「心跳過慢」也要注意！——安裝心律調節器可改善症狀，預防中風、猝死發生

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《心跳過慢恐昏厥、出意外，生理性起搏、智能速率心律調節器貼近自然生理功能，心臟專科醫師圖文解析》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔
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「醫師，我的心跳好慢。」王女士說。

「有感到不舒服嗎？」醫師問，一邊把手搭在患者的手腕上計算心跳速率。

「就覺得很沒力，經常會頭暈。」王女士說。

「你的心跳每分鐘才 40 幾下，要趕緊檢查喔。」

經過詳細檢查，確認患者屬於病理性心跳過慢，於是建議植入心律調節器治療。台大醫院內科部賀立婷醫師表示，由於患者的心臟功能較差，於是採用新發展的生理性起搏術式來裝設，並選擇了能依據生理需求調整輸出的智能速率心律調節器，能幫助大幅改善症狀，也能避免造成心臟衰竭。

我們的心臟會持續跳動將血液送往全身。賀立婷醫師解釋，在正常的狀況下，竇房結（SA node）會以穩定的速率發出電訊號，促使心房收縮，接著電流會經由房室結（AV node）傳到心室，造成心室收縮。若是竇房結發出電訊號的速率太慢，或是房室結的傳導中斷，都會造成病理性心跳過慢。

導致竇房結或房室結功能異常的主要原因之一為老化。賀立婷醫師說，其他的原因還包括心肌梗塞、心臟手術等。

心跳過慢的病人可能會覺得比較沒有力氣、頭暈。賀立婷醫師指出，還有部分患者的心跳會暫停，如果心跳暫停的時間過久，腦部無法得到足夠的血流量，就會昏厥。

「正常狀況下，心臟會隨著身體的活動調整輸出量。」賀立婷醫師說，「心跳過慢可能無法滿足一般人在日常生活、工作、運動的需求，導致活動力變差、容易頭暈、喘，使生活品質受到影響，嚴重還可能導致暈倒、甚至引起腎臟功能惡化。」

智能速率心律調節器，根據生理需求調整輸出

發現心跳過慢時，醫師會嘗試找出病因，並排除藥物的影響。賀立婷醫師表示，如果確認是病理性心跳過慢，病人有症狀並影響到日常生活或器官的功能時，唯一的治療方式便是放置永久性心律調節器。心律調節器能夠發出電訊號，維持心跳速率。

我們的竇房結能夠依照生理需求，適時調整心跳速率。賀立婷醫師說，為了讓心律調節器發揮類似竇房結的功能，部分心律調節器會偵測身體動作，在動作增加時，調高心跳速率；在動作減少時，調低心跳速率。

但是偵測身體動作的機制會比較受限，賀立婷醫師解釋，因為心律調節器安裝在鎖骨下方，若是病人的動作不影響到胸部，便無法調整心跳速率。例如踩室內運動腳踏車，上半身動作幅度較小，心律調節器可能無法感應到動作；或者是在心情緊張但身體沒有活動的時候，這類心律調節器也無法調高心跳速率。

智能速率心律調節器則能夠克服傳統心律調節器的限制，透過偵測心臟收縮率，有效調整心率輸出，故在患者靜坐休息、心情平靜的時候，智能速率心律調節器會調低心率輸出；在患者活動或是感受到壓力、緊張激動的時候，能適時調高心率輸出，充分滿足生理需求。

生理性起搏術式，幫助維持心臟功能

此外，因應醫學進步，自 2000 年開始電生理學界開始發展新的手術方式——生理性起搏術式。

正常的電氣傳導是從心房傳到心臟中間的房室結，然後經由希氏束（His bundle），再延著左束支、右束支傳向兩邊的心室。賀立婷醫師解釋，過去在置放心律調節器時是將導線放在右心室，所以電氣傳導的方向會和原本的方向不同。

生理性起搏術式正是為了貼近正常的生理狀態而出現。賀立婷醫師說，生理性起搏術式是將導線從右心室放入心室壁中靠近希氏束的位置，達到「希氏束起博」的效果，讓心律調節器發出的電訊號，能夠透過希氏束與左束支、右束支刺激心室收縮。

生理性起搏技術還能根據患者的狀況調整，針對左束支傳導阻滯，將導線放到靠近左束支的位置，達到「左束支起搏」的功能。

採用生理性起搏術式能讓電流以貼近生理的方式傳導，在改善心搏過緩的同時，也能夠避免左、右心室收縮不同步，比較不會影響心臟本身的功能，避免造成心臟衰竭等併發症。

賀立婷醫師指出，一旦進展為心臟衰竭就不容易逆轉，所以針對已經心臟衰竭的病人，基本上都會盡量考慮採用生理性起搏術式，避免讓心律調節器的電訊號是由右往左傳；至於尚未有心臟衰竭的患者，若採用生理性起搏術式，也能大幅降低未來出現心臟衰竭的機率。

在安裝心律調節器前，醫師都會根據病況與家屬、患者詳細討論，協助選擇合適的手術方式。

心律調節器能夠幫助患者維持心律，改善症狀與生活品質。賀立婷醫師提醒，即使狀況穩定，也要按時回診，定期檢查心律調節器，確保功能正常。目前已有蠻多心律調節器能提供居家遠端監控的功能，如裝有此功能心律調節器的患者，就能將資料上傳至雲端，若出現異常，醫療團隊也能迅速提醒患者回診。

