰島素抗性上升」又是甚麼意思呢?正常來說,當我們吃進米飯或全麥麵包這些含有「碳水化合物」的食物,經過消化系統分解成一個個「葡萄糖」,而胰島素就像是一把一把的鑰匙,為全身上下的細胞打開「葡萄糖通道」,好讓每個細胞都可以好好利用葡萄糖養分,同時也可以降低在血液中的葡萄糖濃度,也就是「降血糖」。

但是當細胞沒辦法正常的被胰島素這把鑰匙打開通道,也就是「細胞對胰島素抗性上升」,此時葡萄糖沒辦法進入細胞而存留於血液之中,讓分泌胰島素的胰臟誤以為「鑰匙不夠」,而「製造更多鑰匙」,也就是「胰島素分泌增加」。胰臟過度操勞的結果反而讓自己漸漸失去製造胰島素的能力,使得血液中的葡萄糖維持高濃度,這也就是「第二型糖尿病」的由來了!

這是細胞剖面圖,細胞外面咖啡色一圈是細胞膜。胰島素(黃色球球)就像鑰匙,接上細胞之後打開「葡萄糖通道」(藍色通道),讓細胞可以利用葡萄糖(白色球球)。但是當細胞對胰島素沒反應了(哭),也就是「細胞對胰島素抗性上升」,就可能導致糖尿病發生。圖/giphy

近年三個「空氣汙染與糖尿病」研究

了解了空氣中的汙染源怎麼導致第二型糖尿病,讓我們回過頭來看看這篇華盛頓大學醫學院「PM2.5 是導致糖尿病的成因」的新研究!

研究團隊蒐集將近 173 萬名沒有糖尿病史的退伍軍人健康數據,追蹤中位數 8.5 年的時間,再整合美國環境保護局(Environmental Protection Agency)和美國國家航空暨太空總署(NASA)的空氣數據,設計出模型來預估空氣汙染物與糖尿病的關聯性。

而研究結果發現,若是暴露在每立方公尺 5~10 微克細懸浮微粒,就有 21% 的機率可能導致糖尿病;而暴露在在每立方公尺 11.9~13.6 微克細懸浮微粒,也有 24% 的可能。雖然 3% 似乎看起來很微小,但這代表著每十萬人就多了五六千新的糖尿病案例。

空氣汙染是導致糖尿病的成因。圖/截圖自華盛頓大學醫學院新聞網頁

不只是今年六月底的研究說明空氣汙染與糖尿病的關聯,其實從二十世紀末就開始有些零星的研究指出空氣污染可能跟肥胖以及糖尿病有關。2014 年瑞士的研究結果顯示 PM10 每增加 10 µg/m3,糖尿病的患病率會增加 40%,而 NO2每增加 10 µg/m3,糖尿病的患病率則會增加 19%。

另外,在 2017 年發表在 Diabetes 的這篇論文也在青少年身上發現空氣汙染可能是糖尿病成因。研究團隊追蹤了 314 名 8 至 15 歲,住在洛杉磯的拉丁裔青少年的健康狀況,平均追蹤了 3.4 年的時間。研究結果發現長時間的空氣污染暴露,導致這群青少年的胰島素分泌增加,以及胰島素抗性上升等問題,造成得糖尿病的機率增加。

2017 年發表在 Diabetes 的論文也在青少年身上發現空氣汙染可能是糖尿病成因。圖/截圖自南加州大學新聞網頁

當這群青少年到了 18 歲,再度進入實驗室做 12 小時不進食的空腹胰島素檢測,他們血液中的胰島素含量比正常情況多出近 27%,代表這群青少年「胰島素分泌增加」;另外糖耐力測試的結果也發現這群青少年血液的胰島素含量比一般狀況多出 36%,表示他們有「胰島素抗性上升」的情形出現。

在台灣的我們,該怎麼看待這個研究成果?

前面列舉出的研究,其研究對象是以瑞士人及美國人為主,那在台灣的我們可以怎麼解讀這些研究成果?

華盛頓大學醫學院研究團隊的通訊作者 Ziyad Al-Aly 表示:「即使許多業者認為目前的空汙規定太嚴苛,但研究證據顯示現行美國環境保護局和世界衛生組織提出的空氣汙染安全標準還不夠嚴格。」

其中美國環境保護局的空汙安全標準是「每立方公尺 12 微克細懸浮微粒」,而臺灣行政院環境保護署的標準是「每立方公尺 15.4 微克細懸浮微粒」。雖然單從數據來看,目前臺灣的標準較美國更為寬鬆,但也不用立馬認為在臺灣的我們就一定很容易得到糖尿病。

「空氣汙染會不會造成糖尿病」這件事可能還需要更多的研究結果來證明,也有許多不可預測的變因可能影響著研究結果,像是 PM2.5 的汙染來源差異(是汽機車或是工廠排放)或不同國家的飲食與運動習慣差異都可能影響國民得第二型糖尿病的機率。在越來越多與空氣汙染及人體健康有關的研究成果發表之前,還是記得每天看看當天的空氣品質,再決定當天要在哪裡活動吧!

