心跳暫時停止：第一台心肺機的誕生（上）——《心臟的故事》

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 作者／照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《心血管大手術後別慌！專科醫師傳授術後飲食與復健黃金指南》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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心臟手術後的復原，正確飲食與運動是關鍵！專科醫師傳授清淡低鹽飲食與優質蛋白的攝取要訣，並解析如何透過循序漸進的復健運動、呼吸訓練與安全須知，幫助患者安心調養，穩步找回健康。

許多心血管外科手術後的患者和家屬都會很關心，術後應該怎麼吃？什麼時候能開始運動？該作多少運動？該作什麼樣的運動有益心血管健康？有什麼禁忌？其實，正確的飲食與活動是復原的重要環節。請林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授解答常見疑問，幫助您安心調整生活步調，穩定邁向健康。

Q1、心血管外科手術術後該怎麼吃？

心臟手術後，整體飲食原則應以清淡、低鹽、低脂及低膽固醇為主，並採少量多餐的方式，減輕腸胃負擔。建議多選擇原型食物，補充足夠且優質的蛋白質，如魚類、去皮雞肉及豆製品，以促進傷口癒合與體力恢復，同時搭配高纖蔬菜與水果，幫助腸道蠕動，預防術後常見的便秘問題。

烹調方式建議以蒸、煮、燙或涼拌為主，減少用油量，避免油炸及重口味調味品。為降低鹽分攝取，可利用蔥、薑、蒜等天然香料取代食鹽或醬油，讓低鹽飲食更容易被接受。

此外，若有服用華法林等藥物，需穩定攝取含維他命K的食物，避免大量食用。由於低鈉鹽具有較高的鉀，請務必與醫師或營養師討論合適的攝取方式。

部分心血管手術後的病人，如重度心臟衰竭者，可能需要依醫囑限制每日飲水量，以減輕心臟負擔，並記錄尿量、每日測量體重，若2天內體重增加超過1.5至2公斤，應警覺是否為水腫確保恢復過程安全順利。

Q2、心血管外科手術術後該如何運動？

復健運動在心肺功能恢復的過程中扮演非常重要的角色，不僅能幫助病情穩定，還能為日後順利出院及回到日常生活做好準備。陳紹緯教授表示，透過循序漸進、適當安排的運動訓練，可以提升心肺耐力、改善活動能力，並降低長期臥床或活動不足所帶來的風險。手術後會由專業復健師指導，於專屬場地提供循序漸進的復健運動訓練，全程守護您的術後康復安全。

運動中都應配合量測心跳、血壓及血氧濃度，以確保身體狀況在安全範圍內。

一般來說，運動前的心跳不宜過快或過慢，建議維持在每分鐘50至120下之間。運動過程中，若心跳比休息時增加太多（初期建議不要比休息心跳增加超過20下/分鐘），或反而比休息時減少超過10下/分鐘，都可能代表心臟暫時無法負荷目前的運動強度，此時應降低運動強度或暫停休息。如果有服用β-阻斷劑的病人，因心跳本身較低，建議改以「自覺用力程度」來評估運動是否合適。

此外，運動前務必先進食，避免運動時發生低血糖，建議在飯後約1至2小時進行運動最為適合。運動過程中若出現噁心、嘔吐、呼吸困難、胸口不適、胸悶、冒冷汗、頭暈、眼前發黑、過度疲倦或其他不舒服的感覺，請立即停止運動並告知醫護人員，這些都可能是心臟暫時無法承受目前運動量的警訊，需要立即休息與進一步評估。

呼吸復健是心血管外科手術後相當重要的一環，因為麻醉、疼痛、臥床，皆容易造成肺部擴張不足或痰液堆積，可能導致肺炎。術後進行呼吸復健可以幫助肺部恢復正常功能並減少併發症。請務必依照指示使用呼吸訓練器材（例如誘發性肺量計），清醒時每小時練習10至20次，幫助肺部擴張。

