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外科之花的艱難綻放(7)—大結局

科學松鼠會_96
・2013/07/16 ・6871字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 602 ・九年級

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第四章、絕地中興,柳暗花明

心外科發展到這一階段的特點是,通過常規應用低溫和流入道血流阻斷,可以以最低的死亡率來糾治簡單的心臟缺損,那麼對絕大多數外科醫生而言,又何必冒險進行進一步的體外循環試驗呢。但不幸的是那些目前手術不能解決的複雜的心內畸形,卻恰恰是最需要手術處理的部分,因為他們的病情更重,自然預期壽命更短。

行百里者半九十,也許有人會認為吉本再堅持一下,體外循環機就可能在他的手中得到完善了。但我們無意苛求吉本畢竟他已經為這一事業奉獻了二十餘年的青春,幾乎將體外循環機帶入臨床了實踐,我們的英雄累了。時代需要一位接力者將這項偉大的事業進行下去。目前的失敗只是暫時的,籠罩在心臟外科的悲觀情緒也不過是黎明前最後的黑暗了,那麼,這個將要喚醒黎明托起朝陽的人,又會是誰呢?

當時,體外循環應用於臨床試驗接連遭到失敗,然而相同的技術應用於動物實驗卻能不斷地產生不錯的存活率,這卻是為何?有學者解釋為那些最需要打開心臟做手術的病人,由於其衰竭和複雜的病變不能承受這種操作,而健康的實驗動物則沒問題。這一結論看似擁有無懈可擊的邏輯,他們相信問題並不在於灌注技術或心肺機,而是病人病態的心臟本身導致了失敗,他們不能在承受這種強度的手術打擊之後,還能恢復良好的射血功能,而同樣的打擊在健康的狗身上則沒問題。由於這種「病態心臟」的理論很好地解釋了相同的技術在病人和健康動物身上明顯不同的結果,因而被廣泛接受,甚至導致研究人員質疑心臟直視手術的終極價值。

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通常,理論往往是落後於實踐的,事後諸葛亮似的總結,如果能上升為正確的理論,那麼將反過來極大地推進實踐,如果是錯誤的理論,則將影響甚至延緩實踐的腳步,很不幸,這一「病態心臟」理論屬於後者。

很顯然,作為主帥的吉本,其臨陣易幟對體外循環機的研發事業是個不小的打擊,但即使在如此慘淡的情況下中,仍然有猛士堅持下來。比如吉本的好友,體外循環機的另一位研究者,明尼蘇達大學教授丹尼斯就是其中的一位,他在1955 年 6 月也成功地進行了體外循環下心內直視手術,這是世界第 2 例。但使整個事件發生根本性轉機的卻另有其人,他是同屬明尼蘇達大學的外科醫生沃爾頓‧來裡赫(C. Walton Lillehei,1919——1999)。

如果說在他之前的開拓者們體現了無與倫比的智慧與勇氣的話,那麼來裡赫的所作所為則已幾乎超越了人類想像的極限。1954年這個看起來近乎瘋狂的傢伙居然試圖以患兒的父親作為「心肺機」,用活人交叉循環的方法挑戰歷史上首例室間隔缺損的修補術,他能成功麼?他是怎麼想到這一招的呢?

50年代初來裡赫也想開展有關體外循環的動物實驗,可遺憾的是他沒有人工心肺機的實驗條件,你要造飯,可你居然連鍋都沒有,這不是扯淡麼?當然有人可能會想到,如果餓急了,想把食物弄熟也不是非有鍋不可,你可以採用原始的方法嘛,直接用火烤成不成?那麼人體體外的循環除了人工心肺機而外,還有別的什麼原始途徑麼?我們人類社會再回到原始形態當然是不可能了,但是人之初的形態又是如何的?人不是出生以後才有自己的呼吸的麼?那之前怎麼存活的?

