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局部麻醉及古柯鹼

蘇 上豪
・2014/01/13 ・3365字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

李先生是位「末期腎病變」(俗稱的尿毒症)的患者,最近這半年來,因為他手上用以「血液透析」(俗稱的洗腎)的動靜脈瘻管老是出問題,已反覆接受了我三次的外科手術治療。

這類手術的原因通常是來自動靜脈瘻管的老舊以及使用頻繁而造成(一年大概要接受三百六十次以上的穿刺)。外科醫師經常要將沒有搏過的動靜脈瘻管切開,將其中的血栓盡量清除乾淨,除此之外,大部分的病人還得在之後接受汽球擴張術──將動靜脈瘻管裡引發栓塞的狹窄部位用汽球擴大,避免栓塞再度發生。

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動靜脈瘻管示意圖。圖/By BruceBlaus. “Blausen gallery 2014”. Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762. – Own work, CC BY 3.0, wikipedia.

聽起來這樣的手術似乎很恐怖,但是熟練的外科醫師通常只要在「局部麻醉」的幫忙下就可以完成,並不需要繁瑣的氣管內插管及全身麻醉的輔助。

不過,替李先生手術卻令我印象十分鮮明及深刻。

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李先生是一位十分緊張又非常怕痛的病人,每次在施打局部麻醉前,不只他的呼吸會急促,心跳會加快,監測器上的血壓更會不正常飆高,尤其奇怪的是,我還可以在他的皮膚上看到泛起的「雞皮疙瘩」,不過這都不是最恐怖的。

當我把針頭扎進他的皮膚時,我可以看到電影【驚聲尖叫】裡的場景──歇斯底里的叫喊,加上類似痙攣的身體抖動。還好手術室的燈光一直非常明亮穩定,沒有閃爍不定,否則你一定會以為我是「開膛手傑克」或是「疤面煞星」。

如果你以為這是手術中最慘烈的部分,那你可就錯了。替李先生手術令我印象最深刻的部分並非他有如「鬼哭神號」般的叫聲及悲壯的場面,而是他對於接受局部麻醉的用量及代謝速率。

通常外科醫師只要幾C.C.的局部麻醉劑就可以讓病患接受無痛的小範圍手術,而且它的效用可以持續一個小時以上。但是要割開李先生的皮膚需要用到平常人二到三倍的藥劑,不只如此,我發現不到一刻鐘的工夫,它的功用就慢慢失去效力。

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麻醉醫師。圖/By U.S. Navy photo by Photographer’s Mate 2nd Class Jeffrey Russell, Public Domain, wikipedia.

第一次替李先生做手術時我還不明就裡,以為是糊塗的護理人員誤把「生理食鹽水」遞給我當麻醉劑使用,為此竟然還賞給她幾個白眼。直到我後來親自抽取麻醉藥注射時,才驚覺箇中蹊蹺,知道我錯怪了別人。

仔細詢問李先生之後,才知道他為了減低動靜脈瘻管的針扎之痛,接受洗腎這十幾年的光景,每次洗腎前,他都會在下針部位塗上一層厚厚的止痛軟膏。因此,局部麻醉對他而言已逐漸失去應有的效力,以至於他需要更高的劑量才能達到和一般人相同的效價。

李先生的情形在藥理學上稱為「Tolerance」,意即他對局部麻醉的「耐受性」已經增加,如果要達到常人一樣的藥效,他使用的劑量會比較高,而且代謝的時間也相對較快。

聽到我這樣的解釋你可能會覺得似曾相識,好像在哪裡看到相同的狀況?假設你腦筋動得快,沒錯,就是「毒蟲」的身上可以發現。對藥物的「耐受性」增加是「成癮(Addiction)」的必要條件之一,不過是否有「成癮」或「濫用(Abuse)」,還要觀察使用者對該藥物是否有所謂「依賴性(dependency)」的情形來決定。

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「蘇醫師,我對局部麻醉是否上癮了?」在第三次替李先生手術時,他終於忍不住問我了。

「不是啦!你這是長期使用局部麻醉軟膏的結果,造成你對它的代謝速度增加,如果你試著少用點,那慢慢就不會有這種情況發生……」

我一面手術一面安撫李先生,深怕有什麼不得體的言論刺激到他。原本要向他講個有關「局部麻醉」的歷史故事,但最後還是忍了下來──因為他生性緊張,如果聽到我說的故事而會錯意,那豈不又製造了另一個恐慌。

