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知識大圖解:人類胃的內部結構

知識大圖解_96
・2014/12/05 ・747字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

2021
(點擊看大圖)

胃最重要的角色就是儲存食物。它讓我們可以囫圇飽餐一頓,再逐漸清空食物,進入小腸。食物在胃中接觸了酸液、消化蛋白的酵素,並經一番劇烈攪動,便會轉化成稠狀的食麋,以利在腸道中能被充分吸收。

胃在休息時呈收縮狀態,內壁摺疊成獨特的胃脊,或稱胃皺摺。然而我們一吃東西,胃就會開始膨脹。皺摺變得平坦,讓胃得以擴張,並且放鬆外部的肌肉。胃可以容納大約一公升的食物而無不適。

當胃擴張時,擴張受器便會活化,進而誘發神經訊號,促進胃壁製造酸液,附帶激烈的肌肉收縮,以便混合攪拌食物。胃酸拆解食物中的蛋白質,讓胃中的酵素(胃蛋白酶)做進一步分解。當消化開始進行,將會刺激腸道內分泌細胞(G細胞)分泌「胃泌激素」,而胃泌激素則會誘發胃壁排放更多的胃酸。

胃裡的食糜在初步消化後會逐漸清空,並透過幽門環束肌進入小腸。流質的物質將能夠輕易通過環束肌,而固態的顆粒僅有直徑小於2公釐者才能通過。至於更大的物體,則會回流進入胃室,做進一步的攪拌和酵素分解。半頓飯的食物量一般須花大約兩小時才會逐漸往小腸移動,而整個程序則通常費時4至5小時。

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胃為何不會消化掉自己?

胃裝滿了具侵蝕性的酸液和酵素,胃壁倘若沒有保護機制,就會很快被摧毀。為了預防這種情況發生,胃壁上的細胞會製造富含碳水化合物的黏液,形成一層黏滑如膠的屏障。黏液內有重碳酸鹽,可以緩衝胃壁表面的酸鹼值,預防酸性侵蝕。此外,身體會以一種稱為胃蛋白酶原的酶原製作出消化蛋白質的酵素胃蛋白酶;這種酵素只有在接觸到酸液時才會活化,製造酵素的細胞也與酸液以安全的距離隔開。

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第03期(2014年12月號)
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知識大圖解_96
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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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聚餐的夢魘:飯前咕嚕咕嚕,吃飽後就狂拉屎、打嗝和放屁?我的身體到底在幹嘛!——《了不起的人體:如此精妙,如此有趣,說不定還能救你一命》
如何出版
・2022/07/25 ・1967字 ・閱讀時間約 4 分鐘

放屁和打嗝居然有共同點?

為什麼放屁會臭?因為大腸裡的細菌分解食物,產生硫醇和硫化氫等臭味氣體。硫化氫被形容是「有如臭雞蛋」,這也是溫泉飄著臭味的原因。對於細菌來說,這種作用是生存的必要活動。

有了這方面的常識,很容易會誤以為「屁是腸子裡產生氣體」,但並非如此,屁大半是從嘴巴吃進去的空氣。

我們在吃東西的時候,會把空氣一起吃進肚子。進入胃的空氣,一部分會逆流從嘴巴排出,一般稱之為「打嗝」,醫學上稱之為「噯(ㄞˋ)氣」;剩下的空氣就和食物一起到小腸,藉由腸蠕動不斷往下,最後連同大腸內的臭味氣體一起從肛門排出,這就是屁。

空氣就和食物一起到小腸、大腸,最後連同大腸內的臭味氣體一起從肛門排出,這就是屁。圖/Pixabay

吃東西又急又快,就很容易吃進空氣。吃下去的空氣量多,當然打嗝和放屁的次數也會增加。雖說如此,進食時也不可能完全都不吃進空氣。

進行腹部斷層掃描時,每個人的腸道裡一定都有空氣。量的多寡因人而異,有人多、有人少。但是以健康的人來說,腸道內完全拍不到空氣是不可能的。不管吃東西時多慎重,一定會吃到空氣。

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肚子咕嚕咕嚕叫不一定是肚子餓?

