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大腸桿菌是好菌還是壞菌?只分布於人體大腸嗎?——《生物學學理解碼》

PanSci_96
・2019/04/16 ・1757字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

課本介紹人體大腸中的大腸桿菌 (Escherichia coli) 有助於維生素吸收,但新聞報導時有感染大腸桿菌而死亡的案例,究竟它是有助於人體健康的益菌還是讓人生病的病原菌?此外,大腸桿菌顧名思義應分布於大腸,其他腸道區域也有大腸桿菌嗎?

大腸桿菌。圖/pixnio

大腸桿菌小檔案

大腸桿菌屬於兼性厭氧的革蘭氏陰性桿菌,由德國細菌學家西奧多 · 埃希 (Theodor Escherich) 於 1885 年嘗試找出霍亂病原時,於結腸中分離鑑定,因此大腸桿菌的屬名為埃希氏菌屬 (Escherichia) ,而 coli 是指  「colon」 (大腸中的結腸)。 埃希最早將之命名為 Bacterium coli commune(大腸中普通的桿菌),阿爾多 · 卡斯特拉尼 (Aldo Castellani) 與阿爾伯特 · 約翰 · 查爾默斯 (Albert John Chalmers) 於 1919 年更名為 Escherichia coli,以紀念埃希的貢獻,但直到 1958 才被官方認定 (Emerg. Infect. Dis., 2015) 。

是好菌?

人體大腸中的大腸桿菌與我們的關係常為互利共生,大腸桿菌可合成並釋放人體所需的營養素,包含維生素K 、 B12 等;人體製造凝血因子時需要維生素K 的參與。

大腸桿菌可由腸道中獲得營養與有利的生長環境,亦能抑制其他病菌生長,幫助維持腸道菌落。

還是壞菌?

大腸桿菌通常不致病,因此大部分的菌株並非致病菌,但有些菌株會引起食品中毒,通稱為病原性大腸桿菌  (EEC) ,依據其致病機制,主要可分為六種亞群(施等人, 1997 )。最常見的致病性大腸桿菌是因細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,稱為「旅行者的腹瀉」 (Traveler’s diarrhea) 。

致病性大腸桿菌常引起「旅行者的腹瀉」(Traveler’s diarrhea)使人精神不濟。圖/pixabay

另一種致病性大腸桿菌,是 1982 年於美國爆發出血性結腸炎的大腸桿菌 O157 : H7 ,該種菌株透過內毒素破壞腸道與腎臟,可能造成腸道出血與溶血性尿毒症 (HUS) 。大腸桿菌 O157 : H7 產生的內毒素稱為類志賀氏毒素 (Shiga-like toxins 或 verotoxin) ,與痢疾志賀氏桿菌 (Shigella dysenteriae,為桿菌性痢疾的病原菌之一)產生的志賀氏毒素相似。科學家認為痢疾志賀氏桿菌的內毒素基因經噬菌體傳遞,被帶入大腸桿菌中,形成大腸桿菌 O157 : H7  菌株。

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大腸桿菌依血清型區分不同菌株。圖/《生物學學理解碼》。

大腸桿菌的數量與分布

人類胃腸道內居住著許多微生物,形成一個複雜的生態系統。一個人的糞便中可鑑定出 400 多種細菌,主要為厭氧菌。腸道是氧氣濃度受限的環境,分布了兼性厭氧菌 (facultative anaerobes) ,包含大腸桿菌與葡萄球菌 (Staphylococcus) ,佔腸道微生物數量的 0.1%。人體的上消化道(胃、十二指腸、空腸和迴腸前段)細菌菌落較為稀疏,細菌濃度小於 104 個生物體 / 毫升腸液。

比較各段消化道內厭氧菌與大腸桿菌的數量(修改自  Gorbach, 1996 )。圖/《生物學學理解碼》

下消化道中以大腸分布的菌落最多濃度約為 1011 個細菌 / 克糞便,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍 (Gorbach, 1996) 。換句話說,大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在迴腸中數量較多,但主要分布於大腸。

