2014年12月30日 星期二

人工甘味(artificial sweetners)是否有害?

人工甘味(artificial sweetners),如糖精(saccharin)、三氯蔗糖(sucralose)、阿斯巴甜(asparatame)等,經常添加於低卡食品中,或是做為糖尿病患的代糖使用。

但是,這些人工甘味並非全都是好的。比方說糖精曾經一度被認為會導致癌症,雖然後續的研究推翻了這個說法;而阿斯巴甜對人體有害的說法更是沒有斷過,甚至曾一度使美國食藥署收回它的上市許可。不過,由於阿斯巴甜含有苯丙氨酸(phenylalanine),因此有苯丙酮尿症(PKU,phenylketouria)這種遺傳疾病的患者,是不能食用含有阿斯巴甜的食品的。

糖精。圖片來源:wiki
阿斯巴甜。圖片來源:wiki
這些人工甘味,對於怕胖的人以及糖尿病患者來說,真可以說是恩物。畢竟,愛甜是人的天性,羅馬人甚至在發現在鉛鍋中煮沸葡萄酒醋可以得到甜味以後,開始大量生產這種甜味劑,卻因此都服用了鉛。人真的很奇怪,越不能吃的越想吃!因此,能夠以人工甘味取代蔗糖添加於食品中,讓不能吃太多甜食的人可以小小滿足一下,似乎也是功德一件吧!

不過,最近有兩個研究團隊發現:食用人工甘味,可能會造成腸道菌叢組成產生變化;同時,也會造成葡萄糖耐受性(glucose intolerance)下降(1,2)。而眾所周知的,葡萄糖耐受性下降,可以說是糖尿病的前兆。

在加拿大的研究團隊,以阿斯巴甜做為實驗材料,用來餵食大鼠八週(2);而以色列的研究團隊則是以糖精、三氯蔗糖與阿斯巴甜分別餵食大鼠五週(1)之後,選擇了糖精做為主要的測試目標。

在過去的研究曾經發現,糖精可能會造成胰島素分泌增加;不過以色列的研究團隊並沒有看到這個現象。但是,他們的發現卻直指:食用糖精會使腸道的菌相改變,而這個改變造成了大鼠對葡萄糖耐受性降低。

怎麼說呢?原來,他們讓食用人工甘味並且出現葡萄糖耐受性降低的大鼠,服用可以殺死革蘭氏陽性菌或革蘭氏陰性菌的抗生素,四週後這些大鼠的葡萄糖耐受性就回到正常值了。而當他們把這些出現葡萄糖耐受性降低的大鼠的糞便微生物「移植」到無菌鼠的腸道中之後,這些無菌鼠也出現了葡萄糖耐受性降低的現象。

兩個團隊都看到腸道的菌相改變。有些菌變多了,有些變少了;在增加的細菌種類裡包括了擬桿菌屬(Bacteroides)的兩種細菌:Bacteroides fragilisBacteroides vulgatus,在過去,它們在腸道的出現已被發現與第二型糖尿病有關。不過擬桿菌屬的變化在加拿大的研究團隊中並沒有觀察到。

比較令人驚訝的是,以色列的研究團隊在人體試驗上的結果。在381個志願者(44%為男性,54為女性,平均年齡為43歲)中,食用人工甘味也造成了腸道菌相的改變;甚至只食用七天,也會改變腸道菌相。

在研究中提到,這些受測者同時也出現了醣化血色素(glycosylated hemoglobin,HbA1C%)上昇的現象;通常醣化血色素代表了過去三個月的血糖濃度是否有得到妥善的控制,它的上昇頗令筆者感到好奇。但是從文獻中看不出受測者究竟測試了多久,而研究團隊提到在當地的人工甘味成分為95%的葡萄糖與5%的人工甘味,不知這醣化血色素上昇是否是因為直接食用葡萄糖所造成的呢?筆者查了一下在美國最常見的人工甘味「SWEET'N LOW」,似乎並未含有葡萄糖或其他糖/醣類(見相關網頁資訊),或許這只是以色列的特殊狀況吧。

不過,以色列的研究團隊也發現,並不是人人在食用人工甘味後,都會發生腸道菌相改變的情形;而腸道菌相沒有改變的人,也不會出現葡萄糖耐受性下降的現象。

當然,不是人人都會產生這樣的反應,是一個好消息;但是過去我們採用人工甘味在食品中,無非是為了兩種目的:控制體重(怕胖)或是控制血糖(糖尿病)。如果食用含人工甘味的食品會導致葡萄糖耐受性降低(兩份研究所採用的人工甘味劑量,都是在每日允許攝取劑量之內),甚或體重增加(以色列的研究團隊發現,食用人工甘味的志願者體重與腰臀比都上昇了),那麼為何還要把人工甘味帶到餐桌上呢?

(台大科教中心擁有此文版權,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

1. Jotham Suez, Tal Korem, David Zeevi, Gili Zilberman-Schapira, Christoph A. Thaiss, Ori Maza, David Israeli, Niv Zmora, Shlomit Gilad, Adina Weinberger, Yael Kuperman, Alon Harmelin, Ilana Kolodkin-Gal, Hagit Shapiro, Zamir Halpern, Eran Segal & Eran Elinav. 2014. Artificial sweeteners induce glucose intolerance by altering the gut microbiota. Nature. 514:181–186.

2. Marie S. A. Palmnäs , Theresa E. Cowan, Marc R. Bomhof, Juliet Su, Raylene A. Reimer, Hans J. Vogel, Dustin S. Hittel, Jane Shearer. 2014. Low-Dose Aspartame Consumption Differentially Affects Gut Microbiota-Host Metabolic Interactions in the Diet-Induced Obese Rat. PLOS One. DOI: 10.1371/journal.pone.0109841

關於紅麴,你真的養生了嗎?

