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從瘦肉精的前世今生談起(上):用與不用各有各的市場?

活躍星系核_96
・2020/11/20 ・6520字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 601 ・九年級

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  • 作者/金山豆|中興大學動物科學系學士,英國諾丁漢大學動物科學博士

所謂的瘦肉精,也就是添加在肉用動物飼料中的藥理成分,功能在於抑制肥育期肉用動物如肉牛與肉豬的脂肪合成與堆積,將飼料中的營養成份轉而促成肌肉(瘦肉)的合成,以提高肉用動物屠體中市場價值較高的瘦肉產量,並最終提升整體產值。

然而作為一種藥理成份,適當的使用瘦肉精在一定條件下固然有其優點存在,但也意味著不適當的使用可能會帶來預期以外的風險。對直接接受藥物的動物本身、對肉品消費者、對整個肉品產業以及社會,因此也帶來許多需要深入探討與思考的問題。

瘦肉精的起點:從藥物到飼料添加劑

萊克多巴胺 (Ractopamine),是一種人工合成的藥物分子,用來模擬動物與人體內自然合成的腎上腺素類型之神經內分泌素,透過外源給予的方式,來達成加強腎上腺素的下游生理機制的目的。

動物與人體內的腎上腺素類神經內分泌素,是一種在緊急狀態下作用的生理因子,讓身體釋放更多能量、強化肌肉、提升心血管系統、呼吸效率的功能,來幫助動物應付大難當頭的緊急事件。因此,如果可以開發並人工合成具有類似腎上腺素功能之藥物分子,則可以在動物或人在某些危急狀態下,做為臨床藥物臨時性地加強心血管與呼吸功能,來渡過難關。

萊克多巴胺是一種模擬動物與人體神經內分泌素的人工合成藥物。圖/Pexels

基於這樣的需求,生藥產業自然產生動機研發相關藥物,在二十世紀中葉之後,同樣類型的藥物不斷推陳出新,從克倫特羅 (Clenbuterol) 到萊克多巴胺,都是這種臨床藥物需求下研發誕生的產物。

然而,對開發藥物的藥廠來說,歷經曠日廢時且耗資鉅大的基礎與臨床研究,往往僅有少數藥物最終有機會被證明藥效顯著而投入臨床使用,因此,除了人類臨床應用的方向之外,這些研發出來的人工合成藥物,也被寄望可以同時應用於動物用藥市場,以盡可能最大化最後可以回收的價值。

由於動物體自然分泌的腎上腺素類分子,可以透過不同的路徑啟動各種生理反應,包括與促進血管血壓與神經活性的 Alpha-adrenergic receptors 與具有強心效果、促進各種肌肉功能與生長、並抑制脂肪合成協助釋放能量的 Beta-adrenergic receptors,因此,除了在強心、促進呼吸道平滑肌舒張等人體與動物臨床醫療用途之外,這些人工合成的類腎上腺素藥物也具備了促進肌肉生長與抑制脂肪堆積的生理功能

動物體內自然分泌的腎上腺素分子,可透過不同路徑啟動下游生理反應。圖/Pixabay

特別是與這類藥物活化 Beta-adrenergic receptors 後所引起的肌肉細胞生長與抑制脂肪堆積這些功能,代表著它們在改善肉用動物屠體生長表現上,可以預期有相當正面的效益。克倫特羅、萊克多巴胺等藥物也因為這些藥理特性,被稱之為 Beta 活化物(Beta-agonist,即指其可以活化 Beta-adrenergic receptors 之意)。

藥廠在研發這些藥物作為臨床醫療用途之外,也因為其改善肉用動物屠體品質的潛力,而在二十世紀末期開始一系列研究,探討其作為藥理性飼料添加物的可能性,在控制它們副作用(對心血管與神經系統的過度刺激)的同時,發揮改善瘦肉生產與抑制脂肪生成的最大效益。

其中,萊克多巴胺就是這類人工合成藥物的佼佼者,因其較低的副作用與較理想的屠體改善效果,得以成為可以應用於促進肉用動物生產,特別是肉豬與肉牛產業的藥物。

美國食品藥品管理局 (Food and Drug Administration, FDA) 在 1999 年及 2000 年分別準許肉豬與肉牛產業可以在肥育期之固定時段中,使用法定允許劑量的萊克多巴胺作為飼料添加劑,但其它類型的同類藥物如克倫特羅,則因藥理副作用較大,則依然不被允許使用。