會有這樣的想法不是空穴來風,現今使用的局部麻醉劑叫「Lidocaine」,是在一九五○年代左右合成的藥劑,目的是在取代惡名昭彰的「古柯鹼(Cocaine)」。因為在十九世紀末期開始,從古柯葉提煉出的古柯鹼一直都是外科醫師在做局部手術時的最愛,直到它的副作用造成惱人的藥物成癮與濫用之後,它才被列為禁藥不准使用。

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為何古柯鹼能夠成為外科手術中「局部麻醉」的寵兒?如果想追根究底,就不得不在歷史的事件裡去看它崛起的經過,你會發現,它是兩位名醫推波助瀾的結果,而且也很不幸,這兩位名醫最後都成為古柯鹼的愛好者,以及毒品濫用的犧牲者。

古柯鹼是古柯葉的萃取物,它是南美洲特有的植物。雖然人類的考古發現,在五千年前的厄瓜多爾地區已有人類使用它的證據,但書面的相關文獻卻要等到「大航海時代」,哥倫布等探險家登陸美洲之後才陸續出現。

在西班牙的法蘭西斯可‧皮羅(Francisco Pizarro’s)征服印加帝國之前(約西元一五三三年),僅有零星的書信往來敘述到有關南美洲土著使用古柯葉的紀錄。最先提到古柯葉的人是跟隨西班牙探險家阿隆索‧德‧奧赫達(Alonso de Ojeda)造訪南美洲的旅遊作家Florentine Amerigo Vespucci。他發現在今天委內瑞拉的瑪格麗特島(Island of Margarita)上的土著嚼食含有某種白色粉末的樹葉(據信這就古柯葉及貝殼粉調製的碳酸鈣,原理似乎和今天在臺彎嚼食檳榔的人要加石灰一樣,以增強檳榔提神的效用),只不過他沒有提到古柯葉的效用。

當然之後也有Pedro de Gasca及 Pedro Cieza de Leon兩人在書信中提到上述相同的情況,不過都不約而同提到了更生動的描述──他們發覺土著在嚼食了這種神奇的樹葉之後,不僅不會感到飢餓,力量也會變強,顯得更有男子氣概。

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在印加帝國滅亡之後,古柯葉的祕密才似乎有更多人做詳盡的紀錄,甚至當時兩位有名的醫師Nicolas Bautista Mondares Alfaro和Francisco Hernandez(西班牙皇帝菲利浦二世的御醫)將古柯葉及其種子帶回西班牙研究。

為什麼在印加帝國滅亡之後,研究古柯葉的人才逐漸多了起來?根據史學家的說法,原來嚼食古柯葉在印加帝國是貴族才能享用的特權,一般的民眾並沒有這樣的「福利」,直到帝國滅亡之後古柯葉在平民之間才流傳開來,讓外來客容易見識這種神奇的植物。

可惜十六世紀以降對於古柯葉的研究都只是皮毛,除了發覺它有提神及止痛的功能之外,並沒有人從事更深入的研究,以致對於它的了解停滯不前,直到在一八六○左右,它的主要成分「古柯鹼」被德國生化學家Albert Niemann萃取出來後才逐漸改變。

Coca Wine Advertisement古柯鹼被萃取之後,相關的麻醉作用研究多止於動物實驗,但很快人們就發現,古柯鹼是種很棒的提神劑,可以加在精油、噴鼻液(止牙痛滴劑,如圖一)、酒類(如圖二)及鼻菸裡,甚至早期的可口可樂的處方中含有微量古柯鹼。一般民眾都在討論使用它之後產生的「超能力」,以及它神奇地治療感冒、減輕鼻塞及令精神愉悅的神奇功能。

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至於古柯鹼能應用於醫療的局部麻醉,還要拜心理學大師佛洛依德向眼科醫師卡爾‧柯勒(Carl Koller)的建議。因為他發現此藥可以引起黏膜麻痺的效果,所以將此發現分享給柯勒。

柯勒接受了佛洛依德的建議,成功完成了幾次利用古柯鹼做為局部麻醉的眼科手術,並且在一八八四年九月十五的海德堡眼科大會中發表,至此柯勒逐漸蜚聲國際,讓其他科醫師開始也跟著使用古柯鹼溶液做為局部手術的麻醉藥。