Q3、心血管手術患者在做運動時該注意什麼？

主動脈疾病患者由於血管結構較脆弱，不適合進行重量訓練或需要用力憋氣的運動。接受正中開胸手術的病人，術後三個月內可在無痛範圍內將雙手保持在中線活動，以防肩關節沾黏，請避免負重2至3公斤，以確保胸骨與手術傷口能夠順利癒合。如果傷口出現紅、腫、熱、痛或異常滲液，請盡快回診。

在運動環境方面，應避免在過熱或過冷的氣溫下進行戶外活動，因為極端溫度可能增加心臟與血管的負擔，影響身體調節能力。選擇安全、舒適的場地，並使用合適的防護裝備與運動器材，有助於降低運動傷害的風險。

「任何形式的身體活動都比完全不活動來得好。」陳紹緯教授強調，「如果目前的體力狀況無法達到建議的運動量，也不必因此放棄，只要在能力範圍內活動，即使只有短短5分鐘，也能對健康帶來實質益處。」

對於久未活動的人，應遵循「從低開始、慢慢增加」的原則，先從低強度、短時間的活動開始，再逐步提升頻率與持續時間，讓身體有足夠時間適應。

最重要的是，在開始或調整運動計畫前，請與醫療團隊充分討論，依照個人病情與身體狀況，擬定合適且安全的運動處方，才能在確保安全的前提下，發揮運動最大的健康效益。

Q4、心血管手術後長期該如何運動？

研究顯示規律運動長期對心血管健康有很大的幫助，接受過心血管外科手術的患者，在手術回復期後，經醫師評估病況適合，要養成規律運動的習慣。

根據心臟學會建議，只要具備活動能力，建議每週應達到一定程度的運動量，以維持心肺功能、肌力與整體身體機能。運動前後至少5至10分鐘的暖身與緩和運動。

在有氧運動方面，每週可依個人狀況選擇以下其中一種方式進行：

• 每週累積150至300分鐘中等強度有氧活動，或
• 每週75至150分鐘高強度有氧活動，或
• 也可以將中等與高強度活動交互搭配，只要達到等量的運動效果即可。
• 為了讓身體更容易適應並降低受傷風險，建議將有氧運動分散安排於一週內進行，而非集中在少數幾天完成。

陳紹緯教授進一步說明，「中等強度有氧運動」指的是在進行時心跳會比平常快、呼吸會變得比較急促，但仍然可以說話。例如：快走（每小時約4至6.4公里）、跳舞（如社交舞或交際舞）、園藝活動、騎腳踏車（時速低於16公里）。

「高強度有氧運動」指的是在進行時通常會感到身體發熱、開始流汗，而且幾乎無法連續說話，說幾個字就必須停下來喘氣。例如：跑步、游泳（持續來回）、高強度有氧舞蹈、騎腳踏車（時速16公里以上或上坡）、跳繩。

除了有氧運動之外，也要進行肌力訓練。建議每週至少安排2天以上進行中等或更高強度的肌力訓練，盡量涵蓋所有主要肌群，包括上肢、下肢、核心與背部。對於初學者或希望以較安全方式進行訓練者，可從「靠牆深蹲」或「坐姿抬腿」等動作開始，這些動作安全性高，且能有效訓練多個主要肌群。

