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加國大學發現遺傳性癲癇的成因

國科會 國際合作簡訊網
・2012/08/02 ・861字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

加拿大麥吉爾大學(McGill University)的研究人員發現了遺傳性癲癇症(epilepsy)的成因。這種疾病是雙皮質症候群(double-cortex syndrome),主要影響女性,是由位於 X 染色體上的基因突變所引起。生物系博士 Susanne Bechstedt 及 Gary Brouhard 利用非常先進的顯微鏡發現這些突變如何導致人類大腦變畸形。這項研究成果發表於《發育細胞》(Developmental Cell)期刊。

圖片來源:Technorati

當大腦在子宮內發育時,新的腦細胞是從大腦深處生成,接近大腦的中心。然後這些新生成的腦細胞爬出他們生成之處,此即「區位(niche)」,並向外轉移到大腦的邊緣。大腦的最外層被稱為大腦皮層,是所有較高層次思考及認知的位置所在。

X 染色體上有基因突變的女孩,其腦細胞向外轉移時不幸失敗。有些腦細胞無法到達大腦的邊緣,而互相堆疊在一起,形成第二層或雙皮質。這些位置異常的腦細胞的活動會引起癲癇發作,在某些情況下,還會造成智能障礙(mental retardation)。

Bechstedt 及 Brouhard 博士能夠將突變基因的產物純化,一種稱為 doublecortin 的蛋白質,並能在顯微鏡下觀察蛋白質的運作。這種蛋白質可以幫助腦細胞在自己的細胞內建立支架(scaffold),非常類似於建築工地的鷹架,支柱由微管(microtubule)構成;這些構成腦細胞的支架稱為細胞骨架(cytoskeleton)。腦細胞需要這種內部骨架來行進及遷移,就像人類需要骨架來走路及跑步。

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麥吉爾大學的研究人員發現,為了讓 doublecortin 蛋白質能幫助建立支架,許多 doublecortin 蛋白質必須像團隊一樣合作。他們發現疾病形成的突變造成團隊合作崩壞。這個合作的受損足以阻止腦細胞建構一個適當的支架。

這項發現能應用於許多疾病的治療,從其他形式的癲癇到脊髓損傷。在每一種情況下,治療會逐漸引導為觸發腦細胞去延伸它們的支架,例如在再生神經末梢經過脊髓的傷口處時。了解腦細胞如何建構他們的支架將為醫生開啟新途徑,在需要時,以腦細胞的骨幹為目標以便延伸及再生。

這項研究獲得加拿大衛生研究院(the Canadian Institutes of Health Research)的支持。

作者:駐加拿大台北經濟文化代表處科技組
資料來源:McGill researchers discover the cause of an inherited form of epilepsy—McGill Newsroom [2012-06-21]

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轉載自國科會國際合作簡訊網 [2012-07-30]

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國科會 國際合作簡訊網
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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

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!

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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?

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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。

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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。

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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)。

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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!

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巴比妥是什麼?為何會讓神經安靜下來?
PanSci_96
・2023/07/16 ・4356字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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2023 年 6 月,新北板橋的某間幼兒園傳出孩童體內驗出高濃度巴比妥類藥物,這藥物名稱乍聽之下很陌生,稍微了解之後腦中立即亮起紅燈,因此馬上成為網路熱搜關鍵字,許多醫師、藥師紛紛現身說明巴比妥的用途和副作用。你大概已經知道,巴比妥類藥物屬於「中樞神經抑制劑」的一種,但你可能不知道的是,巴比妥類藥物的作用機制其實和酒精很像,他們是如何讓你原本興奮的中樞神經「安靜下來」呢?這集由 IG 科普平台一分鐘生物學的柏亨協助製作。今天就讓我們一起來聊聊「巴比妥」到底是什麼吧!

「巴比妥」是什麼?

巴比妥作為藥物治療癲癇已經有 100 年的歷史,而「巴比妥鹽類(Barbiturates)」是一類由「巴比妥酸」所衍生而成的化合物統稱。

巴比妥酸(左)與巴比妥鹽類(右)的結構。圖/wikipedia

巴比妥酸最早由 1905 年的諾貝爾獎得主,化學家阿道夫.馮.拜爾(Adolf von Baeyer)在 1864 年合成,那時他正在研究尿酸的衍生物合成反應。不過單純的巴比妥酸無法作為藥物使用,一直到 1903 年,德國化學家,同時也是諾獎得主的埃米爾・費舍爾(Joseph von Mering)和他的同事約瑟夫梅林格(Joseph von Mering)成功製成了第一種巴比妥鹽類藥物,名為苯巴比妥(phenobarbital)

