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保健食品真的保健康嗎?以褐藻醣膠為例檢視「研究表示」表示了什麼

活躍星系核_96
・2019/11/06 ・5675字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

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  • 文/唐乃禹│國立中山大學,雙主修生物科學及機械與機電工程學系大五

從過去常聽說的魚油、銀杏、靈芝,到最近的紅龍素、龍骨精,近年來隨著天然活性萃取物的不斷開發,越來越多可能具有高度藥用價值的萃取物浮上檯面。這個商機當然不會被放過啦,這些年相關的健康食品或是保健食品不斷推陳出新。但是,這些「保健食品」,真的保健康嗎?

如何才能過得健康是現代人的焦慮,也造成保健食品「大發生」。圖/TeroVesalainen@Pixabay

忽然之間超健康?褐藻醣膠到底是什麼?

最近「褐藻醣膠」這個有點陌生的名詞開始不斷出現在新聞版面或是健康相關的媒體上,弄得大家似乎對褐藻醣膠熟悉了起來:

等宣傳相關產品好處的新聞,亦有少數資訊顯示其存在一定問題:

褐藻醣膠是什麼?

褐藻醣膠(Fucoidan)是一種具有多個硫化基的多醣體,平均分子量約為 20,000,主要的萃取方法為將褐藻類使用酸或是微波加熱來提取,以下皆稱為「萃取物」。

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褐藻醣膠的結構式。

對於褐藻醣膠相關的研究註1,最早在 1957 年由 Springer 等人提出,而後一直到 1980 年代才開始被廣泛的研究。而在台灣,對褐藻醣膠的網路討論主要是 2007 年才開始出現,可能和書籍《實證!癌症臨床醫生錄 逼迫癌細胞自殺–海藻 Fucoidan「褐藻糖膠」》在台灣出版有關係,而後續也有其他單位出版其他相關書籍。2009 年,褐藻醣膠相關產品開始出現,且也開始出現大量部落格以及論壇文章談及褐藻醣膠。當時常見不少過度誇張的用詞宣稱其效果,爾後直到 2010 年,出現第一起因違反健康食品管理法而開罰的案例。

2010 年以後褐藻醣膠相關的產品、討論及試用心得等網路聲量並沒有因此下降,而衛生局也不斷有開罰紀錄(請自行輸入「褐藻」),一直到 2018 年底才沒有新的開罰紀錄。而目前網路上查詢到的相關資料,其宣傳用詞相較之下保守許多,但仍時不時可以看到有越線疑慮的宣傳影片、文章或是新聞。

褐藻醣膠的網路熱度:藍色為褐藻醣膠、紅色為褐藻「糖」膠、黃色為其英文名 Fucoidan。圖/作者截圖,資料可詳見 Google trends

而根據目前研究資料顯示,褐藻醣膠可能具有以下的功能:

  1. 誘導腫瘤細胞凋亡:相關研究包括經由 MAPK 路徑 (Jin et al., 2010)、透過死亡訊號接受器及粒線體誘導細胞凋亡 (Kim et al., 2010)、經由 Caspase 路徑 (Yamasaki-Miyamoto et al., 2009)、經由 ERK p38 與 Pi3K/Akt 路徑(Hyun et al., 2009)
  2. 抑制癌處血管生成:抑制血管生成 (TGF↓(Yan, 2015 #20)、經由 HIF-1/VEGF(Chen et al., 2015)、NF-kB (Huang et al., 2015)、透過 miR-29b-DNMT3B-MTSS15 轉介 TGF(Yan et al., 2015)、透過PI3K/Akt/mToR 路徑 (Teng et al., 2015)、透過 JNK/C-jun/AP-1 路徑(N. Y. Lee et al., 2008)
  3. 增強傳統抗癌藥物效果:增強 Etoposide 對於 caspase 路徑的活化 (Philchenkov, 2007 #14)、使cyclophosphamide 的轉移性下降 (Alekseyenko, 2007)
  4. 增強免疫功能:提高自然殺手細胞的活性(Ale, 2011 #12)、提高 T 細胞的 NY-ESO-1 交互表現及提高T細胞藉由 NY-ESO-1 辨識癌細胞的毒性(Hu et al., 2010)。

除抗癌相關的功能之外還有抗氧化(清除ROS)、刺激免疫 (Zhang et al., 2015)、抗病毒 (J.-B. Lee et al., 2004) 及抗發炎(Park et al., 2017) 等,各式各樣方面的研究,顯示其可能是具有潛力的廣效活性萃取物。

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但是,有這些研究就表示廠商可以用「有抗癌療效」來宣傳這個「健康食品」嗎?我們先來弄清楚甚麼是健康食品。

來自大海的褐藻,內含神奇的保健成分……真的嗎?圖/by Kerstin Riemer@Pixabay

等等,健康食品 vs 保健食品到底甚麼?

