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免疫細胞誤擊友軍造成神經「短路」!——症狀千變萬化的多發性硬化症

careonline_96
・2021/09/30 ・3458字 ・閱讀時間約 7 分鐘

症狀千變萬化、全身受影響的多發性硬化症,醫師圖文解說

多發性硬化症(Multiple Sclerosis,簡稱為 MS)是一種自體免疫性中樞神經系統疾病,也就是發生於腦部與脊髓的疾病。多發性硬化症與撞到頭、車禍這類外傷無關,而是一種免疫系統失調產生破壞自體中樞神經的疾病。

讓神經短路的自體免疫發炎疾病

我們的神經纖維表面覆蓋著一層「髓鞘」,髓鞘可以隔絕相鄰的電氣傳導,減少干擾,讓神經纖維傳導速率變快。這原理類似家裡的電線,銅線外圍會包覆一層絕緣外皮,就是為了減少電流傳導時受到干擾、耗損。

多發性硬化症患者體內有些免疫細胞出現異常,會導致發炎並攻擊、破壞包覆神經纖維的髓鞘,就像是包覆電線的絕緣外皮變得破損、劣化,裸露的銅線容易發生短路那般,中樞神經的神經傳導也會因為髓鞘被破壞而發生「短路」,失去正常神經功能。

高雄長庚神經內科部神經肌肉疾病科蔡乃文主任表示,免疫系統的攻擊是隨機的,因此神經受傷的地方在中樞神經系統的各處都可能出現,受損的位置不只一處,會影響很多不同的神經部位,所以我們會稱之為「多發性」。每次攻擊後,都會讓神經髓鞘發炎受傷,癒合後留下疤痕,也就是所謂的病理上的斑塊,或說「硬化」。因此,從多發性硬化這個病名我們可以理解到,患者的神經纖維留有不少疤痕。

讓神經短路的自體免疫發炎疾病,多發性硬化症

「多發性硬化症容易發生於 20 歲到 40 歲的族群,」蔡乃文醫師指出,「而且以女性患者居多,女性與男性的比率大約是 2:1。」

在台灣,有罕病登記的多發性硬化總患者數約為 1900 人左右,算罕見疾病,但這個疾病在西方國家的患者比較多,尤其是緯度較高的國家。

多發性硬化的症狀千變萬化、全身受影響

多發性硬化症可能侵犯腦或脊髓的任何一個部位,也因為每位患者髓鞘受傷的位置不盡相同,症狀可說是千變萬化。侵犯到視神經,患者會抱怨視力模糊;侵犯到大腦,患者可能表現出運動功能受損、肢體無力,讓人誤以為是中風。有患者會頭暈目眩,有人講話大舌頭、口齒不清,有的則是失去平衡感。如此多樣化的症狀代表著視神經、運動神經、感覺神經或脊髓的受損,也因為臨床上病徵多、疾病認知度低,經常延誤確診的時間。

值得注意的是,多發性硬化症是會反覆發作的疾病。蔡乃文醫師表示,「多發性硬化症的每一次發作,都可能侵犯到不同部位,並帶來不同的症狀。」

時好時壞、經常復發的多發性硬化症

約七、八成的多發性硬化症患者屬於「復發緩解型」(Relapsing-remitting Multiple sclerosis,簡稱 RRMS)。患者於疾病發作時會表現出不同的症狀,但在一兩個月後症狀緩解、狀況漸漸變好,甚至恢復到正常。

多發性硬化的症狀千變萬化、全身受影響

「另外一小部分的患者會在症狀復發之間,狀況持續變差,」蔡乃文醫師說,「這群患者大約佔了 15%,屬於次發進展型的多發性硬化症(Secondary progressive Multiple sclerosis,簡稱為 SPMS)。」

多發性硬化症要積極控制,延緩病情

目前尚未有方式能治癒多發性硬化症,不過有許多藥物可以穩定並緩解病情,透過積極的藥物治療,可以減少復發或新病灶的產生;平日多做運動與復健,能盡量維持正常的活動功能,也要學會與疾病共處,對生活品質改善很大。

在藥物治療方面,這幾年來可說是進步很多。蔡乃文醫師表示,過去只有干擾素之類的針劑能被用來治療多發性硬化症,患者得每天或隔天替自己打針。近幾年來,陸續有不少口服藥物出現,患者可以靠吃藥控制多發性硬化症,減少復發機會,比較方便、也不用挨針。目前健保核准的藥物已有七、八項,接下來還會有新的藥物陸續引進台灣。根據患者病灶、病情不同與個人情況差異,醫師會與患者討論來選擇適當的藥物。