理想的運動型態應採取多元組合的方式，將有氧運動、肌力訓練與平衡訓練一併納入。這樣不僅能提升體能，也能改善身體穩定度、降低跌倒風險。

良好的飲食習慣是維護心血管健康的重要基礎。透過適當的飲食調整，不僅能減輕心臟負擔，也能降低慢性疾病風險，提升整體健康狀態。

Q5、心血管手術後長期該怎麼吃維持心血管健康？

首先，應落實低鹽限鈉飲食，盡量避免醃漬食品、罐頭、香腸、火腿等高鈉加工食品。過多的鈉攝取容易造成體內水分滯留，進而增加水腫與心臟負擔。

在脂肪攝取方面，建議採取低脂、低膽固醇飲食，盡量挑選優質脂肪。

蛋白質來源可優先選擇魚類、去皮雞肉及豆製品，並減少攝取肥肉、雞皮、動物內臟、奶油及油炸食品，以降低血脂與膽固醇負擔。

優質蛋白質的補充，建議多攝取豆類、魚類及瘦肉，並盡量以植物性蛋白質為優先選擇，有助於減少飽和脂肪攝取並保護心血管。

此外，應增加膳食纖維攝取。全穀類如糙米與燕麥，以及充足的蔬菜與水果，不僅能幫助腸道健康、預防便秘，也能減少因排便用力而增加的心臟負荷。

在用油方面，建議以玄米油、芥子油、橄欖油等富含不飽和脂肪酸的植物油取代動物性脂肪，避免使用「飽和脂肪」與「反式脂肪」（如奶精、酥油製品），幫助維持良好血脂狀態。

心血管手術患者應限制刺激性物質的攝取，減少咖啡因飲料與酒精，避免對心血管造成額外負擔。

陳紹緯教授提醒，若正在服用抗凝血藥物（如華法林），需特別注意維生素K的攝取穩定性。含維生素K的食物（如深綠色蔬菜）並非完全禁止，但應維持固定攝取量，避免突然大量食用。由於補品、藥材可能出現交互作用，建議與醫師或營養師討論適合的飲食方式！

• 作者／照護線上編輯部
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主動脈瓣狹窄若引發胸悶、暈厥，宛如啟動生命倒數！醫師解析傳統開胸與「經導管主動脈瓣置換」的差異，高齡或高風險患者可透過免開胸的微創手術大幅降低風險，安全續命。

「有位洗腎的老太太，曾經因為主動脈瓣狹窄接受瓣膜置換手術，當時是使用組織瓣膜。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示，「經過多年後，上次手術使用的豬心組織瓣膜逐漸退化，讓患者漸漸出現心臟衰竭的症狀。」

由於患者的身體狀況較差，再次接受外科開心手術的風險較高，讓家屬相當憂心。陳紹緯教授說，因為患者高齡高風險二次手術風險高，所以在經過詳細全身檢查後，申請健保給付進行「經導管主動脈瓣瓣中瓣置換手術」。

經導管主動脈瓣瓣中瓣置換手術的優點是不需開胸、心臟不停止，可以大幅降低手術風險。陳紹緯教授說，術後患者順利恢復，目前仍在門診追蹤治療。

主動脈瓣狹窄是指主動脈瓣因老化或病變而無法正常開啟，導致左心室的血液無法有效輸送至全身。陳紹緯教授指出，由於血液供應不足，可能造成胸悶、胸痛、頭暈、暈厥、呼吸困難等症狀，嚴重恐造成猝死。

主動脈瓣狹窄初期通常沒有明顯症狀，一旦出現胸痛、昏厥或心衰竭等表現，便如同啟動了倒數計時器。根據統計，出現胸痛後，患者的平均存活時間約5年；出現昏厥後，約為3年；出現心衰竭後，約為2年。

陳紹緯教授強調，當心臟超音波確認為重度主動脈瓣狹窄且病人已有症狀時，建議儘速接受治療，千萬不可拖延！

此外，陳紹緯教授指出2025年更新的歐洲心臟學會瓣膜疾病治療指引建議即使無症狀，若超音波確認為主動脈瓣狹窄極重度，或狹窄快速惡化，或心臟已有受損跡象也建議早期治療。

主動脈瓣膜置換手術才能根本解決問題

唯有透過主動脈瓣膜置換手術，才能從根本解決主動脈瓣狹窄的問題。陳紹緯教授說，標準開胸手術會利用人工心肺機暫時取代心臟功能，接著打開心臟、切除病變的主動脈瓣，並植入人工瓣膜。

外科開心手術是歷史悠久、技術成熟的手術，長期結果良好，亦可同時處理其他心血管病灶（如主動脈瘤），適合身體狀況佳、年紀較輕的病人。陳紹緯教授指出，特別是先天性二瓣型主動脈病人，因大部發病年紀較輕，瓣膜鈣化嚴重不規則，且常伴隨主動脈瘤，目前歐美心臟學會治療指引均建議優先使用外科主動脈瓣膜置換手術，近期臨床試驗也顯示在這個族群，長期結果外科手術優於導管瓣膜手術。

