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跨動物與植物界的賀爾蒙

葉綠舒
・2016/04/21 ・1674字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 503 ・六年級

之前曾經有廠商張冠李戴,把植物的生長素當成了動物的生長激素,宣稱吃了含有生長素的植物果實恐怕會性早熟;其實植物的生長素與動物的生長激素相差得非常遠,也沒有任何證據顯示,植物的生長素可以當作動物的生長激素來使用。

動植物通用的賀爾蒙

不過,植物的六大賀爾蒙:生長素、細胞分裂素、芸苔素、乙烯、吉貝素與離層酸裡面,倒是真有一種是動植物通用的!這種賀爾蒙是離層酸(ABA,abscisic acid)。

355px-Abscisic_acid.svg_
離層酸(ABA)。圖/wikipedia

離層酸被發現跟動物有關,是 2001 年在海綿的研究。研究團隊發現,當海水溫度上昇(或機械壓力)時,海綿的陽離子通道會開啟,造成離層酸分泌上昇,接著便活化蛋白質激酶 A(PKA),啟動一連串的信息傳導,最後鈣離子上昇。這個發現,使得科學家們對這個植物賀爾蒙非常感興趣。離層酸在植物裡也主導了一部份的壓力反應(缺水、缺養分、紫外光照射),那麼高等動物是否也會分泌離層酸呢?

答案是肯定的。高等動物,包括人類,都會合成離層酸;但是人類合成離層酸的主要用途,卻不是用來處理壓力反應。離層酸在人體內,由與免疫相關的細胞負責合成:包括顆粒性白血球(granulocytes)、單核球(monocyte)以及巨噬細胞(macrophage),都會合成離層酸。更有意思的是,胰腺的 β 細胞(pancreatic β-cell)也會合成離層酸喔!而且 β 細胞要在受到葡萄糖刺激後,才會分泌離層酸呢!

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由於 β 細胞的角色主要就是分泌胰島素(insulin)來調節血糖濃度,因此使得研究團隊覺得非常好奇。是否離層酸也與血糖調節相關呢?如果這樣,那麼口服離層酸是否會有調節血糖的效果?

於是,研究團隊找來富含離層酸的水果,並製作萃取物。為什麼要製作萃取物呢?因為做實驗,一定要有控制組;如果給實驗組吃了富含離層酸的水果、給控制組吃不一樣的水果或不吃水果,那麼控制組的人的心情可能會受到影響,或許就會讓實驗變得不準確。因此,研究團隊拿了(apricot)來製作萃取物,提供給參與實驗的對象(老鼠與人)與葡萄糖一起服用。

640px-Apricots_Drying_In_Cappadocia
正在曬乾的杏。圖/wikipedia, By Bjørn Christian Tørrissen – Own work by uploader, http://bjornfree.com/galleries.html, CC BY-SA 3.0.

結果發現,只要口服每公斤體重 0.5~1 微克(μg)的離層酸,就可以有效降低血糖和胰島素的分泌。而且吃得多的效果好,顯示了離層酸的確有降血糖的效果。

過去也有許多觀察發現離層酸與降血糖之間的關係。研究團隊發現,正常人在進行葡萄糖耐受性試驗時,血清中的離層酸濃度會上昇;但是類似的現象在第二型糖尿病病人以及妊娠糖尿病病人的血清裡是看不到的。而當第二型糖尿病病人進行膽胰分流手術(biliopancreatic diversion)一個月後,或妊娠糖尿病病人產後一個月,他們的血清離層酸濃度的變化,隨著血糖值回歸正常後,也跟著回復正常了。

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獲取天然的離層酸

有趣嗎?這可說是另一個打破動植物疆界的發現,而且有許多觀察都發現,離層酸可能是經由刺激肌肉細胞加速吸收血糖,來達成降血糖的目的。由於血糖上昇的幅度小了,當然胰島素也不用分泌那麼多,於是胰島素的量也減少了。胰島素分泌量減少,還有「防肥」的效果唷!

相信讀者們看到這裡一定大為興奮,但想到臺灣不產杏大概又有點悲傷。除了杏以外,還有什麼水果富含離層酸呢?事實上,離層酸含量最高的水果是無花果,第二名是覆盆子(bilberry),第三名才是;不過第四名可是臺灣土產——香蕉喔!

不過,究竟離層酸在高等動物與植物之間,是否真的完全沒有扮演相同的角色呢?其實有的,人的角質細胞(keratinocyte)與阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)在受到 UV 照射時,都會先釋放離層酸,然後離層酸再引發一氧化氮(NO)的產生呢!