這股風潮很快吹到美國,結果美國外科界的傳奇人物霍斯德醫師,也就是約翰霍普金斯醫院的外科創辦人,跟著開始對它的廣泛研究。

精通神經解剖的霍斯德首先在數十個醫學院學生身上展開測試,有系統地在手臂、腿、臉的神經上注射,成功地讓這些被神經支配的部位造成麻木感,失去痛覺。不過他同時也發現,高濃度的古柯鹼會有令人發昏、意識迷惑、盜汗、瞳孔放大等等副作用,因此他也藉此調低濃度,以達到最大的麻醉效果,讓它和副作用之間取得平衡。

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不斷測試與實驗讓霍斯德累積相當多的經驗,使得他能夠用比別人濃度低的古柯鹼溶液做局部麻醉,完成了上千例的門診手術。同時他更難能可貴指導了牙齒醫師在口腔附近的神經節施打局部麻醉,讓牙科的處置不需用在乙醚或笑氣等等的全身麻醉下施行,避免了它們造成不適的術後難過症狀。

故事寫到這裡必須要有個中斷,因為鑑於古柯鹼有害人體的副作用,以及無數人因為它造成的「濫用」情形,美國政府不得不在一九一四年將古柯鹼列為禁藥,同時禁止它在醫療上使用,才將局部麻醉的研究打回原形,直到Lidocaine被合成後,才又開始了另一個新紀元。

同時,令人洩氣的是,「古柯鹼使用的提倡者」佛洛依德,以及在局部麻醉上使用古柯鹼很有心得的霍斯德醫師,兩人因為捨不得古柯鹼帶來的欣快感,雙雙變成毒蟲,終身毒癮纏身,無法自拔。

你是否也被嚇出一身冷汗?相信你一定了解我為何不敢把上述的故事講給李先生聽,我可不敢想像,他會錯意的時候,恐怕又會有驚聲尖叫跳下手術檯、落荒而逃的情形發生!

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蘇 上豪
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高雄人。1985年進入國防醫學院醫學系就讀,在繁忙的課業之餘從事文藝創作,曾連續獲得國防醫學院「源遠文學獎」1988及1989年小說獎第一名。 2010年起,受邀於網路「散文專欄作家交流平臺」,以「島國良民」為筆名,透過簡短的故事,發表有關醫學的科普散文迄今。現為臺北市博仁綜合醫院心臟血管外科主任。著有《開膛史》

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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家人的處方藥可以吃嗎?注意用藥安全,避免成癮!
careonline_96
・2024/07/03 ・876字 ・閱讀時間約 1 分鐘

每到考試前,小華總是緊張到睡不著覺。

「要不要來吃一顆媽媽的安眠藥呢?既然是醫師開的藥,應該很安全吧。」

「等等!千萬不可以擅自服用處方藥喔!」

出現頭痛、生理痛或失眠時,很多人會擅自服用家人的藥物。但是未經醫囑使用處方藥,可能發生危險,或因為產生生理及心理的依賴,而有成癮的風險。

成癮性處方藥多半為中樞神經抑制劑及中樞神經興奮劑,容易因為濫用而對心理、生理造成危害,且會影響家庭、工作與人際關係。所以必須經過醫師診斷,開立處方箋後才可領用,以確保用藥安全。

對藥物成癮後,便必須反覆使用,否則可能出現各種戒斷症狀,例如緊張、焦慮、易怒、厭食、失眠、打呵欠、注意力不集中等。若過量使用藥物,可能傷害身體,甚至導致死亡。

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根據聯合國毒品和犯罪問題辦公室的統計資料,處方藥濫用主要集中在青少年,其致死人數遠遠超過使用海洛因、古柯鹼等傳統非法毒品的致死人數。

日常生活中,如果出現頭痛、生理痛或失眠等狀況,請尋求醫師的協助,千萬不能隨意使用他人的藥物。

如果在使用藥物後,發現有疑似藥物成癮的狀況,一定要盡快就醫治療,脫離藥物依賴!

