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馬歇爾生日│ 科學史上的今天:9/30

張瑞棋_96
・2015/09/30 ・1057字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

1984 年中,年輕的澳洲醫師馬歇爾凝視著手中的試管──約莫 50 毫升的混濁肉汁裏混著某種細菌。他終於下定決心,呼出一口氣,仰頭一飲而盡;再來就是看何時發作了。不,他並非想不開要尋短見,而是要「以身試菌」,證明此一後來被命名為「幽門螺旋桿菌」的細菌會導致胃潰瘍。

五、六天後他開始嘔吐,內視鏡檢查果然有胃潰瘍的症狀,也發現胃中有幽門螺旋桿菌存在。興奮之情沖淡了肉體的痛苦,如今他與同事華倫醫師 (J. Robin Warren) 總算可以發表無懈可擊的論文,給予兩年前那些否決、甚至嘲笑他們論點的醫學界人士強烈回擊了!三年來的點點滴滴逐漸浮現腦海……。

1981 年,醫院的前輩華倫醫師告訴他,兩年來陸續在一些胃潰瘍病患的檢體上發現「好像細菌的東西」,或許值得進一步研究。之所以說「好像」,是因為當時普遍認為細菌不可能在胃酸這種強酸的環境中生存;胃潰瘍純粹是壓力過大、刺激性食物或抽菸等導致胃酸分泌過多而侵蝕胃壁所造成。即使之前也有其他科學家曾觀察到,也都因為無法培養出細菌而歸咎於切片被汙染所致。

華倫與馬歇爾決定相信自己的眼睛。經過 37 次的失敗,他們終於試出在酸性環境下用微嗜氧(5% 的氧氣)的方法,成功培養出幽門螺旋桿菌。然而他們的研究報告還是備受醫學界質疑,認為他們頂多證實幽門螺旋桿菌的存在,並未證明它與胃潰瘍之間有因果關係。

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的確,他們的實驗得通過「柯霍氏法則」(Koch’s postulates) 才能證明其關聯性。馬歇爾先用小豬做實驗,無奈不知為什麼,小豬在注射了幽門螺旋桿菌之後就是不會得胃潰瘍,於是他才決定拿自己做實驗。

如今他得了胃潰瘍後,接受抗生素治療又很快就痊癒,使其論點更有說服力。這次醫學界接終於接受他們的主張,經過後續大規模實驗後,用抗生素治療消化性潰瘍成為標準做法,幽門螺旋桿菌引發的消化性潰瘍病例因此減少了 50 %以上。馬歇爾與華倫也因而在 2005 年獲頒諾貝爾生理醫學獎。

馬歇爾後來接受訪問,回顧自己這段經驗時表示:「年輕的研究學者或學生有一大優勢,就是「不懂」,像一張白紙,可以很開放地去接受新的東西。……有位歷史學家曾說:『學習的障礙不是無知,而是對知識的成見。』知識的成見就像國王的新衣,大家以為懂了,其實不懂。你自認對東西不懂,是個優勢,因為你可以吸收各種新想法、新知識;但如果你懂的是錯的東西,是知識的成見,就沒辦法接受新知識。」誠哉斯言!

photo:The West Australian

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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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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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尿為什麼是黃色的?尿液到底能不能喝?
李赫
・2019/04/11 ・2256字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 482 ・五年級

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一天喝一杯尿,真的更好?圖/pixabay

喝尿可以養生或是尿療法這樣的說法,我想大家都聽過,但你敢喝嗎?當然,諸多推廣人士引用本草綱目說法,來加強其合理性。玻利維亞總統胡安·埃沃·莫拉萊斯·艾瑪在 2014 年 7 月 2 日表示,曾經有飲用自己尿液養生的習慣,同時說道:「對抗咳嗽,沒有什麼比一碗尿液更有效」。

這些消息的確會讓人覺得喝尿是一件很棒的事,我們好像也該到廁所端一杯尿來喝看看,但是任何的說法都是需要有科學根據的!先讓我們搞清楚,尿液中到底有那些成分吧?

尿液是怎麼來的?