2014/12/29的新聞提到,「5紅麴米花生粉 真菌毒素超標」;其中四件是橘黴素過量的紅麴米,另一件是花生粉的總黃麴毒素。

黃麴毒素大家都不陌生了,但是橘黴素是什麼?

根據筆者手邊的資料,橘黴素(citrinin),分子式為C13H14O5,分子量為250.25

橘黴素。圖片來源:wiki


橘黴素在1931年由Hetherington 與 Raistrick 從培養的 Penicillium citrinum(柑橘青黴)中分離出來。後來在更多的真菌中(如Monascus purpureus紅麴菌)也發現橘黴素的存在。由於橘黴素常在紅麴菌發酵培養過程中伴隨polyketide代謝產物,如色素的生成而產生;而橘黴素是一種肝腎毒素;因此,如何確認紅麴產品中的citrinin含量,或於製程中降低或完全不含citrinin,已被視為利用紅麴產品的重要依據。 目前衛生署訂定有「紅麴健康食品規格標準」,裡面有表列可供食品原料使用之菌種,並備有菌種鑑定報告。依規定,健康食品所含之citrinin含量濃度應低於百萬分之二(2 ppm)。

紅麴米。圖片來源:wiki

在實驗室裡,橘黴素可以用來提升粒線體的通透性;它也是呼吸鏈的抑制劑,主要透過干擾呼吸鏈的第三個複合體(complex III)。

在國外,橘黴素過去也曾被用來幫食物染色。不過,隨著人造食用色素的普遍,現在已經很少使用了。但是也因為人造食用色素的發明,有些紅麴製品被發現加入了如紅色二號或是蘇丹紅(Sudan Red G)。

蘇丹紅。圖片來源:wiki
這些年,因為大家都相信紅麴對健康有益,除了使得紅麴相關的產品大為流行之外,有些人也會自己在家裡養紅麴。但是,在紅麴的生長過程中,橘黴素的產生幾乎是難以避免,而在家自製紅麴又缺乏檢驗設備,筆者要叮嚀大家,有些東西可以在家製造,有些東西可能還是找有信譽的廠商購買,免得養生不成反而吃進毒素,得不償失。

2014年12月27日 星期六

不是河豚毒素的魚毒

今天的一則新聞提到,衛福部食品藥物管理署監測發現,高雄今年接連發生2例「魚毒」中毒案例,皆因購買俗稱「土赤海」的雙斑笛鯛(Lutjanus bohar)煮食味噌魚湯等惹禍,上吐下瀉、嘴巴麻痺,甚至呼吸困難、意識不清緊急送醫。醫師提醒,這類大型珊瑚礁魚類特別容易累積藻毒素,魚肉就有毒,勸民眾最好少碰為妙。

雙斑笛鯛。圖片來源:wiki
雙斑笛鯛英文俗名是two-spotted red snapper,身長大約60-80公分,通常在四米到一百八十米深的海域生活,最常見的海域為十到七十米深的海域(所以不是深海魚類)。這種魚是肉食性的魚類,會到珊瑚礁區捕食其他的小魚、甲殻類與軟體動物。根據「菜市場魚圖鑑」的資料,笛鯛科的魚類,在台灣的魚市場大多被稱為「赤筆」或「赤海」。

醫生說的「藻毒」應是指有毒渦鞭毛藻(toxic dinoflagellate)的毒素。會產生毒素的渦鞭毛藻有大約30-40種,牠們也會在海上造成紅潮(red tide)。當有毒的渦鞭毛藻被軟體動物吞食以後,藻毒素會累積在體內,掠食者(如雙斑笛鯛)捕食這些軟體動物之後,毒素便會累積在體內,人買了魚回去吃便中毒了。

有毒渦鞭毛藻。圖片來源:wiki

這類的藻毒素可分為麻痺性、下痢性與神經性,主要所產生的毒素為Saxitoxin(石房蛤毒素,STX)。由於人類也會吃軟體動物,因此過去這類的藻毒素常被稱為貝毒。

Saxitoxin。圖片來源:wiki
另外一個常見的藻毒素是珊瑚礁魚毒素(CTX,ciguatoxin)。STX與CTX都會引起麻痺。

CTX。圖片來源:wiki

珊瑚礁魚類對海洋生態很重要;食用珊瑚礁魚類,很容易就會攝入藻毒素而中毒。因此,不管是為了環境還是為了自己,都不應該再吃珊瑚礁魚類。

參考資料:

Wikipedia
吳佳瑞、賴春福。菜市場魚圖鑑。大樹出版。

2014年12月26日 星期五

發現更多新遺傳疾病的原因

聽過「解密發育障礙」(DDD,Deciphering Developmental Disorders)這個計畫嗎?它在2010年啟動,一開始是想要用陣列技術(array technology),去找出目前尚未發現的因基因重複(duplication)或刪除(deletion)所造成的疾病。但是,在計畫進行的過程中,研究團隊發現,如果使用全基因體的「外顯子」定序(genome-wide 'exome' sequencing ),將基因體中所有產生蛋白質的部分都搜尋,則找到疾病的遺傳原因的機率可以由百分之五上昇到百分之三十。

於是,研究團隊便改弦易轍,開始以全基因體「外顯子」定序來分析;最終的目的是分析十萬個人的基因體,牽涉到一萬兩千個家庭。

到目前為止,DDD計畫已經找到了十二個新的遺傳疾病。這些疾病過去無法被診斷出來,因為它們是「新」(de novo)發生的突變,父母的基因都正常。

舉例來說,DDD計畫發現了一個新的突變發生在PCGF2基因上,將這個基因的第65號氨基酸由脯氨酸(Proline)改變為白氨酸(Leucine)。這個突變發生在來自不同家庭的十二個兒童身上,而他們的臉部都有類似的特徵;但因為突變是個別發生,若沒有DDD計畫,可能很難發現這十二個孩子真正致病的原因!