「苯巴比妥」這種藥物最初因為其強效的安眠效果而被應用在安眠劑上,後來在 20 世紀,科學家合成超過 2500 多種各式各樣的巴比妥類鹽類,其中 50 種開發成臨床應用的巴比妥鹽類藥物,可以用於麻醉安眠、止痛、抗焦慮、預防癲癇等醫學用途。

一般聽到的「巴比妥」其實是指「巴比妥類藥物」,是某一類藥物的統稱。這類藥物在化學上屬於「巴比妥鹽類」,也就是由「巴比妥酸」衍生的化合物。表/wikipedia

為什麼巴比妥鹽類藥物可以幫助你止痛,甚至具有安眠的效果?這是因為巴比妥一類的藥物是抑制中樞神經的傳遞,讓訊息的傳遞速度變慢,這除了可以讓痛苦訊息無法傳到大腦,也可以讓你昏昏欲睡。至於巴比妥類藥物是透過什麼樣的分子機制,能夠達到中樞神經的抑制效果呢?這就要說到一個助眠營養品中常常出現的成分:GABA 。

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中樞神經抑制劑 GABA

我們先回到高中生物課複習一下神經的構造,人類的神經細胞由輸出端的「軸突」和輸入端的「樹突」兩大部分組成,當神經的衝動訊號要從上一個細胞的「軸突」傳到下一個細胞「樹突」時, 會需要釋放「興奮性化學物質」(編按:也就是神經傳導物質)通過兩者的空隙「突觸」。當興奮性化學物質傳遞到下一個細胞後,細胞膜會運送大量帶正電鈉離子進入細胞中,使原本帶負電、處於「極化」狀態的細胞「去極化」,這是產生「動作電位」、傳遞訊息的源頭。

神經細胞構造。神經細胞結構大致包含細胞本體樹突軸突,前一個細胞以「軸突」和下一個細胞的「樹突」相聯絡,而「突觸」則是神經細胞之間聯絡的構造。圖/國家實驗研究院

而 GABA(也就是「γ-氨基丁酸」)這種神經傳導抑制劑出現,就會與突觸接受端的 GABA 受體結合,把細胞膜上的氯離子通道打開,讓大量帶負電氯離子進入後端的神經細胞中,讓細胞內部一直處於一個負電滿滿的情況,這種「超極化」的變化,會使得神經元難以被刺激興奮,所以產生抑制神經傳導的作用。

你可以想像想像一座水力發電用的水庫,只有當水位積累夠高、一口氣釋放的水量與壓力才足以驅動發電機。若今天有人提早把水閘打開,在水不斷流失的情況下,水庫不管過多久都蓄積不了足以發電的水量,發電機也無法順利運轉。而 GABA 就像那隻看不見的手,把水閥提早打開,讓神經細胞的去極化遲遲無法發生,使動作電位無法產生、傳遞訊息。

巴比妥的作用機制:延長氯離子通道開啟的時間

巴比妥類藥物的作用機制,就是增強 GABA 的效果!

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1980年代,Robert L. Macdonald 發現,巴比妥類藥物可以延長 GABA 受體開啟氯離子通道的時間,使GABA 的作用效果更久,這是因為巴比妥類藥物可以和 GABA 受體的其他部份結合,產生「正向異位效應(Positive allosteric effect)」,藉由改變受體的結構,讓 GABA 更喜歡與受體結合,使 GABA 的作用效果更強,結果就是能更有效地抑制中樞神經興奮作用。

事實上,當我們飲用酒精時,酒精的作用和巴比妥其實非常類似,一樣可以增強 GABA 受體,使神經元變得更加不易興奮,這就是為什麼酒精可以產生鎮靜、放鬆等效果,並在過量時產生嚴重的中樞神經抑制,如昏睡、呼吸停止等,有些人則稱之為「斷片」。

巴比妥在醫療上的用途

首先,不同的巴比妥藥物在醫學上有不同的用途,這和巴比妥本身的化學特性有關。

一般來說,我們可以利用巴比妥藥物作用時間快慢當作分類依據,超短效型的巴比妥藥物作用時間很快,因為具有高親脂性的特點,能夠快速通過血腦障壁,在極短的時間內使人麻醉。以硫噴妥鈉(sodium thiopental)為例,硫噴妥鈉可以在極短的時間中由血液運輸至大腦,對中樞神經起抑制作用,只需要幾十秒的時間就能夠使人昏迷,因此,過去硫噴妥鈉被大量當作麻醉劑使用。