一般人一天的排尿量是 750~2000 mL,尿液是人體血液過濾後的廢棄物。人體血液循環流經腎臟的時候,其中的代謝廢物、部分水,以及微量元素,會被腎小球過濾到腎小管中,成為原尿。再經過一大套尿液的濃縮、稀釋過程,來到輸尿管、膀胱,最後排出體外。

1.人類泌尿系統:2.腎臟,3.腎盂,4.輸尿管,5.膀胱,6.尿道,7.腎上腺,8.腎動脈和腎靜脈,9.後大靜脈,10.腹部大動脈,11.總胯動脈和總胯靜脈,12.肝臟,13.大腸,14.骨盆。圖/wikimedia

尿液為什麼是黃色的?

尿液顏色來自於化學物質尿色素 (urochrome) 。 尿液呈黃色的主要原因,其結構如下圖所示。尿色素是血紅素代謝的中間產物。血紅素首先轉化為膽綠素,之後轉化為膽紅素。被大腸內的微生物代謝為尿膽原。部分尿膽原被重新吸收進入血液,在血液中氧化為尿膽素,由腎臟排出,使尿液呈黃色。尿液的顏色還可能與吃入的食物有關,這個部分就不深入討論。

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尿液主要的黃色色素。圖/wikimedia

尿液的化學成分是?

尿液是混合物,其中有 91-96% 為水,固體成分約占 6%。成分包含:有機物(含氮廢物:尿素、尿酸、毒素、色素、激素、蛋白質、葡萄糖等異常成分)、電解質(離子)、無機物(固體)、細菌等。

科學家證實人類尿液有至少 3,079 種化合物成份,都是身體代謝的產物,絕大部份是外來化學物質。有機物當中又以尿素 (Urea) 含量為最高。電解質的部分又以氯離子、鈉離子的含量最多(食鹽的成份:氯化鈉)。

另外尿液當中還有許多的固形物,它們是屬於無機晶體,透過顯微鏡可以被觀察到,如下圖所示,所列為局部的固形物。

圖/Biochemical Composition of Urine

那喝了尿液到底會怎樣嗎?

首先有個重要的觀念要提醒大家:任何化學物質如果攝取超過身體能負荷(超標)的就是毒素。

有機物含量最高者為尿素,對身體是否有害?

科學家以小白兔進行動物實驗,將含量為 4%之尿素混入食物中餵食六周,並未發現太大的異常[4]。人體尿液中之尿素含量大約在 1.75% 左右,也就是說餵食小白兔的量,高於人體尿液中含量的 2.3 倍。結果說明,尿液中主要含量的尿素,如果以尿液的比例喝進去,短期內應該不會對人體造成太大的傷害。

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但可別高興得太早,人體內有一種幽門螺旋桿菌,喜歡寄生在胃酸較低的胃黏液或胃黏膜細胞之中,在口腔中也可發現。幽門螺旋桿菌能夠將尿素分解成氨 (ammonia) 來降低胃酸的強度,而且能促使胃發炎,得到養分,又不致被免疫細胞清除掉。

長期飲用尿液,有增生幽門螺旋桿菌的風險。圖/pixabay

在臨床醫學中胃炎與消化性潰瘍病人的胃中被發現後,消化醫學界便紛紛開始尋找它與人類消化性疾病間的各種關係。發現它的馬歇爾醫師 (Barry Marshall) ,為了證實它與胃炎的關係,1984 年竟然一次喝下含有10億多隻幽門螺旋桿菌的水,結果立刻引發了急性胃炎。

如果我們長期飲用尿液,那麼正好提供幽門螺旋桿菌生存所需的尿素,改變菌落的生態,是有可能對人體產生傷害的,所以當然不建議長期飲用尿液。另外尿酸本來就是毒素,會造成痛風等症狀,更是不在話下。

從電解質的攝取方面來看,喝尿會有影響嗎?

根據衛生署建議成年人每天鈉攝取量,最好不要超過 2400 毫克,約等於 6 公克的鹽(1 公克的鹽,含有 400毫克的鈉)。如果我們將排出的尿液中鈉離子含量以 150 mmol的數值來計算,鈉離子含量為 3.45 公克。因此,如果每天喝尿再加上我們每日攝取的食物,是很有可能超標的。依此邏輯推演,其他離子攝取含量也可能超標。

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尿液中的其他成分會對人體有什麼影響?