「一定要提醒患者,不可擅自停藥!」蔡乃文醫師叮囑著:「不要因為吃藥吃半年沒發作,就以為病好了,而自行停藥。那有可能面臨很嚴重的復發!」

運動復健要循序漸進、量力而為

多發性硬化症會影響身體多處的功能,因此每次急性發作之後,應該盡早進行復健。通常在急性發作穩定之後,便可視患者症狀安排適當的復健計畫。尤其針對肢體無力、緊繃、痙攣等狀況,復健治療會很有幫助。

在多發性硬化患者身上,可能就不適用大家平時熟知的「運動三三三」,也就是每週運動三次、每次三十分鐘、心跳達 133 下這樣的運動標準。最重要的是要針對個別患者的狀況擬定運動處方,例如當患者的平衡系統受損,就不該叫他去做打球、騎腳踏車這類型大量講求平衡感的運動。

「曾經有患者到健身房去,看到別人練重訓就跟著練,結果一個禮拜就受傷了。」蔡乃文醫師提醒,「復健與運動一定要考量病情及身體能否負荷,有些患者很心急,想要趕快恢復身體功能,反而容易運動傷害。重點就是,復健運動要量力而為、循序漸進。」

多發性硬化症運動復健要循序漸進、量力而為

一般而言,有氧運動有助於改善體力,維持心肺功能;徒手或借助器材進行阻力訓練,能改善肢體無力;水中運動有助於訓練協調能力,改善平衡感,水中的阻力可以訓練肌力,而且冷水能帶走熱量,運動後體溫不至於升高,可減輕疲勞感。

由於每個人的症狀、嚴重度皆不相同,醫師會和患者一同評估,找到合適的運動菜單,漸進式地訓練。

「按摩與伸展就比較適合大部分的多發性硬化症患者。」蔡乃文醫師說:「當肌肉過度緊繃,會引發疼痛不適。靠著居家伸展活動舒展關節與肌肉,很緩和,也不會造成心肺負擔,對關節的活動度與減輕疼痛都有幫助。」

運動時務必注意安全,平衡感較差的患者要預防跌倒受傷。無論從事哪一種運動,請隨時留意環境溫度,最好能保持涼爽舒適,而且要記得隨時補充水份。

運動復健,對身心都好

蔡乃文醫師回憶道,有位患者已罹患多發性硬化症超過 10 年,反覆發作過好幾次,也留下一些神經學症狀,走路比較不方便,需要拿拐杖,走一小段路就需要停下來休息。患者的家庭支持還不錯,家人都能陪伴她正向面對多發性硬化症,幫她安排了運動復健的課程,雖然她能做的運動有限,不過相當認真學,在家也都不斷練習。

「我發現她的整體狀況,包括肢體僵硬的程度、走路的平衡感,都有明顯改善。另一個最重要的是,她的情緒、心情,也都跟著變好了。」蔡乃文醫師說,「多發性硬化症患者,大部分會伴隨一些憂鬱、焦慮的狀況。畢竟當病情反覆發作,對一個人來講是很大的壓力。患者不知道該怎麼辦,也不知道什麼時候會變差?」

運動復健、參與活動,除了對身體的症狀有幫助,能改善肢體的肌力、僵硬度,同時也對心情的改善有益。患者很開心能夠來參加活動,也感覺到自己漸漸進步,然後醫師又能調整運動處方,讓他繼續練習。

這些活動,其實不只是對病患有利,家屬也能參與其中,可以幫忙、也可以一起做,進而促進情感交流、家庭和諧。

貼心小提醒

蔡乃文醫師提醒道,很多患者或家屬有進補的習慣,然而多發性硬化症是自體免疫疾病,要避免食補、藥補,任意進補反而會加重病況,甚至導致復發。

採取均衡、清淡的飲食,減少身體氧化壓力,對免疫系統的平衡會比較好。平時作息要規律,不要熬夜、不能太累,搭配適當的運動復健,改善肌肉僵硬與肌耐力,按時回診並依照指示服藥,才是面對疾病的最佳方式!