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careonline_96
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睡眠不足來杯咖啡?小心!這可能是個惡性循環——《人類文明》
天下文化_96
・2024/06/19 ・2251字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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咖啡因對大腦的影響

咖啡因是一種分子上的模仿大師。人類醒著的每一分鐘,腦中都會不斷增加腺苷(adenosine)這種化學物質,像是沙漏的沙子不斷累積,能夠告訴我們已經醒著多久,且會讓大腦運作逐漸放緩,創造出一種睡眠壓力,讓人體做好入眠的準備。所以醒著 12 個小時到 16 個小時,人就會感受到一種難以抗拒的誘惑,想回臥室躺著進入夢鄉。

然而,咖啡因的分子結構十分類似腺苷,能夠搶先一步與腺苷的受體結合,卻不會活化受體;這樣一來,反而是對這些腺苷受體形成一種化學封鎖。所以,只要你的腦中有大量咖啡因,腺苷就無法與受體結合,難以傳遞正常的訊號咖啡因就是靠著這種藥理作用來抑制睡意,使大腦保持警覺與專注。雖然腺苷依然不斷在大腦中堆積,只不過所發出的訊號就這樣被咖啡因給堵住了。但是,等到身體分解了咖啡因,腺苷就會宛如大壩潰堤,讓人感受到沛不可擋的睏意——這就是可怕的咖啡因崩潰(caffeine crash)。

植物合成咖啡因,原本是做為一種天然的殺蟲劑,避免葉子或種子遭到啃食,甚至還能殺死昆蟲。但奇怪的是,像是包括幾種咖啡類與柑橘類植物在內,有些植物的花蜜也含有咖啡因,花蜜原本該是用來吸引昆蟲授粉的。實驗結果顯示,咖啡因能夠增強蜜蜂的嗅覺學習能力,讓蜜蜂更能記得這些花的氣味,於是不斷回訪這些有著咖啡香氣的花朵。也就是說,這些植物等於是讓蜜蜂吸了興奮劑,引誘它們成為自己忠實的授粉者;可以說,正是咖啡因讓蜜蜂願意不斷嗡嗡嗡上工。

研究顯示,咖啡因是蜜蜂的興奮劑,可以讓他們願意不斷嗡嗡嗡上工。圖/envato

咖啡因的另一個作用是增加依核裡的多巴胺濃度,同時也會提高多巴胺受體的敏感性。這會刺激我們前面提過的中腦邊緣報償路徑,讓人在喝到一杯好茶或咖啡的時候,感受到愉悅的好心情;但也會讓人上癮。人類之所以愛喝咖啡或茶之類的飲料,是因為這能夠刺激大腦、抑制睡意;而且只要一開始喝了,就會因為咖啡因成癮而讓人維持這樣的習慣。於是回過頭來,我們就看到咖啡因對歷史產生了長久的影響。

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在啟蒙時代,咖啡在歐洲咖啡館裡刺激了知識份子的思想與話語;到了不斷變化的工業時代,則是茶讓英國工人階級的身心得以調適。工業革命淘汰了像是編織、打鐵這些傳統工藝,以龐大的機器加以取代。從煤氣燈到電燈泡,各種人造光源讓工廠開始能夠一路運作到深夜。而咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡,維持清醒專注,連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。茶裡面加的糖也能提供熱量,讓人在長時間的輪班期間維持體力。咖啡因就這樣將工人變成了更好的零件,更能配合那些永遠不知疲倦為何物的鋼鐵機器。

〔附注:出於類似的原因,戰爭時期的軍隊也會運用各種精神藥物。像是希特勒速度驚人的閃電戰,先是在 1939 年 9 月橫掃波蘭,接著在 1940 年初攻下法國與比利時。這一方面靠的當然是德意志國防軍裝甲師的機動性,坦克既配備了無線電裝置用於協調,還能得到德意志空軍轟炸機的空中支援。但另一方面,這項成功的背後還有另一項技術的支援:靠著合成興奮劑「甲基安非他命」(methamphetamine,分子結構類似腎上腺素),德軍能夠戰得更猛更久,而不會感覺精神倦怠或身體疲勞。安非他命的化學作用讓人進入高度警覺狀態,也大大提升了自信與攻擊性。閃電戰的成功,靠的其實也是部隊嗑了藥。就連希特勒本人也同時混打多種藥物(古柯鹼、甲基安非他命、睪固酮),提供作戰指揮時的體力。〕

