電擊去顫：搶救不該死亡的心臟——《心臟的故事》

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

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。

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 奈米或 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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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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請問心臟衰竭會出現哪些症狀？

劉國聖醫師：心臟衰竭的症狀主要是用喘來表現。剛開始的時候，病人的喘會是在活動之後才會加重。隨著疾病的進展，最後病人在休息的狀態之下，也會覺得喘不過氣來。另外一個常見的症狀是所謂的端坐呼吸，就是病人在睡覺的時候沒有辦法躺平睡覺，必須要把枕頭墊高，甚至到嚴重的時候，必須要坐立的情況才能睡眠。

心臟衰竭要如何治療？

劉國聖醫師：心臟衰竭的主要治療還是以藥物為主。除此之外，針對特別的病人，可以針對衰竭的病因來做針對性的治療。比如說如果是冠狀動脈的狹窄，可以考慮做冠狀動脈支架或是冠狀動脈繞道手術。針對嚴重的瓣膜病變，可以做瓣膜的修補或是瓣膜的置換手術。如果手術跟藥物都沒有辦法改善病人的症狀，最後對病人來說最有效的治療方式就是心臟移植。因為等待移植的病人數目很多，但是每年捐贈者的數目有限，在這一類的病人目前醫學上還有一個東西可以幫忙，就是所謂的心室輔助器。

請問什麼是心室輔助器？

劉國聖醫師：心室輔助器，它的主要的組成部件有三個，是由兩個管子跟一個馬達。其中一個管子把心臟的血引到機器上，經過馬達加壓之後，再由另外一個管子送回病人的身體裡面。在我們臨床上使用的心室輔助器，簡單可以分為短效型心室輔助器跟長效型心室輔助器。

請問什麼是短效型心室輔助器？

鄭羽廷醫師：短效型的心室輔助器，就是它使用的期限沒有辦法很久，大約在兩週到一個月左右。這些短效型的心室輔助器有健保給付的，有一些是病人自費的選擇。這個當然要視每個人心臟衰竭的情況，而適合選擇哪一種不同的短效型心室輔助器裝置。

劉國聖醫師：短效型的心室輔助器，它的馬達結構體積比較大，所以馬達是放在病人的體外，會有兩個比較大的管子，從病人的身體裡面拉出體外，接到這個馬達上。一個管子是把血從病人的身體引到馬達，一個管子是從馬達把血送回病人的身體裡面。因為馬達在病人的身體外面，所以病人的活動相對限制比較多。病人還是可以活動，但是需要專人的幫忙協助之下，才能下床活動。這樣的病人沒有辦法帶著機器回家，必須要在醫院裡面，一直等到這個機器成功的脫離，或是轉移到下一個階段。最常見的下一個階段，就是所謂的心臟移植。這是短效型的心室輔助器。

請問什麼是持久型心室輔助器？

鄭羽廷醫師：持久型的心室輔助器，它是整個可以埋在心臟上面的設計，所以你最後只會有一條電線，就是離開你的肚子，用來控制這個持久型的心室輔助器，以及供應它電力。

劉國聖醫師：長效型的心室輔助器，它的馬達的大小，大概只有我們的手掌這麼大，所以這個馬達可以完全的埋在身體裡面。病人只有一個電源線，會從病人的身體穿到體外。這個電源線，一般是接在牆上的電源，但是病人需要活動的時候，可以接上攜帶式的電池，病人就可以自由的活動。病人穿的衣服、背的電池，從外人看來幾乎不知道病人有接受心室輔助器的手術，所以病人的活動可以非常的自由。在美國跟歐洲，這種長效型的心室輔助器，有超過一半的病人是所謂終極使用，就是病人也不再接受心臟移植，只要帶著這個機器，就可以過著幾乎是正常的生活。當然也有接近一半的病人，這個長效型的心室輔助器，最後還是要過渡到心臟移植。短效型的心室輔助器，它的使用一般是以數週到數月為原則，但是長效型的心室輔助器，在全世界的使用經驗，都可以使用到數年以上。那目前在國際上最長的使用時間，已經有超過十幾年的病人。

問哪些狀況會考慮心臟移植？

劉國聖醫師：心臟移植目前還是對治療末期心臟衰竭最有效的治療方式，也是治療的黃金標準。目前心臟移植短期的，一年的存活率大概都可以達到90％，十年的存活率大概是接近70％。心臟移植目前最大的困難是捐贈者的來源有限。在台灣每年的捐贈者，大概是70到80例之間，但是需要等待心臟移植的病人，一般都在300個病人以上。心臟移植的病人必須接受長期抗排斥藥物的使用，接受抗排斥藥物就會讓病人的抵抗力變差，病人容易有感染的問題，長期來說也會增加惡性腫瘤的風險。

鄭羽廷醫師：如果病人心臟衰竭的症狀嚴重，用藥物控制也沒有辦法緩解，過去一年需要反覆的住院、使用強心藥物，或者是甚至心臟衰竭已經嚴重，已經危急到需要放上葉克膜、短效型的心室輔助器、或者是長效型的心室輔助器，心臟移植還是能夠長期存活最好的選擇。

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主動脈瓣位於左心室與主動脈之間，如果主動脈瓣變硬、變厚，便可能無法在左心室收縮時完全開啟，讓血液無法順利通過，稱為主動脈瓣狹窄。高醫心臟血管外科主任謝炯昭醫師指出，主動脈瓣狹窄初期沒有症狀，隨著主動脈瓣狹窄惡化，可能出現胸悶、胸痛、頭暈、昏厥等症狀，嚴重可能猝死。