DDD所發現的新遺傳疾病。
圖片來源:Wellcome Trust Sanger Institute
目前,這個計畫還侷限於分析英國當地的遺傳資料;研究團隊希望能有更多的國家加入(當然,也希望能有更多的政府挹注資金),隨著加入的國家愈來愈多,能找到「新」遺傳疾病的機率就愈高,當然人類對於自己的基因的功能,也會隨著更多這類的發現,了解得更多。

參考文獻:

2014/12/15. Twelve new genetic causes of developmental disorders. Science Daily.

M. E. Hurles et. al. 2014. Large-scale discovery of novel genetic causes of developmental disorders. Nature. doi:10.1038/nature14135

2014年12月24日 星期三

自閉症(autism spectrum disorder)與什麼相關?

過去被稱為「自閉症」(autism),現在已經改名為autism spectrum disorder(ASD)了。加入了「spectrum」這個字,其實就代表了自閉症本身的多元性。在臨床上,若以症狀與嚴重程度來看,可以說沒有兩個ASD患者是一模一樣的(由於台灣仍沿用「自閉症」這個俗稱,但這個俗稱其實有相當程度的誤導性,筆者在本文中使用英文全名的縮寫)。

依照國內的分類(DSM-V)來看,ASD包括了:
-在社交-情緒的互動功能上有缺損:從社交互動異常,無法維持雙向的對談、溝通上較少回應,也較少興趣、情緒情感的分享,到無法起始社交的互動。
-在社會互動上,非語言溝通行為的缺損:從語言及非語言的溝通較差,眼神注視及肢體語言功能的異常,理解及使用非語言溝通能力的缺損,完全缺乏臉部表情及手勢。
-發展及維持人際關係的缺損:從無法作出符合情境的適當行為,在分享想像性遊戲及交朋友方面有困難,到對人完全缺乏興趣。
-侷限、重複的行為、興趣與活動:固著或重複性的言語,動作及使用物品過度堅持常規,儀式化的使用語言或非語言的行為,極度抗拒改變;非常侷限及固定的興趣,對於興趣極度的專注;對於感覺刺激的輸入過度反應及過度反應不足、對於環境中的感覺刺激有異常。

侷限、重複的行為。圖片來源:wiki

上面的這些症狀必需在童年早期(三歲以前)出現,但症狀可能不會完全顯現,就如上面提到,沒有兩個ASD患者的嚴重程度與症狀是完全相同的。

從1943年Leo Kanner正式提出「autism」這個名詞以後,許多研究者一直想要找出究竟是什麼導致自閉症?目前知道,自閉症跟遺傳有關,但是牽涉到的基因很多。最近哥倫比亞大學醫學中心(Columbia University Medical Center)作的一項研究發現,ASD患者在與突觸功能(synaptic function)、染色質修飾(chromatin modification)及鈣離子通道活性(calcium channel activity)相關的基因發生程度不一的突變(1)。

這些突變在高功能(高IQ)患者中,通常對於基因功能的影響較輕微;而在語言功能受損較嚴重的ASD患者中,這些基因因突變受損的情形較為嚴重。

除此之外,雖然ASD患者男性為女性的五倍,但女性ASD患者通常相關基因受損的狀況較為嚴重,也就是說,女性ASD患者大多落在低功能的一側。

ASD在過去已經被證實與遺傳相關,但是在美國,ASD的發生率由公元兩千年的1/150,上昇到2010年的1/68。由於基因不可能在十年間有如此大的改變,雖然大家對於ASD的了解程度提升,可能也會使ASD的診斷增加;但是這還是引起了關注。

最近,哈佛大學發表在「環境與健康展望」期刊(EHP,Environmental Health Perspectives)的研究發現,在懷孕最後三個月暴露於懸浮微粒污染的空氣中的準媽媽,新生兒診斷出ASD的機率是未暴露於污染空氣中的準媽媽的兩倍。

空氣污染與ASD的相關性,在2006年已經發現。
圖片來源:wiki

這項研究追蹤了從1989年開始到2002年的116,430 名準媽媽。研究團隊收集準媽媽們懷孕時居住的地區以及當地的空氣污染狀況。 接著研究團隊比較其中的245名ASD兒童與其他1522名正常兒童,發現在懷孕前期與中期、以及孩子出生以後的準媽媽們居住地區的空氣污染都沒有呈現相關性;只有在懷孕後期(最後三個月)準媽媽們居住地區的空氣污染程度,與孩子診斷出ASD之間呈現了相關性。

當然,準媽媽們每天不論是上班或在家,暴露的環境因子絕對不只有空氣污染;研究團隊之所以會選擇這個項目,是因為在2006年便已經由加州衛生署發表過類似的研究(2)。除了空氣污染以外,環境賀爾蒙諸如全氟烷化合物(PFASs,Perfluoroalkyl substances,被廣泛使用於地毯和衣物的表面保護處理,紙張護膜和紙板包裝上,也可被用來製造滅火器粉末。3)與ASD也有相關性。

由於ASD所牽涉的基因相當複雜(哥倫比亞大學的分析發現,有159個基因都跟ASD有關),而環境因素似乎也跑不了關係,若說筆者能夠把「所有的」資料都包括在這篇短文中,是不可能做到的。但筆者想要提醒大家的是,雖然有些環境因素(如空污、全氟烷化合物等)與ASD相關,但是未經研究證實的言論(如2014/12/23的水果日報),既不值得相信,更不需要為了它而恐慌!