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這一靈光乍現的思路,來自來裡赫的助手莫利(Morley),既然胎兒可以從胎盤獲得氧合血,我們為什麼不能用動物實驗來模擬這種情形呢?這真的又是一個幸運的遺憾!當年布萊洛克因為遺憾地沒能如願以償地建立肺動脈高壓的動物模型,導致了塔西格與其聯手,創立了經典的術式B-T分流。而今,來裡赫因為實驗條件限制這一看似被逼到無奈的遺憾,居然使其迸發出以活體作為「心肺機」這一神奇構想,而這一構想恰恰為已經看似山窮水盡的體外循環的研究,帶來了柳暗花明的一線轉機。

他們用兩條狗進行心臟手術,一條是手術狗,為受體;另一條模擬胎盤的原理當作氧合器,稱為供體。這是一種新的體外循環方法「交叉循環法」。動物實驗進行的較為順利,1953年10月22日第一例交叉循環動物實驗即大獲成功。同時一個意外的發現是,實驗動物的術後恢復如此之快狀態如此之好,是此前用人工心肺機從未有過的。又經過幾個月的系統改進及有關機制的深入研究,成竹在胸的來裡赫認定,在人工心肺機幾乎缺席體外循環人體試驗的關口,這項全新的技術值得進行一項人體試驗。

交叉循環法的原理為,在同樣的時間裡使病人和正常的供體之間交換等量的血流,通過循環泵來控制流量,而心臟的靜脈流入則完全阻斷,以保證可直視下切開心臟。一旦病人與供體建立連接,該病人的身體就可以不斷地得到充分氧合後的血液供應。沒有複雜的機器也不需要調解動態的平衡,因為供體的循環及時自動地承擔著這些重要職能。這就解釋了為什麼實驗動物的術後恢復較以前為快。這一方法至少從理論上似乎既規避了應用低溫和體外循環實驗過程中相關的常見的併發症,且沒有時間限制。

這一想法剛一拋出就引起悍然大波,這對已有的外科實踐體系的是一個極大背叛。讓一個健康的人在手術室裡冒著潛在的危險(不管多麼小)作為供體循環,哪怕只是暫時的,也是不能被接受的,有些批評者甚至說,你們想要創造歷史麼?想要做外科歷史上第一個可能死亡率為200%的手術?

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雖然這些激烈的批評令來裡赫倍感焦慮,然而,箭在弦上不得不發,他還是向其導師歐文‧H‧王更(Owen H. Wangensteen,1899-1981)正式遞交了試驗申請。歐文力排眾議批准了該試驗計畫,他在批准書答覆道:親愛的來裡赫,放手去幹,別的事情你不用操心。短短的一句話,寄託了歐文無盡的期待,在當時,若沒有他的鼎力支持,這一項意義重大關乎心臟外科發展前途的試驗絕不會進行的如此順利。1981年1月歐文‧H‧王更去世後,醫學界對其讚譽有加,評論者認為,明尼蘇達大學能夠在上世紀50年代對心外科的發展做出許多開創性的貢獻,與其英明領導是分不開的。

1954年3月26日是心臟外科歷史上最令人激動不已的日子。來裡赫和他的三個年輕的同事,以患兒的父親作為供體,用交叉循環的方法完成了歷史上首例室間隔修補術,整個手術過程十分順利,父子平安。看台上,一直為自己的愛徒捏了一把汗的歐文,第一個向來裡赫表達了祝賀。

這一幕如果能夠被搬上銀幕,即使是最蹩腳的導演,也足以使影院裡的多數人痛哭失聲。當我知道心外科歷史這一細節時,除了對來裡赫的創見驚訝不已而外,作為供體的父親尤其讓我感動萬分。試想在當時,這一試驗在一片激烈的反對聲中勉強得以實施,手術過程中將會發生什麼,沒有人可以預料的到。當這一對父子在麻醉前深情地對望一眼之後,他們是否有可能活著再見?大愛無言父愛如山,這位勇敢的父親,在這樣一個空前事件裡,為這一箴言做出了最好的註解。

科學,畢竟是人的科學,歷史,永遠將是人的歷史,這一段煙花般絢麗的科學史中,最為耀眼的也許恰恰就是人性不朽的光輝。

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可是,我們是否高興的太早了呢?別忘了,想當初吉本第一次在人工心肺機體外循環下的手術成功之後,就再沒能重複這一結果,同樣的悲劇會再次上演麼?