咖啡因不但能讓工人在單調無趣的工廠環境裡,維持清醒專注,連那些營養不良造成的飢餓感也能一併排除。圖/envato

所以講到工業革命,工廠與磨坊的動力靠的是蒸汽機,但如果是操作機器的工人,靠的燃料就是東印度公司帶來的茶葉、加上來自西印度群島的糖。於是,茶的歷史深深植根於對勞工的剝削——從印度的茶園、加勒比海的甘蔗栽培園、再到英國的工廠,都壓榨著這些工人所有清醒的時分。

如今,若想要控制我們的睡眠清醒週期(sleep-wake cycle),咖啡因仍然是一項重要工具。這個科技社會的步調太過急促,不允許我們被動順應自己的生物時鐘,得主動加以調整,適應數位時鐘的要求。而很多人靠的就是自行攝取咖啡因,在每天上班途中把自己叫醒、讓自己能在辦公桌前熬夜趕工,或是在長途飛行後,把生理時鐘同步到新的時區。很多咖啡因成癮者都能自己調整這種藥物的劑量,一方面巧妙發揮咖啡因的正面作用,讓自己更能面對現代世界對專注力的需求,另一方面也能避免過度攝入造成的負面作用,像是焦躁不安、心跳加速、胃部不適。

然而,咖啡因雖然讓我們得以抑制大腦發出的睡意訊號,卻也成了現代人常常睡眠不足的一大主因。咖啡和茶就這樣和人類玩著兩面手法:我們喝咖啡和茶,是為了緩解長期的嗜睡;但造成這種情形的元凶也正是咖啡因。事實上,我們早上會想趕快來杯咖啡,讓腦子清醒一點、或是提振精神,很多時候其實是在緩解一夜難眠的戒斷症狀。

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——本文摘自《人類文明:生物機制如何塑造世界史》,2024 年 05 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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局部麻醉及古柯鹼
蘇 上豪
・2014/01/13 ・3365字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

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李先生是位「末期腎病變」(俗稱的尿毒症)的患者,最近這半年來,因為他手上用以「血液透析」(俗稱的洗腎)的動靜脈瘻管老是出問題,已反覆接受了我三次的外科手術治療。

這類手術的原因通常是來自動靜脈瘻管的老舊以及使用頻繁而造成(一年大概要接受三百六十次以上的穿刺)。外科醫師經常要將沒有搏過的動靜脈瘻管切開,將其中的血栓盡量清除乾淨,除此之外,大部分的病人還得在之後接受汽球擴張術──將動靜脈瘻管裡引發栓塞的狹窄部位用汽球擴大,避免栓塞再度發生。

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動靜脈瘻管示意圖。圖/By BruceBlaus. “Blausen gallery 2014”. Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762. – Own work, CC BY 3.0, wikipedia.

聽起來這樣的手術似乎很恐怖,但是熟練的外科醫師通常只要在「局部麻醉」的幫忙下就可以完成,並不需要繁瑣的氣管內插管及全身麻醉的輔助。

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不過,替李先生手術卻令我印象十分鮮明及深刻。

李先生是一位十分緊張又非常怕痛的病人,每次在施打局部麻醉前,不只他的呼吸會急促,心跳會加快,監測器上的血壓更會不正常飆高,尤其奇怪的是,我還可以在他的皮膚上看到泛起的「雞皮疙瘩」,不過這都不是最恐怖的。

當我把針頭扎進他的皮膚時,我可以看到電影【驚聲尖叫】裡的場景──歇斯底里的叫喊,加上類似痙攣的身體抖動。還好手術室的燈光一直非常明亮穩定,沒有閃爍不定,否則你一定會以為我是「開膛手傑克」或是「疤面煞星」。

如果你以為這是手術中最慘烈的部分,那你可就錯了。替李先生手術令我印象最深刻的部分並非他有如「鬼哭神號」般的叫聲及悲壯的場面,而是他對於接受局部麻醉的用量及代謝速率。

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通常外科醫師只要幾C.C.的局部麻醉劑就可以讓病患接受無痛的小範圍手術,而且它的效用可以持續一個小時以上。但是要割開李先生的皮膚需要用到平常人二到三倍的藥劑,不只如此,我發現不到一刻鐘的工夫,它的功用就慢慢失去效力。

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麻醉醫師。圖/By U.S. Navy photo by Photographer’s Mate 2nd Class Jeffrey Russell, Public Domain, wikipedia.