參考文獻:

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  1.  Elena Zocchi, Armando Carpaneto, Carlo Cerrano, Giorgio Bavestrello, Marco Giovine, Santina Bruzzone, Lucrezia Guida, Luisa Franco, and Cesare Usai . 2001.The temperature-signaling cascade in sponges involves a heat-gated cation channel, abscisic acid, and cyclic ADP-ribose. PNAS  98 (26) 14859-14864
  2.  Mirko Magnone, Elena Zocchi et. al. 2015. Microgram amounts of abscisic acid in fruit extracts improve glucose tolerance and reduce insulinemia in rats and in humans. FASEB J. 29(12):4783-4793

 

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心其他單位需經同意始可轉載。

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葉綠舒
262 篇文章 ・ 9 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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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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認識香蕉的芳香輪:解放顛覆想像的香蕉新搭配——《料理滋味創意地圖》
積木文化
・2024/08/18 ・1535字 ・閱讀時間約 3 分鐘

香蕉 BANANE

香蕉富含澱粉與纖維且相當滋補,比起當成配菜來烹調,更常被做成儲備食物、早餐或單作甜點。我們來解讀一下它的芳香特徵,看看在烹飪和烘焙時能有什麼新方法吧!

了解香蕉的芳香輪,體驗更多想不到的食物搭配! 圖/積木文化《料理滋味創意地圖

熟香蕉與辛辣食物是絕配?香蕉與熱料理的完美結合

乙酸異戊酯是產生香蕉氣味的主要酯類,很容易就能合成(這甚至是高中實驗課的主題),而且每個人都能立刻認出香蕉糖的氣味。如果把香蕉煮熟,青綠氣息就會消失,反觀甜甜的香氣和幾乎熟過頭的果香就會增強。你可以將整條香蕉連皮一起煮,比方在上頭戳幾個孔,用一些香料調味,或用鋁箔紙/烘焙紙把整根香蕉包起來做烹飪,如此所有的滋味都能被保留起來。但是不要吃香蕉皮喔,食用之前一定要去皮。

香蕉滋味大冒險,快試試看這幾種搭配吧! 圖/積木文化《料理滋味創意地圖

煮熟的香蕉,一方面能和甜甜的焦糖化食物完美搭配,又與辛辣、烘烤及發酵食物是絕配。如果把香蕉煎過或烤過,梅納反應所產生的氣味效果更佳,並能與肉類和魚做搭配。品嘗時要注意,溫度是產生烘焙香氣的關鍵。另外,香蕉所含的澱粉,在熱熱的時候尤其能延長口中餘韻。

其實香蕉還有很多種搭配。 圖/積木文化《料理滋味創意地圖

香蕉生吃有綠質草本香?生香蕉的奇妙組合

還記得薄酒萊新酒著名的香蕉風味嗎?香蕉和這種酒確實有一些共同分子*。為了讓這些綠質香氣綻放,香蕉必須是生的,可切成條或磨成細緻果肉。如果選擇生吃,請在要吃的時候再切開調味。揮發性化合物非常脆弱,香蕉這種水果氧化得非常快(青蘋果跟香草植物也是如此),所以要最後一刻再做準備!

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*:即乙酸異戊酯(acétate d’isoamyle),以及十六酸乙酯(hexadecanoate d’éthyle)、己酸 2- 庚酯(hexanoate de 2-heptyle)等花香和果香分子。

馬上就來試試看!香蕉創新食譜:花生粉裹雞排佐嫩煎香蕉

  • 準備花生:將花生搗碎,放入平底鍋中(乾)煎,微微烘烤。
  • 煮雞肉:將雞腿肉去骨(最好是雞大腿部位,但如果不行的話,可以只用雞里肌)。將雞肉放入花生粉裡滾一下,煎過後放進溫熱的烤箱中完成烹飪。
  • 準備香蕉:在煎鍋裡,用少許花生油煎的香蕉(不要過熟)。完成時,加點士麥那葡萄乾(Smyrne)。
  • 擺盤:將雞肉、煎好的香蕉和濃縮肉汁擺在一起享用。

不同變化:煙燻風味的香蕉 BBQ

將整根香蕉連皮一起做成 BBQ。讓香蕉皮焦掉(就像燒烤茄子一樣),靜置放涼後再取出略帶煙燻味的果肉。

——本文摘自 拉斐爾.歐蒙(Raphaël Haumont)、提耶里.馬克思(Thierry
Marx),《料理滋味創意地圖:法國材料物理化學專家聯手米其林主廚,15種香調、80種常見蔬果食材的氣味因子,探索 1,500 種創新風味搭配!》,2024 年 8 月,積木文化,未經同意請勿轉載。

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糖尿病治療不只控制血糖,慎防心腎共病保護器官!
careonline_96
・2023/10/19 ・2408字 ・閱讀時間約 5 分鐘

50 多歲李先生有糖尿病,但是因為沒有明顯症狀,就沒有好好服藥,平時的血糖控制不甚理想。台灣基層糖尿病協會理事長李洮俊醫師指出,長期血糖超標會對心臟、腎臟造成傷害,所以患者在一次感冒之後,病情急速惡化,出現雙腳水腫,走路也會喘。