「針對嚴重主動脈瓣狹窄，傳統的做法是利用開心手術進行主動脈瓣置換。」謝炯昭醫師說，「傳統主動脈瓣置換手術，必須先要開胸，接上心肺機，並讓心臟暫時停止跳動，對於年紀較大或身體狀況較差的病人而言，手術風險較高。」受惠於科技的進步，經導管主動脈瓣膜置換術（TAVI）已成為解決主動脈瓣狹窄的利器。

經導管主動脈瓣膜置換術（TAVI/ Transcatheter Aortic Valve Implantation）的發展提供給患者不同的選擇。謝炯昭醫師說，經導管主動脈瓣膜置換術是從股動脈放入導管，在影像系統的輔助下，讓導管通過主動脈瓣，確認位置後，便可展開導管上的人工瓣膜，取代病變的主動脈瓣。

相較於傳統開胸手術，經導管主動脈瓣膜置換術不須讓心臟停止跳動、不須使用體外循環、傷口較小、手術時間較短、住院天數較短，對年紀較大、共病很多的患者而言，手術風險較低，可以降低術後死亡率。經過多年追蹤，目前 10 年的文獻統計顯示，經導管主動脈瓣膜的耐久性還是很不錯的。

「雖然經導管主動脈瓣膜置換術常常可以在很短的時間內完成，但是很多時候並不是所有的病例都可以那麼簡單！」謝炯昭醫師說，「畢竟高科技也是要配合適當的操作，在術前、術中、術後整個團隊都需要密切配合、小心謹慎。」

舉例來說，進行 TAVI 手術的導管大概跟原子筆一樣粗，如果高齡患者的動脈較細或硬化，便可能在手術的過程中遭遇動脈破裂、出血的狀況；也可能遇到瓣膜鈣化很嚴重的病人，在展開瓣膜後，不容易貼合，而出現不同程度的測漏。謝炯昭醫師補充「由於每個人的解剖構造都有些差異，瓣膜鈣化的狀況也不一樣，所以術前會運用電腦斷層影像、心臟超音波，評估主動脈瓣膜的結構、尺寸、鈣化狀況，做好手術計畫、選擇合適的瓣膜以及尺寸大小、決定置放的深度及面對各種手術狀況的備案。」

經驗豐富的手術團隊會在術前擬定詳盡的治療計畫，並針對各種狀況進行沙盤推演，以高雄醫學大學附設醫院為例，TAVI 團隊包括心臟外科、心臟內科、影像醫學科、麻醉科、放射師、體循師及護理師等，在各領域不同專長的密切合作下，十多年來已成功為數百位主動脈瓣狹窄的年長者完成手術，患者的心臟衰竭與生活品質皆明顯改善。「手術過程中必須隨機應變，迅速處理各種突發狀況，盡力提高成功率、減少併發症。我們也養成了好的習慣，每次完成手術後，團隊也會回放檢視手術過程，持續學習精進。」謝炯昭醫師說

謝炯昭醫師說，高醫團隊也相當重視病人瓣膜的生命週期管理，會站在病人的角度做長遠的規劃，並選擇合適的人工瓣膜和手術方式。「我們都會與患者詳細討論，盡可能讓患者了解，幫助他們做決定。例如在選擇人工瓣膜時也要評估患者預期的剩餘壽命，如果患者相對比較年輕，便得考慮十年後可能需要接受瓣中瓣手術放入第二顆人工瓣膜的狀況。如果患者未來可能會因為心血管疾病而需要做心導管手術，可以考慮選擇瓣架較短的人工瓣膜，避免擋住冠狀動脈開口而造成冠狀動脈介入的困難。」

經驗豐富的 TAVI 團隊不僅擬定詳盡手術計畫，盡力確保手術成功，做好術後照護與追蹤，同時也考慮病人未來可能的治療需求，幫助患者達到較佳的預後！

筆記重點整理

• 主動脈瓣狹窄初期沒有症狀，隨著主動脈瓣狹窄惡化，可能出現胸悶、胸痛、頭暈、昏厥等症狀，嚴重可能猝死。
• 傳統主動脈瓣置換手術，必須開胸，接上心肺機，並讓心臟暫時停止跳動，對於年紀較大或身體狀況較差的病人而言，手術風險較高。
• 經導管主動脈瓣膜置換術不須讓心臟停止跳動、不須使用體外循環、傷口較小、手術時間較短、住院天數較短，對年紀較大、共病很多的患者而言，風險較低，可以降低術後死亡率。
• 進行經導管主動脈瓣膜置換術需要留意一些併發症，例如出血、感染、血栓、心律不整、主動脈剝離、心包膜填塞、冠狀動脈開口阻塞等。經驗豐富的手術團隊與詳盡的術前規劃能夠提高成功率、減少併發症。
• 術前規劃的部分會運用心臟超音波、電腦斷層影像檢查，評估主動脈瓣膜的結構、尺寸、鈣化狀況。在選擇人工瓣膜時也要評估患者預期壽命，考慮十年後可能需要接受瓣中瓣手術放入第二顆人工瓣膜的狀況。如果患者未來可能有需要做心導管介入手術，可以考慮選擇瓣架較短的人工瓣膜避免擋住冠狀動脈開口。

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