人體各消化器官的分段。圖/《生物學學理解碼》。

破除大腸桿菌的刻板印象

◎一般腸道內的大腸桿菌與人體互利共生,大腸桿菌通常不致病。
◎部分種類的大腸桿菌菌株會引起食品中毒,稱為病原性大腸桿菌。致病性大腸桿菌常是透過細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,或是如大腸桿菌 O157 : H7 透過內毒素,破壞腸道與腎臟。
◎人體的上消化道細菌菌落較為稀疏,下消化道中以大腸分布的菌落最多,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍。
◎大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在小腸的迴腸段中數量較多,但主要仍是分布於大腸。

情資來源:

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本文摘自《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》,紅樹林,2019  年 3 月出版。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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聚餐的夢魘:飯前咕嚕咕嚕,吃飽後就狂拉屎、打嗝和放屁?我的身體到底在幹嘛!——《了不起的人體:如此精妙,如此有趣,說不定還能救你一命》
如何出版
・2022/07/25 ・1967字 ・閱讀時間約 4 分鐘

放屁和打嗝居然有共同點?

為什麼放屁會臭?因為大腸裡的細菌分解食物,產生硫醇和硫化氫等臭味氣體。硫化氫被形容是「有如臭雞蛋」,這也是溫泉飄著臭味的原因。對於細菌來說,這種作用是生存的必要活動。

有了這方面的常識,很容易會誤以為「屁是腸子裡產生氣體」,但並非如此,屁大半是從嘴巴吃進去的空氣。

我們在吃東西的時候,會把空氣一起吃進肚子。進入胃的空氣,一部分會逆流從嘴巴排出,一般稱之為「打嗝」,醫學上稱之為「噯(ㄞˋ)氣」;剩下的空氣就和食物一起到小腸,藉由腸蠕動不斷往下,最後連同大腸內的臭味氣體一起從肛門排出,這就是屁。

空氣就和食物一起到小腸、大腸,最後連同大腸內的臭味氣體一起從肛門排出,這就是屁。圖/Pixabay

吃東西又急又快,就很容易吃進空氣。吃下去的空氣量多,當然打嗝和放屁的次數也會增加。雖說如此,進食時也不可能完全都不吃進空氣。

進行腹部斷層掃描時,每個人的腸道裡一定都有空氣。量的多寡因人而異,有人多、有人少。但是以健康的人來說,腸道內完全拍不到空氣是不可能的。不管吃東西時多慎重,一定會吃到空氣。

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肚子咕嚕咕嚕叫不一定是肚子餓?

空腹時肚子會叫,大家一定都會有這樣的經驗。但是其實不限於空腹,肚子其實經常會「叫」。證據就是拿聽診器聽腹部的時候,只要是健康的人,聽起來都會咕嚕作響。我們覺得「肚子在叫」時,是只有「聲音大到不用聽診器也聽得到」。

只要是健康的人,用聽診器聽腹部的時候,聽起來都會咕嚕作響。圖/Pexels

肚子的聲音主要是腸道(大腸和小腸)搬運食物所發出的聲音。腸子隨時都在蠕動,但主要還是有二種模式,一是空腹時的「空腹期收縮」,另一種是進食後的「進食期收縮」。

腸道的收縮力在空腹時更大,從胃、十二指腸開始的收縮會一路傳到小腸末端,這是為了要讓腸道內殘留的胃液和腸液往下游送出,為下一餐做準備。這也是為什麼空腹時比較容易聽到腹鳴的理由。

當然,在肚子不餓時也可以聽到腹鳴,這是腸道不斷在運動的緣故,不需要大驚小怪。腸道運動活潑,代表很健康。

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進行腹部手術的時候,打開腹部就會直接看到腸子,此時腸道蠕動聲真是非同小可。平常都是隔著腹部聽到的聲音,沒有遮蔽物後變大聲很正常,而且是整個手術室都聽得到的大音量。

大家可能認為聽診器都是拿來聽胸部,但像我這樣的消化器官專科醫師,拿聽診器來聽肚子的機會更多。

食物又不會偷跑,為什麼總是「剛吃飽」就想大便?

