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馬桶蓋:蓋?不蓋?

科學松鼠會_96
・2013/02/07 ・2463字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 503 ・六年級
credit: CC by 'Gerard Stolk (vers le Carême)'@flickr

研究誤讀 :紐約大學菲利普-泰爾諾博士指出,如果沖水時馬桶蓋打開,馬桶內的瞬間氣旋最高可以將病菌或微生物帶到6米高的空中,並懸浮在空氣中長達幾小時,進而落 在牆壁和牙刷、漱口杯、毛巾上。現在大部分家庭中,如廁、洗漱、淋浴都在衛生間裡進行,牙刷、漱口杯、毛巾等與馬桶共處一室,自然很容易受到細菌污染。因 此,應養成沖水時蓋上馬桶蓋的習慣。

研究的全面解讀 :從兩篇2012年發佈的醫學綜述裡引用的眾多論文來看,抽水產生的氣旋與微生物的傳播確實有著一定的關聯,沖水時蓋上馬桶蓋這個習慣也值得提倡[1][2]

不過,這些研究在社交平台上傳播時,研究中很多關鍵的信息——哪些微生物可能通過這個途徑進行傳播?這些微生物傳播的範圍究竟有多大?傳播擴散後的 微生物對人體有多少潛在的危害?——被忽略,只壓縮成一個簡單結論,而且增加了「馬桶內的瞬間氣旋最高可以將病菌或微生物帶到6米高的空中,並懸浮在空氣中長達幾小時」這些研究中沒有提及的細節。

不是所有的微生物都有條件扶搖而上

只有那些天賦異稟的微生物才能借馬桶氣旋的東風。2005年的一項研究發現在馬桶中培養的沙門氏菌能夠聚集成一種叫「生物膜」的結構,牢牢地植根於下水道中。由於有這麼一個細菌的「儲備」,在實驗結束的12天後,人們依舊能在馬桶中發現它們的身影[3]。這也增大了它們借抽水氣旋傳播的可能。而另一些微生物無力往深處發展,就將目光投向了相反的方向。早在1980年,科學家們就發現那些細胞內含有較多脂質的細菌更容易富集在水體的表面[4]。倘若有氣旋能將水中的微生物帶起,它們將是微生物中的急先鋒。

不過,這些微生物本身的特性並不足以讓它們從馬桶中傳播到空氣裡,氣旋威力的大小也決定了傳播範圍的大小。有意思的是,至今為止人們對這種氣旋的物理特性還是一知半解,唯一可以確定的一點是,這種氣旋會隨著馬桶類型的不同而發生改變。

由於實驗中採取的微生物不同,傳播範圍也各有所異(實驗馬桶多為「虹吸式」)。大腸桿菌會在沖水後的2個小時內集中分佈在以馬桶為中心直徑約1米的範圍內[5],沙門氏菌能在30分鐘內擴散到同樣的範圍[3],而梭狀芽孢桿菌則主要在60分鐘內聚集在馬桶坐圈到馬桶上25釐米的範圍內[1]

在一些觀察較久的實驗中,微生物能夠以極低的濃度擴散到整個衛生間(牆上的培養皿只有20%有細菌生長,單個培養皿中最多長了5個菌落;浴缸內的培養皿只有5%有細菌生長,不過單個培養皿中最多長了大於100個菌落),這也與含有微生物的液滴與空氣的混合、擴散有關。

不過在這些研究中,並沒有微生物擴散到6米高度(作者吐槽:要找一個房高超過6米的衛生間也挺難的……)的記錄。至於這些微生物能在空氣中停留多久,更是沒有定論。

警惕但無需恐慌

在一些極端的情況下,通過馬桶氣旋傳播的微生物可能對人體的健康造成影響。結核桿菌的脂質較多,容易在馬桶殘水的上層積聚。當人的腸胃道感染結核桿菌後會引起腹瀉,造成其再次傳播。不過據估計,這只佔總體感染病例的5%不到[6]

另一種可能通過馬桶氣旋傳播的微生物則家喻戶曉——SARS 病毒。一項關於2003年香港淘大花園SARS爆發的報告推測可能是最初發病的SARS病人的排泄物通過樓層裡的下水道和排氣扇迅速擴散,造成了整棟樓內SARS的爆發[7]