瘦肉精成為美國豬農海外市場競爭利器

儘管從藥理機制來看,萊克多巴胺這種人工合成的 Beta 活化物具有促進瘦肉成長與抑制脂肪累積這兩項肉用生產上的優點,但畢竟它也存在相當的副作用,會透過額外刺激動物的心血管作用與神經系統,對動物的健康與屠體品質帶來負面的影響。因此,美國農業部也對萊克多巴胺於肉用動物的施用做了嚴謹的法規規範,確保其生產效益與副作用之間達到一定程度平衡。

因此美國主管機關如食品藥物管理局與農業部皆訂定了嚴謹的規範。圖/pxfuel

二十世紀末至二十一世紀初,萊克多巴胺作為應用於肉用動物生產的新穎藥物,自然也引起相關研究團隊的注意,並探討與評估其促進生產效益的潛能。在較早的肉用動物研究中,就已經確認適當在肥育期使用萊克多巴胺,對肉牛與肉豬的瘦肉生長效率可提高 10~25%、脂肪減少 10~15%,並有效提升飼料效率約 10% 1。美國杜克大學 2005 年分析以美國肉豬養殖場為研究對象,分析合法條件下使用萊克多巴胺所能實際提升的肉豬場收益,發現確實可提高豬場整體淨收益達 20~25% 左右 2

美國做為牛肉與豬肉產品的主要輸出國,在國際肉品市場上的競爭者眾,歐盟的丹麥、西班牙、美洲的加拿大、巴西都是相當強勁的對手,特別是在國際貿易自由化的框架下,美國本身豬肉消費市場一樣要面對進口肉品的挑戰。那麼在技術面上盡一切可能提升飼養效率、降低生產成本、以及肉品品質上達到理想的平衡,是同時確保本國市場份額與擴展海外市場的決勝關鍵。

萊克多巴胺的研發與應用,對進入二十一世紀的美國肉豬與肉牛產業來說,無疑是一項強而有力的工具。在 1999~2000合法核準萊克多巴胺之後到 2012 年間,美國約有六到八成的肉豬牧場固定使用萊克多巴胺作為飼料添加劑做為進一步促進生產效益的重要策略3

使用萊克多巴胺的現代化肉豬養殖轉型,成為美國肉豬產業拓展海外市場的關鍵。圖/Pexels

以美國外銷豬肉產業來看,1990 到 2000 之間美國豬肉進出口量大致持平,但從 2001 年起開使迅速攀升,雖然進口量在過去三十年間穩定持續在每年50萬公噸左右,但出口量卻在 2001 到 2019 年間擴增了四倍以上,從 80 萬增加至 340 萬公噸4

扣除仍維持萊克多巴胺禁令的進口國(歐盟、俄羅斯、中國等),允許萊克多巴胺殘留的美國豬肉產品進口國仍佔了七成左右的輸出份額,如日本、南韓、墨西哥、加拿大等5。換言之,包含萊克多巴胺使用策略的現代化肉豬養殖轉型,確實對美國肉用動物產業成長帶來相當大的影響。

有多好用?懶得用瘦肉精的加拿大豬農

全球前三大肉豬輸出國分別是歐盟、美國、以及加拿大。其中除歐盟諸國禁用萊克多巴胺外,美國與加拿大都是可以合法使用於肉豬生產的國家,然而有趣的是相較於南方的鄰國,加拿大豬農對於萊克多巴胺這種可以有效促進屠體產值的藥理性飼料添加物,呈現相當冷漠無感的態度。

不同於美國豬農平均約七成上下的豬農使用萊克多巴胺,加拿大豬肉產業理事會 (Canadian Pork Council) 聲明本國幾乎不使用萊克多巴胺於肉豬生產上6,動科領域的學者如貴湖大學 (University of Guelph) 的波爾博士 (Dr. Bohrer),同時是加拿大肉品科學協會理事長,則估計可能有 5 到 10% 的加拿大豬農使用萊克多巴胺7

美國與加拿大互為比鄰,雙方的貿易往來十分頻繁,同為世界主要肉豬生產國,彼此也是互相穩定輸出入豬肉產品的重要貿易夥伴,通常加拿大輸美的豬肉產品數量與金額略大於美國。