吃完飯後沒多久一定會有便意,你也有這種經驗嗎?

很多人都是在家吃了早餐後,上完大號才去上班。但應該也有本來沒有便意所以直接出門,結果走著走著卻便意襲來而後悔不已的經驗吧?

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午餐後也一樣。我經營的醫療資訊網站有解說排便相關的文章,點閱率非常明顯的集中在平日中午十二點到下午一點的時候。這個時間帶排便的人很多,想當然耳搜尋「腹瀉」、「血便」也會增加。

平日中午十二點到下午一點的時候,關鍵字搜尋「排便」、「腹瀉」、「血便」的數量都會增加。圖/Pixabay

「用餐後就想大便」乍看之下理所當然,但仔細想想卻很不可思議,因為食物不可能那麼快就變成糞便。

慢慢地消化,經過腸道運動往下運送,也要一到兩天才會排出糞便,不可能像削鉛筆機那樣,把積存在腸道內的糞便推出去。

如前所述,食物會在胃裡稍作停留,然後才徐徐進入十二指腸。也就是說進食後感到便意而去上廁所的時間點,食物大部分還在胃裡。

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那麼為什麼進食後會有便意?事實上是因為「食物進入胃部會促進大腸蠕動」,這稱為「胃結腸反射」,也就是吃東西的時候,大腸內積留的糞便就會反射性地往下運送,所以會感到便意。

當然,這還是會有個體差。平常便祕的人可能會想,如果能這麼容易有便意就好了。每個人對胃結腸反射的反應不盡相同。

——本文摘自《了不起的人體:如此精妙,如此有趣,說不定還能救你一命》,2022 年 7 月,如何出版,未經同意請勿轉載。

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你家也有焦慮的膽小狗嗎?實驗證明狗狗吃益生菌可以穩定情緒!
Evelyn 食品技師_96
・2022/04/29 ・3284字 ・閱讀時間約 6 分鐘

不知現在有多少讀者還記得童年卡通《膽小狗英雄》呢?那恐怖、驚悚與詭譎的調性,與其他卡通別具一格。

主角是一隻叫做英雄的粉色小狗,每當牠一看到離奇恐怖的事,兩顆眼珠子就被嚇得掉出來,雙手因為緊張而快速揮動,快到就像蜜蜂正在震動的翅膀,而且大叫聲音持續很長,不可思議般的不會斷氣,也是這部卡通最有特色的地方。

圖/GIPHY

撇開可憐英雄每次被嚇得魂飛魄散的模樣,其實近期有研究發現,讓寵物吃益生菌是有助於減少寵物攻擊行為、舒緩分離焦慮,具有穩定情緒的作用喔!

我國實驗證明,狗狗定時吃益生菌可以舒緩焦慮

狗狗其實與人一樣,擁有豐富的情緒,亦有機會患上情緒方面的疾病。其中攻擊行為和分離焦慮 (separation anxiety) 是狗狗常見的問題行為[1]

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近年來許多研究發現,腸腦軸線(gut-brain axis)可能是憂鬱症的致病原因之一,腸道菌相的改變會影響動物的行為、神經化學、發炎反應等神經生理學表現,而補充益生菌可改善其情緒狀態[1]

延伸閱讀:有關腸腦軸線與大腦和情緒之間的關係,可見
腸道炎會導致憂鬱症?——淺談體內的腸腦軸線,揭露腸道菌的「腦控」機制!

對此我國最新研究,找了 45 隻具問題行為的狗狗們服用益生菌,觀察是不是真的有穩定情緒的效果。這些狗狗的問題行為,包括具攻擊性、分離焦慮和強迫症等行為,均會透過與狗狗最親近的訓練者,填寫諮詢問卷進行評分量化。

益生菌菌株使用「植物乳桿菌 PS128」(Lactiplantibacillus plantarum PS128),以膠囊的形式,讓狗狗每日定時定量服用長達兩週後,再進行一次上述的行為問卷評分。另外,在實驗前後均會幫狗狗抽血,透過儀器檢驗血漿瞭解血清素的代謝轉換狀況。