箭頭為血流方向

第五章、托起朝陽,霞光萬丈

都說孩子是一個家庭的希望,好比初升的太陽,那麼這些為拯救萬千孩子性命而勇敢探索孜孜以求的科學家,無疑就是那修復希望托起朝陽的巨人。

1954年和1955年之間,幾乎是孤軍奮戰的來裡赫團隊通過使用親子之間的交叉循環,為存在複雜心臟畸形的45位兒童施行了直視下的心臟手術。所有這些這些複雜的病變都是靠以前既有的技術無法解決的。全部接受手術的45名嚴重受損的病人中,有28名複雜的心臟畸形得到了治癒,45個循環供體均得以存活,但還是有一例發生了心臟驟停,需要打開胸腔進行心臟按摩,這當然是一重大事故。到1986年,術後30年隨訪的結果為22名(49%)仍然活著,並過著有質量的生活。

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這些顯著的臨床試驗結果,顯然比其非凡的手術技巧更令人吃驚,這使當初吉本暫時失利之後學術界盛行一時的「病態心臟」理論被徹底打破了,心外科開始走出低谷,進入了一個快速發展的階段。

來裡赫所取得的巨大成功,將明尼蘇達大學醫院一下變成了世界心臟外科學的第一重鎮,各地的參觀學習者絡繹不絕,後來這些參觀者中又有人續寫輝煌,這已是後話。但來裡赫卻並沒有被一時的勝利所沖昏頭腦,他清醒地認識到目前這種方法,供體的自我平衡機制,將自動糾正無數不知名的由於全身灌注引起的生理學紊亂,這對於供體的健康來說顯然是存在潛在威脅的。也正是由於這個原因,活體交叉循環技術並沒有得到廣泛開展。因此他預言到:交叉循環的臨床經驗——尤其是對供體的不良影響,使我們清楚它顯然不可能一直作為體外循環技術,為了病人和尤其是供體的安全問題,必將會發展出一種超越這項技術的體外循環措施。

於是,包括他本人在內,許多研究者又重新開始重視人工體外循環的研究,在吉本研究的基礎上,對心肺機做了進一步改進和完善。

不得不得承認,到目前為止,在已被應用到心外手術的技術中,交叉循環是最符合病人生理的技術。放棄一個在生理上近乎完美的技術,轉而採用了一個至少目前看來比交叉循環在生理上尚有不足的技術,來裡赫醫生的這一作為在外科醫學史上是令人歎服的,但又似乎是倫理學壓力之下必然的選擇,你不能總在每次做手術的時候,都讓另一個健康的人冒著一定風險,而且一旦發生重大失敗,真的可能是兩條命都交代了。

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來裡赫的預言很快得到了證實,到1958年的時候,僅僅在吉本第一次體外循環下手術成功的5年之後,畢業於哈佛醫學院的約翰‧韋伯斯特‧柯克林(John Webster Kirklin,1917-2004)即報導了在梅奧診所成功地應用梅奧-吉本設備在體外循環進行的245例手術 。柯克林改進了吉本的心肺機,發展了安全可行可靠的體外循環措施,取代了交叉循環成為心內直視手術的首選方法。想當初吉本對同梅奧診所的柯克林分享這一藍圖是非常猶豫的,因為他擔心由於梅奧診所強大的實力,會先於他完成第一例體外循環下的心臟手術。不過感謝上帝,吉本最終還是和盤托出了他的技術,而最後恰恰是梅奧診所將這項技術的應用推向了極致,為紀念吉本的卓越貢獻,他們將改進後的設備命名為「梅奧-吉本」。如果當時吉本由於一己之私而選擇了保守,這項大業跌入谷底而無法一時中興也未可知。這種胸懷,是那些只知道傳男不傳女傳內不傳外的江湖人士永遠無法理解的。