有趣的是,雖然在肉豬生產法定規範上都允許萊克多巴胺的使用,美國肉豬產業也依賴萊克多巴胺作為提生肥育期肉豬產能與飼料效率的重要工具,加拿大豬農卻在多數不使用萊克多巴胺的情況下,在整體肉豬生產效率上取得與美國豬農同業相當的表現,包括屠體產量與品質、整體生產成本、以及飼料效率等方面8

相對美國,加拿大在肉豬飼養環境上或有氣候更溫和、相對疾病控制良好等利於肉豬生長發育的優勢,再者,萊克多巴胺使用上需注意劑量、動物健康狀況、以及施用期間相關增加的額外管理成本,讓加拿大豬農評估未必划算。

加拿大具飼養肉豬的環境優勢,使用萊克多巴胺對豬農而言反而是一筆額外成本。圖/Pexels

另方面加拿大因有超過半數肉豬生產為外銷用途,考量主要外銷國家如中國仍維持萊克多巴胺禁令,自主避開萊克多巴胺的使用對加拿大肉豬產業來說,反而是更能強化國際市場競爭力的選擇。

歐盟:農場到餐叉,沒有藥理性飼料添加物的空間

長期以來歐盟在糧食生產與社會安全政策上,建立自有的系統性規範來整合各會員國的農業生產系統,特別是所謂的由「農場到餐叉 (Farm to fork)」策略,要求農牧產品從生產、加工、至消費者完成使用的過程中,都能符合可永續運作的模式,包括家禽畜與動物的利用、與生態環境的平衡、以及消費者的健康需求9

因此,確保家禽畜生產過程中,讓動物維持良好的健康與福祉狀態,並盡可能排除與控制對整個生產與消費過程中各種風險因子,便成為歐盟各國建立飼養規範的重要決策依據。

歐洲採用「Farm to fork」策略,確保家禽畜生產過程中,維持動物的健康與福祉。圖/Pexels

這種農牧產業思惟的形成,一部份是因為歐盟國家開始警覺到人工合成藥物應用在農牧產業可能帶來的額外風險。1950 年代起始,生醫藥產業的發展讓更多人工合成藥物投入臨床與動物應用,包括各種內分泌藥物,試圖透過模擬雄性素 (Androgens)、雌性素 (Estrogens)、生長素 (Growth hormone) 等內泌素的功能,來促進動物的各種生產效能。

然而,隨著動物與環境毒理學研究的拓展與深入觀察,1980 年代末期開始發現這些人工合成藥物的廣泛使用,對動物本身的健康條件、對農牧產業週遭環境動植物生態系統、以及對消費者的健康都存在相當程度的風險與威脅,並曾經造成一系列的社會安全問題。

舉例來說,1950 年代美國開發的人工合成固醇類藥物如 stilbenes、dienoestrol 等,廣泛應用於來促進肉牛生殖與生長10,但是這類人工合成固醇類藥物,在 1980 年代陸續發現會有逸散到生態環境的情況,同時這類藥物對曝露的動物與人都存在致癌性,特別是當消費者攝取相關動物產品時所連帶吸收的殘留藥物成份 11

這一系列由人工合成內分泌素應用於動物生產目的,卻意外引起後續環境與健康風險時,歐盟成立委員會進行超過十年的研究與調查,最終引導出相關結論,認為人工合成內分泌素,除醫療用途所需,應完全排除在動物生產過程外,以杜絕可能的風險12

歐盟成立委員會進行研究後,結論為人工合成分泌素應完全排除在動物生產過程之外。圖/pxfuel

這些人工合成內分泌藥物,對促進動物生產效能雖有一定成效,但在廣泛使用後,後續影響的動物健康、環境生態、以及消費者食安風險問題既複雜又難以精確評估,因此利敝權衡之外,排除非必要的藥物使用對整個產業、環境與消費者來說,才是最能確保農牧產業永續安定的做法9

讓科學數據說話,全世界都買單嗎?