高階超音波與ASD的關係,已經由施景中醫師駁斥了,筆者不再贅述;不過,如果只是把照高階超音波當作是「留下寶寶的影像」,筆者倒覺得大可不必。畢竟胎兒正在發育,沒有必要的檢查能不做就不做,雖然台灣醫療真的便宜(當年筆者在美國,兩次懷孕從頭到尾總共只照過一次超音波),但是為了寶寶好,真的不需要這樣一直照!反正出生以後愛怎麼照就怎麼照,不是嗎?

參考文獻:

1. Jonathan Chang, Sarah R Gilman, Andrew H Chiang, Stephan J Sanders, Dennis Vitkup. 2014. Genotype to phenotype relationships in autism spectrum disorders. Nature Neuroscience. doi:10.1038/nn.3907

2. Gayle C. Windham, Lixia Zhang, Robert Gunier, Lisa A. Croen and Judith K. Grether. 2006. Autism Spectrum Disorders in Relation to Distribution of Hazardous Air Pollutants in the San Francisco Bay Area. Environmental Health Perspectives. 114(9): 1438-1444

3. 國家環境毒物研究中心。全氟烷化合物 Perfluoroalkyls

4. 2014/12.18. Autism risk linked to particulate air pollution. Reuters.

5.Raanan Raz, Andrea L. Roberts, Kristen Lyall, Jaime E. Hart, Allan C. Just, Francine Laden, and Marc G. Weisskopf. 2014. Autism Spectrum Disorder and Particulate Matter Air Pollution before, during, and after Pregnancy: A Nested Case–Control Analysis within the Nurses’ Health Study II Cohort. Environmental Health Perspectives. DOI:10.1289/ehp.1408133

2014年12月17日 星期三

二甲基黃(methyl yellow)是什麼?

因為香港檢驗出了德昌豆乾含二甲基黃(methyl yellow),引起了台灣的注意,抽絲剝繭最後發現竟然是因為上游廠商在乳化劑中添加了二甲基黃。二甲基黃是什麼呢?

二甲基黃是一種酸鹼指示劑,又稱為甲基黃,分子式是C14H15N3。它的變色範圍為pH2.8-4.0,在酸性環境中呈紅色,在鹼性環境中呈黃色。
二甲基黃。圖片來源:wiki
它是有毒的化合物,食用可以導致肝癌,過去曾經被用做食用色素(故它有另外一個名稱「奶油黃」butter yellow),直到發現會致癌後,便被禁止使用。

另一個在過去幾年曾被非法添加於豆干的染劑是皂黃(metanil yellow)。皂黃也一樣有致癌性,過去曾被使用於大黃豆干與金針。在印度,他曾經被用來冒充薑黃。

皂黃。圖片來源:wiki
參考資料:

Wikipedia

受傷了,照一下就好?

未來的傷口治療是否能「照一下」就好?
圖片來源:wiki

在科幻電影裡面,如果有人受傷了,醫生就會拿出一隻光筆照一照,然後傷口就癒合了。這聽起來很像哈利波特的魔法,但是最近喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的研究團隊,似乎將我們帶近了這個「魔法」一步。

研究團隊將他們發明的RGD環多肽(Asp-D-Phe-Lys-Arg-Gly)在天冬氨酸(Asp)的那一頭以DMNPB(3-(4,5-dimethoxy-2-nitrophenyl)-2-butyl ester)這種可以被光活化的(原文為photo-labile,不過在整個實驗中的作用比較類似於被光活化)分子修飾之後,如果單獨將這樣的RGD環多肽凝膠塗在小鼠的傷口,再以350~365奈米波長的紫外光照射後,傷口會出現疤痕組織。

這沒什麼,但是接下來的實驗就有趣了。研究團隊在這個凝膠中加入血管生長因子VEGF(vascular endothelial growth factor),然後再使用紫外光照射。結果傷口很快地長出了新的血管!這對於組織移植非常的重要,因為若是新移植的組織與原來的組織之間無法長出新的血管,則移植的組織得不到養分供應,便會很快就死亡,於是移植就失敗了。

現在只剩下一個問題:在這個實驗裡使用的光波是紫外光。由於小鼠的皮膚較薄,紫外光容易穿透;但要應用在人類,由於人類的皮膚較厚,大約只有10%的紫外光可以穿過,雖然應該也能活化凝膠,但另一個考量則是紫外光會造成灼傷,並且有造成皮膚癌的風險。

目前,研究團隊正在嘗試能否以紅外光來活化凝膠。紅外光穿透人類皮膚的能力較紫外光好,也沒有灼傷與皮膚癌的疑慮。如果可以,未來受傷了,或許就是消毒一下、塗個藥、照一照就好了。

參考文獻:

2014/12/16. Researchers make blood vessels grow by shining a light on skin. Science Now.

Ted T. Lee, José R. García, Julieta I. Paez, Ankur Singh, Edward A. Phelps, Simone Weis, Zahid Shafiq, Asha Shekaran, Aránzazu del Campo & Andrés J. García. 2014. Light-triggered in vivo activation of adhesive peptides regulates cell adhesion, inflammation and vascularization of biomaterials. NATURE MATERIALS. doi:10.1038/nmat4157

2014年12月16日 星期二

維京人(Norse/Viking)與金屬器具鎔製

重建的維京人船隻。圖片來源:wiki

五十年前在加拿大巴芬島(Baffin Island)南部發現的一個石器,最近重新檢驗之後,發現維京人曾經使用這個石器來製造銅器或是銅製的裝飾品。

在這個石器中,研究人員除了發現銅的碎片以外,還發現了細小的玻璃珠。這些玻璃珠證明了維京人曾使用這個石器熔化銅。

研究團隊認為,維京人當年到此地,應該是為了獵捕海象牙(walrus ivory)與毛皮。這個發現,為加拿大的古代歷史再添加新的一筆。

參考文獻:

2014/12/15. Evidence of Viking/Norse metalworking in Arctic Canada. Science Daily.