根據衛生部食藥署的規定,要稱為「健康食品」是必須要經過衛生福利部申請查驗登記許可,並且通過衛生福利部所訂定的評估辦法,才可以聲稱產品是「健康食品」。而其他市面上聲稱產品是「營養保健食品」、「機能性食品」等使用相似名稱來讓民眾認知是「吃了會變健康」的食物,皆為「非」健康食品,雖然不是不健康的意思,但是表示這些食物並無政府單位的認證。

而在台灣衛生署食品藥物資料查詢中,只有一項和褐藻醣膠有關的產品通過健康食品認證,並無其他相關產品,因此在市面上多數的褐藻醣膠產品不得以健康食品方法宣傳及販賣。而且在在衛生局廣告裁罰資料庫中則可以看到非常多關於褐藻醣膠廣告用詞過於誇大而罰款的紀錄。而衛生局於 2017 年也罕見發出聲明表示褐藻醣膠目前並未經過藥物的科學檢驗。

但是有許多相關研究表示其對身體有好處,那不就表示褐藻醣膠是可以讓人更健康的產品嗎?

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呃,話不是這麼說的。

研究結果有效≠產品有效≠對你有效

要判斷研究結果究竟能不能表示該物質對人體是否有益處,我們可以從以下四點去思考:

一、實證醫學金字塔:這個研究在哪一階呢?

實證醫學金字塔,是醫療藥物相關從業人員在參考一個萃取物是否具有開發成藥物潛力的判斷方法。在越上層的文獻資料,通常越具有較多的資料累積、可信度以及學界共識,表示相關文獻所指出的概念是越有可能有效的。反之,若該萃取物的研究文獻僅有較下層的文獻,則表示目前學界對於這個萃取物的研究還剛在起步、難以有共識,甚至可能兩個都是相當厲害科學家會對這個萃取物有不同的觀點。

實證醫學金字塔(6s model) 圖/作者製圖

而目前針對褐藻醣膠相關的研究,則大多數處在最下階研究論文 (Studies) 的階段,也就是還在最基礎的研究階段,表示這些論文所指出的功效還待商確。

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二、研究方法結論差異:細節對結果的諸多影響

而除了相關論文的數量、品質之外,若仔細看相關論文,會發現不同研究者間會產生不同的結論。比方說對於褐藻醣膠於血管生成的作用,有些部分論文指出其具有使血管增生的效果,但是另外一部份的論文又指出其會導致抑制血管生成。而有其他研究者便針對這矛盾的現象加以研究 (Athukorala et al., 2006; Cong et al., 2016; Matsubara et al., 2005; Nishino et al., 1991),便發現由於實驗用的褐藻醣膠樣品不一,導致有不同的結果。其結果表明,使用較高分子量及較高硫酸化程度的褐藻醣膠會抑制生成,而使用較低分子量及較低硫酸化程度的褐藻醣膠則對於血管生成的影響不明顯甚至在組織培養實驗中有增生的效果。除了對血管代謝的影響外,同樣是褐藻醣膠的作用,還有對於免疫細胞的刺激作用受硫酸基和乙酰基的比例影響 (Choi et al., 2005),其抗病毒能力與分子量及硫酸化程度呈正相關 (Duarte et al., 2001) 等。

如果兩類研究皆是正確的,那麼消費者要怎麼知道,自己究竟該吃高分子量的讓自己抑制血管生成好,還是要吃低分子量的讓自己的血管增生呢?而目前關於褐藻醣膠相關的不同研究還有許多不明朗之處,因此不能簡單的只拿出數篇論文,便宣稱相關產品具有某方面的療效。