尿液中可能含有,來自於陰道、尿道、內褲的細菌。雖然人體器官內部本來也就有益菌的菌落,但若是我們長期飲用尿液,可能會破壞菌落的的平衡。

我們從尿液的成分進行科學分析,不建議讀者喝尿。如果只是單獨想品嘗那麼一兩次即可,長期飲用還是可能對身體帶來影響,畢竟尿液是代謝物,當然不是多多益善。

參考文獻:

  1. Health Benefits Of Drinking Urine? UK Couple Drinks Own Pee To Treat Depression, Brighten Eyes, And Clear Skin [VIDEO]
  2. 維基百科——尿膽素
  3. Biochemical composition of normal urine
  4. Performance and Nutrient Digestibility of Rabbit Fed Urea Treated Cowpea Husk

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李赫
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中央大學理學博士。為熱愛傳播知識與吸收知識的 作家/教育/研究學者。 對於居家設計與生活時尚亦有高度興趣 (FB作者專頁)。

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胃潰瘍、胃食道逆流,傻傻分不清楚?醫師圖文解說胃潰瘍讓你懂!
MedPartner_96
・2019/02/13 ・4957字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 573 ・九年級

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胃潰瘍是大家一定聽過的常見疾病,有些人會把胃食道逆流跟胃潰瘍混為一談,但實際上胃潰瘍指的是胃的粘膜發生潰瘍,但胃食道逆流則是胃液往食道的方向逆流造成刺激或發炎,是完全不同的兩種疾病。

胃潰瘍最常發生的情境是在飽食一餐後,就突然發生腹痛,嚴重一點的人甚至會難過地在地上打滾。據研究統計7,胃潰瘍在歐洲的盛行率只有 2%,而在台灣,單單無症狀的胃潰瘍的盛行率就高達 4.7% ,足足是歐洲的兩倍有餘!以全國人口數來換算的話,應該有近 100 萬人可能患有胃潰瘍12

腹痛難耐,非一日之饞。胃潰瘍是慢慢發生的,往往在你沒注意的狀況下,胃粘膜已經默默受傷了。大家可能都在各大媒體聽說各種胃潰瘍的緩解偏方,例如喝苦茶油可以改善胃潰瘍?也有不少資訊提到胃潰瘍可能導致癌症。胃潰瘍到底要如何預防與治療?得了胃潰瘍,真的轉變成胃癌的機率很高嗎?今天團隊醫師將會整理文獻,帶你清楚了解胃潰瘍,揭開這個疾病不為人知的一面。

胃潰瘍是慢慢發生的,往往在你沒注意的狀況下,胃粘膜已經默默受傷了。圖/pixabay

胃潰瘍的原因是什麼?除了藥物,更多是幽門螺旋桿菌!

胃潰瘍的原因是什麼呢?首先我們要了解胃部消化運作的過程。當食物經咀嚼後吞入胃裡,胃部的壁細胞會分泌胃酸,胃酸會與食物混合,形成酸性的內容物。在酸性的狀況下,有利於胃部分泌的蛋白酶消化含有蛋白質的食物,之後這些被消化到一半的食糜會再流入十二指腸,在腸道進行下一步的消化。除了幫助消化外,胃部的強酸也可以幫助殺菌,因此強酸的環境,對胃部的正常運作來說,其實是非常必要的。

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但在這麼強酸的環境下,又加上消化蛋白質用的酵素,腸胃道的黏膜細胞是如何不被酸度近似鹽酸的胃部內容物所侵蝕呢?胃的內部有一層黏膜細胞,黏膜細胞間的柵欄狀的結構能防止胃酸破壞胃部。這些粘膜細胞持續會被耗損,但還好正常的狀況下,胃部黏膜層有豐富的血液供應,產生新的粘膜細胞,替補被胃酸侵蝕老舊細胞。