蔡乃文醫師
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HOW TO 做出安全的鋰電池?先讓它爆爆看!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/12/02 ・2832字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

 

本文由 UL 委託,泛科學企劃執行

  • 文/陳亭瑋

2019 年的諾貝爾化學獎頒給了發明鋰電池的三位科學家,因為他們的貢獻,讓我們的世界現在隨處可見輕便的手機、筆電以及電動車。在享受鋰電池帶來便利生活的同時,我們也不能忽略其潛在風險。像是 2016 年三星 Galaxy Note 7 手機的爆炸事件,正是電池設計與品質控管不良等綜合因素所造成;電動車在充電或正常操作時起火燃燒等鋰電池意外也時有所聞。

究竟是哪些因素,讓鋰電池出錯、發生自燃或爆炸的意外呢?這要先從鋰電池的構造說起。

鋰電池內部主要是由正極、電解液、負極、隔離膜四大部分組成,加上外殼封裝之後,  就成為可以獨立運作的基礎單元,一般稱為「電芯」。為了有效管理電池效能,並限制電池因錯誤操作所造成的危險,一個或多個電芯還必須進一步連接管理系統電路板,有時甚至配備主動或被動式散熱系統,加上電池外殼進行最後封裝,才成為一般使用者所看到的鋰電池。

鋰電池的充放電都是化學反應。充電時,鋰離子會由正極往負極移動,放電時則反過來。而像這類的化學反應都會放出熱,再加上「電芯」裡大多是易燃材料,如果電池設計不當、品質不良或使用者誤用,就容易燃燒或爆炸。

接著簡單介紹幾個會造成鋰電池「爆炸」的原理。

爆炸自燃的起點:內部短路與外部短路

所謂的短路(Short circuit)主要指電路中有電位差的兩個節點以極低電阻的元件(像是一般的導線)相連;或者換句話說,應該要做好絕緣的兩個點互相接觸了。短路會造成電路中瞬間出現非常大的電流,大電流所釋放出的能量,除了可能燒壞線路、引爆火花,也會讓電池在極短的時間內過度放電,釋放出大量熱能提高電池溫度。

鋰電池短路可大致分為「外部短路」與「內部短路」兩種。所謂的「外部短路」,就是鋰電池的外部正負極之間,有絕緣不良或設計問題,讓正負極以低阻抗的情況下連接發生短路。而錯誤的使用方式、或是損壞的電器連接電池等風險較高的情境,也有可能造成電池短路。

「內部短路」則通常是由於電池設計不良、品質缺陷、過充過放、不當加熱、外部壓力影響結構等因素,造成電芯內的隔離膜受損,兩極直接接觸而出現短路。如開頭提到的三星 Note 7 的電池,就是出現了內部短路。

鋰電池短路會怎樣呢?短路會讓電池在很短的時間內放出很大的電流,因而大量放熱產生高溫,這樣的高溫會破壞電池內部,繼而出現更劇烈的化學反應。

那遇到高溫、熱到不行的鋰電池會發生什麼事呢?

高溫:鋰電池的熱失控連鎖反應

一般來說,鋰電池在使用上有合適的溫度範圍,建議溫度為攝氏 0 度到 45 度,且不可以靠近火源。這也是為什麼,在旅行時也應該要將鋰電池放在隨身行李,讓鋰電池跟著你走,避免將鋰電池放在潛在有可能高溫的飛機貨艙或是車輛的行李艙中。

就像前面所提及的,鋰電池的充放電都屬於化學反應,本身就會放熱,而溫度越高化學反應速度會越快。因此高溫下,電池內部會產生一連串的連鎖反應,持續產生熱,如果無法散熱就會形成熱失控 (Thermal Runaway),累積的熱最終會可能會導致電池起火。

但是鋰電池為什麼這麼容易燒起來呢?爆炸又是怎麼來的?

成分易燃:有機成分在高溫下不穩定

鋰電池的主要組成如電解液、隔離膜為有機成分,本身就屬於易燃物質。再者,高溫下的鋰電池除了會發生「熱失控」持續加速反應與提高溫度,材料本身也會反應分解出易燃的氣體。如果電池沒有排氣、降溫的設計,遭遇到高溫或短路時,就可能起火燃燒、甚至爆炸。所以為了安全起見,使用有鋰電池的電器時,要記得遵守原始的使用設計、不要隨便更動電器的設計或使用方式;環境中有造成高溫火爐或暖爐等,也要記得避開,就可以更安全。

鋰電池的應用方式不同,安全措施也需要隨之調整。如電動車跟儲能系統中,會使用成千上萬顆鋰電池,當每顆電池都有安全風險時,如何不讓鞭炮般連續爆炸的連鎖效應發生,是未來系統設計的重點。

有安全認證才認真安全

作為使用者,該如何享受鋰電池的便利,同時確保自身安全呢?

遵守鋰電池的使用規範是首要條件:例如要在適合的溫度內使用,不接近高溫或有火源的環境。使用電器產品保持謹慎,電池出現如膨起等異常就立即停止使用。

如果購買的產品經過認證,內置的鋰電池設計妥善,且使用時遵守相關規範,就可以把「爆炸自燃」的可能性降到非常非常低囉。

話說回來,又是誰在幫鋰電池進行安全認證,替鋰電池的使用者把關呢?