不過這些或是極端情況,或是尚未證實的研究猜測,日常生活中由馬桶氣旋帶來的潛在危害可能沒有那麼大。另外,無論哪一種微生物想要致病都需要有一定 的「致病劑量」。在上文提到的實驗中,研究人員都將微生物與糞便或培養液均勻混合成懸浮液而進行測試,這種情況自然有助於微生物的傳播。在實際生活中,只有腹瀉或嘔吐接近實驗中的條件。換言之,正常情況下的便溺只會更限制微生物的傳播,空氣中的濃度也會更低。

不過,空氣中通過氣旋懸浮起來的微生物濃度能依據種類的不同而有上百倍的差距,因此馬桶氣旋帶出的具體微生物的是否能夠致病還有待未來進一步的研究。

馬桶「進化」的利與弊

最早的沖水馬桶 依靠水流下衝的重力頂開底部的閥門進行沖洗,由於其下部的管道結構較為簡單,產生的氣流也比較大,現多已淘汰。

在美國,「虹吸式」馬桶在20世紀70年代逐漸替代第一類沖水馬桶成為家庭馬桶,目前國內家庭馬桶也多使用「虹吸式」。當設計師們將排水口改成了「虹吸式」後 ,同樣用於沖洗的水流帶起的微生物大約只有前者的1/14 [8]

最新的「無框式」馬桶在公共場所(比如學校、醫院)中更為多見。這種馬桶取消了頂蓋的設計,抬高了坐圈的高度,以期讓髒垢無處藏身,殊不知藏匿的微生物是少了,氣旋濺起的液體卻變多了 [1]。與「無框式」馬桶相比,「虹吸式」馬桶沖水時產生的氣旋更小。

 【圖2:「虹吸式」馬桶(A)與「無框式」馬桶(B)濺水程度的比較 [1]。】

最後,還有一些其他措施可以減少通過氣旋傳播的微生物。最簡單的方法莫過於在沖水時蓋上馬桶蓋了。這項簡單的方法能夠將飛濺的微生物含量減少到不蓋蓋子時的1/12 [1]。此外,定期用消毒水清洗馬桶和水箱也能夠限制馬桶內微生物的殘留。

結論 :從已有的研究結果來看,有些微生物更容易在馬桶周邊積聚。馬桶沖水時的氣旋的確能夠造成微生物的傳播。雖然這些微生物的傳播範圍、時長尚且未知,但在沖馬桶時蓋上馬桶蓋,定期用消毒水清理馬桶和水箱,確實能夠幫我們減少潛在的健康危險。

參考資料:

  1. E.L. Best et al. Journal of Hospital Infection 80 (2012) 1-5
  2. D.L. Johnson et al. American Journal of Infection Control (2012) xxx 1-5
  3. Barker J, Jones MV. The potential spread of infection caused by aerosol contamination of surfaces after flushing a domestic toilet. J Appl Microbiol 2005;99:339-47
  4. Hejkal TW, Larock PA, Winchester JW. Water-to-air fractionation of bacteria. Appl Environ Microbiol 1980;39:335-8
  5. Gerba CP, Wallis C, Melnick JL. Microbiological hazards of household toilets: droplet production and the fate of residual organisms. Appl Microbiol 1975;30: 229-37
  6. Sheer TA, Coyle WJ. Gastrointestinal tuberculosis. Curr Gastroenterol Rep 2003; 5:273-8.
  7. Hong Kong Special Administrative Unit Department of Health. Outbreak of sever acute respiratory syndrome (SARS) at Amoy Gardens, Kowloon Bay, Hong Kong: mainfindings of the investigation. Hong Kong Special Administrative Region Department of Health 2011. March 29, 2011. Available (PDF Accessed Mart 29, 2010.)
  8. Bound WH, Atkinson RI. Bacterial aerosol from water closets: a comparison of two types of pan and two types of cover. Lancet 1966;1:1369-70

關於本文

本文首發於果殼網(guokr.com)「謠言粉碎機」主題站《馬桶蓋:蓋?不蓋?》,作者

轉載自 科學松鼠會

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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》