主動脈瘤如不定時炸彈！微創支架手術如何化解生死危機？

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
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請問什麼是主動脈瘤？

陳紹緯醫師：主動脈瘤並不是我們傳統認知的惡性腫瘤，並不會造成遠端轉移，也不是什麼不治之症。主動脈瘤指的就是血管異常的膨大。一般而言，主動脈瘤的定義是大於5公分。根據不同的位置，包括了升主動脈、主動脈弓、降主動脈以及腹主動脈，不同的位置會有不同的治療條件。主動脈瘤如果及早發現，一般治療效果都相當的好。但是如果拖到了主動脈破裂，手術風險就相當的高。

請問主動脈瘤的危險因子為何？

陳紹緯醫師：常見的主動脈瘤危險因子包括了年紀，年紀越大的人越容易發生主動脈瘤。此外，抽菸、家族病史以及高血脂，都有可能增加主動脈瘤的風險。

請問主動脈瘤該如何治療？

陳紹緯醫師：根據主動脈瘤不同的位置，會決定它不同的治療方式。絕大多數的病人都可以利用主動脈支架微創手術來進行治療。但是升主動脈瘤由於靠近心臟，主動脈支架並不適合治療，必須藉由傳統開胸心臟手術來治療升主動脈瘤。

請問開放式手術有哪些優點？

陳紹緯醫師：如果主動脈瘤發生在主動脈根部、升主動脈這些位置，目前都只能以傳統的開放式手術進行。此外，開放式手術最大的好處是一勞永逸。我們在手術中將病灶主動脈瘤切除，並植入新的人工血管，長期的結果相當可靠。

請問主動脈支架手術有何優點？

陳紹緯醫師：絕大多數的病人可以藉由腹股溝打針、穿刺的方式進行手術，沒有任何手術切口。在先進的影像導引系統定位之下，我們將主動脈支架置放於病灶。主動脈支架撐開之後會將血液導流，使血液不會進入主動脈瘤，因此主動脈瘤會逐漸萎縮甚至消失。主動脈支架手術最大的好處就是微創、低侵襲性。傳統開放式手術由於傷口較大，恢復較慢，會有出血性的危險。藉由支架手術，可以大幅降低手術的死亡風險以及出血的風險。

請問主動脈支架手術可能出現哪些併發症？

陳紹緯醫師：主動脈支架手術雖然微創、低侵襲性，可以有效降低手術的風險。然而主動脈瘤的治療長期效果還是需要詳細的追蹤。有10％到20％的病人，在長期追蹤中會發生主動脈支架移位、主動脈支架滲漏的問題，有可能需要經過二次手術再次治療。部分的病人，在反覆治療之後仍然沒有辦法有效解決，最後必須以開放式手術來進行。

請問主動脈支架手術有哪些新的進展？

陳紹緯醫師：目前有一些新的技術可以輔助讓主動脈支架手術更安全，效果更理想。
首先是藉由先進的影像系統，在混成手術室中執行這項手術，可以達到更精準的定位，來降低側漏以及主動脈支架移位的併發症。傳統主動脈支架手術在鼠蹊部仍然必須要有手術切口，鼠蹊部的手術切口常常會有感染以及淋巴滲液的併發症。可以藉由新技術血管縫合釘，在沒有傷口、打針穿刺的狀況下，就可以完整地進行主動脈支架手術。主動脈支架手術最大的併發症就是主動脈支架出現滲漏或者是位移的風險。近年來，研發出新型的技術——主動脈支架錨釘。藉由錨釘的固定，可以將主動脈支架有效地固定在主動脈，降低位移以及滲漏的風險。

請問什麼是胸主動脈分支支架？

陳紹緯醫師：主動脈瘤的治療最困難的位置就是在主動脈弓。由於主動脈弓解剖構造複雜，主動脈支架常常難以有效地應用。新型的主動脈分支支架可以有效解決主動脈弓主動脈瘤的問題。藉由先進的新型支架，可以將腦部的血管藉由分支支架灌流。在部分的病人可以免除開胸的危險性，採用微創主動脈支架就能解決所有的主動脈瘤病灶。

陳紹緯醫師：在十年前，一位八十多歲的老先生因為主動脈瘤破裂、休克，緊急送醫。當時我們採用緊急手術，進行開胸主動脈置換手術，將升主動脈置換，挽救病人生命。
經過10年之後，後端的主動脈弓又出現新的主動脈瘤。病人已經90多歲，不適合再用傳統開放式手術。我們採用新型的胸主動脈分支支架來進行治療，讓病人免除心臟停止、開胸，以及降低出血的風險，得到良好的治療。

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在德國一條限速100的路上，深色的川崎LE650C機車，以每小時約60公里的速度前進。右前方路口，一輛大紅的現代i10轎車突然探頭，左轉後旋即煞車，卻仍撞個正著。轎車車頭左邊損毀，前方擋風玻璃與駕駛座側窗間的A柱變形。時年46歲的機車騎士騰空飛起，高大的軀體翻滾過對方的引擎蓋，^[註1]由另一側落地。^[1]