由於這類人工合成藥物的開發可以說是源自於北美主要藥廠,觀念上這些研發者仍然希望可以盡可能地將開發的藥物應用在實際市場上,因此促成了聯合國糧農組織與國際衛生組織共組的食品添加物聯合專家委員會 (Joint Expert Committee on Food Additives, JEFCA, FAO / WHO) 主導藥物風險評估機制,透過建立無可見效應劑量 (Non-Observed Effect Levels, NOAEL)、可接受每日攝取量 (Acceptable Daily Intake, ADI)、最大殘留限制 (Maximum Residues Limits, MRLs) 等科學數據來建立各種與食品相關的藥物安全使用條件,並判定是否得以應用於農牧食品生產13

JEFCA 的運作與推廣,受到北美國家如美國、加拿大的大力支持,但在歐盟與其它部份國家卻遭到程度不等的阻力。其中,歐盟政府本身的研究團隊的風險評估報告14,認為所有內分泌類藥物都必需排除在動物生產以外,並與美國加拿大及其主導的 JEFCA 在固醇類藥物是否可應用於動物生產,且其產品是否可自由貿易至歐盟市場的議題上多次正面衝突,戰火甚至延燒到二十一世紀的萊克多巴胺。

JEFCA 透過科學數據來建立食品相關藥物安全使用條件,在國際引起截然不同的反應。圖/pxfuel

如前所述,Beta 活化物包括許多不同分子型式存在,如克倫特羅、萊克多巴胺是其中的主要產品。在 1990 年代這些 Beta 活化物雖已知可促進肉用動物肌肉生長,但其風險認知卻仍有不足。

因此,歐盟境內西班牙便曾發生大規模克倫特羅殘留藥物中毒事件,113 人因食用殘留克倫特羅的肉品而發生急性中毒15。此一事件對歐盟政府來可是再一次的食安警報,即現有的食藥品安全風險評估機制,受限於科學研究技術與方法的限制,以及對動物、環境、人體曝露的複雜性認知不足,實難以完全界定並全盤控制這些藥物可能帶來的風險。

更遑論後續研究中,除了進一步發現萊克多巴胺的使用,對肉用動物的健康造成負面影響:即使是在理想控制劑量與處理時間的條件下,肉用動物的猝死率、急性心血管疾病、肉質劣化、過度興奮而暴躁失控等問題都會更加嚴重,而額外造成現場的管理成本增加16

後續發現萊克多巴胺的使用,對肉用動物健康造成影響,導致額外成本增加。圖/Pexels

因此,歐盟政府與專家團隊認為做為飼料添加物使用時,這些人工合成藥物帶來的利益實無法平衡難以確認與管理的風險成本,而最符合產業與消費市場安全需求的方式,就是排除它們在動物生長效率促進上的應用。

回歸到歐盟過去二十多年來所致力於建立的永續農牧產業與市場供應系統,反應在肉用動物生產模式上的確也因此造成直接生產成本相對居高不下。舉例來說,歐盟主要的肉豬生產國如丹麥、西班牙相對世界其它主要肉豬生產國美國、加拿大、巴西等,要高出近四成的生產成本,特別是飼料支出的部份。

當然,較高的經營成本換來的是歐盟相對較佳的豬肉產品品質與動物健康與福祉條件8,但也意味著為了保障這樣的永續農牧產業的運作,歐盟必需持續對抗北美低成本肉品輸入的自由貿易壓力,在藥理性飼料添加物這個戰場上更是沒有退讓的空間。

下篇:從瘦肉精的前世今生談起(下):台灣本土肉品該走向何方?