同樣是實驗結果,怎樣做如何做都會有影響啊!圖/byDarko Stojanovic@Pixabay

三、實驗方法:同樣是「實驗證實」每種實驗方法差很大

而更重要的是,褐藻醣膠目前大多數的實驗方法多為活體 (in vivo) 試驗或是體外 (in vitro) 試驗。

活體試驗使用實驗動物來實驗,通常是指作為模式生物的實驗鼠,其相關實驗配套皆發展的相當完整。實驗鼠和人類一樣是屬於哺乳類動物,雖然可以認為在實驗鼠上的實驗結果可能可以推估到人類身上,但是人並不是實驗鼠,並不表示實際使用到人類身上就一定會和實驗鼠有一樣結果。

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而體外試驗則表示是在體外進行人體組織的組織培養實驗,盡可能模擬人類身體的情況來實驗試驗萃取物對於細胞組織的影響。和實驗鼠一樣,雖然其結果可以用來推估在人類身上的效果,但是在不論多高科技的實驗室下,也不可能真實的模擬出來人體的運作,所以其結果僅能用於評估這個萃取物是否具有開發潛力。

而有些廠商宣稱,他們已經有經過「人體實驗證實」了,難道就不能夠作為確實對人體有益的證據嗎?實際上,人體作為科學實驗的材料來說,本來就是一個很「不科學」的材料,因為人類無法被「飼養」在標準化的環境下,而且彼此間的生理功能差異極大。所以嚴謹的藥物實驗規範,如 FDA 藥物認證都會要求要先做完非常嚴謹的前期研究作業,並在人體實驗中非常緩慢的速度進行實驗,並逐漸擴大實驗數量,才能夠使用數量來忽略人體間的巨大差異。而這些認證所需要的數量是上千至上萬人在嚴格管控下,還能夠確實表現出藥物的功效才能稱得上是「有效」的藥物。而大多數廠商宣稱的「人體實驗證實」,是否具有如此嚴謹且經過大量實驗的研究報告呢?

保健食品時常宣稱「經研究證實」,但尷尬的是,研究結果有效≠產品有效≠對你有效圖/by Ajale@Pixabay

四、論文品質:同樣是國外期刊品質也有差異

雖然同樣都是發表在「外國期刊」上,但是各期刊的品質差異其實很大,有些期刊的審核非常嚴格,有些非常鬆散。研究並不嚴謹、品質並不高的論文,也是有可能被接受並且發表在「國際期刊」上。就像是考試的時候有人的考卷上考的是傅立葉方程式,但是有的人考卷上是 1+1,同樣通過考試,也要根據他考的考卷來判斷他的能力。

更何況,有非常多的「國際期刊」是只要給審稿費就可以通過的期刊。同樣是「期刊論文」,被認為審核方式有問題,刊登的論文品質不受到保證。

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保健食品,可能有效,也可能沒有效

那麼有沒有哪一種保健食品相關的研究,都沒有以上問題呢?有,但是對於這類食品,後續很可能不會停留在「保健食品」或是健康食品,而是會再進行更詳細的研究。甚至於研究出究竟是這種食物中的哪種化合物具有顯著的療效、如何讓這個化合物有效的在人體內作用,並將其有效成分萃取出來,使其具有更好更穩定並且有更多商業利益的產品,最後的產物,我們往往稱為「藥物」。

因此大多數的保健食品,除了營養補充的功能外,大多數都是還在研究其是否可以作為藥物的路上,既不代表其一定有效,也不代表其一定沒效。

既然不確定有沒有效……那多吃點水果好了。圖/by Susanne Jutzeler, suju-foto@Pixabay

雖然前面講了褐藻醣膠的壞話,但是其實還是有非常多有品質的相關研究顯示,褐藻醣膠具有作為輔助治療癌症等生理疾病問題的潛力,而且也有相關研究顯示 (Hwang et al., 2016) 只要別吃過量,對身體沒有太多害處。危險的是廠商不當的宣傳,導致民眾誤以為具有神奇的功效私下購買服用、延誤就醫。在褐藻醣膠(或其他「保健」成分)被研究的夠徹底前,在購買這類產品前,必須要認知到:

它是一個還在研究中的保健食品,可能有效,也可能沒有效──但是對荷包傷害效果很顯著

至於其他保健食品,所謂的研究顯示有效≠產品真的有效,而其他真很有效的產品成分,很可能都去做藥品了。註2

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備註

  1. 研究有分很多等級,這裡的研究指的是最基層的基礎研究
  2. 除了少數特殊補充品及營養補充品例外
  • 本篇大多資料來自 2019年 陳、唐、邱、薛、葉等人課堂報告所收集的資料,議題是由邱所提出,本文則為唐撰寫。

參考文獻

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
文章難易度

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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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心絞痛不輕忽!可能造成猝死的冠狀動脈心臟病?冠狀動脈繞道手術是什麼?
careonline_96
・2024/06/07 ・2957字 ・閱讀時間約 6 分鐘

「有位 50 多歲的男性糖尿病患者,因為重度冠狀動脈狹窄接受過多次心導管支架治療,但是冠狀動脈都反覆阻塞,且出現心臟衰竭的狀況,才終於決定接受冠狀動脈繞道手術。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授指出,「冠狀動脈繞道手術的原理就是使用病人自體血管繞過狹窄的位置,幫助心肌獲得充足的血液循環。」

由於患者有糖尿病,術後出現傷口併發症(包含感染)的風險較高,於是使用術後負壓傷口照護系統以期降低風險。陳紹緯教授說,術後負壓傷口照護系統能夠排除傷口積液,降低感染風險,幫助傷口癒合。在心臟外科團隊的照顧下,患者狀況穩定,於術後七天順利出院。

如今,心導管介入手術已相當進步,但是冠狀動脈繞道手術仍在治療冠狀動脈心臟病中扮演相當重要的角色。相較於接受心導管塗藥支架治療,糖尿病合併多條冠狀動脈阻塞的病患,在追蹤五年後,接受冠狀動脈繞道手術可有效降低死亡風險,並能大幅降低心肌梗塞的風險,因此建議優先採用冠狀動脈繞道手術 1

冠狀動脈是供應心肌氧氣與養分的血管,當冠狀動脈狹窄或阻塞便會造成冠狀動脈心臟病(冠心病)。陳紹緯教授解釋,如果冠狀動脈狹窄導致冠狀動脈血流量無法滿足心肌的需求,便會產生心絞痛;如果冠狀動脈突然阻塞,冠狀動脈血流中斷,心肌便會缺氧壞死,稱為心肌梗塞,狀況非常危急,患者可能猝死。

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很多原因可能造成冠狀動脈心臟病,危險因子包括:糖尿病、高血壓、高血脂、抽菸、體重過重、家族病史等。陳紹緯教授說,心絞痛發作時,症狀表現包括頭暈、胸悶、胸痛、壓迫感、呼吸急促等,疼痛會延伸至下巴、肩膀等處。

針對急性心肌梗塞、病人狀況很差時,建議緊急進行心導管介入治療。陳紹緯醫師說,因為作心導管打通血管的速度較快、侵入性較小,有機會搶救缺氧的心肌。針對穩定型心絞痛,也就是在身體活動或情緒激動的時候,冠狀動脈血流供應不足的患者,重度冠狀動脈狹窄病人採用冠狀動脈繞道手術能夠長期達到較佳的血管通暢度,減少心血管不良事件,降低死亡風險。陳紹緯教授說,如果三條冠狀動脈都阻塞或左主冠狀動脈狹窄,就會建議進行冠狀動脈繞道手術。包括前美國總統柯林頓、日本明仁天皇都曾經在最好的醫療團隊建議下接受冠狀動脈繞道手術。

2021 美國/歐洲心臟科學會冠心病治療指引(2021 ACC/AHA Guideline for Coronary Artery Revascularization)特別建議下列族群應優先採取冠狀動脈繞道手術而不建議心導管支架手術,包括:糖尿病患者合併多條血管阻塞、複雜性多條或左主冠狀動脈阻塞(SYNTAX score 大於 33 分)、左心室功能不全(收縮分率小於 50 %)、多條血管合併多條血管狹窄、不適合抗血小板藥物、或無法負擔新型塗藥支架的病人。