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而作用時間較慢,效果較久的長效型巴比妥藥物,則可以用來防治與治療癲癇。1912 年,德國醫師阿爾弗雷德・豪普特曼(Alfred Hauptmann)對他的癲癇患者施用苯巴比妥,結果驚訝地發現,苯巴比妥對於治療癲癇非常有效果。一般來說,癲癇是大腦的不正常放電所造成,苯巴比妥對中樞神經抑制的效果可以幫助患者預防和減緩不正常放電造成全身痙攣的症狀。

不過,由於巴比妥類藥物相對比較容易產生依賴性和耐藥性,有著較高的成癮和安全風險,因此,從 1950 年代末期開始,巴比妥類藥物就陸續被更為安全的其他藥物取代。以剛剛提到的麻醉藥硫噴妥鈉為例,現在已經很大程度被丙泊酚(或稱作異丙酚)這種更加安全有效的麻醉劑取代。

雖然如此,仍有部分長效型巴比妥類藥物在臨床上有所用途,像是剛剛提到的癲癇用藥苯巴比妥,2012年發表在 Epilepsia 期刊的一篇文章就提到,苯巴比妥用來治療癲癇仍然很有發展前途,尤其是在中低收入的國家,苯巴比妥仍是一種極具經濟效益的藥物。

以台灣為例,在健保署的網站中查詢,就可以發現有一些以苯巴比妥所製成的單方藥物,仍被用以治療癲癇,例如「強生苯巴比特魯錠」、「福元苯巴比特魯錠」,但是這些藥物無一例外地都被標示上「第四級管制藥品」的提醒。此外,有一些含苯巴比妥的複方藥物被用於治療腸胃不適、腹痛、便祕等適應症,並且在這些治療腸胃症狀的複方藥上都可以看到「取消管制藥品註記」。

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看到這裡,你是不是覺得頭昏腦脹?許多報導說巴比妥是三級管制藥品,甚至是毒品,而剛剛又提到巴比妥是四級管制藥品甚至「取消管制」,所以巴比妥在醫學和法律規定上的地位到底是甚麼?

是處方藥還是毒品?台灣目前的管制現況是什麼?

我們首先需要區分清楚毒品和管制藥品的差別。在台灣,針對具成癮性、可能對社會造成危害的藥品和毒品分別使用「管制藥品管理條例」以及「毒品危害防制條例」進行控管。在毒品危害防制條例中的第二條第四項提到

醫藥及科學上需用之麻醉藥品與其製品及影響精神物質與其製品之管理,另以法律定之

而這個另外的法律就是「管制藥品管理條例」。在管制藥品管理條例中,有許多種巴比妥類藥物被列入管制,都屬於三級或是四級管制藥品。

回到這次的爭議事件中,在事件爆發的當下,我們只知道有「巴比妥」被驗出,不確定是哪一種巴比妥。6 月 10 日新北市衛生局局長陳潤秋開記者會時,我們才確認這次新聞事件的主角是剛剛提過能夠治療癲癇的「苯巴比妥」,屬於第四級管制藥品,根據藥事法規定,第四級管制藥品進口製造都需要申請,平常儲存也必須嚴格造冊列管。

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但食藥署在 6 日記者會也隨即證實,苯巴比妥除了治癲癇,也同時會在一些複方藥品出現,像是應用於腸胃病與小兒氣喘的複方藥,這又是怎麼回事?

我們一起進到衛福部網站查詢,在成份欄輸入 “phenobarbital” (苯巴比妥),以及「單方藥」,結果顯示主要是用作治療癲癇,也是我們剛剛所提到的管制藥品。但若是我們改輸入「複方藥」,可以看到還有很多成分包含苯巴比妥的複方藥,大致上可分類為:1. 治療功能性胃腸疾病,2. 治療呼吸道氣喘症狀。

在衛福部健保署網站查詢「苯巴比妥」和「單方」,結果多為治療癲癇用途,且皆為管制藥品。圖/Pansci

所以事實上治療腸胃症狀或呼吸道症狀的苯巴比妥複方藥,是不在管制範圍內的,因為他們劑量在 60 毫克以下、不以安眠鎮靜作為主要適應症,且與其他特定成分混用,根據規定滿足這些條件,所以不算管制藥品的管理範圍。

在衛福部健保署網站查詢「苯巴比妥」和「複方」,結果會出現多種成分包含苯巴比妥的複方藥,有些用來腸胃疾病,有得則是呼吸道治療用途。這些藥物大多不是管制藥品的範圍。圖/Pansci