延伸閱讀:

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旻諭_96
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大學主修生科,研所跳槽科學教育,目前正努力想要聰明又科學的活著。

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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物理學家說,公車的窗戶開這幾扇才通風
胡中行_96
・2023/01/09 ・1774字 ・閱讀時間約 3 分鐘

在流感盛行的嚴冬,您可曾為了開窗與否,天人交戰?還是在搭公車的時候,選擇開走道對面的窗戶,凍死別人,造福自己?通風能降低感染空氣傳播疾病的風險,但交通工具的窗戶到底要怎麼開,才能達到最佳效果?墨西哥物理學團隊發揮所長,在 2022 年 12 月的《科學報告》(Scientific Reports)期刊上,推薦開公車窗戶的方法。[1]

公車模型

COVID-19 疫情期間,防疫資訊滿天飛。因為事關人命,「♪ 雖然我曾經這樣以為/♪ 我真的這樣認為」,並不能做為給予建議的理由。許多公衛措施的效益,例如:戴口罩和保持社交距離等,都被嚴厲地以科學的方法檢視。這群墨西哥物理學家著眼於通風的機制,想瞭解到底挑哪個位置的窗戶,打開多少扇,對公車內的空氣品質最好。當然,他們並未唱著林憶蓮的〈為你我受冷風吹〉,親自搭車實測,被風吹到掉眼淚;而是打造了一台小模型來實驗,再以電腦模擬運算。[1, 2]

公車模型:A 是風速計;S 為二氧化碳偵測器;窗戶被黑虛線框出;二氧化碳則由中央車底灌入。圖/編輯自參考資料 1,Figure 1b、8a和8b。CC BY 4.0)

他們參考一輛 9.92 x 2.5 x 2.2 公尺,地板內側離路面 0.4 公尺的實體公車,打造出約 1/10 大的壓克力模型。如圖所示,車體透明,僅窗戶用黑色虛線框出,方便觀察;裡面有二氧化碳偵測器(CO2 sensor)、風速計(anemometer);以及可裝卸的 3D 列印乘客,方便創造空車和滿載等狀態。由於假人不會呼吸,所以得從模型的中央車底灌入二氧化碳,代替真實的吐氣。測試氣流時的車速,則主要設定在每小時 50 公里。[1]

實驗項目

這個實驗從下列兩個角度,來探討通風效果:

  1. 開啟的窗戶數目:從不開窗、開 2 扇或 4 扇,到全部開啟等,都嘗試一輪。[1]
  2. 窗戶的位置:一般常見的公車,窗戶都是開在車體兩側,也就是乘客座位的旁邊。不過,科學家在模型的車頭,挖了 2 個長方形的氣窗,看看這種設計的效果又是如何。[1]

實驗結果

研究團隊發現,在一般擁有左右兩排窗戶的公車上,氣膠(aerosols,又稱「氣溶膠」或「懸浮微粒」)的擴散與排出,均受車內負壓造成的吸力驅動。打開 4 扇,也就是左右各 2 扇窗戶最通風;全開也不會加快氣膠排散,或減少累積。氣流促使氣膠向車頭聚集;有些從前面離開的氣膠,會由後面的窗戶回流;而氣膠在車裡停留的時間,平均為 6 分鐘。不過,當科學家拿出他們改造的新型公車,馬上就超越了傳統公車開 4 扇窗的成效。[1]

有別於市面上常見的款式,這種新型公車的前方擋風玻璃,靠近車頂處,多了兩個氣窗。如下圖所示,公車移動時,前方氣窗會進氣,產生一股推力帶動通風,而不再仰賴車內負壓的吸力。空氣從前方灌入,通過座位區域,再由車尾原本就設在兩側的窗戶出去;不像開 4 扇的,氣流無法完全貫穿車體。[1]

左:一般有兩排窗戶的公車;右:車頭設氣窗的新款公車。圖/參考資料 1,Figure 1c(CC BY 4.0)

以公車滿載 50 人的狀況為例,車速每小時 50 公里時,新款公車內的通風換氣速率,為每人每秒 100 公升;遠高於英國急難科學顧問團(Scientific Advisory Group of Emergencies,簡稱SAGE),在 COVID-19 疫情期間建議的 8 至 10 公升。就算行車速度只有每小時 9 公里,也還能符合 SAGE 的標準。同時,車內氣膠的總量減少,在車速每小時 50 公里的狀態下,滯留的時間降至 50 秒。[1]

公車向左行駛時,開不同窗戶的通風情形。影/參考資料 1,Supplementary Information 2(CC BY 4.0)

尚待研究的變因

既然新款公車這麼通風,何不趕快上市?上述實驗未涵蓋的數個變因,其實仍有待探究。比方說,3D 列印的假人沒有體溫,真實的公車坐滿活人乘客時,車內的溫度可能較高。如果再考量各地天候,造成的車外氣溫差異,這裡關於氣體流動的結論,便不見得適用。[1]更何況在空氣污染嚴重的市區,開窗搞不好會弄得灰頭土臉,大概也無益於呼吸功能。假如將來臺灣除了密閉且附空調的公車,也有這種墨西哥的新式車款,身為乘客的您,會想搭哪一種?