天雷勾動鋅火

圖片來源:wiki
受精時發生什麼事?根據最近發表在自然化學期刊(Nature Chemistry)上的研究顯示,受精時卵會釋放出鋅離子的花火,大約是她儲存的鋅離子總量的六分之一。

卵究竟儲存多少鋅離子呢?根據研究團隊的估計,大約是六百到八百億個,分散在八千個空間裡。在受精時,卵釋放出價值一百億個鋅離子的花火(請點選西北大學網站觀賞),並不是為了慶祝受精,而是為了接下來要發生的事作準備:由卵成為胚胎。

研究團隊在先前的研究工作中,發現小鼠的卵如果缺鋅則無法成熟。但是接下來的研究,卻因為無法觀察到鋅離子在卵中的位置而受到阻礙。

直到可以在活的卵中觀察到鋅離子的螢光標記發明後,他們才看到了究竟鋅離子被儲存在卵的哪裡,以及卵在受精時釋放出的鋅離子的花火。

研究團隊認為,未來可以使用這個技術,分離出鋅離子含量足夠的卵,提升人工受精成功的比率。

參考文獻:

2014/12/15.Stunning zinc fireworks when egg meets sperm. Science Daily.

2014年12月14日 星期日

聽歌嗎?

筆者在工作時沒有聽歌的習慣,不過這可能跟我只聽流行音樂有關(流行音樂有人唱歌,會干擾)。我有同事可以一邊聽布袋戲一邊工作,我頂多可以一邊聽電視一邊打毛線。如果寫文章的時候就不能聽歌了。

根據這一期的「英格蘭醫學期刊」(British Medical Journal)報導,從希臘時代,亞里斯多德便已認為音樂有療癒的能力;而十八~十九世紀的兩位名醫Leopold Joseph Auenbrugger與Rene Theophile Hyacinthe Laennec(後者就是聽診器的發明人)更是以音樂治療聞名。到了近代,音樂治療已經受到承認,成為醫學的一部份。

目前的研究顯示,每分鐘60-80拍的音樂(接近心跳頻率),最能達到使病人舒緩的效果,在手術前播放,其效果可以一直延續到手術後。雖然效果不如鎮靜劑,但相比於鎮靜劑,音樂又不要錢又沒有副作用,何樂而不播呢?

至於在手術室裡,大約62-72%的手術室會放音樂。放什麼音樂,通常由主刀醫師選擇(別讓醫生不開心!)。在手術室裡面的工作人員,有80%認為音樂有助於溝通、舒緩緊張的情緒以及提昇效率。對於日常就有聽音樂習慣的外科醫生來說,在手術室裡面放音樂可以提升專注力。

在手術室裡多半都放古典音樂。為什麼?一說是可以幫助專心(沒人聲),也有一說認為是外科醫生的性格使然(筆者認為,也有可能是人聲會干擾手術團隊的對話)。放流行音樂的不多,不過,威爾斯大學醫院的醫師們提出一些選擇,對於喜好流行音樂的醫生,可以有更多的選擇;筆者認為,應該也可以嘉惠病人吧?

建議清單第一名:比吉斯的Staying Alive(活著)
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建議清單第二名:Sade的Smooth Operator(順利的手術)
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建議清單第三名:Toni Braxton的Un-break my heart(癒合我的心)
筆者個人覺得心臟外科推薦使用。
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建議清單第四名:Pink Floyd的Comfortably Numb
(舒適的麻木),推薦麻醉前使用。
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建議清單第五名:Coldplay的Fix You(治癒我)
圖片來源:wiki
建議清單第六名:WHAM的
Wake me up before you go-go
恢復室特別推薦
圖片來源:wiki
而不建議的歌曲有哪些呢?

不建議清單第一名:Queen的Another one bites the dust.
(bite the dust是白忙一場的意思)
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不建議清單第二名:R.E.M.的Everybody Hurts (大家都在痛)
病人的OS:雖然大家都在痛,但是我更痛!
圖片來源:wiki
不建議清單第三名:Radiohead的Knives out!(刀子拿出去)
手術團隊的OS:刀子拿出去,那我們在這裡幹嘛?
圖片來源:wiki
不建議清單第四名:Red Hot Chili Peppers的Scar Tissue(疤痕組織)
整形外科絕對禁止!
圖片來源:wiki
不建議清單第五名:Hip Hop Trio的House of Pain(痛苦之家)
病人:什麼?這裡是痛苦之家?我再也不敢來了!
圖片來源:wiki
後面還有讀者推薦,在消毒時可以放Leonard Cohen的Iodine(碘酒)。

圖片來源:wiki
開玩笑歸開玩笑,音樂的確有撫慰心靈的效果;筆者想到「怪醫黑傑克」裡面有位醫師,因為國家禁止接觸任何「外國」的事物,但是他偏偏好愛聽古典音樂,最後只能在手術室裡面偷聽古典音樂;一開始很不習慣,但是久了以後,動手術時不聽音樂倒沒辦法了。

大家聽音樂嗎?聽歌嗎?工作時聽不聽?

參考文獻:

BMJ 2014;349:g7436. Making music in the operating theatre.

2014年12月12日 星期五

荒年多女嬰,真有其事嗎?

圖片來源:wiki

聽過「荒年多女嬰,盛世多男嬰」這種說法嗎?

事實上,過去科學家觀察到,極端氣候(酷寒或天災),甚至九一一,隔年出生的男嬰數目都減少了。究竟這只是巧合,或是真的發生在人類身上的自然現象呢? 

