維繫生命的薄膜出狀況，心臟瓣膜有問題怎麼辦？

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《主動脈瘤和主動脈剝離常伴隨主動脈瓣逆流，人工瓣膜與班氏手術解析，心臟外科醫師圖文懶人包》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「那是位年輕男性，身材又瘦又高，就是常見的先天性疾病馬凡氏症候群。」林口長庚醫院心臟血管外科主任陳紹緯教授表示，「有一天，患者因為急性劇烈胸痛被送到急診室，檢查發現是A型主動脈剝離，且合併嚴重的主動脈瓣逆流。」

A型主動脈剝離的進展快速，且死亡率很高。陳紹緯教授指出，確定診斷後，便替患者安排緊急手術，進行高複雜度主動脈根部重建手術，又叫「班氏手術」。術中會切除病變的主動脈瓣與升主動脈根部，然後植入一段帶有人工瓣膜的人工血管，再將冠狀動脈重新縫合至人工血管側壁。術後患者順利恢復，目前仍在門診追蹤治療。

主動脈瓣位於左心室與主動脈之間，能夠幫助維持血流的方向。當左心室收縮時，主動脈瓣開啟，當左心室舒張時，主動脈瓣關閉。倘若主動脈瓣無法完全關閉，便會出現主動脈瓣逆流。

主動脈瓣逆流的症狀與心臟衰竭類似，常見表現包括心悸、胸悶、頭暈、疲累、活動易喘、下肢水腫等。

造成主動脈瓣逆流的原因包括感染性心內膜炎、瓣膜退化性變化等。陳紹緯教授指出，在台灣，主動脈瓣逆流常與主動脈瘤或主動脈剝離有關。主動脈瘤會使主動脈根部擴大，讓主動脈瓣無法完全閉合。

心臟超音波可以評估主動脈瓣逆流的嚴重程度，包括逆流束面積、左心室擴大程度與收縮功能。通常在主動脈瓣逆流達到重度且合併症狀或左心室功能受損時，會考慮進行主動脈瓣置換手術或其他介入性治療。

主動脈瓣人工瓣膜有何差異？

若主動脈瓣逆流的原因為單純瓣膜病變（如瓣葉鈣化、退化或感染），治療方式是採用主動脈瓣置換術，人工瓣膜的選擇包括機械瓣膜與生物瓣膜。

機械瓣膜的耐久性高，大部分可終身使用，不過患者需終身服用抗凝血劑。陳紹緯教授說，生物瓣膜（例如牛心組織瓣膜、豬心組織瓣膜）不需因為瓣膜因素終身服用抗凝血劑，可避免藥物帶來的風險，並維持良好的生活品質，但是使用年限較機械瓣膜短，未來可能需要再次更換人工瓣膜。

臨床上，一般會建議年紀較輕的患者使用機械瓣膜，而50歲以上的患者可考慮使用生物瓣膜。陳紹緯教授說，請患者和家屬在術前與醫師詳細討論，共同選擇合適的人工瓣膜。

高複雜度主動脈根部重建-「班氏手術」步驟解析

假使主動脈瓣逆流合併主動脈根部擴張、主動脈瘤或主動脈剝離，則需進行主動脈根部重建–班氏手術（Bentall Procedure）。

主動脈根部的解剖構造較複雜，且有負責供應心肌血流的冠狀動脈。陳紹緯教授解釋，班氏手術是一種複合式主動脈根部重建手術，醫師會先切除病變的主動脈瓣與升主動脈根部，植入一段帶有人工瓣膜的人工血管，再將冠狀動脈重新縫合至人工血管側壁，屬於高複雜度心臟外科手術。

如果主動脈瓣本身沒有嚴重的病變，單純是因為主動脈擴大而造成主動脈瓣逆流，在主動脈手術經驗豐富的團隊可考慮保留瓣膜作大衛氏手術 （David Procedure），病患可進一步和心臟外科醫師討論。

隨著導管治療技術的進步，目前台灣也有針對主動脈瓣逆流的經導管主動脈瓣置換術正在進行臨床試驗。陳紹緯教授說，由於主動脈瓣逆流患者可能缺乏鈣化結構，導管瓣膜較難固定，是需要克服的挑戰，希望未來能夠造福更多的患者！

筆記重點整理

● 主動脈瓣逆流的症狀與心臟衰竭類似，常見表現包括心悸、胸悶、頭暈、疲累、活動易喘、下肢水腫等。

● 造成主動脈瓣逆流的原因包括感染性心內膜炎、瓣膜退化性變化等。在台灣，主動脈瓣逆流常與主動脈瘤或主動脈剝離有關。主動脈瘤會使主動脈根部擴大，讓主動脈瓣無法完全閉合。

● 若主動脈瓣逆流的原因為單純瓣膜病變（如瓣葉鈣化、退化或感染），治療方式是採用主動脈瓣置換術，人工瓣膜的選擇包括機械瓣膜與生物瓣膜。機械瓣膜的耐久性高，大部分可終身使用，不過患者需終身服用抗凝血劑。生物瓣膜不需因為瓣膜因素終身服用抗凝血劑，可避免藥物帶來的風險，並維持良好的生活品質，但是使用年限較機械瓣膜短，未來可能需要再次更換人工瓣膜。