參考文獻

  1. Mersmann, H. Overview of the effects of β-adrenergic receptor agonists on animal growth including mechanisms of action. 1998, Journal of Animal Science, 76 (1), 160-172.
  2. Li N., Schinckel A., Preckel P., Foster K. and Richert B. Profitable use of ractopamine in hog production – economic evaluation using a pig growth model. 2002, Purdue University Swine Search Report 2002, 77-82.
  3. Bottemiller H., Dispute over drug in feed limits U.S. meat exports. 2012, Food & Environment Reporting Network.
  4. Mintert J., U.S. is a pork export powerhouse. 2020, Center for Commercial Agriculture, Purdue University. Data source: U.S. Department pf Agriculture
  5. National Pork Board, U.S. pork exports set records in 2019. 2020. Data source: U.S. Department pf Agriculture and U.S. Meat Export Federation.
  6. Ractopamine–Raising pigs. Canadian Pork Council. From homepage: www.CPC-CCP.com/ractopamine.
  7. Young L., What is ractopamine, the drug banned in China but permitted in Canadian pork? 2019, Global News.
  8. Agriculture and Horticulture Development Board (AHDB), 2018 pig cost of production in selected countries.2020. 
  9. European Union. 2020, Farm to Fork Strategy – For a fair, healthy and environmentally-friendly food system.
  10. Andrews F., Beeson W. and Johnson F. The Effects of Stilbestrol, Dienestrol, Testosterone and Progesterone on the Growth and Fattening of Beef Steers. 1954, Journal of Animal Science. 13 (1) 99-107.
  11. Rose J. Carcinogenicity studies in animals relevant to the use of anabolic agents in animal production/ 1976 (5) 227-237.
  12. European Union. 1988, Council Directive 88/299/EEC of 17 May 1988 on trade in animals treated with certain substances having a hormonal action and their meat, as referred to in Article 7 of Directive 88/146/EEC. Off. J. Eur. Union, L 128 of 21.5.1988, 36-38.
  13. Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA). 2000, Procedures for recommending maximum residue limits-residues of veterinary drugs of veterinary drugs in food (1987-1999). Food and Agriculture Organization and World Health Organization.
  14. European Union. 1996, Council Directive 96/22/EC of 29 April 1996 concerning the prohibition on the use in stockfarming of certain substances having a hormonal or thyrostatic action and of -agonists, and repealing Directives 81/602/EEC, 88/146/EEC and 88/299/EEC. Off. J. Eur. Union,L 125 of 23.5.1996, 3-9.
  15. Salleras L., Dominguez A., Mata E., Taberner J., Moro I and Salva P. 1995, Epidemiologic study of an outbreak of clenbuterol poisoning in Catalonia, Spain. Public Health Rep. 110 (3) 338-342.
  16. Ritter M., Johnson A., Benjamin M., Carr S., Ellis M., Faucitano L., Grandin T., Salak-Johnson J., Thomson D., Goldhawk C. and Calvo-Lorenzo M. 2017, Review: Effects of Ractopamine Hydrochloride (Paylean) on welfare indicators for market weight pigs. Transl. Anim. Sci. 1, 533-558.
  17. ElancoTM, PayleanTM 45: Ractopamine hydrochloride Type A medicated article.
  18. Wu M., Deng J., Chen Y., Chu W., Hung D. and Yang C. 2013, Late diagnosis of an outbreak of leanness-enhancing agent-related food poisoning. Am. J. Emerg. Med. 10:1501-1503.
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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賀爾蒙藥物知多少?皮下注射須知及使用要點
careonline_96
・2022/11/29 ・1727字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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在兒童內分泌科,有許多賀爾蒙相關藥物因為藥物成分結構的特殊性質,給藥途徑常常需要透過皮下注射,讓藥物能良好吸收並穩定發揮其效果。

使用較多、也較廣為人知的幾種藥物包含「胰島素」、「生長激素」與「類升糖素胜肽-1 受體促效劑(GLP-1 receptor agonist)(俗稱減肥針、瘦瘦針)」。

皮下注射藥物給藥裝置

林口長庚醫院兒童內分泌科邱巧凡醫師指出,大多數上述藥物,近年都以「筆型針」設計為主流。傳統以空針筒抽取玻璃瓶藥劑的方式已經逐漸被筆型針取代。相較於傳統方法,筆型針有許多優勢,包含操作時間短、步驟簡單、操作方便、劑量拿捏精確等。

另外,近幾年還有「無針注射器」的產品,透過高壓噴射原理,使藥物不須透過針頭即可進入皮下組織,目前適用於胰島素注射。

注射部位

皮下注射的部位包含:腹部、臀部、上臂、大腿外側。

這些部位在藥物吸收速度上略有差異,分別如下:

  • 吸收速度最快的部位: 腹部
  • 吸收速度其次為: 上臂
  • 吸收速度較慢: 大腿、臀部

其他會影響藥物吸收速度的因素還包含:

  1. 運動:剛剛運動完的一側肢體由於血流增加,藥物吸收速度也會加快。
  2. 溫度:較高的溫度,藥物吸收速度快;較低的溫度,藥物吸收速度較慢。(例如泡溫泉、熱水澡、按摩後)
  3. 注射部位深淺:
  • 注射太淺,未到皮下組織,容易產生疼痛感,藥物吸收速率也較差。
  • 注射太深,進到肌肉層,會加速藥物吸收速率。

