知識大圖解：人類胃的內部結構

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

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。

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。

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」。

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。

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？

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。

「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。

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。

• 作者／章振旺醫師
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《超糗！開會狂跑廁所十幾次 竟是潰瘍性結腸炎》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔

「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。

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。

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。

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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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。

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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