人工瓣膜主要分為「機械瓣膜」與「組織瓣膜」，機械瓣膜又稱金屬瓣膜，優點是使用年限長，不過患者須要終生服用抗凝血劑。陳紹緯教授解釋，組織瓣膜又稱生物瓣膜，主要有牛心組織瓣膜與豬心組織瓣膜，牛瓣膜具有較大的有效開口面積（EOA），血液流動效率較佳，且平均使用年限較長。接受組織瓣膜的患者不必因為瓣膜因素而長期用抗凝血劑，可避免藥物相關風險，幫助維持生活品質。

經導管主動脈瓣「瓣中瓣置換手術」解析

組織瓣膜的使用年限較機械瓣膜短，在經過多年後，可能需要再次接受瓣膜置換手術。陳紹緯教授說，第一次瓣膜置換手術時選擇的生物瓣膜很重要，歐美先進國家一般都使用新一代牛心組織瓣膜，使用年限相較豬心瓣膜更長，而患者在人工瓣膜退化後，若因高齡高風險需透過「經導管主動脈瓣瓣中瓣置換手術」來置換新的人工瓣膜，牛心組織瓣膜因開口較大，效果也較佳。

經導管主動脈瓣瓣中瓣置換手術是由鼠蹊部股動脈置入導管，在先進影像系統的導引下延伸至主動脈瓣的位置，然後展開新的經導管主動脈瓣。陳紹緯教授說，經導管主動脈瓣置換手術的優點是可在局部麻醉、不插管的狀況下進行。由於不需開胸、心臟不停止，能夠有效降低手術風險，且恢復期較短。

瓣中瓣置換手術是將新的人工瓣膜放入舊的人工瓣膜中，因此原本的人工瓣膜若是具有較大開口的牛心組織瓣膜，效果會較為理想。陳紹緯教授說，人工瓣膜的選擇需要完善的規劃，在手術前請與醫師詳細討論，綜合評估，共同選擇合適的人工瓣膜！

筆記重點整理

● 主動脈瓣狹窄是指主動脈瓣因老化或病變而無法正常開啟，導致左心室的血液無法有效輸送至全身。由於血液供應不足，可能造成胸悶、胸痛、頭暈、暈厥、呼吸困難等症狀，嚴重恐造成猝死。

● 唯有透過主動脈瓣膜置換手術，才能從根本解決主動脈瓣狹窄的問題。外科開心手術是歷史悠久、技術成熟的手術，長期結果良好，亦可同時處理其他心血管病灶（如主動脈瘤），適合身體狀況佳、年紀較輕的病人。特別是先天性二瓣型主動脈病人，因大部發病年紀較輕，瓣膜鈣化嚴重不規則，且常伴隨主動脈瘤，目前歐美心臟學會治療指引均建議優先使用外科主動脈瓣膜置換手術，近期臨床試驗也顯示在這個族群，長期結果外科手術優於導管瓣膜手術。

● 人工瓣膜主要分為「機械瓣膜」與「組織瓣膜」，機械瓣膜又稱金屬瓣膜，優點是使用年限長，不過患者須要終生服用抗凝血劑。組織瓣膜又稱生物瓣膜，主要有牛心組織瓣膜與豬心組織瓣膜，乾式牛瓣膜具有較大的有效開口面積（EOA），血液流動效率較佳，且平均使用年限較長。接受組織瓣膜的患者不必因為瓣膜因素而長期用抗凝血劑，可避免藥物相關風險，幫助維持生活品質。

● 第一次瓣膜置換手術時選擇的生物瓣膜很重要，歐美先進國家一般都使用新一代牛心組織瓣膜，使用年限相較豬心瓣膜更長，而患者在人工瓣膜退化後，若因高齡高風險需透過「經導管主動脈瓣瓣中瓣置換手術」來置換新的人工瓣膜，牛心組織瓣膜因開口較大，效果也較佳。由於不需開胸、心臟不停止，能夠有效降低手術風險，且恢復期較短。