低溫在此時則已成為心臟手術的常規並行手段,用以減少單獨應用體外循環對人體固有的損害——在血流減少的時間段內保護重要的臟器,如腦、心臟和脊髓。

自此,由於有了體外循環技術這一有力的武器,心外科醫生可以從容地在無血的術野下,對心臟進行精細的矯正與修補,挑戰更複雜的手術,從此成為可能。陰魂不散的比爾羅特魔咒此時才被徹底擺脫了,心外科一掃陰霾,飛速發展,手術適應證範圍不斷擴大。後來甚至出現過三個獨立的研究者,分別在幾乎相同的時期內發展了同一術式,由於無法確定究竟誰是第一個,學界只好把這一手術命名為Damus-Kaye-Stansel手術,排排坐吃果果,你們仨別囉嗦!而這一術式糾正的畸形又絕不簡單——單心室,也即只有2個心房一個心室,這不跟兩棲動物的蛤蟆一樣麼!由於這一手術太過複雜,本文就不再細說了。至今,心臟外科仍是極富挑戰且集中了最多前沿技術的外科分支之一,這一朵最年輕的外科之花,在經歷了無數淒風冷雨之後,終於可以在萬丈的霞光之中,精彩綻放。

第六章、尾聲

儘管心外科此後的發展仍不乏精彩的片段,可故事至此,似乎已可以告一段落,但這些拓荒者的事蹟留給我們的思考卻不應該就這麼早結束。

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在當時,來裡赫所取得的巨大成功,使得來明尼蘇達大學醫院的參觀學習者紛至沓來,這其中有一位來自南非開普敦的外科醫生剋裡斯提安‧巴納德(Christiaan Barnard,1922–2002),他在1967年12月3日的石破天驚之舉,再次續寫了心臟外科的輝煌:人類歷史上第一例同種異體心臟移植獲得成功。這也絕不會是一個尋常的故事……另外,必須要說明的是,人工心肺體外循環這一技術,至今雖已相當成熟,但遠非盡善盡美,更非絕對安全,併發症如中風,凝血功能障礙,對血液成份的破壞等,促使外科醫生開始考慮使用體外循環之外的替代方案,這又將是另一番堅苦卓絕征程了。

我必須要說明的是,這段時期裡對心外科的發展起過重要貢獻的人,絕不僅僅是我在文中提到的幾位,只不過為了方便敘事集中線索,不得不忍痛割愛了一些人物,甚至已經提到的這些大師,由於同樣的原因,也未能將其全部貢獻徹底展開。

以哈肯為例,此人除了在二戰中連續為130個在戰鬥中負傷的士兵取出心臟彈片,嘗試進行心臟閉式手術,為心外科的發展做出了必要的前期鋪墊這一貢獻而外,他還是世界上提出重症監護(intensive care)這一理念的第一人,並建立了世界上第一個重症監護室(intensive care unit,ICU),而今ICU早已遍地開花,成為衡量一所醫院綜合實力的重要指標。ICU的創建,極大提高了重症救護的質量,每年全世界因之而獲得新生的病人難以數計。

我們不妨對這一時期的重要事件進行一下簡單的梳理。1938年格羅斯成功地完成了對動脈導管未閉的結紮,為其贏得了巨大榮譽;但由於其忽略塔西格理論的價值所在,使得塔西格轉而和布萊洛克聯手於1944年確立了B-T分流術,是為心臟手術的破冰之舉,而這一術式得以創立的重要因素之一,居然是由於布萊洛克沒能成功地建立肺動脈高壓的動物模型。在1940年代中期B-T分流術一枝獨秀,許多人前來參觀學習,比奇洛創新的激情在此被點燃,發展了低溫的理念;而他在學術會議上的實驗報告又啟發了劉易斯,使後者得以在低溫的手段下完成了人類歷史上第一次心內直視的手術;從封閉手術到直視下從容細緻的心臟外科時代,低溫扮演著重要的橋樑角色;而且,中度低溫的應用,心臟停跳的誘導,深低溫下阻斷循環也為體外循環的使用留下了寶貴的遺產。而在低溫手段在心臟外科方面已取得優異的初步戰果,很多外科醫生駐足不前的情況下,吉本卻在重重困難之下,歷盡二十年辛苦,為心外科的發展,邁出了至為關鍵的一步——將人工心肺機帶入了臨床實踐。