邱巧凡醫師表示,基於上述對於藥物吸收速率的影響因素,在需要藥物快速或稍晚發揮功效的情境下,或當觀察到藥效發揮不如往常時,這樣的因素考量就相當重要。

皮下注射藥物使用要點

  1. 許多皮下注射藥物平時都是需要冷藏保存的,若剛從冷藏取出便立即注射,由於溫度較低,注射時疼痛感較明顯。建議可以提前拿出來,待溫度稍微回升,再執行注射。
  2. 務必養成習慣,每次注射前都要先確認藥物名稱、有效期限、劑量,並檢查藥水是否有雜質、變色、混濁等異常。
  3. 注射時避開感染、發炎、纖維化、凹陷、脂肪增生等處,以免影響藥效。
  4. 務必確實做好「注射部位」及「注射筆針頭銜接處」的清潔消毒。
  5. 針頭完全插入至注射部位後,再按壓注射按鈕。
  6. 輸注後在原處停留 6~10 秒,再拔出針頭,確保完全輸注並避免藥水洩漏。
  7. 注射部位要輪替,避免施打同一部位,造成腫塊的形成,影響藥物吸收。
  8. 針頭拔出後,輕壓注射處至不再出血即可。
  9. 注射部位「不要揉」,否則容易因此拉扯到皮下微血管造成出血或瘀青。
  10. 不與其他人共用針頭、筆型針,針頭也不要重複使用。
  11. 使用後的針頭請用「有瓶蓋」「堅硬不易被刺穿」的容器盛裝,並於容器標示清楚「內含廢棄針具」,栓緊瓶蓋,帶回原就診醫療院所或有「居家廢棄藥物檢收站」標章的社區藥局回收處理。

配合醫囑指示正確使用藥物,並掌握以上皮下注射藥物的注射要點,相信能讓藥物更加穩定且安全地發揮其最佳療效。

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【水獺媽媽專欄:從日常學永續】乳牛們的心情變好了,牛奶也會變好喝嗎?
PanSci_96
・2022/11/01 ・798字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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我們都喝過牛奶、吃過雞蛋,但你知道應該怎麼照顧這些生產農產品的動物呢?牠們在生產人類食物或是成為食物之前,可是一個個的生命呢!

近年,聯合國持續推動「友善畜牧」,倡導對待雞、豬、牛等家禽家畜,應該從過去著重在防範汙染、促進產業發展,轉變為關注動物本身的健康和福利,將牠們視作事業夥伴,一起創造價值。

什麼是友善畜牧?要如何重視動物的健康福利呢?圖/水獺媽媽提供

那我們就舉乳牛為例吧!

平常我們趴在桌上睡午覺,一下子就會腳麻、手麻,而乳牛每天需要躺臥14個小時,那麼,乾淨舒適的休息空間是不是對牠們非常重要呢?

擁擠的畜舍、寄生蟲的傳播,都會讓乳牛生病,水泥地面或橡膠地面則會讓乳牛因容易滑倒、劈腿而受傷,高溫高濕的環境,也容易讓乳牛處於熱緊迫的狀態,就像我們中暑一樣,造成不適。

乳牛身體一不舒服,食慾就會降低,進而影響乳牛的乳量和乳液成分,就會使得我們買到的牛奶就不優囉!

畜牧友善前後的改變。圖/水獺媽媽提供

一起用行動支持友善畜牧吧!

台灣有不少人都喜歡喝鮮奶,甚至還有餵過牛牛,這種超值得炫耀的經驗。而說到鮮奶,大家想必都有自己的「愛牌」,像是「鮮乳坊」就是很多人喜歡的選擇之一,其創辦人暨獸醫師阿嘉,從2015年就開始實踐友善畜牧的精神,慢慢串聯認同理念的酪農,再將利潤投入產業永續發展。

大家下次去超市,記得可以注意「快樂牛牛」生產的鮮奶,一起用行動支持友善畜牧!

大家下次去超市,記得可以注意「快樂牛牛」生產的鮮奶,一起用行動支持友善畜牧!圖/水獺媽媽提供
PanSci_96
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歐洲人克服乳糖不耐,少拉肚子就是達爾文贏家?
寒波_96
・2022/09/16 ・3812字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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牛奶、羊奶等生乳中含有乳糖(lactose),可以被乳糖酶(lactase)分解。但是小朋友長大以後,乳糖酶基因便不再表現,失去消化乳糖的能力。幾千年前,世界各地卻出現多款基因突變,讓人能一輩子保有乳糖酶。2022 年一項針對歐洲的研究提出觀點:這項能力之所以受到天擇喜好,是因為能避免拉肚子!?