不可輕忽的傷口併發症

冠狀動脈繞道手術是相當成熟的心臟手術,開胸手術不代表是落後的治療,針對病情複雜而嚴重的病人,反而有最好的效果。經驗豐富的醫療團隊都會特別留意,盡可能降低心臟衰竭、中風、出血等併發症的風險。陳紹緯教授說,冠狀動脈繞道手術因是針對複雜性冠狀動脈疾病的病人,因此除了在病情較單純且病灶適合的病人可以採用微創小傷口的方式,目前大多數還是要開胸、及多處傷口拿血管,因此術後的傷口照護相當重要。因為冠狀動脈心臟病患常常都有糖尿病,傷口癒合較慢且容易感染,出現傷口併發症的風險較高。

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「倘若出現傷口併發症,可能進展為敗血症,甚至會導致死亡。」陳紹緯教授說,「特別是胸骨,萬一遭到感染,死亡率也會比較高。」

為了減少傷口併發症,必須多管齊下。陳紹緯教授說,包括把血糖控制穩定、使用預防性抗生素、術前手術部位的清潔、採用術後負壓傷口照護系統等來一起降低傷口併發症產生的風險。

傷口併發症的發生常跟傷口內的積液有關,因為傷口在縫合之後,仍會滲出組織液,而積蓄在傷口內的組織液可能滋生細菌,漸漸導致化膿、蜂窩性組織炎、甚至菌血症。陳紹緯教授說,術後負壓傷口照護系統的做法是在縫合傷口後,覆蓋特殊的敷料,然後連接一個能夠抽吸的小型主機,讓傷口維持負壓的狀態。

術後負壓傷口照護系統能夠有效排除傷口積液,降低感染風險,並幫助保持皮膚乾燥,避免傷口旁皮膚浸潤。陳紹緯教授說,維持負壓的狀態也可以幫助拉近縫合的傷口,減少側邊張力,並增加傷口附近的血流量,刺激肉芽組織生長,從而增加傷口癒合機率。在黏貼完成後,術後負壓傷口照護系統可以連續保護傷口 5 至 7 天,減少換藥頻率與不適。

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糖尿病、體重過重、年紀較大、慢性腎臟病、長期使用類固醇患者等,都是出現傷口併發症的高危險群,接受手術前,可以和醫師討論如何事先做好預防措施,以降低傷口感染的風險。

筆記重點整理

  • 如果冠狀動脈狹窄導致冠狀動脈血流量無法滿足心肌的需求,便會產生心絞痛;如果冠狀動脈突然阻塞,冠狀動脈血流中斷,心肌便會缺氧壞死,稱為心肌梗塞,患者可能猝死。
  • 如果三條冠狀動脈或左主冠狀動脈都嚴重狹窄,建議進行冠狀動脈繞道手術。
  • 相較於接受心導管塗藥支架治療,糖尿病合併多條冠狀動脈阻塞的病患,在長期追蹤後,接受冠狀動脈繞道手術可有效死亡風險,並能大幅降低心肌梗塞的風險,因此建議優先採用冠狀動脈繞道手術 。
  • 因為冠狀動脈心臟病患常常都有糖尿病,傷口癒合較慢且容易感染,出現傷口併發症的風險較高。因此,把血糖控制穩定、使用負壓傷口照護系統皆有助於降低傷口感染的風險。

註解

  1. Head SJ, Milojevic M, Daemen J, et al. Mortality after coronary artery bypass grafting versus percutaneous coronary intervention with stenting for coronary artery disease: a pooled analysis of individual patient data [published correction appears in Lancet. 2018 Aug 11;392(10146):476]. Lancet. 2018;391(10124):939-948. doi:10.1016/S0140-6736(18)30423-9 ↩︎

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法國兒歌竟然唱「我有超棒的菸草,你沒有…」?!——《植物遷徙的非凡冒險》
時報出版_96
・2023/09/03 ・1869字 ・閱讀時間約 3 分鐘

我有超棒的菸草,但你沒有!

法國兒歌〈我有超棒的菸草〉唱道:「我的菸盒裡有超棒的菸草。我有超棒的菸草,你沒有⋯⋯」超棒的!