第一次替李先生做手術時我還不明就裡,以為是糊塗的護理人員誤把「生理食鹽水」遞給我當麻醉劑使用,為此竟然還賞給她幾個白眼。直到我後來親自抽取麻醉藥注射時,才驚覺箇中蹊蹺,知道我錯怪了別人。

仔細詢問李先生之後,才知道他為了減低動靜脈瘻管的針扎之痛,接受洗腎這十幾年的光景,每次洗腎前,他都會在下針部位塗上一層厚厚的止痛軟膏。因此,局部麻醉對他而言已逐漸失去應有的效力,以至於他需要更高的劑量才能達到和一般人相同的效價。

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李先生的情形在藥理學上稱為「Tolerance」,意即他對局部麻醉的「耐受性」已經增加,如果要達到常人一樣的藥效,他使用的劑量會比較高,而且代謝的時間也相對較快。

聽到我這樣的解釋你可能會覺得似曾相識,好像在哪裡看到相同的狀況?假設你腦筋動得快,沒錯,就是「毒蟲」的身上可以發現。對藥物的「耐受性」增加是「成癮(Addiction)」的必要條件之一,不過是否有「成癮」或「濫用(Abuse)」,還要觀察使用者對該藥物是否有所謂「依賴性(dependency)」的情形來決定。

「蘇醫師,我對局部麻醉是否上癮了?」在第三次替李先生手術時,他終於忍不住問我了。

「不是啦!你這是長期使用局部麻醉軟膏的結果,造成你對它的代謝速度增加,如果你試著少用點,那慢慢就不會有這種情況發生……」

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我一面手術一面安撫李先生,深怕有什麼不得體的言論刺激到他。原本要向他講個有關「局部麻醉」的歷史故事,但最後還是忍了下來──因為他生性緊張,如果聽到我說的故事而會錯意,那豈不又製造了另一個恐慌。

會有這樣的想法不是空穴來風,現今使用的局部麻醉劑叫「Lidocaine」,是在一九五○年代左右合成的藥劑,目的是在取代惡名昭彰的「古柯鹼(Cocaine)」。因為在十九世紀末期開始,從古柯葉提煉出的古柯鹼一直都是外科醫師在做局部手術時的最愛,直到它的副作用造成惱人的藥物成癮與濫用之後,它才被列為禁藥不准使用。

為何古柯鹼能夠成為外科手術中「局部麻醉」的寵兒?如果想追根究底,就不得不在歷史的事件裡去看它崛起的經過,你會發現,它是兩位名醫推波助瀾的結果,而且也很不幸,這兩位名醫最後都成為古柯鹼的愛好者,以及毒品濫用的犧牲者。

古柯鹼是古柯葉的萃取物,它是南美洲特有的植物。雖然人類的考古發現,在五千年前的厄瓜多爾地區已有人類使用它的證據,但書面的相關文獻卻要等到「大航海時代」,哥倫布等探險家登陸美洲之後才陸續出現。

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在西班牙的法蘭西斯可‧皮羅(Francisco Pizarro’s)征服印加帝國之前(約西元一五三三年),僅有零星的書信往來敘述到有關南美洲土著使用古柯葉的紀錄。最先提到古柯葉的人是跟隨西班牙探險家阿隆索‧德‧奧赫達(Alonso de Ojeda)造訪南美洲的旅遊作家Florentine Amerigo Vespucci。他發現在今天委內瑞拉的瑪格麗特島(Island of Margarita)上的土著嚼食含有某種白色粉末的樹葉(據信這就古柯葉及貝殼粉調製的碳酸鈣,原理似乎和今天在臺彎嚼食檳榔的人要加石灰一樣,以增強檳榔提神的效用),只不過他沒有提到古柯葉的效用。

當然之後也有Pedro de Gasca及 Pedro Cieza de Leon兩人在書信中提到上述相同的情況,不過都不約而同提到了更生動的描述──他們發覺土著在嚼食了這種神奇的樹葉之後,不僅不會感到飢餓,力量也會變強,顯得更有男子氣概。

在印加帝國滅亡之後,古柯葉的祕密才似乎有更多人做詳盡的紀錄,甚至當時兩位有名的醫師Nicolas Bautista Mondares Alfaro和Francisco Hernandez(西班牙皇帝菲利浦二世的御醫)將古柯葉及其種子帶回西班牙研究。