  

參考資料

  1. Alexei Pichardo-Orta F, Luna OAP, Cordero JRV. (2022) ‘A frontal air intake may improve the natural ventilation in urban buses’. Scientific Reports, 12, 21256.
  2. 滾石唱片ROCK RECORDS(01 JUN 2012)「林憶蓮Sandy Lam【為你我受冷風吹 Suffer for you】Official Music Video」YouTube.
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大自然中的空氣清淨機:氫氧負離子!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/23 ・1719字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 諾康生醫 委託,泛科學企劃執行。

環境中的負離子是怎麼來的?

在森林裡能感受到芬多精,在瀑布附近能感受到空氣特別清新。科圖/Pexels

在大自然環境中,走到森林裡就能感受到被芬多精的沐浴淨化,走到瀑布附近就能感受到空氣特別清新。科學家經過仔細計算,發現在不同的空間裡,每立方公分的空氣中的負離子含量都不同:(由高至低排序為)

  1. 天然森林與大瀑布區 約 50,000 ions/cc
  2. 高山及海邊 約 5,000 ions/cc
  3. 郊外與田野 約 700~1,500 ions/cc
  4. 都市公園 約 400~600 ions/cc
  5. 街道綠化區 約 100~200 ions/cc
  6. 都市住宅區 約 40~80 ions/cc 

※ions/cc 是負離子濃度的單位,指每 1cc 的空氣中含多少個負離子。

但是,這些負離子是怎麼來的呢?以瀑布為例,大量的瀑布水從高處落到低處,擊打到瀑潭周圍的岩石會激起大量的霧狀水花,這些落下飛散的水花(水粒子)與周圍空氣摩擦發生「電荷分離現象」就可能產生大量的負離子。而水分子正是大自然環境中最容易離子化的的分子之一。

這些飄散在空氣中的負離子會吸納空氣中的塵埃、惡臭等細小汙染物,隨後附著到樹木、岩石或溶入到水中,達到淨化空氣的作用,這種大自然的自淨作用又稱為「萊納德效用」。除此之外,在雷雨時大氣分子也會發生「電荷分離現象」,進而產生負離子。

雷雨時大氣分子會發生電荷分離。圖/Pexels

「氫氧負離子」超強淨化力

在我們所處的環境中,空氣充斥著各種細小塵埃、細菌、病毒、黴菌、揮發性有機化合物、花粉、香菸臭味……等,被人體吸入將造成健康損害。

而氫氧負離子能夠淨化各項空汙因子,如香菸臭味、甲硫醇、甲醛等臭氣分子,就連蟎蟲、花粉等等過敏源都能吸附帶走,使得我們呼吸空氣的範圍是清新無害的。就連禽流感病毒、新型流感病毒,黴菌、大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌……等,碰觸到氫氧負離子也會因其氧化並改變結構、進而喪失活性。

空氣充斥著各種對健康有害的物質。圖/Pexels

若能將「氫氧負離子」帶著走,豈不是很棒的一件事嗎?

除了大自然環境中的負離子之外,市面上也越來越多負離子式空氣清淨機與其他相關功能產品!但是空氣清淨機只能在一定範圍內(空間)使用,若能把「氫氧負離子」裝瓶隨身帶著走,那是不是更便利使用呢?現在科技技術只要將水分子進行電解,就可以辦到!

諾康生醫透過獨家專利技術,將水分子經過專利電解技術,將水分子的其中一個氫鍵切斷,形成獨立的氫氧負離子水溶液;最終製成擁有 192 億兆個氫氧負離子(544ppm)的電解納米離子水。

製造過程中,全程透過物理方法,無須額外添加、不產生化學廢物,不僅對人體友善也做到環境友善。經醫學大學新興病毒感染中心證明,能有效阻擋 AB 型流感、腸病毒、克沙奇病毒。此外,就連大腸桿菌、沙門氏菌,甚至是新冠病毒 Delta 變異株也能抑制!將氫氧負離子裝進你手裡,隨時享受瀑布般的潔淨力!

諾康生醫商品 landing page:
https://www.nanopluslife.com/products/ohtrust-mouth-spray

參考資料

  1. 負離子的原理及應用|讀專文
  2. 淺談負離子
  3. 負離子商品後市場管理 > 常見問題
  4. 行走就能享受芳療!來國家森林遊樂區做森林療癒SPA
  5. 研究:國家森林遊樂區負離子濃度比都市高三倍,芬多精殺菌抗發炎焦慮
  6. 空氣清淨機技術揭密6 ! 負離子真的這麼神?迷思大解析!