結果顯示,狗狗服用 PS128 兩週後,攻擊行為和分離焦慮問題確實獲得顯著改善,而血漿中的血清素代謝或消耗速率亦顯著降低。證實 PS128 有助於緩解狗狗的焦慮症狀,利於情緒穩定,具有作為寵物情緒方面的食品補充劑之潛力[1]

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Lactobacillus plantarum 的親緣圖,Lactobacillus plantarum PS128 是一種由福菜分離出來的一種益生菌。圖 / 參考資料 5

精神益生菌對人也有效!但作用機制尚待研究

除了狗狗之外,過往的研究是以小鼠或大鼠作為實驗對象居多。

據研究,服用植物乳桿菌 PS128 的小鼠不但能表現出較好的活動力,還能顯著降低類焦慮行為。進一步分析發現,是因小鼠前額葉皮質中多巴胺(dopamine)及血清素(serotonin)的總量提升,減少過度活化腸腦軸線的活性,降低發炎反應,而達到改善壓力所引起的情緒失調[2]

此外 PS128 近期也做過人體試驗,從電子業從業人員中篩選出高壓個案,安排每日服用益生菌膠囊長達 8 週,結果受試者在自覺壓力、失眠嚴重度、憂鬱、焦慮等指標皆獲顯著改善,還首度發現能降低人體唾液中壓力賀爾蒙皮質醇(cortisol)的含量[3]

針對這種能改善情緒失調的益生菌,2013 年有學者提出「精神益生菌」(Psychobiotics)這個全新概念,指的是經適量攝取該益生菌(活菌)後,有益於精神病患者的健康[4]

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雖然動物實驗證明,精神益生菌能產生或作為媒介傳遞神經活性物質(neuroactive substances)[註1],透過這些物質影響腸腦之間雙向溝通,進而產生類似抗焦慮或看憂鬱功效[2]

但是目前從口腔攝入的益生菌,是如何影響腦部的神經傳導物質,甚至是感覺與行為等機制尚不清楚,故相關研究仍備受質疑。

腸道細胞的受器可能是精神益生菌啟動調節的關鍵

不過根據「精神益生菌的作用機制探討 – 以 Pattern Recognition Receptors 為標的」研究計畫報告,目前認為哺乳類動物先天性免疫系統當中的 Pattern Recognition Receptors(PRRs)是精神益生菌啟動精神調節的重要機制[5]

先天性免疫反應(innate immunity)是哺乳類動物與生俱來的免疫反應,如巨噬細胞或樹突細胞等免疫細胞,受到病毒感染時,可利用辨識受體偵測入侵的病毒,產生發炎反應,以吸引更多的免疫細胞來清除病原菌。

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而益生菌是經由口服的方式進入人體,在胃腸道移動期間,細菌菌體表面分子或菌體內分子與人體細胞最早接觸的,便是胃腸道上皮細胞,而胃腸道上皮細胞的 PRRs,很有可能就是精神益生菌與人體細胞第一個產生反應的受器[2]

綜合上述,筆者歸納精神益生菌作用於動物身上的機制如下:

  1. 腸道之於人體健康的角色,從過去的營養消化吸收,拓展到與腦相關的調控神經系統與情緒等 。
  2. 精神益生菌可產生或作為媒介傳遞神經活性物質,影響腸腦之間的雙向溝通,進而產生類似抗焦慮或抗憂鬱功效。
  3. 因精神益生菌是由口腔攝入,經胃腸道進入人體中,胃腸道上皮細胞的 PRRs 為最早與益生菌接觸的人體細胞,故被認為是益生菌啟動調節的關鍵。

農委會成立「寵物管理科」,寵物健康意識興起

回到我們童年卡通《膽小狗英雄》,常常受到驚嚇的英雄,有許多嚴重的問題行為或焦慮現象,或許就可以透過補充精神益生菌來改善(笑)。

圖/GIPHY

不過,想不到連寵物都可以吃益生菌來保養身體吧!畢竟現今因少子化、年長者的空巢期,衍生出許多「被陪伴」的需求,寵物被視作「家人」的比率愈來愈高。

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依內政部與行政院農業委員會(以下簡稱農委會)資料,全臺犬貓數 2021 年已達 295 萬隻,首度超過 0 到 14 歲幼年人口數 289 萬[6]