升主動脈擴張

在醫院裡，男子抱怨胸部、脊椎和手臂等多處疼痛。他的陰囊血腫；右邊第1至8根肋骨後方斷裂；^[1]右側血氣胸（haemopneumothorax），胸膜腔中有血液和空氣；^{[1, 2]}右後腹膜挫傷；兩邊手肘、左手掌和左手腕骨折；而且血壓偏高，但在住院期間逐漸穩定。^[1]

男子回到家，依然頭疼、疲憊和失眠。意外的9個月後，他因為高血壓，而去做檢查。心臟超音波顯示升主動脈（ascending aorta）擴張，醫師懷疑是主動脈瘤（aortic aneurysm）。又過了3個月，男子還沒等到已經安排的手術，便不幸辭世。^[1][註2]

驗屍

男子死後驗屍的時間，距離車禍已有1年左右。^[1]從解剖可見其心臟外面的心包，累積了800毫升的血液；^{[1, 3]}心臟過重，左心室的室壁肥厚；而且主動脈撕裂，部份血管壁的層與層分開。法醫綜合以上，判定他死於剝離的主動脈破裂後，所導致的心包填塞（pericardial tamponade）。^[1]不過，無法確定升主動脈的擴張，算是受傷引起的假性動脈瘤（pseudoaneurysm），還是血管壁無力且腫大的真性動脈瘤（true aneurysm）；^{[1, 4]}只知道破裂流出的血液，後來使心臟壓力過大，而無法正常運作。^{[1, 3]}同時，放射科醫師重新檢視車禍後的電腦斷層影像，注意到當初病歷沒有描述的特徵：有一道鐮刀狀的東西，圍繞著升主動脈，意味著該處管壁血腫。^[1]

保險理賠

胸部創傷引起的慢性主動脈剝離和假性動脈瘤，並不常見。男子過世後，保險公司起先不願理賠。^[1]耶拿大學附設醫院（Jena University Hospital）的法醫與放射部門，以及擅長行車安全的德凱集團（DEKRA）專家，於是合作提出下列論點，來證明車禍和死亡的關係：^{[1, 5]}

1. 交通事故重建：他們利用警方的蒐證照片和行車速度等有限資料，在PC-Crash事故重建軟體中，模擬意外發生時，男子從機車座位、轎車引擎蓋，到地面的整個位移路徑（如圖）。由此推論手臂、肋骨和腹部等處受傷的原因，是兩車衝撞、與地面撞擊，還是戳到機車手把等。^[1]
2. 撞擊速度：當人體遭到高速撞擊，胸腔變形，主動脈壁的內膜與中膜可能剝離，血液便在它們之間累積。研究指出，雙方行車的相對速度高於每小時50公里時，會明顯增加汽機車衝撞後主動脈剝離和破裂的機會。^[1]（請注意本案的兩方車輛幾乎呈直角，而非前後追撞，所以計算相對車速時，不該拿數據互減。）另外，在每小時24到37公里的台車撞擊測試中，17具受試的屍體，有5具傷到主動脈。^[6]根據警方的筆錄，男子表示他騎乘的速度約每小時60公里；而專家團隊則認為此處應以每小時55公里來考量。^[1]
3. 創傷性主動脈剝離：曾有文獻記載8起創傷性主動脈剝離的個案，診斷時間點的範圍甚廣，從意外後7天至18年都有。一名20歲的駕駛，因車禍而左胸瘀青疼痛。X光片上看來沒有骨折，^[1]但血液在胸膜腔中累積，即血胸（haemothorax）。^{[1, 2]}約莫2年後，他才被診斷出假性動脈瘤。^[1]也就是說，車禍對主動脈的影響，不一定會馬上浮現。
4. 高血壓：高血壓既為主動脈剝離的危險因子，也可能是車禍使主動脈受傷後的症狀，所以無法單從這點，斷定前因後果。然而，電腦斷層影像上的那個鐮刀的形狀，似乎是急性主動脈創傷的結果。此外，男子的主動脈沒有中膜壞死（medial necrosis）等，高血壓造成剝離時的相關問題。^[1]

保險公司在瞭解跨領域專家的上述分析後，終於同意理賠。^[1]

備註

1. 根據驗屍報告，男子身高184公分，體重約90.4公斤。^[1]論文未提及從意外發生到死亡之間的一年，他是否有體重變化，所以此處僅概略描述。
2. 個案報告的作者不曉得男子為何沒有馬上開刀。^[1]

參考資料

1. Muggenthaler H, Bismann D, Eckardt N, et al. (2023) ‘Delayed occurrence of traumatic aortic dissection? Biomechanical considerations and literature’. International Journal of Legal Medicine, 137, 353–357.
2. Hansen-Flaschen J. (11 APR 2018) “Hemothorax“. Encyclopedia Britannica.
3. ‘Cardiac Tamponade’. (22 OCT 2021) Cleveland Clinic.
4. Lopez-Jimenez F. (19 OCT 2022) ‘Pseudoaneurysm: What causes it?’. Mayo Clinic.
5. ‘DEKRA History’. DEKRA. (Accessed on 29 APR 2023)
6. Muggenthaler H, Bismann D, Autsch A, et al. (2023) ‘Stabbed by motorcycle? Reconstruction of an unusual traffic accident’. International Journal of Legal Medicine, 137, 601–607.