● 假使主動脈瓣逆流合併主動脈根部擴張、主動脈瘤或主動脈剝離，則需進行主動脈根部重建–「班氏手術」班氏手術是一種複合式主動脈根部重建手術，醫師會先切除病變的主動脈瓣與升主動脈根部，植入一段帶有人工瓣膜的人工血管，再將冠狀動脈重新縫合至人工血管側壁，屬於高複雜度心臟外科手術。

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提問：請問主動脈瓣狹窄可能出現哪些症狀？

陳紹緯醫師：主動脈瓣狹窄大部分的原因，是老化造成心臟瓣膜打不開，如果心臟瓣膜打不開，心臟的血液就沒有辦法有效送到全身，血液沒有辦法送到全身之後，可能會有心臟衰竭的症狀。血液無法送到心臟的冠狀動脈，病人會有胸悶的症狀，有的病人會昏倒，甚至猝死來作為表現。

提問：請問主動脈瓣狹窄該如何治療？

陳紹緯醫師：主動脈瓣狹窄經過心臟超音波確認為重度之後，病人如果有症狀，建議儘速治療。 如果沒有得到治療，病人一般的壽命平均約兩年左右。目前治療的方式主要分為兩大類，第一類是傳統開胸心臟手術，第二類是微創經導管瓣膜置換手術。

提問：請問傳統主動脈瓣置換手術有何優點？

陳紹緯醫師：傳統主動脈瓣置換手術的進行方式如下，首先必須將病人的胸骨打開，建立人工心肺機體外循環，暫時取代心臟的功能，再將心臟打開，舊的主動脈瓣切除，再植入新的人工瓣膜，之後，我們再脫離人工心肺機，完成整個手術。此項手術已經有多年的歷史及經驗，目前長期手術的結果都相當良好，大部分的病人也可以在低風險的狀況下完成外科主動脈瓣置換手術。

提問：請問經導管主動脈瓣置換術有何優點？

陳紹緯醫師：藉由先進的科技，我們將瓣膜壓縮在導管裡面。首先，病人大部分可以藉由局部麻醉的方式，以打針方式進行。藉由先進的影像系統定位，我們將瓣膜置換於原先退化的病灶，將其撐開之後將瓣膜植入。由於心臟不用停止，沒有傷口，病人恢復比較快，也可以有效降低高風險病人的手術危險。

提問：請問什麼是兩瓣型主動脈瓣？

陳紹緯醫師：主動脈瓣狹窄好發的病人，原則上分為兩大族群。第一類是屬於老年族群，這群病人就是由於年紀到了，瓣膜使用的年限已到，而老化、鈣化造成狹窄，通常病人八、九十歲。這一類的病人執行經導管主動脈瓣置換手術，對於病人可以降低風險，也可以得到比較好的恢復。另外一類的病人他的瓣膜是先天性就有一些異常，正常的主動脈瓣有三片瓣葉，然而有1%到2%的病人，先天性瓣葉就少了一片，在兩個瓣葉的狀況下，這些病人的瓣膜會提早退化，大部分的病人會在50歲到60歲之間就發病，這類病人由於發病時間較早，一般我們會建議傳統的外科瓣膜置換手術。原因之一，是因為這些瓣膜置換手術完的病人，他能用外科瓣膜得到比較好的長期耐用性。第二，這些病人常常在主動脈上會有一些病灶，包括了主動脈瘤，在一次手術中可以進行主動脈瓣置換以及主動脈瘤的修補。

提問：請問人工瓣膜有哪些種類？

陳紹緯醫師：原則上分為兩大類，第一類是金屬瓣膜，第二類是生物瓣膜。金屬瓣膜的好處就是它相當耐用，它的問題主要是因為這個金屬的材質放在人體內會容易產生血栓，所以病人必須要終身服用抗凝血劑。第二類型是生物瓣膜，生物瓣膜有不同的材質，包括了牛的瓣膜或是豬的瓣膜，它的好處是使用這類的瓣膜不用終身服用抗凝血劑，它的壞處是這些瓣膜由於是動物組織做成的，放在體內會容易排斥，造成退化，一般視材質的不同，10年到20年可能要再次進行手術。

提問：請問什麼是經導管瓣中瓣手術？

陳紹緯醫師：生物瓣一般會有使用年限，正常的使用下在10年、20年之後這個生物瓣膜的材質會退化。我們可以利用外面的金屬框架植入經導管瓣膜，這樣的手術可以在局部麻醉、不插管的狀況下執行。我們藉由鼠蹊部的傷口打針的方式，將瓣膜運送進原來退化的生物瓣膜內，將生物瓣膜撐開，再植入一個新的導管瓣膜。藉由心臟不停止沒有傷口的方式下，對病人進行二次手術，可以有效降低手術的風險以及增進手術後的恢復。

陳紹緯醫師：主動脈瓣狹窄經過心臟超音波確認為重度之後，病人如果有症狀，建議儘速治療。原則上身體狀況較佳、年紀較輕的病人，建議傳統外科瓣膜置換手術，可以得到較佳的長期結果，也可以將其他疾病在同一次手術中一起處理。經導管瓣膜置換手術適用於高齡、高風險病人，可以藉由新技術來降低手術風險，增進手術後的恢復。建議病人和主治醫師做詳細的討論，根據病人自身的病情，選擇最適合的治療方式。

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