且內政部統計,去年 1 到 9月新生兒的登記數大約 11 萬 2 千多人,但全臺犬貓新增登記數量去年 1 到 9 月卻超過 16 萬隻,正式超越新生兒登記數量[7]

面對國內寵物市場快速成長,今年 4 月 3 日農委會已宣布正式成立「寵物管理科」,全方位針對寵物管理展開完整制度規劃與推行[8]

身為家中重要一份子的寵物們,生命與身體健康愈來愈受到重視,相信未來不只有寵物益生菌,其他寵物保健食品的發展勢必也愈來愈多元。

註解

  1. 神經活性物質:泛指神經傳導物質,參與並且調節腦部神經元之間的溝通,如多巴胺(dopamine)、血清素(serotonin)或乙醯膽鹼(acetylcholine)等。

參考資料

  1. Yeh, Y. M., Lye, X. Y., Lin, H. Y., Lin, H. Y., Wong, J. Y., Wu, C. C., Huang, C. L., Tsaid, Y. C. and Wang, L. C. 2022.  Effects of Lactiplantibacillus plantarum PS128 on alleviating canine aggression and separation anxiety. Applied Animal Behaviour Science 247: 105569.
  2. 劉偉賢,2015。Lactobacillus plantarum PS128 對小鼠情緒行為之影響。國立陽明大學生化暨分子生物研究所博士學位論文。臺北。
  3. Wu, S. I., Wu, C. C., Tsai, P. J., Cheng, L. H., Hsu, C. C., Shan, I. K., Chan, P. Y., Lin, T. W., Ko, C. J., Chen, W. L. and Tsai, Y. C. 2021. Psychobiotic supplementation of PS128TM improves stress, anxiety, and insomnia in highly stressed information technology specialists: a pilot study. Frontiers in Nutrition 8: 130.
  4. Dinan, T.G., Stanton, C., Cryan, J.F., 2013. Psychobiotics: a novel class of psychotropic. Biological Psychiatry 74: 720-726.
  5. 劉燕雯,2019。精神益生菌的作用機制探討 – 以 Pattern Recognition Receptors 為標的。科技部專題研究計畫 (計畫編號:MOST 107-2320-B-010-003-MY2)。
  6. 李柏澔,2022。農委會「寵物管理科」正式成立 分級分類管理毛小孩。中國時報。
  7. 畢翠絲,2021。犬貓數量正式超越新生兒 養寵物陪伴老年生活。常春月刊 466 期。
  8. 農委會畜牧處,2022。寵物管理科成軍,毛小孩一生全面照顧。行政院農業委員會。
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Evelyn 食品技師_96
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一名食品技師兼食品生技研發工程師,個性鬼靈精怪,對嗅覺與味覺特別敏銳,經訓練後居然成為專業品評員(專業吃貨)?!因為對食品科學充滿熱忱,希望能貢獻微薄之力寫些文章,傳達食品科學的正確知識給大家!商業合作請洽:10632015@email.ntou.edu.tw

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大腸桿菌是好菌還是壞菌?只分布於人體大腸嗎?——《生物學學理解碼》
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・2019/04/16 ・1757字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 569 ・九年級

課本介紹人體大腸中的大腸桿菌 (Escherichia coli) 有助於維生素吸收,但新聞報導時有感染大腸桿菌而死亡的案例,究竟它是有助於人體健康的益菌還是讓人生病的病原菌?此外,大腸桿菌顧名思義應分布於大腸,其他腸道區域也有大腸桿菌嗎?