雖然,體外循環機的最終確立應用是由來裡赫和柯克林等人完成的,雖然所有文中提到的人物都在這一歷史進程當中發揮了重要作用,但筆者仍然認為,若以功勞大小計,吉本是當之無愧的第一功臣。

吉本作為一個外科醫生,最大的與眾不同之處在於他對理論思維的追求,他認為在現代要做一個傑出的外科學家,科學的頭腦、紮實的理論基礎、廣泛的新知識,是比靈巧的雙手更為重要的成功因素。對基礎學科知識的廣泛涉獵,使他高屋建瓴,能夠敏銳地發現當代醫學所面臨的最關鍵的挑戰。惟其如此,吉本才能在對個人而言漫長的、近20年的時間裡愈挫愈奮,默默地承受著世人的誤解、諷刺和打擊,成就了這樣一番開拓性的偉業。

他的悲劇性在於,由於時代的侷限,他第一次手術的成功並沒有很快得到認可,學術界也並沒有將其宣佈為一重要事件——其重要性是後來逐步呈現的。我們現在知道該成就作為外科及醫學上的一大進展足以和麻醉及抗生素的出現相提並論。多年以後,當諾貝爾獎金委員會請 Clarence Dennis 與 Jonathan Rhoads兩位教授提交醫學獎金候選者名單時, 兩人不約而同都提吉本為候選人。這一獎項對吉本來說真的應該是名至實歸,但遺憾的是吉本已於1973 年2 月5 日逝世,委員會以授獎於死者未有先例為由,拒絕接納。如此重大的醫學領域上的成就竟與這麼重要的「炸藥獎」失之交臂,誠屬一大憾事。但是我想,縱使吉本泉下有知,他也未必會為自己沒能獲得這個勞什子「炸藥獎」而有太多遺憾,畢竟,由他開創的事業後繼有人,這一技術終於走向成熟,大量的病人因此獲救,這些,已足以讓這位居功至偉的無冕之王含笑九泉了吧。

但是,這些遺憾也說明,心臟外科這種極具挑戰性的探索,是不大可能由一到兩個天才就可以完成的,也注定了其過程是不會一帆風順的。吉本嘔心瀝血二十餘年,中途因連續的挫敗而易幟,使得來裡赫和柯克林嶄露頭角,這也許恰如格羅斯錯過了塔西格理論,而比奇洛止步於低溫措施,這種看似機緣巧合的遺憾,背後卻乎隱含著某種必然的歷史邏輯——心外科的發展史注定了將是群星閃耀,不容爾等尊榮獨享。

來裡赫亦是筆者十分欽佩的人物,似乎除「天才」二字之外無以形容其卓越,他的成功與其說是由於其不懈的努力和幸運,倒不如說因為他那敏銳的直覺或者說是對事物本質的深刻洞察力,誠然這種洞察力常常得益於對前人思維方式的突破,但這絕對是一種似乎與生俱來的高級的創造性思維能力——那些頭緒紛繁表面上看來無法解決的難題,其背後往往隱藏一個異常簡單的解決方法。也許只有來裡赫這樣的天才,在能當時軍心動搖一片悲觀的嚴峻形勢下,以「交叉循環」這一近乎瘋狂的天才構想扭轉乾坤,中興殘局。除了在前面提到的貢獻而外,他還對心臟起搏器的更新起到了極關鍵的作用,並一手成就了赫赫有名的美敦力公司的創業傳奇(關於心臟起搏器及美敦力公司的故事,我可能會在日後詳細寫)。

但即使天才如來裡赫,當其回顧心內直視手術起源時,情緒上仍不免帶有強烈的時代印記:

無數的失敗,失望,挫折和障礙,天然的,人為的。唯一的解決辦法是混合了堅持和固執的信念。

(There were innumerable failures, disappointments, frustrations, and obstacles-nature’s as well as man’s. The only solution was a mixture of persistence and stubbornness.)