食物進入胃的程序

胃潰瘍指的就是胃酸長期侵犯胃部黏膜細胞,侵犯程度超過了粘膜層能自我修補的能力,因此在破損的區域會產生發炎、纖維化等狀況,胃部結構也會因此逐漸變薄,更嚴重的時候,可能導致胃出血,甚至是整個胃穿孔的問題。

強酸造成潰瘍的情形,不只會發生在胃部。在連接胃部的十二指腸,也可能被強酸所破壞,造成十二指腸潰瘍。醫師習慣將胃潰瘍及十二指腸潰瘍兩者合併稱為消化性潰瘍 (peptic ulcer disease)。

胃潰瘍的發生是有時序性的,並非一天就造成。胃潰瘍病變過程主要可分為:

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  1. 胃酸侵蝕增強或胃液分泌過多
  2. 黏膜細胞無法正常修復
  3. 黏膜細胞間柵欄崩解

了解上述三大病變過程後,其實說穿了,造成胃潰瘍(或十二指腸潰瘍)的罪魁禍首,最常見的就是幽門螺旋桿菌感染,以及藥物過度或不當使用(以非類固醇消炎藥物為主)。

幽門螺旋桿菌感染

造成胃潰瘍(或十二指腸潰瘍)的罪魁禍首,最常見的就是幽門螺旋桿菌感染。圖/pixabay

此細菌會讓感染處發生過強的免疫反應,以及胃酸分泌量上升,也會破壞黏膜細胞柵欄結構,最後產生胃潰瘍病變。長期的胃部發炎,可能導致胃部萎縮或者是不該出現在胃部的腸道組織增生。這些不正常的變化,可能會提高罹患胃癌的機率。

在 1983 年首次發現幽門螺旋桿菌 (Helicobacter pylori) 能引發胃潰瘍之前,醫界當時完全不認為這個疾病跟感染有關,甚至很多人覺得細菌根本不可能活在這麼酸的環境下。但後來發現,幽門螺旋桿菌其實可以附著在消化道黏膜層上,透過分解尿素來產生氨,進而中和胃酸。感染的過程中,會導致胃粘膜組織的病變,長期可能導致癌症,因此早在 1994 年,世界衛生組織就把幽門螺旋桿菌列為一級致癌物質。此外,在 2005 年新英格蘭醫學期刊中有一研究經過近 10 年的追蹤,發現 297 位胃潰瘍患者當中,有 10 位後來罹患了胃癌。因此胃潰瘍是導致胃癌的重要危險因子之一,證據是很明確的10

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幽門螺旋桿菌的檢驗及治療方式逐年進步,不過目前尚未找出確切的感染原因,據研究推測,細菌可能是通過糞口或人傳人的途徑感染。許多人會把胃潰瘍認為是吃太多止痛藥或飲食習慣不好所造成,但實際上和過度使用消炎藥的族群相比,幽門螺旋桿菌所導致的胃潰瘍其實更常見。

非類固醇消炎藥物的過度或不當使用

非類固醇消炎藥物 (nonsteroid anti-inflammatory drugs 簡稱 NSAID 藥物) 為常用的消炎止痛藥物。其中阿斯匹靈 (aspirin) 可以抑制血液凝集,可以降低血栓的產生,因此也常被用來預防心肌梗塞或腦中風的再次發作。有人可能會認為,這些藥物的止痛效果,不正好可以緩解胃潰瘍造成的疼痛嗎?這想法與其藥理機轉有很大的出入哦!實際上, NSAID 藥物主要抑制環氧化酶 (cyclooxygenase COX ) 的催化作用,此作用可達到消炎止痛、抗血栓等效果。另外服用 NSAID 藥物會造成前列腺素分泌降低,以致消化道無法正常修復黏膜層細胞,引發胃潰瘍病變。

造成胃潰瘍病變的三大主要原因

看到這裡,你應該已經了解到為什麼胃潰瘍這種常見的疾病能衍生出那麼嚴重的後果。但胃潰瘍到底會出現什麼症狀呢?

胃潰瘍會有哪些症狀?該如何自我緩解?