管制藥物和毒品經常是一體兩面的,巴比妥類藥物確實也被歸類在毒品危害防制條例中的第三或第四級毒品中,因此,若不是將巴比妥類用在醫療或研究用途,就可能觸犯毒品危害防制條例。

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不過話說回來,不論是否為管制藥物,含巴比妥的藥物全部都是處方藥,根據藥事法規定,處方藥必須經由醫師開立處方箋才能夠使用。回到這次的爭議事件中,若是在沒有醫師處方箋的情況下給孩童服用巴比妥類藥物,絕對是犯法並且相當危險的行為。

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精神個案系列:以生酮飲食對抗阿茲海默症
胡中行_96
・2023/07/03 ・2704字 ・閱讀時間約 5 分鐘

警告:本文僅介紹單一個案,並非大型臨床試驗結果。基於個人體質差異,讀者若欲仿效,請先諮詢醫師。

她能講不到 3 個音節的字彙,自己如廁、洗澡、挑選衣服,並執行簡單的家務。這名罹患唐氏症(Down syndrome)的美國女子,會照顧家裡休閒農場的動物,清理馬房。通常 5 小時以下的行動,就是沒人督導,也不出亂子。[1]

縱軸為個案的體重(英磅)與 BMI;橫軸是年月。每日碳水化合物攝取量:橙色<100g;黃綠色<75g;草綠色<20g。圖/參考資料 1,Figure 1a(CC BY 4.0)

原始人飲食

2014 年的時候,39 歲的女子身體質量指數(BMI)高達 46.7 kg/m2[1]嚴重超過正常範圍 18.5-24.9。[2]家人擔心她過度肥胖,母親於是開始為她準備原始人飲食的餐點:每日攝取碳水化合物不及 100 公克,限用未加工的食材,並將碳水化合物、蛋白質、脂肪和卡路里的總量,記錄在手機軟體裡,以便追蹤。[1]

身體質量指數(Body Mass Index)的計算公式:[2]
BMI = 體重(公斤)÷ 身高2(米2

原始人飲食(paleo diet)的設計,假定人體不適合舊石器時代(Paleolithic Era)以後的食物類型,因此只吃採集和狩獵可得的食材。這涵蓋蔬果、瘦肉、魚肉、雞蛋與堅果;卻避免穀類、豆類、乳製品,以及加工食品等,容易有營養不均的風險。此假說的前提跟考古學的發現牴觸,畢竟在進入農耕社會前,人類已經會食用野生穀物。另外,從演化的角度來說,舊石器時代以降,人類關於消化榖類澱粉和乳糖的基因表現,其實早有改變。[3]

阿茲海默症

女子於 2016 年,也就是 41 歲時,出現記憶力衰退、焦慮、恐懼等症狀,還有強迫行為。她獨自出門,便回不來;重複穿同套衣服,討厭變化;害怕蓮蓬頭的水,而拒絕淋浴。整天待在家裡,時常疲倦,每天得小睡個一、二次。[1]

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相較於一般人口,阿茲海默症(Alzheimer’s disease)在唐氏症患者中更為普遍,發病的年紀也較早。其與肥胖所致的第二型糖尿病(type 2 diabetes),關係密不可分。關鍵的類澱粉蛋白(amyloid),不僅累積在患者腦部,也沉澱於胰臟。此外,腦部的胰島素訊號和對葡萄糖的運用,都會失常。[1]

不過,2018 年當家庭醫師將女子轉診給失智醫療中心,檢查不光排除甲狀腺異常、維他命 D 和 B12 不足等,可能導致痴呆症狀的因素;也確定她沒有未治療的糖尿病。然後開始投予對焦慮和強迫行為有效的 paroxetine、抵抗阿茲海默症的 memantine,還有須要鎮靜時才服用的 alprazolam。[1, 4-6]

失神性癲癇

2014 到 2020 年間,女子靠著原始人飲食,將 BMI 減到 27.2 kg/m2,但是認知功能等方面持續惡化。她不時眼神呆滯,手腳抽搐,膀胱失禁。施以抗癲癇藥物 lamotrigine 後,這種失神性癲癇(absence seizures)發作的頻率,降至每週 6 到 10次。[1]

2021 年 1 月,碳水化合物攝取量,已經低到每日 75 公克以下,BMI 則落至 24.8 kg/m2。然而女子的精神狀態每況愈下:不僅連隔著桌子遞東西,都要聽指令才做得到;還會從垃圾中挖生肉吃。她白天接受日間照護,無時無刻要人緊盯。[1]