泛科學採訪了全球產品安全認證機構 UL,他們位在新北市林口/龜山的實驗室 ,正擔負起替各種商品的安全性把關的重責大任。UL 目前已發展超過 1,400 種安全標準,每年評估超過 2 萬多類的產品,幾乎涉及到所有你想得到的商品,當然也包括了鋰電池。

UL有個測試研發單位,其重要工作就是研究鋰電池的各種失效方式。過往較受矚目的任務,包括受託調查三星及波音 787 發生的電池問題。針對鋰電池的安全性, UL 研發實驗室除了會以儀器分析,掃描其物理結構,也會在不同的條件下測試電池的充放電,以逆向工程的方式,拆卸分解,找出鋰電池的弱點。

此外,實驗室為了洞悉不同鋰電池產品的「失效模式」,會用實驗模擬,甚至如針刺的物理破壞方式「讓它爆看看」,藉此收集各種會讓電池「失效」的相關資訊,提供後續針對失效模式的設計建議。現階段,由於材料的設計與限制,不存在「完全安全」、不會爆炸的鋰電池,但可以放心的是,這世界存在著經過檢驗與設計、安全性較高的產品,以及較為安全的使用方式。

未來在購買相關產品時,我們除了關心性能、售價等因素,不妨多注意注意鋰電池是不是經過安全認證,為這美好的科技世界獻上祝福吧!

 

本文由 UL 委託,泛科學企劃執行

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不只是武漢「肺炎」!心血管、腎、腦、肝、腸等器官也可能出問題
寒波_96
・2020/04/22 ・2948字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

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全世界已經超過 200 萬人確診 COVID-19(俗名:武漢肺炎、新冠肺炎),這種疾病是由 SARS-Cov-2 冠狀病毒所致,本文之後稱之為「SARS二世」。儘管已經累積這麼多病例,醫學界至今仍然不太清楚病毒到底怎麼殺死患者,只知道病毒可能影響的範圍很廣,也影響到治療方法與藥物的使用。

不同人感染病毒以後的症狀差異非常大,有些人外觀看來毫無症狀,比較嚴重的往往會發展成肺炎,但是一些患者也產生腎衰竭,心律不整、腦炎等其他較為嚴重的問題,可能受害的器官已經知道有:肺、心、血管、肝、腎、腸、腦、中樞神經、鼻、眼睛等等,另外病毒也會感染 T細胞。1

不過倒是不需要過度擔心,SARS二世感染者重症的比例占整體很低,而且可能引發的症狀雖多,絕大多數病患卻不會同時出現太多狀況。

感染 SARS二世病毒後,可能受到影響的各部位。圖/取自 ref 1

肺部主戰場的免疫風暴

人體被 SARS二世入侵以後,最普遍、最合理的受害器官自然是肺,許多患者的直接死因是肺部喪失功能。肺之所以會壞掉,一個解釋是免疫系統在肺部和入侵者大戰,導致細胞激素風暴(cytokine storm),過度反應而摧毀肺的功能。

有些醫師主張,人為抑制細胞激素也許能阻止肺部被摧毀,是有效的治療方式。卻也有人擔心抑制免疫反應會造成反效果,因為人體仍然要靠自己的免疫力對抗病毒,貿然抑制免疫反倒會讓病毒得勢。該如何拿捏,非常關鍵。

病毒感染後引發的細胞激素風暴。圖/取自 ref 3

心血管與腎

病毒也會影響心臟與血管,殺傷力不見得比肺小。有些病患心律不整(arrhythmia),也有病患出現凝血,造成血栓,產生組織壞死或血管阻塞的危險。也有些患者的血氧濃度很低,一種猜測是:病毒或許會影響賀爾蒙的調節,使得人體無法正常控制血氧。

由很多病例歸納得知,感染病毒的高風險群包括高齡、糖尿病、高血壓、肥胖等特徵。有些專家懷疑這群人是因為心血管特別脆弱,所以才會那麼危險。

心臟與血管。圖/取自 ref 1

肺與心血管之外,SARS二世病毒也可能影響腎功能。大眾普遍知道,不少重症患者需要呼吸機維生,但是也有些病患出現嚴重的腎衰竭,需要透析機。病毒透過人體細胞的 ACE2 蛋白質作為受器,而腎細胞也會表現 ACE2,可以被病毒直接攻擊;但是病毒似乎也能走間接路線,摧毀腎的作用。

腦部與神經系統

也有一些病患是在大腦和中樞神經系統發生問題。某些病患產生腦炎, 一些腦炎病患出現癲癇的症狀,伴隨腦部版本的細胞激素風暴:交感神經風暴(sympathetic storm)。還有些重症患者失去意識,或是中風。