大腸桿菌。圖/pixnio

大腸桿菌小檔案

大腸桿菌屬於兼性厭氧的革蘭氏陰性桿菌,由德國細菌學家西奧多 · 埃希 (Theodor Escherich) 於 1885 年嘗試找出霍亂病原時,於結腸中分離鑑定,因此大腸桿菌的屬名為埃希氏菌屬 (Escherichia) ,而 coli 是指  「colon」 (大腸中的結腸)。 埃希最早將之命名為 Bacterium coli commune(大腸中普通的桿菌),阿爾多 · 卡斯特拉尼 (Aldo Castellani) 與阿爾伯特 · 約翰 · 查爾默斯 (Albert John Chalmers) 於 1919 年更名為 Escherichia coli,以紀念埃希的貢獻,但直到 1958 才被官方認定 (Emerg. Infect. Dis., 2015) 。

是好菌?

人體大腸中的大腸桿菌與我們的關係常為互利共生,大腸桿菌可合成並釋放人體所需的營養素,包含維生素K 、 B12 等;人體製造凝血因子時需要維生素K 的參與。

大腸桿菌可由腸道中獲得營養與有利的生長環境,亦能抑制其他病菌生長,幫助維持腸道菌落。

還是壞菌?

大腸桿菌通常不致病,因此大部分的菌株並非致病菌,但有些菌株會引起食品中毒,通稱為病原性大腸桿菌  (EEC) ,依據其致病機制,主要可分為六種亞群(施等人, 1997 )。最常見的致病性大腸桿菌是因細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,稱為「旅行者的腹瀉」 (Traveler’s diarrhea) 。

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致病性大腸桿菌常引起「旅行者的腹瀉」(Traveler’s diarrhea)使人精神不濟。圖/pixabay

另一種致病性大腸桿菌,是 1982 年於美國爆發出血性結腸炎的大腸桿菌 O157 : H7 ,該種菌株透過內毒素破壞腸道與腎臟,可能造成腸道出血與溶血性尿毒症 (HUS) 。大腸桿菌 O157 : H7 產生的內毒素稱為類志賀氏毒素 (Shiga-like toxins 或 verotoxin) ,與痢疾志賀氏桿菌 (Shigella dysenteriae,為桿菌性痢疾的病原菌之一)產生的志賀氏毒素相似。科學家認為痢疾志賀氏桿菌的內毒素基因經噬菌體傳遞,被帶入大腸桿菌中,形成大腸桿菌 O157 : H7  菌株。

大腸桿菌依血清型區分不同菌株。圖/《生物學學理解碼》。

大腸桿菌的數量與分布

人類胃腸道內居住著許多微生物,形成一個複雜的生態系統。一個人的糞便中可鑑定出 400 多種細菌,主要為厭氧菌。腸道是氧氣濃度受限的環境,分布了兼性厭氧菌 (facultative anaerobes) ,包含大腸桿菌與葡萄球菌 (Staphylococcus) ,佔腸道微生物數量的 0.1%。人體的上消化道(胃、十二指腸、空腸和迴腸前段)細菌菌落較為稀疏,細菌濃度小於 104 個生物體 / 毫升腸液。

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比較各段消化道內厭氧菌與大腸桿菌的數量(修改自  Gorbach, 1996 )。圖/《生物學學理解碼》

下消化道中以大腸分布的菌落最多濃度約為 1011 個細菌 / 克糞便,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍 (Gorbach, 1996) 。換句話說,大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在迴腸中數量較多,但主要分布於大腸。

人體各消化器官的分段。圖/《生物學學理解碼》。

破除大腸桿菌的刻板印象

◎一般腸道內的大腸桿菌與人體互利共生,大腸桿菌通常不致病。
◎部分種類的大腸桿菌菌株會引起食品中毒,稱為病原性大腸桿菌。致病性大腸桿菌常是透過細菌的內毒素,引起腹瀉、脫水等症狀,或是如大腸桿菌 O157 : H7 透過內毒素,破壞腸道與腎臟。
◎人體的上消化道細菌菌落較為稀疏,下消化道中以大腸分布的菌落最多,其中主要是厭氧菌,其數量可達兼性厭氧菌的 1000 倍。
◎大腸桿菌在小腸中分布的數量極少,在小腸的迴腸段中數量較多,但主要仍是分布於大腸。

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情資來源:

 

 

 

本文摘自《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》,紅樹林,2019  年 3 月出版。

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