Loading [MathJax]/extensions/tex2jax.js

0

0
0

文字

分享

0
0
0

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 1030 位粉絲
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》。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

7
3

文字

分享

0
7
3
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

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

  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

___________
你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
李赫
9 篇文章 ・ 4 位粉絲
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)。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 1030 位粉絲
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》。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

[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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。!

  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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
MedPartner_96
49 篇文章 ・ 18 位粉絲
一位醫師用一年時間和100萬,夢想用正確醫美和保養知識扭轉亂象的過程。 Med,是Medicine,醫學的縮解。Med 唸起來也是「美的」。我們希望用醫學專業,分享更多美的知識。Partner則是我們對彼此關係的想像。我們認為醫師和求診者不只是醫病關係,更應該是夥伴關係。 如果您也認同我們的理想,歡迎和我們一起傳播更多正確的醫美知識。 我們的內容製作,完全由MedPartner專業醫療團隊負責,拒絕任何業配。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

 

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 1030 位粉絲
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》。