全文完。

作者聲明:未經授權,禁止任何形式的轉載。 

PS:如有續集,純屬正常。目前完成的這部分文字,已被讀庫收稿,待該期出刊時,喜歡此文兼喜歡讀庫的讀者可予收藏。

關於本文

轉載於科學松鼠會 外科之花的艱難綻放系列,作者李清晨

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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征服極端低溫!具有超強耐寒能力的細菌:冷紅科爾韋氏菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/10 ・1718字 ・閱讀時間約 3 分鐘

  • Colwellia psychrerythraea 
  • 冷紅科爾韋氏菌
  • 形狀:小桿狀
  • 顏色:淺紅色
  • 長:2.5 至 3.5 微米
  • 直徑:0.5 微米
  • 前進:使用鞭毛
冷紅科爾韋氏菌。圖/《細菌群像》。

攝氏 –196 度的世界

據當今研究結果所知,在生命出現的早期,地球上炎熱期與冰凍期交互出現,前者平均溫度可達攝氏五十度,後者溫度可低至地表完全凍結。火山爆發及隕石和小行星的撞擊,使地球溫度升高,經由化學反應及後來出現的生物反應消耗大氣層中的二氧化碳,又使地表變冷凍結。

對大多數的生物來說,今日地球是個既濕又冷的家。地表面積超過百分之七十全是海洋,其中三分之二又是寒冷的深海帶,終年溫度只有攝氏二至三度。地表上所有水域裡,淡水僅占百分之二點五,溫度卻也沒有太大差別:百分之九十的淡水,都儲存在極地冰塊及散布地球各處的冰河裡。

自人類開始定時測量並記錄溫度後,最低溫的紀錄是在南極測得的攝氏零下八十九點二度,不過那裡的溫度也從未上升到比結冰點還高。比較重要的是,有些地方雖有溫暖期,但在夜間或冬天會變得異常寒冷,像亞洲一些地方最高溫可達攝氏四十九度,但低溫時也會降到零下五十度。因此不難想像,為何這麼多的細菌都具有高溫差環境的適應力。

所有在低溫環境仍然活躍的細菌中,冷紅科爾韋氏菌特別引人注目:這種微生物在攝氏零下十度還可四處遊走,在攝氏零下二十度還能繼續生長分裂繁殖。甚至在攝氏零下一百九十六度超低溫環境,研究人員還可觀察到其新陳代謝的運作。

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冷紅科爾韋氏菌能在液態氮(這可是能將花朵瞬間凍成易碎玻璃的物質)中將胺基酸吸收並用來組成自己的細胞。此特性要歸功於它的保暖聚合物及在細胞外作用的酵素,讓它被包覆在網狀的分子結構裡,就像穿了一件毛衣,保護其免於水分形成整齊的冰晶結構。耐寒細菌的細胞壁結構類似液晶,在極冷和高壓下仍然可以保持液態,這也解釋了為何它同時也耐高壓。

掌握低溫生物技術

科爾韋氏菌屬發現於一九八八年,發表研究結果的作者建議以美國微生物學家麗塔.科爾韋(Rita Colwell)之名來命名,以示敬意。科爾韋生於一九三四年,在一九六○年代發現沿海水域有霍亂弧菌,而且常寄生在以藻類為食的浮游性橈腳類[1]動物上。

在氣候溫暖或養分過剩導致藻類大量繁殖時,就會吸引這些細小的甲殼類動物前來,細菌也就隨之而來。科爾韋發現這項事實後,立即成立安全用水供應網,設法以盡可能簡單的工具,例如自造的過濾器,防止因飲用水造成的傳播感染。

此後,她還與其他伙伴一起創立 CosmosID 公司,以期快速檢驗出環境樣本中的細菌。為了向她致敬,南極一座山塊[2]就以她的名字命名。冷紅科爾韋氏菌的種小名 psychrerythraea,則由希臘文 psychros(冷)及拉丁文 erythraeus(紅色)組成,因這個細菌嗜寒並含有紅色色素。

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科爾韋氏菌被應用於許多生物技術上。圖/envatoelements

冷紅科爾韋氏菌也可以在無氧的環境中存活,還可利用各種結構簡單或結構複雜的有機化合物做為養分。由於這種細菌能分解很多種含氮化合物,甚至還能利用硫來產能,因此相當適合利用它在寒冷地區處理環境污染問題。