是年 12 月,滿分 78 分的阿茲海默症合作研究–日常生活活動量表(ADCS-ADL),女子只拿到 34 分,表示嚴重失能。她成天穿著尿布,盥洗、如廁都需要協助。此時除了仰賴日間照護、社工服務、照顧者互助會,以及包括老年科醫師在內的記憶治療團隊等資源;她的居家環境也跟著調整:碗櫥、冰箱和垃圾桶都上鎖,以防亂翻;房間裝嬰兒監視器,好觀測睡眠;並在出入口設置感應門鈴,免得她無預警離家而走失。同時,她一週服用數次鎮靜劑 alprazolam,以舒緩焦慮。[1]

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生酮飲食

2022年1月,女子的母親為自身健康,嘗試生酮飲食,後來也拉女兒加入行列。[1]

生酮飲食(ketogenic diet)是Russel Wilder醫師於1921年,發明來對抗癲癇的飲食療法。其營養攝取的比例:脂肪佔55%到60%;蛋白質30%至35%;碳水化合物則介在5%到10%之間。以每天所需的2,000大卡來說,本是主要能量來源的碳水化合物,僅剩20到50公克。此時胰島素分泌下降,身體不得不進入分解代謝(又稱異化代謝;catabolism)的狀態,消耗備用的肝醣,以獲取熱量。如果情況持續,再來就會被迫進行下列兩個作用:[7]

  • 醣質新生(gluconeogenesis):主要在肝臟內,將乳酸甘油,以及丙胺酸(alanine)和麩醯胺酸(glutamine)這兩種胺基酸,轉化為葡萄糖。若能量還是不夠用,便會推動酮體生成。[7]
  • 酮體生成(ketogenesis):在此過程中,脂肪被分解成脂肪酸,又代謝成乙醯乙酸酯(acetoacetate),然後變為β-羥基丁酸(beta-hydroxybutyrate)和丙酮(acetone),這兩種酮體。[7]

生酮飲食的目的,是在營養性生酮(nutritional ketosis)的狀態下,以酮體取代葡萄糖,供應身體能量;同時小心防範酮體濃度超標,以免影響血液的酸鹼值,造成致命性的酮酸中毒(ketoacidosis)。[7]

女子母親所參加的生酮飲食團體,由醫師領導,成員每天透過指尖採血,監測血清中酮體的濃度。在諮詢過女子的醫師群後,母親將其飲食中的碳水化合物,縮減為不到 20 公克;脂肪增加至總熱量的 70%-80%;並控制血清酮體濃度於 0.8 至 3.0 mmol/L 之間。很快地,效果便出現了。[1]

個案歷年的體型變化。圖/參考資料 1,Figure 1b(CC BY 4.0)

生酮飲食的利弊

女子的癲癇和尿失禁,在 2 週內痊癒。到了第 3 週,她破天荒地講出「understand(理解)」,這個長達 3 個音節的英文字彙。不到 1 個月,所有精神症狀全數消失,獨立外出和照顧動物的能力也都恢復了。半年後,女子的 BMI 為 22.5 kg/m2,屬於正常範圍;而阿茲海默症的診斷,也就此解除。[1]

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報導此個案的作者,指出生酮飲食除了改善癲癇,還讓酮體成為腦部運作的替代性能量,因此促進了女子的認知功能。[1]不過,論文沒有提及,女子是否曾有想吐頭疼疲憊暈眩失眠便秘等短期副作用;而長期下來會不會產生肝臟脂肪變性(hepatic steatosis)、低蛋白血症(hypoproteinemia)、腎結石,以及維生素與礦物質缺乏,亦有待觀察。[7]

  

  1. Bosworth A, Loh V, Stranahan BN, et al. (2023) ‘Case report: Ketogenic diet acutely improves cognitive function in patient with Down syndrome and Alzheimer’s disease’. Frontiers in Psychiatry, 13:1085512.
  2. Assessing Your Weight’. (03 JUN 2022) U.S. Centers for Disease Control and Prevention.
  3. Paleo diet: What is it and why is it so popular?’. (20 OCT 2022) Mayo Clinic, U.S.
  4. U.S. National Library of Medicine. (15 JAN 2022) ‘Paroxetine’. MedlinePlus.
  5. Kuns B, Rosani A, Varghese D. (11 JUL 2022) ‘Memantine’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  6. George TT, Tripp J. (24 APR 2023) ‘Alprazolam’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  7. Masood W, Annamaraju P, Uppaluri KR. (11 JUN 2022) ‘Ketogenic Diet’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。