最近發表在皇家科學院院刊B的論文(1),研究由1790-1870年保存於芬蘭教堂的紀錄顯示,在「歹年冬」的時候,男嬰的出生率顯著下降---甚至降低到79:100(正常的比例應該是105:100)。 

但是,別緊張。雖然男嬰在荒年時的出生率顯著下降,但是這些男寶寶的存活率卻比在盛世時出生的高了12%,而且他們產生了更多的後代(8.7%)。 

科學家們推斷,在荒年時的男/女嬰出生率失衡,可能是因為男嬰流產率較高;但是為何準媽媽們在荒年時較不容易保住男胎,這部分可能就有待進一步的研究了。(筆者按:不知是否與男性少了一個X染色體有關?)

參考文獻:

1. Tim A. Bruckner, Samuli Helle, Elisabeth Bolund, Virpi Lummaa. 2014. Culled males, infant mortality and reproductive success in a pre-industrial Finnish population. Proc. R. Soc.B 282: 20140835

2. Elizabeth Pennisi. 2014/12/11. Why women’s bodies abort males during tough times. Science Now.

2014年11月28日 星期五

關於沙克(Jonas Salk, M.D.)

10月28日是沙克的百歲冥誕。大家對他的記憶,大概都只限於他發明了針對小兒麻痺(polio)的沙克疫苗,不久以後被沙賓(Sabin)疫苗取代。

沙克(Jonas Edward Salk)在紐約出生,是猶太人的後裔。在他就讀紐約大學醫學院(根據維基百科的資料,他就讀NYU主要是因為學費便宜,而且對於猶太人不排斥)時,他開始對研究發生了興趣。或許這是命定的,不過他因為家境的因素必需半工半讀,其中有一份工作就是實驗室助理。當然,根據他自己的說法,他在高中以前也從未表現過對醫學的興趣;而他也說自己去念醫學系其實是為了做醫學研究。

1955年的沙克(Jonas Edward Salk)。
圖片來源:wiki

當他在醫學院裡面的時候,他開始對細菌學感興趣;但是,等到他在1941年到密西根大學的Thomas Francis博士(B型流感病毒的發現者)的實驗室裡做研究以後,他開始對病毒學感興趣。

雖然他並不想當醫生,但是他還是在紐約的西奈山醫院(Mount Sinai Hospital)完成了他的住院醫師訓練。接著他換了幾個單位之後,在1947年落腳於匹茲堡大學醫學院。

1956年,他接受了美國國家小兒麻痺基金會( National Foundation for Infantile Paralysis)的邀請,開始進行小兒麻痺病毒研究計畫。除了羅斯福總統本身就是小兒麻痺症的受害者以外,在當時,美國人對於小兒麻痺的恐懼大概僅次於原子彈。1952年的大流行造成3,145人死亡,21,269人終身殘廢,而大部分的患者是小孩。這個經由糞口傳染的病毒,是當年家長們最大的恐懼。

雖然他在1956年才接受小兒麻痺基金會的邀請,但他在到達匹茲堡以後,就開始進行發明小兒麻痺疫苗的工作了。當時對於人體試驗的限制沒有現在這麼嚴格,他在1952年就開始進行人體試驗-在華生兒童身障院(D.T. Watson Home for Crippled Children)以及波克啟智學校(Polk State School for the retarded and feeble-minded)為兒童進行疫苗的注射。這些人體試驗引發了大眾的疑懼。而面對外界的質疑,他的反應是,他會負起全責,同時他也強調,他的妻子與三個兒子也都參加了這項試驗。

在1954年,他的疫苗開始進行大規模的測試(field trial)。這項測試包括了兩萬名醫師與公衛人員,六萬四千名學校的人員,一百八十萬名學童以及二十二萬名志願者。因為大眾對小兒麻痺的恐懼,以及這項測試所牽涉到的人是那麼多,當年的蓋洛普調查發現,知道這項測試的人,比知道美國總統的名字的人還要多。而測試所需的經費,除了國家提供以外,March of Dimes Foundation也全力支持,甚至不惜讓基金會負債。

March of Dimes為疫苗測試製作的募款海報。
圖片來源:wiki

而這些努力都感動了沙克,足足有兩年半的時間,他每天工作十六小時,從不休息,終於在1955年4月12日(羅斯福總統的十週年忌日)發佈了報告,證明了疫苗是有效的。在宣布的那一刻,全國歡欣鼓舞,教堂鐘聲齊鳴,甚至有商店在櫥窗上寫了:「沙克醫師,謝謝你!」

圖片來源:wiki
雖然後來發現只有百分之60到90的免疫率,而且在幾年內很快的被沙賓疫苗取代,但是在當年,小兒麻痺症很快地由一年數萬名感染降到一年幾十個。而大家所不知道的是,由於沙賓疫苗近年來被發現有引發變種的疑慮,因此美國從1998年開始,已經不再提供沙賓疫苗,而是以改良版的沙克疫苗做為預防小兒麻痺的方式。

而沙克的成名也促成了沙克研究所(The Salk Institute for Biological Studies)的建立。可能是因為他在匹茲堡大學時的經驗,當他建立沙克研究所時,他找了他的好朋友Louis Kahn來設計建築,並要求每間實驗室都要有對外的窗戶。筆者剛到The Salk時,就對於它的建築讚嘆不已;但顯然日本人也有相同的喜好。假日時總會看到許多觀光客(日本人最多),躑躅於建築物之間,透過每間實驗室的窗戶往裡面好奇的窺探;有些研究人員感到不堪其擾,便拿了大張的海報把窗戶貼起來,這好像又違背了沙克博士的想法了。

沙克研究所。圖片來源:wiki
沙克一直對於科學研究與人文科學的融合非常有興趣,也不遺餘力地推動。雖然不見得成功,但是他對於人文科學的興趣,使得他結交如Louis Kahn等人,更不用提他1970年再婚的對象是畢卡索的最後一任女友Françoise Gilot囉。Françoise Gilot至今仍在人世,經常以展出畫作的方式為沙克研究所募款。

筆者在1998年剛到The Salk時,植物研究室是棲身於研究所後方的停車場的木造建築中;後來等到實驗室完成後,整個植物研究室搬到研究所的最前方。據說,那些木造建築是當年沙克做研究的地方,而「侏羅紀公園」的作者Michael Crichton曾經在沙克博士手下做過一段時間的研究,當時沙克的研究室還是在木造建築裡面。當時曾聽到討論要保存那些建築,不知道是否仍屹立在停車場上呢?