為什麼在印加帝國滅亡之後,研究古柯葉的人才逐漸多了起來?根據史學家的說法,原來嚼食古柯葉在印加帝國是貴族才能享用的特權,一般的民眾並沒有這樣的「福利」,直到帝國滅亡之後古柯葉在平民之間才流傳開來,讓外來客容易見識這種神奇的植物。

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可惜十六世紀以降對於古柯葉的研究都只是皮毛,除了發覺它有提神及止痛的功能之外,並沒有人從事更深入的研究,以致對於它的了解停滯不前,直到在一八六○左右,它的主要成分「古柯鹼」被德國生化學家Albert Niemann萃取出來後才逐漸改變。

Coca Wine Advertisement古柯鹼被萃取之後,相關的麻醉作用研究多止於動物實驗,但很快人們就發現,古柯鹼是種很棒的提神劑,可以加在精油、噴鼻液(止牙痛滴劑,如圖一)、酒類(如圖二)及鼻菸裡,甚至早期的可口可樂的處方中含有微量古柯鹼。一般民眾都在討論使用它之後產生的「超能力」,以及它神奇地治療感冒、減輕鼻塞及令精神愉悅的神奇功能。

至於古柯鹼能應用於醫療的局部麻醉,還要拜心理學大師佛洛依德向眼科醫師卡爾‧柯勒(Carl Koller)的建議。因為他發現此藥可以引起黏膜麻痺的效果,所以將此發現分享給柯勒。

柯勒接受了佛洛依德的建議,成功完成了幾次利用古柯鹼做為局部麻醉的眼科手術,並且在一八八四年九月十五的海德堡眼科大會中發表,至此柯勒逐漸蜚聲國際,讓其他科醫師開始也跟著使用古柯鹼溶液做為局部手術的麻醉藥。

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這股風潮很快吹到美國,結果美國外科界的傳奇人物霍斯德醫師,也就是約翰霍普金斯醫院的外科創辦人,跟著開始對它的廣泛研究。

精通神經解剖的霍斯德首先在數十個醫學院學生身上展開測試,有系統地在手臂、腿、臉的神經上注射,成功地讓這些被神經支配的部位造成麻木感,失去痛覺。不過他同時也發現,高濃度的古柯鹼會有令人發昏、意識迷惑、盜汗、瞳孔放大等等副作用,因此他也藉此調低濃度,以達到最大的麻醉效果,讓它和副作用之間取得平衡。

不斷測試與實驗讓霍斯德累積相當多的經驗,使得他能夠用比別人濃度低的古柯鹼溶液做局部麻醉,完成了上千例的門診手術。同時他更難能可貴指導了牙齒醫師在口腔附近的神經節施打局部麻醉,讓牙科的處置不需用在乙醚或笑氣等等的全身麻醉下施行,避免了它們造成不適的術後難過症狀。

故事寫到這裡必須要有個中斷,因為鑑於古柯鹼有害人體的副作用,以及無數人因為它造成的「濫用」情形,美國政府不得不在一九一四年將古柯鹼列為禁藥,同時禁止它在醫療上使用,才將局部麻醉的研究打回原形,直到Lidocaine被合成後,才又開始了另一個新紀元。

同時,令人洩氣的是,「古柯鹼使用的提倡者」佛洛依德,以及在局部麻醉上使用古柯鹼很有心得的霍斯德醫師,兩人因為捨不得古柯鹼帶來的欣快感,雙雙變成毒蟲,終身毒癮纏身,無法自拔。

你是否也被嚇出一身冷汗?相信你一定了解我為何不敢把上述的故事講給李先生聽,我可不敢想像,他會錯意的時候,恐怕又會有驚聲尖叫跳下手術檯、落荒而逃的情形發生!

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蘇 上豪
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高雄人。1985年進入國防醫學院醫學系就讀,在繁忙的課業之餘從事文藝創作,曾連續獲得國防醫學院「源遠文學獎」1988及1989年小說獎第一名。 2010年起,受邀於網路「散文專欄作家交流平臺」,以「島國良民」為筆名,透過簡短的故事,發表有關醫學的科普散文迄今。現為臺北市博仁綜合醫院心臟血管外科主任。著有《開膛史》