經過治療,狀況穩定下來後,患者才終於體會到控制血糖的重要性。李洮俊醫師說,由於有蛋白尿,且心臟功能、腎臟功能較差,所以有搭配口服 SGLT2i 抑制劑幫助控糖,希望在控糖的同時,也能夠發揮保護心、腎功能的效果。

想要把血糖控制好,除了按時服藥之外,還要做好飲食管理、規律運動,維持良好的生活習慣,並持續監測血糖。台灣基層糖尿病協會常務理事徐慧君衛教師說,因為糖尿病可能導致急性或慢性併發症,所以要留意各種併發症、定期接受檢查,才能早期發現、早期治療。

「長期處在血糖偏高的狀態,就像把心臟、腎臟、眼睛、血管、神經泡在糖水裡面。」李洮俊醫師說,「初期可能沒有明顯症狀,但是經過幾年後,便會出現併發症。」

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心腎共病問題多,嚴重影響存活期

糖尿病的共病很多,包括高血壓、高血脂、腎臟病等。李洮俊醫師說,糖尿病患中每 10 個有 6 個高血壓,如果血糖沒有控制好,將使心臟衰竭、心肌梗塞、腦中風等風險上升,影響存活期。

腎臟病算是台灣的國病之一,透析發生率與盛行率相當高,在全世界名列前矛,其中約有一半的透析患者是糖尿病所導致。李洮俊醫師說,根據統計每 10 個糖尿病病患就有 3 個合併腎臟病變。早期的腎臟病變是出現蛋白尿,若長期控制不佳,腎功能就會漸漸惡化,最後會進入透析。

腎臟與心臟兩者的關係非常密切,心臟衰竭患者的腎功能通常不太好,相反的,慢性腎臟病患的心臟功能也會受到影響。

想預防心腎共病,必須了解心腎共病的危險因子。心腎共病的危險因子包括高血糖、高血壓、高血脂、抽菸、肥胖、缺乏運動、家族病史等。李洮俊醫師說,最好把血糖、血壓、血脂控制在正常範圍,並調整生活習慣,譬如戒菸、規律運動、健康飲食、正常作息、充足睡眠等,才能改善整體的狀態。

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徐慧君衛教師說,「透過持續的衛教宣導,希望糖友與家屬都能認識糖尿病相關併發症,共同留意,並著手調整與改善。」

每天關心血糖,定期接受檢查

在血糖方面,一方面要按時服藥,做好飲食管理,並維持規律運動。另一方面便是定期接受檢查,包括抽血檢驗血糖、糖化血色素、血脂、腎臟功能等,尿液檢驗蛋白尿,眼底檢查評估視網膜的狀況。

「醫師在照顧糖尿病患的時候,都會盡量達到全人照顧,不只看血糖、糖化血色素,還會注意血壓、血脂,並定期安排心臟功能、腎臟功能、眼睛的檢查。」李洮俊醫師說,「提早發現慢性併發症的徵兆,才能及早介入治療。」

「慢性共病的篩檢是每個糖友的重要功課!」徐慧君衛教師提醒,「即使血糖控制得不錯,也必須定期追蹤檢查。」

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不只控糖,還要保護器官

隨著醫學進步,大家對於糖尿病的認識越來越深入,控糖的觀念也持續進化。除了達到血糖目標(飯前血糖:80~130 mg/dL、飯後兩小時血糖:小於 180 mg/dL、糖化血色素 HbA1c:小於 7%),還會希望能夠保護器官,減少併發症發生的機會。

目前的糖尿病藥物,例如 SGLT2i 抑制劑等,有助降低心血管疾病風險(包括心肌梗塞、心血管疾病相關死亡、缺血性腦中風等),也可發揮保護腎臟的效果,延緩腎功能惡化,減少腎臟相關不良事件(包括血液透析/腹膜透析、腎臟相關死亡等)。

李洮俊醫師說,因為研究顯示 SGLT2i 抑制劑對於具有心腎共病的患者有顯著幫助,所以若是糖尿病病人有心腎共病的風險因子,或是已有心臟衰竭、腎功能損傷(包括蛋白尿、腎絲球過濾速率下降等),醫師大都會處方具有器官保護功能的藥物。

保腎護心卓越機構,糖友照護好夥伴

「心腎共病是非常重要的併發症,必需積極預防與治療!」李洮俊醫師強調,「透過定期追蹤、篩檢找到病人,並使用合適的藥物幫助病人。糖尿病的藥物持續在進步,糖友要跟醫療團隊密切配合,千萬別聽信偏方!」

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台灣基層糖尿病協會致力於糖尿病照護,近年也持續積極推動「保腎護心卓越機構」認證。

李洮俊理事長說,「治療糖尿病不是只有看血糖,還需要針對各種併發症提供預防、篩檢。糖友們若對各種共病風險與慢性併發症有疑問,都可以就近到生活周遭的保腎護心卓越機構接受風險指數篩檢,讓專業醫療團隊成為您的慢性病照護好夥伴!」

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