空腹時肚子會叫,大家一定都會有這樣的經驗。但是其實不限於空腹,肚子其實經常會「叫」。證據就是拿聽診器聽腹部的時候,只要是健康的人,聽起來都會咕嚕作響。我們覺得「肚子在叫」時,是只有「聲音大到不用聽診器也聽得到」。

只要是健康的人,用聽診器聽腹部的時候,聽起來都會咕嚕作響。圖/Pexels

肚子的聲音主要是腸道(大腸和小腸)搬運食物所發出的聲音。腸子隨時都在蠕動,但主要還是有二種模式,一是空腹時的「空腹期收縮」,另一種是進食後的「進食期收縮」。

腸道的收縮力在空腹時更大,從胃、十二指腸開始的收縮會一路傳到小腸末端,這是為了要讓腸道內殘留的胃液和腸液往下游送出,為下一餐做準備。這也是為什麼空腹時比較容易聽到腹鳴的理由。

當然,在肚子不餓時也可以聽到腹鳴,這是腸道不斷在運動的緣故,不需要大驚小怪。腸道運動活潑,代表很健康。

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進行腹部手術的時候,打開腹部就會直接看到腸子,此時腸道蠕動聲真是非同小可。平常都是隔著腹部聽到的聲音,沒有遮蔽物後變大聲很正常,而且是整個手術室都聽得到的大音量。

大家可能認為聽診器都是拿來聽胸部,但像我這樣的消化器官專科醫師,拿聽診器來聽肚子的機會更多。

食物又不會偷跑,為什麼總是「剛吃飽」就想大便?

吃完飯後沒多久一定會有便意,你也有這種經驗嗎?

很多人都是在家吃了早餐後,上完大號才去上班。但應該也有本來沒有便意所以直接出門,結果走著走著卻便意襲來而後悔不已的經驗吧?

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午餐後也一樣。我經營的醫療資訊網站有解說排便相關的文章,點閱率非常明顯的集中在平日中午十二點到下午一點的時候。這個時間帶排便的人很多,想當然耳搜尋「腹瀉」、「血便」也會增加。

平日中午十二點到下午一點的時候,關鍵字搜尋「排便」、「腹瀉」、「血便」的數量都會增加。圖/Pixabay

「用餐後就想大便」乍看之下理所當然,但仔細想想卻很不可思議,因為食物不可能那麼快就變成糞便。

慢慢地消化,經過腸道運動往下運送,也要一到兩天才會排出糞便,不可能像削鉛筆機那樣,把積存在腸道內的糞便推出去。

如前所述,食物會在胃裡稍作停留,然後才徐徐進入十二指腸。也就是說進食後感到便意而去上廁所的時間點,食物大部分還在胃裡。

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那麼為什麼進食後會有便意?事實上是因為「食物進入胃部會促進大腸蠕動」,這稱為「胃結腸反射」,也就是吃東西的時候,大腸內積留的糞便就會反射性地往下運送,所以會感到便意。

當然,這還是會有個體差。平常便祕的人可能會想,如果能這麼容易有便意就好了。每個人對胃結腸反射的反應不盡相同。

——本文摘自《了不起的人體:如此精妙,如此有趣,說不定還能救你一命》,2022 年 7 月,如何出版,未經同意請勿轉載。

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狂跑廁所,以為是腸躁症,竟是潰瘍性結腸炎!
careonline_96
・2020/11/24 ・2115字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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「醫師,我上班狂跑廁所,一天拉十幾次,真的很困擾!尤其遇到公司開會,我就更緊張,因為肚子不聽使喚,必須頻繁進出會議室廁所折返跑,嚴重影響工作效率跟同事觀感。這樣的腸胃症狀時好時壞持續一年多,原以為是腸躁症,自行到藥局拿藥吃,但是近來發現症狀加劇,還伴隨血便、頭暈、疲倦等症狀,這才驚覺不對勁來就醫。」三十多歲的邱先生一臉憂慮地問。

「你的狀況恐怕不單純是腸躁症,我們趕快安排抽血並大腸鏡檢查,以利及早確診治療。」馬偕紀念醫院胃腸肝膽科章振旺醫師回憶這起個案,當時藉大腸鏡檢查,發現患者的腸子黏膜有大片表淺潰瘍及許多細小糜爛斑,同時根據患者病史及臨床表現,診斷為潰瘍性結腸炎。