人類如今也發明去除乳糖的牛奶。圖/被拍電影耽誤的置入性行銷之神──Michael Bay 麥可貝

史上最強遺傳適應,演化過程出乎意料?

人類原本和眾多哺乳動物一樣,小時候依賴母乳餵食,長大後不再喝奶,乳糖酶也失去作用。但是隨著人類馴化牛、羊等動物,即使是成年人也常有機會吃奶。

另一方面,由於乳糖酶基因外頭的調控位置突變,使得許多歐洲、非洲人的酵素在成年後可以持續作用,稱為乳糖酶持續性(lactase persistence,簡稱 LP,也就是乳糖耐受),而且同樣效果的不同突變,至少獨立誕生過 5 次。

具有某方面優點,使得存在感增加的 DNA 變異,稱作遺傳適應(genetic adaptation)。已知的人類案例非常多,天擇的影響力有強有弱,LP 算是受到最強烈天擇力量的基因之一。

由此推敲,當人類開始養牛、養羊,又吃奶以後,同時衍生 LP 應該是順理成章的事?然而,一系列考古學、遺傳學、古代遺傳學的探索,卻徹底打破上述看似合理的推論。

首先,考古學調查發現人類在中東馴化牛、羊,吃奶的歷史至少有 9000 年,接著距今 7000 年前已經引進歐洲多處。再來,由遺骸中直接取得古代 DNA 得知,LP 遺傳變異要等到 4000 多年前才出現,而且超過 3000 年前都還很小眾,最近 2000 年內才大幅提升存在感。

顯而易見,人類開始吃奶的年代,比獲得成年後消化乳糖的能力,更早好幾千年。 2022 年新發表的研究透過更廣泛的取樣分析,再度確認這件事。

由陶器中取樣乳脂質的地點和年代。圖/參考資料 1

再度確認:吃奶比遺傳突變更早好幾千年

隨著技術進步,如今有好幾種方法判斷古代人會不會吃奶,像是分析牙結石中的乳蛋白、容器中的乳脂質等等。新研究偵測陶器中的乳脂質,包括以前發表 188 處,以及新取得 366 處,總共 554 處中東、歐洲的遺址中,得知 6899 件乳製品存在的紀錄。

吃奶的文化能追溯到中東,新石器時代擁有農業的人群,帶著他們的牛、羊一起移民歐洲,也將吃奶文化傳入歐洲。到了距今 7000 年前,歐洲各大地區已經出現乳製品。也許不見得會直接喝生乳,不過肯定存在起司等生乳加工的食品。

比較特殊的是巴爾幹半島,現在的希臘。那時居民會養牛,養羊,吃肉肉;但是分析超過 870 件陶器,完全見不到乳脂質的蹤影。此處或許更晚才建立起吃奶文化。

總之,7000 年前吃奶文化已經廣傳歐洲各地。相比之下,比對不同年代、地點的死人骨頭取樣,消化乳糖的 LP 遺傳變異最早在 4600 年前現蹤,比吃奶晚很多。

而且 LP 出現一段時間後,存在感依然非常低,距今 3000 到 5000 年前的青銅時代,LP 並沒有什麼過人之處。到此為止,LP 只能說是人類族群中的一款普通變異,還不能算是遺傳適應。

不同年代,歐洲各地的吃奶狀況。距今 7000 年前之際(5000 BC)吃奶已經相當普及。圖/參考資料 1

現代社會:能代謝乳糖沒有好處,不能代謝只有小小壞處

儘管比本來以為的晚很多,LP 遺傳變異在歐洲族群的比例,還是於最近 3000 年內明顯上升。它到底因為什麼優點才受到天擇青睞,歷來爭論不休,有人提出營養、維生素D 等假說,可是都缺乏決定性的證據。

搜集幾十萬人遺傳資訊的英國生物樣本庫(UK Biobank),近來被大量用於各色分析。這項研究從中探討 LP 的影響,分析對象中大部分人具有 LP,少數人沒有(論文用語是 lactase non-persistent,縮寫為 LNP,也就是乳糖不耐)。比對得知,LP 並不會影響喝奶、食用乳製品的行為。