(台大科教中心擁有此文版權,其他單位需經同意始可轉載。)

參考文獻:

Wikipedia. Jonas Salk, Françoise Gilot
Daniel C. Schlenoff. 2014. Remembering Polio Vaccine Developer Jonas Salk a Century after His Birth.

2014年11月10日 星期一

雄性大鴇(Otis tarda)藉由服毒來博取雌性芳心?!


大鴇。圖片來源:wiki
看過大鴇(great bustard)這種鳥嗎?牠屬於鶴形目鴇科,分佈的地區包括了西北亞到中東,以及中亞與中國北方等地區。由於大鴇的雄性與雌性的差別還蠻大的,造成古代的華人以為大鴇的雄鳥是別種鳥類,認為大鴇只有雌鳥,接著便創造出「雌性大鴇要交配的時候,可以跟任何一種鳥來交配」這種神話,於是便把「鴇」做為妓女的代稱,妓院老闆便稱為「老鴇」了。

幸而歐洲人並沒有這樣的誤會。事實上,過去研究大鴇的交配行為的學者發現,雄性的大鴇在追求對象時,會特別跑去吃下有毒的甲蟲(blister beetles)。這一科的甲蟲會製造一種萜類化合物(terpenoid)稱為斑蝥素(cantharidin,蝥音毛),接觸到會產生皮膚炎,因此被稱為blister beetles。全世界這類的甲蟲約有七千五百種,其中最有名的應該就是西班牙蒼蠅(Lytta vesicatoria,Spanish fly)。

斑蝥素(cantharidin)。圖片來源:wiki

原本科學家們以為,雄性大鴇的這種行為,可能是類似於男孩子在心儀的女性前面好勇鬥狠,好博取女性的芳心;但最近的研究發現,雄性大鴇這麼做,雖然的確是為了求偶,但是卻不是純粹的逞兇鬥狠而已。

原來,斑蝥素可以殺死大鴇體內的寄生蟲;這些寄生蟲住在大鴇的泄殖腔開口。寄生蟲多,就代表這個大鴇不健康,雌性大鴇便會拒絕跟牠交配。

雌性大鴇如何知道雄性大鴇的寄生蟲多或少呢?原來雄性大鴇在求偶時的表演,會使得雌性大鴇很容易就可以看到他的泄殖腔開口,加上大鴇的泄殖腔開口附近的羽毛都是白色的,如果有寄生蟲,根本就是ㄧ望而知,無從隱藏哪!

雄性大鴇的求偶展示(A,B)以及泄殖腔的寄生蟲(E)。
圖片來源:PLOS ONE

因此,雄性大鴇在交配季節到來時,便會趕緊去找含有斑蝥素的甲蟲來吃,好提高自己雀屏中選的機會。筆者覺得,這就像抽煙的男性在第一次約會之前猛刷牙,不是嗎?

至於西班牙蒼蠅嘛...其實它的壯陽效果就是來自於它製造的斑蝥素。前面提過,皮膚接觸斑蝥素會引發水腫,口服斑蝥素會造成生殖器血流增加,產生類似性興奮的效果,所以被認為有壯陽的效果。其實斑蝥素是一種毒素,服食過量會造成消化道與泌尿道出血,10毫克可以致命。因此,筆者覺得,還是不要輕易去嘗試這類的藥品吧!臨床上斑蝥素可以用來除掉皮膚表面的疣,也可以用來除掉刺青;不過筆者記得現在除刺青應該是用雷射了吧?

所以,過去以為雄性大鴇在交配季節時會有「服毒」(吞食有毒的甲蟲)的行為是為了顯示自己很勇敢,以博取雌鳥芳心。這個研究發現,雖然目的還是為了博取雌鳥青睞,但與其說是「服毒」,不如說是「服藥」比較正確呢!

參考文獻:

Carolina Bravo, Luis Miguel Bautista, Mario García-París, Guillermo Blanco, Juan Carlos Alonso. 2014. Males of a Strongly Polygynous Species Consume More Poisonous Food than Females. PLOS ONE. DOI: 10.1371/journal.pone.0111057

Wikipedia. Cantharidin, Spanish fly.

2014年10月29日 星期三

鳥寶寶還沒出生前也很聰明喔!

我們的小寶寶(32至39週)在媽媽肚子裡就能辨別男生、女生跟陌生人的聲音,其他生物的小寶寶有沒有這麼聰明呢?最近發表在皇家科學院刊B的研究報告裡,科學家發現澳洲的鳴鳥壯麗細尾鶇鶯(Malurus cyaneus,fairy-wrens)的小寶寶們也能辨別親鳥的鳴叫以及無意義的噪音。
壯麗細尾鶇鶯(雄鳥)。圖片來源:wiki

研究團隊對43個孵育13至14天的蛋(壯麗細尾鶇鶯約14天孵化)播放無意義的噪音、其他鶇鶯的叫聲或親鳥孵蛋時的叫聲一分鐘,同時測量胚胎的心跳。他們發現鶇鶯寶寶在聽到其他鶇鶯的叫聲以及親鳥的叫聲時,心跳會變慢;但是聽到無意義的噪音時並不會有同樣的現象出現。

因此,科學家們認為鳥跟我們一樣,在出生前就已經開始學習了。畢竟,學會辨別媽媽的聲音是很重要的,這樣才能在出生後順利地跟媽媽討食物,不是嗎?