除此之外,此種細菌也可能促進新疫苗的發明。科學家將病原菌重要的代謝基因替換成冷紅科爾韋氏菌的代謝基因,得到以下結果:病原菌在低溫下正常生長,但在常溫時停止生長,細胞逐漸死亡。這種弱化後的病原菌可用在活體疫苗,使身體在不受危害的狀況下產生足夠的免疫力。此法已在動物實驗中證實可行。

註解

  • [1] Copepoda,橈腳類或譯橈足類,海洋中數量眾多的一群甲殼動物。
  • [2] massif,又稱地塊,地質學中的一個結構單元,比構造板塊要小。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

麥田出版_96
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低溫也是一種過敏源?寒冬外出小心「寒冷性蕁麻疹」
careonline_96
・2021/12/14 ・1470字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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天氣冷颼颼!想賞雪追雪小心危「肌」重重

12 月份氣溫驟降,過敏一族在這時候精神特別緊繃,特別是「寒冷性蕁麻疹」患者更容易因為未注意保暖,導致蕁麻疹發作。

其中「寒冷性蕁麻疹」屬於物理性慢性蕁麻疹,此類蕁麻疹患者通常對「低溫」敏感,只要稍微接觸如雪、冰水、冷空氣亦或是短時間內室內至室外溫度急速下降,即會產生風疹塊,導致全身紅腫、灼熱、發癢,嚴重時喉嚨和舌頭腫脹會影響呼吸,甚至少部分患者可能會引起全身性過敏反應而暈倒、心跳加速、血壓降低,皆會有危及生命的可能。

寒冷性蕁麻疹

 曾有位罹患「寒冷性蕁麻疹」男童,在學校上游泳課時因水溫較低,才剛跳進水中便馬上引發蕁痲疹,導致全身上下都佈滿紅色膨疹,隨後連呼吸道也跟著腫起來,幸好迅速就醫,症狀才穩定下來。

卓玉麗皮膚專科診所院長卓玉麗醫師建議「寒冷性蕁麻疹」患者除了需定時服藥,最好在知道會遇到冷因子一至兩小時前先服用抗組織胺藥物,同時也做好保暖、避免室內外溫差,冰水、冰冷食物等也需忌口,特別是冬季追雪活動盛行,也建議「寒冷性蕁麻疹」患者應避免前往。

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寒冷性蕁麻疹的治療與預防

 卓玉麗醫師表示目前蕁痲疹的治療以「新型第二代抗組織胺」為主,過往傳統的第一代抗組織胺藥物,雖可有效止癢、並阻止微血管擴張,但時常會造成口乾舌燥、嗜睡、頭昏無力等狀況,少部分患者甚至會出現視力模糊等副作用,雖為短效型藥物但其副作用在少數患者體內可能會持續很長時間,嚴重影響患者日常生活,使服藥順從性降低導致無法有效改善症狀。

以卓玉麗醫師的門診經驗來看,「新型第二代抗組織胺」其副作用發生機率大約只有百分之一,不僅有效改善因為第一代藥物引起的嗜睡、疲倦、注意力不集中等問題,更重要的是對於肝腎功能不佳的患者也不需減少劑量,為目前安全性高的藥物,且藥效在 1 小時內便能夠達到治療效果,並可持續 24 小時,減少患者的服藥次數,事半功倍。

根據臺灣皮膚科醫學會新版診治共識指示,如一般藥物治療仍無法讓病人症狀得到控制,即可將抗組織胺藥物最高調至四倍用量,若調高藥物劑量二至四週後仍然無法改善症狀,即可考慮使用生物製劑或免疫調節劑進行治療。卓玉麗醫師提及現今的治療流程簡明扼要,且因新一代藥物的發現及投入市場,使得蕁麻疹的控制更為有效。

除了配合醫師處方外,也提醒寒冷性蕁麻疹的患者千萬不要只在有症狀時才服藥,不僅無法控制症狀還會使先前的治療前功盡棄,必須將蕁麻疹看成是慢性病一樣治療,有耐心、信心配合醫囑長期服藥,方可穩定控制。

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