直接喝奶才有乳糖代謝的問題,加工成起司等乳製品可以避免,但是「問題」也許不是真的問題。更進一步比對,LP 對於健康狀況也沒什麼影響。簡單說就是:對 33 萬位英國人的分析發現,LP 與否,無關緊要。

加上其餘資訊推論,現代社會在正常情況下,缺乏 LP 大概就是喝奶拉肚子,不是什麼嚴重的問題。例如隨著中國經濟發展,沒有 LP 的中國人大量喝奶,多數也沒怎麼樣。

這也符合台灣人的經驗,台灣人配備 LP 的比例不高,可是隨著飲食習慣改變,多數人也就是這樣喝奶。另外喝奶會改變人的腸道菌,影響消化狀況,也是一個影響因素。

普遍缺乏 LP 的台灣人,很多人也是生乳照樣喝。圖/[廣宣] 牛奶妹 徵求中興大學牧場鮮奶長期訂戶

飢荒、疾病,時代力量的逆境考驗?

為了解釋歐洲歷史上 LP 比例的大幅上升,許多論點提出喝奶的優點,但是想想頗有可疑。把鮮奶加工製成乳製品,就能輕易抵銷 LP 問題,即使是飢荒時節也不例外;不能直接喝奶也不會餓死,吃起司就好。在營養加分方面,能喝奶真的有什麼優勢嗎?

由人群中遺傳變異的比例變化,我們能評估天擇影響的結果,但是不見得能抓到當初天擇真正的目標。新研究的分析指出,LP 的意義似乎不在創造優勢,而是避免劣勢。

跑完一大堆統計分析後,有兩項因素和 LP 的關聯性最高。一項是人口數量的波動,另一項是人口的密度。論文的解釋是,人口數量波動和飢荒有關(飢荒讓人口減少),密度和傳染病有關(人變多會增加傳染病的機率)。

沒有 LP 的人直接喝奶,副作用往往是腹瀉,在豐衣足食的現代社會多半沒有大害,還能刺激代謝,順便減肥;雖然對某些人而言,拉肚子依然是困擾的問題。

至於營養不良的人,腹瀉更可能出問題;某些疾病下,拉肚子造成脫水,容易重傷害健康。時常被營養不良、傳染病、飢荒等災厄糾纏,是古代的常態。

由此推論,不論是饑荒的短期逆境,或是傳染病的長期逆境(論文沒有特別討論,我想也包括寄生蟲?),配備 LP 的人由於能少拉肚子,生存機率也會大一點。

不同地區的人群,在不同年代的 LP 人口比例。圖/參考資料 1

魔鬼藏在拉肚子?

影響最大的年齡層可能介於 5 到 18 歲。此一小大人的階段,乳糖酶將漸漸失去作用;營養不良、體弱多病的人身體比較脆弱,拉肚子是要命的事,這或許正是天擇的目標!

古時候衛生狀況不佳,拉肚子大概很常見,而未成年人的死亡率也遠勝現在,小孩死掉並不意外。在此之下,能減少拉肚子的 LP 遺傳變異,長期累積下來,正面影響力或許頗為可觀。

這項研究的說法是否正確?它仍不足以算是決定性的證據,不過脈絡頗有道理。非洲也有多個獨立誕生的 LP 遺傳變異,相較於歐洲了解少很多,這是個潛在的研究方向。

另外不可忽視,讓乳糖酶維持作用的 LP 遺傳變異,也受到飲食習慣、生活背景影響,不單純是遺傳的事。例如自古牧業發達的蒙古、哈薩克,居民的 LP 比例一直很低,幾千年來也活得很好。少拉肚子也許能解釋歐洲的狀況,其餘地區不宜過度延伸。

延伸閱讀

參考資料

  1. Evershed, R. P., Davey Smith, G., Roffet-Salque, M., Timpson, A., Diekmann, Y., Lyon, M. S., … & Thomas, M. G. (2022). Dairying, diseases and the evolution of lactase persistence in Europe. Nature, 1-10.
  2. The mystery of early milk consumption in Europe
  3. Famine and disease drove the evolution of lactose tolerance in Europe
  4. How humans’ ability to digest milk evolved from famine and disease
  5. Ancient Europeans farmed dairy—but couldn’t digest milk

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寒波_96
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