大多數人認為胃潰瘍會立即引發各種不適症狀。事實上,近 7 成患者是沒有明顯症狀的3。因此,老年人及常用 NSAID 藥物者需要時刻留意自己的腸胃狀況。胃潰瘍的症狀大多以腸胃症狀為主,這包括了:

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[上腹疼痛]

胸骨底端及橫隔膜所在位置發生疼痛,且疼痛感有可能會轉移到後背。上腹痛的發作會和吃飯時機有關,例如胃潰瘍常在吃飯時會產生上腹痛,這與食物進入胃中刺激胃酸分泌有關。而十二指腸潰瘍常在飯後 2 至 5 小時或夜間發作,原因是十二指腸內用來中和胃酸的鹼性溶液量變少了、且在晚上 11 點至半夜 2 點是胃酸分泌的高峰期。

[腹脹感]

長期十二指腸潰瘍所導致腸道萎縮,讓胃排空變慢。於是食物無法順利流入腸道,產生腹脹感。這也影響了食慾,可能出現營養攝取不足的問題。

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胃潰瘍容易造成腹部的疼痛與不適。圖/pixabay

[噁心嘔吐]

原因同樣是食物無法順利從胃裡流入十二指腸,超過胃部所能負擔的容量,食物較易逆流回口腔。噁心嘔吐症狀通常會在飯後數小時發生。

[火燒心]

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由於胃潰瘍患者缺乏抑制胃酸分泌的激素,胃酸分泌量隨之上升,增加胃酸逆流食道的機率。胸口會有灼熱感,為火燒心症狀。雖然容易與胃食道逆流症狀搞混,但相較於其他胃潰瘍症狀,火燒心所佔比例是較低的11

了解胃潰瘍的各種症狀表現之後,接下來我們要介紹在日常生活中能採取什麼樣的方式來緩解胃潰瘍造成的不適。

胃潰瘍如何在日常生活中做到緩解?

胃潰瘍會長期困擾患者的生活,但透過調整日常生活習慣及營養攝取方式,不僅能緩解胃潰瘍症狀,也能降低胃癌發生的風險:

  1. 調整飲食習慣:選擇全麥穀糧,配合富含維生素 A 及 C 的蔬菜水果來緩和受傷的腸胃。
  2. 避免飲用乳製品:雖然喝牛奶可以暫時緩解胃潰瘍症狀,但喝了之後又會增進胃酸分泌,加劇腹痛症狀。
  3. 遠離菸酒:抽菸及酒精會刺激腸胃道黏膜層,容易出現發炎反應。此外,抽菸會提高胃酸分泌量,讓胃潰瘍病情每況愈下。
  4. 飯後別躺平:飯後 2 至 3 小時請勿躺下,除了能降低胃食道逆流機率,也可以讓食物順利流入腸道消化。
  5. 減輕壓力:壓力的積累會惡化胃潰瘍的病情。故以運動、與朋友聊天或寫日記自行鼓勵來緩解壓力。

胃潰瘍緩解

有些網路上的資訊提到,苦茶油可以顧胃,對改善胃潰瘍有幫助。依據目前的證據,在小規模的動物實驗中,有發現苦茶油可以改善因為過度使用非類固醇類消炎藥所造成的胃粘膜損傷,但目前沒有進一步的人體實驗證實。苦茶油確實是種不錯的油,大家可以適度攝取,但不要過度期待用它可以用「治癒」胃潰瘍啊!

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胃潰瘍何時必須就醫?有什麼治療方式?

輕微的胃潰瘍,在經過醫師診斷後,可以透過藥物治療或日常生活習慣的改善,來緩解症狀。但如果出現下列胃潰瘍的嚴重症狀,就需要立即就醫檢查:

  1. 吐出血(血塊)或排出黑色瀝青狀的糞便:胃潰瘍有一定的機率出現消化道流血的病變,病患會吐出血(血塊)或排出黑色瀝青狀的糞便。這種糞便常常黑到發亮,並且帶有腥味。
  2. 貧血症狀:消化道出血可能產生臉色蒼白、倦怠、頭暈等貧血症狀。醫師會藉由血液生化檢驗及血液抹片檢查,判斷出是否為消化道出血、缺鐵,還是造血系統出現問題所導致的。
  3. 急劇腹痛:若突然出現難以忍受的腹痛,症狀持續時間變長,疼痛會轉移到腰椎,且無法更換姿勢來加以緩解的話,這可能是消化道穿孔所帶來的症狀。若不及時處理,可能會引發嚴重的腹膜炎。
  4. 反覆嘔吐:多次嘔吐除了減少營養的攝取,還會讓身體缺水及電解質失衡。故立即就醫以回復正常進食能力是必要之舉。
  5. 體重不明原因減輕:醫師會透過病史詢問及各項檢查來評估病人營養狀況,推測是否因為胃潰瘍影響進食能力,並排除胃癌或其他癌症的可能性。

在治療胃潰瘍(或十二指腸潰瘍)之前,醫師首先會幫你診斷到底你是什麼原因導致了胃潰瘍。會根據致病的原因對症下藥。如果是幽門螺旋桿菌導致的胃潰瘍,就會使用抗生素治療。如果是 NSAID 類藥物導致的胃潰瘍,就會使用抑制胃酸分泌的藥物治療。以下我們做個簡單介紹:

  • 抗生素:抗生素是透過殺死細菌,以及抑制細菌分裂繁殖,來達到治療效果。醫師通常會同時開立兩種甚至是三種的抗生素,以求一次根除幽門螺旋桿菌的感染。在治療過程中經常會搭配氫離子幫浦抑制劑 (proton pump inhibitor, PPI ),可達到抑制胃酸的效果。
  • 氫離子幫浦抑制劑:氫離子幫浦抑制劑(簡稱 PPI 藥物)能抑制胃部壁細胞分泌胃酸。對於因非類固醇消炎藥物所導致的胃潰瘍,醫師會選擇 PPI 藥物治療,治療時間至少 8 週。若是遇到無法替換藥物的情況下,通常需要服用 PPI 藥物來預防胃潰瘍4

胃潰瘍長期沒控制好的話,可能會導致胃出血、胃穿孔、或是胃無法排空食物等嚴重的病發症。對於胃出血的治療,醫師會利用內視鏡探入患者胃中,並在胃潰瘍患處加以止血。若是已經發生胃穿孔,就需要緊急手術治療。若是發生胃無法排空食物的併發症,醫師會安排外科手術,來解決無法排空食物的問題。

胃潰瘍影響了許多民眾的健康,且帶來許多生活上的不便。看完這篇文章之後,相信大家對於胃潰瘍都有更完整的了解。我們要提醒患者,別忘了除了避免濫用藥物以外,還要時時留意自己的飲食狀況、保持身心愉快、遠離菸酒,不要再讓胃默默受傷。!

參考資料

  1. Medscape: Peptic ulcer disease
  2. Mayo clinic: Peptic ulcer
  3. Uptodate: Peptic ulcer disease: Clinical manifestations and diagnosis
  4. Uptodate: Peptic ulcer disease: Management
  5. Uptodate: Surgical management of peptic ulcer disease
  6. Uptodate: Treatment regimens for Helicobacter pylori
  7. Uptodate: Epidemiology and etiology of peptic ulcer disease
  8. Uptodate: Bacteriology and epidemiology of Helicobacter pylori infection
  9. Uptodate: NSAIDs (including aspirin): Pathogenesis of gastroduodenal toxicity
  10. Naomi Uemura, M.D., Shiro Okamoto et al. Helicobacter pylori Infection and the Development of Gastric Cancer. N Engl J Med 2001; 345:784-789. DOI: 10.1056/NEJMoa001999
  11. Barkun A1, Leontiadis G. Systematic review of the symptom burden, quality of life impairment and costs associated with peptic ulcer disease. Am J Med. 2010 Apr;123(4):358-66.e2. doi: 10.1016/j.amjmed.2009.09.031.
  12. Fu-Wei Wang, Ming-Shium Tu et al. Prevalence and risk factors of asymptomatic peptic ulcer disease in Taiwan. World J Gastroenterol. 2011 Mar 7; 17(9): 1199–1203.Published online 2011 Mar 7. doi:  10.3748/wjg.v17.i9.1199

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