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怪醫黑傑克能將手術刀像飛鏢一樣射出去刺中敵人, 實際上有可能做到嗎?

遠流出版_96
・2013/04/30 ・2303字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 447 ・四年級

怪醫黑傑克雖然是個沒有醫師執照的密醫,卻有天才般的外科手術本領。對他來說,手術刀早就已經用得順手之極,就像自己身體的一部分了吧。所以啦,遇上危機時也可以當成武器……雖然很想就這樣回答,但請稍等,那可是用來救人性命用的,是神聖的醫療器材啊!拿來當成傷人的武器?這麼做真的可以嗎?

在此我們一方面希望怪醫黑傑克好好反省,另一方面還是好好研究把手術刀當成飛鏢是否真能刺進人體吧。在文庫版《怪醫黑傑克》第七卷〈白色正義〉的章節裡,他射出去的手術刀刺進穿著厚外套的壞蛋手臂,真的像飛鏢一樣刺中了。這個場景有可能實現嗎?

首先得弄來手術刀才行

光這一點就是個大問題,沒有手術刀就沒法子開始研究了啊。可是,筆者我只是普通老百姓,真有可能弄到手術刀嗎?

苦惱之餘,想起高中時的學弟現在是腦外科醫師。打電話找他商量後,他說:「明白了,我請業者送過去。」哇哈哈!爽!

送到我這邊的是一個盒子,大約兩本《廣辭苑》辭典疊在一起的大小。儘管覺得用這樣的盒子裝手術刀似乎太大了,但打開一看,裡面雖然只裝了一套手術刀,卻是用好幾層空氣墊包覆著。真不愧是關係到人命的重要工具啊。

內容物包括 3 根金屬製刀柄,還有膠袋密封包裝的 4 種刀片共 11 片。現在與怪醫黑傑克的時代已經不一樣了,刀片改成一次性使用的可拋棄式。我選了與怪醫黑傑克的手術刀形狀最相似的刀片,打開膠袋牢牢裝在刀柄上,期待中的手術刀終於完成啦。

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各式手術刀。圖 / @ wiki

那,該怎麼實驗這手術刀呢?總不能拿自己的手臂試驗能否一刀刺入,只好去附近的超市買了 1,376 公克豬肩胛肉。因為是週三的拍賣所以只花了 2,174 日圓。

將豬肉解開繩子放在地板上,試著從 1 公尺高將手術刀刀尖朝下掉落看看吧。若能測出這個高度刀尖刺入的深度,就能推算出將手術刀射出時能刺進手臂多深。我戰戰兢兢地放開手,只發出輕微「嚓」一聲,出乎意料地,刀尖深深刺進豬肉。拔起來量了一下,刺進了大約 4 公分深。也就是說,這刀掉到腳上的話,就會把腳掌刺穿啊!好可怕!

普通刀片根本不是對手

將這種銳利的東西朝著人射去的話會怎樣?

物體自 1 公尺高的位置落下時,著地速度為時速 16 公里。怪醫黑傑克就算輕鬆將手術刀以時速 50 公里射出去,也比掉落的速度快 3 倍以上。因為動能是與速度的平方成正比,所以動能幾乎大了 10 倍左右。理論上,刺進去的深度也應該是 10 倍,那就是 40 公分!厲害!人體無論哪個部位被刺中,只要不是骨頭,都會輕易刺穿啊(圖 1)。

相較於其他刀,貫穿力又如何呢?我去廚房借來一把尖頭菜刀,試著自豬肉上方往下掉。這把菜刀可是我的老家種子島誇耀於世的「種子菜刀」喔。

手術刀重 24 公克,菜刀重量則為 114 公克,是它的 4.8 倍重。如果要讓掉落時的動能相同,菜刀就要從手術刀(1 公尺)4.8 分之 1 的高度掉落,差不多是 21 公分高處就行了。

「嚓」一聲,菜刀刺入的深度是 3 公分。雖然說真不愧是來自老家的產品,銳利度還是比不上手術刀啊。

接著用普通刀片試試。基於同樣理由,這次是從 1 公尺 10 公分的高度掉落,這次是發出「噗」的一聲,只刺進 1.8 公分。完全不是手術刀的對手嘛。嗯,手術刀還真是厲害啊。

但是可不能忘了,漫畫中是刺進穿著厚外套的敵人身上喔。刀刃其有擅長和不擅長之處,就算手術刀能將動物的肉輕鬆切開,說不定隔著布就不太行喔。

時速 16 公里:
物體自一定高度落下時,到達地面時的速度可以用比較簡單的公式求得:「 2 × 重力加速度 × 高度」的平方根。重力加速度在教科書上寫 9.8 公尺/秒,暫且當成 10 就好。這個想法很重要。這一來以公尺表示高度時,只要直接乘 20 再開根號就能算出著地速度了。這方法算出的是「秒速幾公尺」的秒速單位,要換算成「時速幾公里」時,只要再乘上 3.6。筆者我每次搭摩天輪總是會用此法心算「從這裡掉下去會多快著地」,然後獨自一人嚇個半死。

這描繪得太理所當然了!

雖然說這也應該做實驗,但再怎麼說,就算是為了科學,要是把我唯一一件好西裝拿來犧牲,可是會被老婆罵死的。所以只好把豬肉綁上繩子,拿舊毛巾疊成兩層蓋上去做試驗。之所以用細繩綁起來,當然是因為等一下還要拿來吃囉。

試著從相同高度讓手術刀掉落,「嚓」一聲,一樣沒變,刺進了 4 公分深。在手術刀面前,布料之類的根本無法構成阻力。

然而以菜刀或普通刀片進行同樣實驗,兩者都受到毛巾的阻擋,被豬肉的彈力反彈回來。

真令人驚訝。意思是說《怪醫黑傑克》裡描繪的景象是完全可以實現的。雖然說問題只剩下將手術刀射出去時,能否順利在射中敵人時剛好以刀尖部分刺入,但因為手術刀實在太銳利,要是再這樣實驗下去,房間會被刺到破破爛爛,所以拜託請饒了我吧。

怪醫黑傑克將手術刀當飛鏢用,以手術刀的實力理所當然是沒問題的。更何況根據文庫版漫畫第 12 卷的〈醉後笑談〉章節,據說怪醫黑傑克自學生時代起就努力進行飛鏢的特訓。這一來只能說《怪醫黑傑克》中描述是完完全全正確無誤了。真令人佩服又驚訝。

種子菜刀:
種子島沙灘取得的砂鐵鍛冶出的,一揮動連玉石都劈得碎的名菜刀。也有種子剪刀。現在會做這個的鐵匠只有 3位,要是他們一退休就再也不能做出種子菜刀和種子剪刀了。對於「難道後繼無人嗎?」的疑問,3 人也是異口同聲:「要教出能獨當一面的徒弟得花上二十年,在我有生之年是教不出來了。」也就是說不從一個孩子剛懂事就開始教就來不及了。種子菜刀和種子剪刀就要失傳了,保育瀕危物種及對抗溫室效應等等可得小心別重蹈這覆轍啊。

節錄自《空想科學讀本 6》,作者:柳田理科雄,譯者:談璞,遠流出版社出版

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遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。


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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》