神經細胞有 ACE2,病毒理論上可以感染。而且病毒似乎可以直接入侵中樞神經系統和腦脊髓液。有專家懷疑,病毒感染鼻子以後會進入嗅球,再藉此入侵腦部;如此就能解釋為什麼許多患者喪失嗅覺。不過這點仍是猜測,目前缺乏明確的證據。

不少患者失去嗅覺味覺。圖/取自 TVBS <拉麵味道太淡!20歲男急跑醫院 確診新冠肺炎>

腸道,眼睛,肝臟

SARS二世病毒也會感染腸道,糞便中能偵測到病毒的 RNA,還有一些患者腹瀉。能感染不等於能複製,不過不少專家懷疑,病毒感染下消化道的細胞後可以複製,因此糞便也會是傳染源,類似 SARS 的狀況。也許風險比較低,可是還是有機會。

一些病患則出現結膜炎,尤其是嚴重的重症病患。病毒如何影響眼睛,目前資訊不明。

還有些人肝臟受損,似乎不是被病毒直接攻擊,而是身體其他部位與病毒大戰,間接影響肝功能所致。

沒有ACE2受器的T細胞,病毒也能入侵

有些病患出現淋巴球減少症 (lymphocytopenia),也就是淋巴球含量過低的狀況。SARS二世的兩位冠狀病毒前輩,MERS 會感染智人的初級T細胞(primary T cell),但是親緣關係和 SARS二世比較接近的 SARS一世不會。

SARS二世感染人體的方式,是用自己的 S蛋白質(spike protein)和人體細胞的 ACE2 受器結合。以細胞株實際測試發現,SARS二世病毒也能感染 T細胞,而且感染時 S蛋白質與細胞的融合應該也是關鍵。

問題在於:T細胞不太會表現 ACE2 基因。人體是否有別的受器也能讓 SARS二世結合,目前還不清楚,只能確認 SARS二世也可以感染初級T細胞。3

能入侵 T細胞的 MERS 無法在 T細胞內複製,感染後會促使細胞發生細胞凋亡,驅使 T細胞走上自殺之路。SARS二世進入 T細胞後,似乎也和 MERS 一樣無法複製,或許也會啟動自殺機制,導致細胞凋亡,如此便能解釋感染者的淋巴球含量偏低。然而,具體上發生什麼狀況,仍然需要研究釐清。

圖/取自 ref 6

到處感染,缺乏大絕招的病毒?

需要提醒各位讀者,人類感染 SARS二世後產生重症的比例不高,而且出現很多症狀的患者很少,不需要太過緊張。

但是不同患者身上,普遍出現兩種以上症狀的組合;這些症狀的殺傷力以及後遺症,目前了解仍然十分不足。不同病患的症狀如此多變,也難怪至今依舊無法找到有效的藥物,以及令人滿意的治療方法。4, 5, 6

我個人的看法是,不同人感染後的差異很大,不一樣症狀的病患很可能要採用不同的治療方法與藥物,才能對症下藥。假如把不同性質的病患混在一起,將混淆藥物與治療的效果,這是臨床試驗需要考慮的關鍵之一。

SARS二世會影響這麼多器官、組織、人體的功能,乍看很可怕,可是意義搞不好要反過來看。之所以觀察到病毒導致這麼多症狀,也許是由於病毒的主要殺招不夠強,病患死不掉又好不了,感染以後時間拖很久,這才能見到一大堆奇怪的衍生症狀。否則像是 MERS、伊波拉這類致死率高,殺傷力強大的病毒,根本沒有機會見到這麼多狀況。

感染者在肺炎以外,心血管、腦部與神經、腎等部位出現嚴重問題的比例,其實都非常低,病毒攻擊產生明顯效果的機率不高,殺傷性很不專一。這些現象究竟有什麼意義,仍然有待研究。而這麼廣泛的影響,痊癒後是否會導致後遺症,不只生理方面,也包括心理方面,例如罹患憂鬱症的機率會不會增加,也需要追蹤注意。

延伸閱讀

參考文獻

  1. How does coronavirus kill? Clinicians trace a ferocious rampage through the body, from brain to toes
  2. Cytokine release syndrome in severe COVID-19
  3. SARS-CoV-2 infects T lymphocytes through its spike protein-mediated membrane fusion
  4. For survivors of severe COVID-19, beating the virus is just the beginning
  5. How does COVID-19 kill? Uncertainty is hampering doctors’ ability to choose treatments
  6. Antibiotic treatment for COVID-19 complications could fuel resistant bacteria

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。