潰瘍性結腸炎不易覺察,三成患者耗時兩至三年確診

章振旺醫師表示,約有三成潰瘍性結腸炎患者,平均就診超過五位以上醫師、歷經二到三年才能確診,期間往往讓患者身心俱疲。醫師指出,潰瘍性結腸炎臨床上診斷不易,症狀表現容易與腸胃炎及腸躁症混淆,無法透過單一指標確診,必須根據患者病史、抽血檢驗、大腸鏡檢並搭配病理切片等資訊綜合評估。

此疾病常見症狀為腹瀉、腹痛、疲倦、食慾不振、發燒,當大腸黏膜發炎潰爛嚴重時,可能解出血便、黏液便。一但血便持續發生,恐導致貧血、頭暈。章振旺醫師提醒,潰瘍性結腸炎好發於年輕人,以學生、上班族居多,疾病症狀對課業、工作影響甚劇,尤其疾病發作,患者還得向公司、學校告假,甚至住院接受治療。

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章振旺醫師指出,潰瘍性結腸炎屬於慢性自體免疫疾病,正常狀況下,我們的免疫系統只會攻擊侵入體內的外來物,但是當免疫系統出狀況時,對體內組織發動攻擊,導致慢性發炎。潰瘍性結腸炎就是一例,除了侵犯腸道外,還可能伴隨腸道外症狀,如皮疹、虹彩炎、肝臟病變、關節炎等,等於全身都受到影響。

在台灣,至少有一成患者伴隨有腸道外症狀,但根據國外研究可能高達四成,其中最常見的是關節炎。潰瘍性結腸炎的腸道外症狀有四分之三在診斷後才發現,但仍有四分之一在被診斷前就有腸道外症狀。除了腸道外症狀外,潰瘍性結腸炎還可能有併發症或共病的產生,如貧血、營養不良、腸穿孔……等,罹病時間越久,產生的機會就愈高。

早期治療控病情,降低併發症風險

該名個案邱先生確診後,先後接受口服藥、塞劑及短期類固醇治療,症狀一度緩解,但幾個月後,血便症狀再現,在使用免疫調節劑後,因為發生副作用只得暫時停藥。後續追蹤發現腸道發炎狀況加劇,因此,隨即申請生物製劑治療,所幸使用生物製劑後,臨床症狀好轉,患者黏膜發炎的狀況明顯改善,也解決他上班時得經常跑廁所的窘境,生活及工作品質獲得改善。

章振旺醫師解釋,在 1970 年代,5-ASA 抗發炎藥物被使用於治療潰瘍性結腸炎,而後具有抑制免疫功能的類固醇開始廣泛用於急性期患者,但不建議長期經常性使用。時至 1990 年代,免疫抑制劑漸漸成為治療選項,醫師根據患者病情嚴重度,給予不同治療組合。 若上述傳統治療效果不佳,會進一步考慮使用生物製劑。

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近年來,隨著生物製劑發展,潰瘍性結腸炎的治療成效相對提升。目前的治療目標不只是緩解症狀,而是持續治療使腸道黏膜癒合。根據病患治療反應調整,持續治療能控制疾病,減少住院的機會。

除了藥物治療外,如腸道持續嚴重發炎導致穿孔或出現毒性巨結腸等嚴重併發症時,患者就得需要外科介入,接受手術切除部分腸道。若能早期接受治療、控制病情,有助減少反覆手術的機會。

腸保健康有 3 要:用藥、飲食、作息要注意

潰瘍性結腸炎雖無法治癒但可以控制,提醒患者腸保健康有三要,一要遵照醫囑,切勿自行中斷停藥;二要飲食也需掌握定時定量、避免刺激性、增加腸胃負擔的食物等原則,患者平時也可自我觀察,若吃了某些食物會出現不適時,可與醫師與營養師討論,未來盡量避免食用,降低不適發生;三要維持正常作息、避免熬夜、並養成規律運動的習慣,因為健康的生活型態有助維持免疫系統穩定。

章振旺醫師指出,潰瘍性結腸炎急性發作時,患者的治療配合度較高,不過症狀一但緩解,很容易掉以輕心,未能按時服藥,甚至擅自停藥,如此一來,容易讓病情復發,也更難控制。

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醫師提醒,即使症狀緩解、沒有不適,也應持續治療、定期追蹤,才能穩定病況,與潰瘍性結腸炎和平共存!

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