我們讓天真的孩子知道抽菸能帶來愉悅感(雖然抽菸有害健康),以及要如何輕蔑地挖苦朋友(這菸超棒,但你沒有!)。

傳說這首兒歌的作者是作曲家暨詩人拉泰尼昂(Gabriel-Charles de Lattaignant, 1697–1779),這代表兩件事:當時菸草已經遍布法國,而且是最令人開心的作物之一。

發現菸草的尼古丁

菸草的學名是 Nicotiana tabacum,自十六世紀起引入法國。拉丁文屬名「Nicotiana」的取名緣由並不是因為菸草含有尼古丁(nicotine),正好相反,1828 年人類分離出尼古丁時,使用菸草的學名為這種惡名昭彰的物質命名。

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菸草的學名是 Nicotiana tabacum。圖/wikipedia

而「Nicotiana」又來自菸草的「發現者」尼柯(Jean Nicot, 1530–1600)。這裡的引號十分必要。

首先,早在歐洲人之前,美洲印第安人自古以來都有使用菸草的習俗。接著,尼柯不是在亞馬遜發現菸草的人,他甚至從來沒離開歐洲!

尼柯只是將菸草引進法國。最後,雖然他享有引入這種害草的光環,但他甚至不是第一個引入菸草的人。他真的不是!尼柯偷走了另一個人的貢獻,真正引入菸草的人是個更富有冒險精神的修士,名字叫做特維(André Thevet, 1516–1592)。

特維才是真正的菸草引入者

特維的貢獻經常遭人遺忘。如果惡名昭彰的尼古丁叫做「特維丁」,那我們可能就比較記得他(不過黃夾竹桃糖苷的法文的確是「特維丁」,得名自拉丁文學名為「Thevetia」 的黃花夾竹桃──命名緣由的確就是特維)。凱撒的該還給凱撒,那特維的也該還給特維。

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特維生於 1503 或 1504 年的法國西南小鎮安古蘭⋯⋯也 有可能是 1516 年(畢竟太久以前了,沒有人清楚)。他生於農家。

10 歲時,可憐的特維即便不樂意,仍然被送到修道院,之後成了修士。他曾短暫念過書,但沒念過植物學。很驚人嗎?他的這點缺陷瑕不掩瑜,畢竟他讀了不少名家鉅作,包括亞里士多德和托勒密等等。

德勒(Thomas de Leu)筆下的特維。圖/時報出版

此外,他尤其有著強烈的好奇心,十分渴望認識這廣大的世界。這並不意味著他想還俗,只是書籍和旅行都比修道院生活還來得有趣太多了。

如果你去了里約,別忘了帶點菸草回來

他從短程航行開始:義大利、巴勒斯坦、小亞細亞。特維回來時簡直興高采烈,而命運很快又帶給他另一個機會,得以參與一場宏大的冒險。

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國王亨利二世派出軍官暨冒險家維爾蓋尼翁(Nicolas Durand de Villegagnon, 1510–1571),希望在巴西建立法國殖民地。

於是我們天真無邪的僧侶特維啟程前往南美洲,但他不是為了參加里約熱內盧的嘉年華,也不是要去度假勝地科帕卡巴納享受日晒,更不是要大跳森巴舞。

要記得,特維是名僧侶,而巴西也只是葡萄牙人在五十年前發現的一個新興地區。而且,新建立的殖民地將命名為「南極法蘭西」(France antarctique)。共有 600 名移民隨著維爾蓋尼翁和特維一起前往新大陸。

特維對他發現的一切事物都感到驚奇不已。他彷彿不停地低聲唱著名曲:「如果你去了里約,不要忘記登高望遠」。

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安德烈·泰維特《黎凡特宇宙學》。圖/wikipedia

他還將所有的新鮮事物稱為「singularitez」(特維自創的字,與「singularité」〔獨特性〕發音相同且拼寫相似)。

當時仍 是文藝復興時代,人類對世界的認識還相當有限,因而還請各位讀者海涵特維看似幼稚的傳奇行徑。

他履行冒險家的職責,蒐集不少樣本:植物、鳥類、昆蟲,甚至還有印第安人的武器、物品和一件羽毛長袍(當然不是為了嘉年華的扮裝,而是為了學術用途)。

有些人嘲笑不務正業的特維其實最想抱回家的是獎盃。別忘了,他在船上的職務其實是神父,而不是博物學家。但無論如何,他有著觀察入微的靈魂,並且渴望知識。可惜他在新殖民地的時光很快就落幕了⋯⋯

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——本文摘自《植物遷徙的非凡冒險》,2023 年 6 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。