貼心小提醒

放入心律調節器後，患者要避免接近磁場強大的地方，以免干擾心律調節器的運作。賀立婷醫師說，到醫院做檢查或通過安檢時，請事先告知工作人員。

日常生活中的吹風機、微波爐並不會影響心律調節器。若有任何疑問，都可以向醫療團隊諮詢喔！

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文／George Chan│希望從醫工的角度出發，與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享，與整理相關的知識資源，讓大家得知，醫材開發，有跡可循。

人工心律調節器（artificial pacemaker），一般直接叫心律調節器或 pacemaker，是我們植入人體的醫療器材中，最為常見也最為複雜的一種。「常見」在於現代需要心律調節的狀況增多，「複雜」在於要存放在有很多變數的環境，又要保持功能長時間正常運作。

有了這些要求，心律調節器設計上有有什麼要考量的點？

心臟的天然調節器：竇房結

我們先來看看心跳是怎麼產生的，其實人體本來就有一個節律點 （英文即為 pacemaker），叫做竇房結（sinoatrial node），也稱作 SA node/sinus node，而這天生的節律點英文即為 natural pacemaker。口語上常聽到 pacemaker 指的是心律調節器，完整稱呼是人工心律調節器（artificial pacemaker），因為太常用，所以如果聽到 pacemaker 大多就是指這人工的心律調節器。

人體本身的竇房結是控制心跳次數的指揮官，負責發出指令（電流）說現在心跳速度該怎麼調整，指揮心跳做加速與減速的動作，像是運動時就加速心跳等等。而竇房結本身則是主要受交感與副交感神經相互平衡，來權衡要對身體傳達的指令；其他會影響心跳的機制還包括體溫、壓力、賀爾蒙與延腦控制等等。

所以竇房結本身有兩個功能：監控與調整；或者換成一句話就是：「視」身體狀況，「調節」心律。

人工心律調節器，就像是心臟的 ABS防鎖死系統

而當竇房結失去功能時，也就是不能正常的調節心律時，能怎麼做？就會需要人工的心律調節器。心律調節器屬於醫療器材，因為是為了輔助、替代竇房結，所以通常是植入心臟後同時用於「監控」與「調節」心律用：當測到較低頻率的心律時，就放電訊號刺激心跳回到正常的心律。

汽車的 ABS 防鎖死系統

Understanding Anti-lock Braking System (ABS) !

那心律調節器又是怎麼運作的？

我們先跳出來看看另外一個情境：通常我們汽車在運行時，遇到緊急狀況要踩剎車，情急之下會把煞車踩得很死，讓我們失去對輪胎的控制、無法轉動方向盤，進而讓車子失控並造成事故。

直到 20 世紀中期，ABS（Anti-lock Braking System）系統的出現，拯救了許多芸芸眾生。ABS 系統做的事很簡單，就是監控「如果煞車被踩得太死」導致方向盤失去功能，會自動幫我們以一定頻率的釋放煞車，讓我們的方向盤仍能順利運作。

ABS 與心律調節器的異同與洞見

鏡頭拉回，當竇房結失去功用時，就像是鎖死的煞車，而心律調節器就如同 ABS 系統，幫我們「監控」心臟的鎖死狀態並幫忙「調節」心律。在這兩個場景中，我們都看到了用一個外在輔助系統持續監控，讓原本可能發生的緊急狀況（煞車鎖死、心跳極緩等），能被「導回正軌」──控制汽車、維持心跳。

這兩者在情境上極其相似，像是在功能性上，都需要很強調穩定性，也就是感測功能要能持續、穩定順利運作；當需要控制煞車、釋放電流時，能強而有力又順利的做出調整（畢竟是人命攸關）。這也是為什麼如果看在設計上的考量，兩者在設計上有很多可以相互參照的點，之後設計心律調節器卡住時可以去對照看看 ABS。

這也是為何，大多數的心律調節器都會有「線路」直接連到心臟，做感測與放電的功能。儘管這樣的線路會有很多潛在需要克服的難題，像是接合點的穩定、防漏與固定等等。為了避免這些問題，無線的心律調節器也一直是個很重要的主題，花了很長的時間，終於才在 FDA 獲得許可（Medtronic的Mirca TPS）。

使用心律調節器的提醒

如果身邊的人有裝心律調節器，除了平常盡量避免直接的電磁干擾（像是拿磁鐵在心臟附近晃），也要記得要請他記錄使用的廠牌與型號，這樣能有效幫助很多後續檢驗的順利。像是在照 MRI 時，先確定心律調節器的材料就很重要，現在有越來越多的調節器可以進入 MRI，不過仍不是所有的。

在急救的狀況下，不管心臟的自我控制是否正常，如果遇到心室顫抖（心臟亂跳、沒有秩序），通常要使用 AED 急救；如果是心臟自己的控制出了狀況，導致心律不順、過慢甚至有能停止，就是心律調節器的工作了，兩者是應對不同的狀況。唯一要注意的是，如果急救時對有置入心律調節器的患者使用 AED，AED 的電擊要避開心律調節器的主機，避免停止了心室顫抖後，患者的心跳過低但心律調節器受損而無法運作。

參考資料：

1. FDA 通過使用全世界最小心律調節器，嘉惠患有心臟疾病的病
2. Cardiac Pacemaker
3. Control Of Heart Rate
4. Sinus Node Dysfunction
5. Artificial Cardiac Pacemaker
6. Hopkinsmedicine — Pacemaker Insertion

（延伸閱讀：讓小心肌聽話！ — 自動體外心臟除顫機AED）

本文轉載自：Unmet Needs 臨床工程專欄：心跳失靈怎麼辦？心律調節器 Pacemaker——心臟的防鎖死系統（ABS）

「臨床工程專欄」希望從醫工的角度出發，與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享，與整理相關的知識資源，讓大家得知，醫材開發，有跡可循。

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