參考文獻:

2014/10/28. Fairy-wrens, like humans, learn as embryos. Science Now.

2014年10月18日 星期六

含糖飲料使你的細胞老化

含糖飲料(汽水、果汁、茶飲等)因為含有大量的糖,經常飲用會使我們肥胖,並引發糖尿病、高血壓等疾病;但是,最近發表在美國公衛期刊(American Journal of Public Health)上的文章告訴我們,含糖飲料對我們的危害可能不只於此。

含糖飲料。圖片來源:wiki

加州大學舊金山分校(UCSF)的研究團隊,針對在1999年至2002年參加了全國健康和營養調查(National Health and Nutrition Examination Survey)的5,309參與者,向政府取得存儲的DNA樣本後,測量這些參與者的端粒(telomere)。這些參與者的年齡介於20〜65歲,無糖尿病史或心血管疾病。

研究團隊發現,含糖汽水的消耗量與端粒長度有關。總體來說,參與者平均含糖蘇打水消耗量為12盎司,而大約21%的參與者,每天喝至少20盎司含糖汽水。如果用端粒的長度,來做為計算細胞年齡標準的話,這21%的人,他們的細胞比整體平均老了4.6歲。

目前已知的是,端粒縮短與組織氧化損傷,發炎,以及胰島素阻抗都有關。

研究團隊也提醒大家,因為這個測試只作了一個時間點,如果要更加確定端粒的長度與含糖飲料的消耗有關的話,更詳盡的測試還是需要的。此外,由於參與者並不包含兒童,所以含糖飲料對兒童的端粒的影響,也需要測試後才能確定。

台灣的特色含糖飲料:茶飲。圖片來源:wiki

在國外,含糖飲料主要指的是汽水(carbonated soft drinks)與果汁(juice drinks);在台灣,除了汽水與果汁以外,含糖飲料應該還要包括茶飲。無所不在的茶飲,含糖量不輸給汽水與果汁;而台灣隨處可見的飲料店,動輒以買一送一等促銷方式,更培養了一群「茶飲寶寶」。這些「茶飲寶寶」從小喝慣了有味道的飲料,幾乎是不喝水的,但是每天大量的糖份攝取,姑且不論端粒是否變短,但我們有13歲就得糖尿病的小朋友,甚至有10歲以下的中風患者...難道還不該小心嗎?

參考文獻:

2014/10/16. Sugared soda consumption, cell aging associated in new study. Science Daily.

2014年10月11日 星期六

科學家與樂器的交會:弦樂器的演化樹

能將工作與興趣合而為一,應該是很多人的夢想。不過,在聖路易(St. Louis)的Donald Danforth Plant Science Center工作的Dan Chitwood顯然很認真的在實踐這點。身為植物型態學家,他的工作是研究蕃茄如何在氣候變遷下為了適應產生型態上的演化;但是他有個休閒活動:拉中提琴(viola)。

有一天,他決定要來研究提琴的型態演化。於是他由Cozio.com這個網站上下載了數千把提琴的正面與背面的照片,使用免費的統計軟體來分析這些提琴的本體與F孔(發聲孔)的型態。

最後,他得到了如下的演化樹:

圖片來源:Scientific American
Dan分析的樣品包含了上下共四百年,大約9,000把提琴。他發現同一「家族」的製琴者,他們的提琴形狀雖然會因人而略有不同,但是由演化樹的分析上看來,同一「家族」的人的製琴技術,顯然是一脈相承的。

紅色的演化樹,是目前炙手可熱的斯特拉迪瓦里琴(Stradivarius)的製琴家族Stradivari;他們家族的琴屢次在佳士得(Christie's)拍賣中取得高價(最高價前五名都是他們的琴)。

綠色的是Stainer家族。Jacob Stainer(1617-1683)是奧地利的製琴師,在Antonio Stradivari(1644-1737)開始製琴之前,他就已經開始製作提琴了。

紫色則是Amati家族(1538-1740),他們來自義大利,始祖是Andrea Amati。Andrea Amati創制了「提琴家族」(大提琴、中提琴、小提琴),同時也規範了提琴的基本形式、形狀、尺寸、材料和製作的方法。

而藍色是義大利的製琴家Giovanni Paolo Maggini(1580-1630)。他是Gasparo da Salò老師的得意門生。他只有一位弟子 Valentino Siani。

看著這個演化樹不禁莞爾。能夠把自己的專業跟嗜好完美的結合,而且還發表在PLOS One上面,這樣的事情,應該也不太多。

參考文獻:

Rebecca Boyle. 2014. Plant Biology Informs the Origins of the Stradivarius. Scientific American.

Daniel H. Chitwood. 2014. Imitation, Genetic Lineages, and Time Influenced theMorphological Evolution of the Violin. PLOS One. DOI: 10.1371/journal.pone.0109229

中美洲釀酒始於第三世紀,但是他們釀酒可能不只是為了博得一醉

因為細菌無所不在,世界各地的人們很早就發現,只要他們把煮熟或磨碎的穀物靜置個一兩天,在水氣的幫助下,穀物就會因為發酵作用(fermentation)成為不一樣的東西--酒。因此,各種各樣的發酵產物(主要是酒)很早就出現在各種不同的文明。肥沃月彎(Fertile Crescent)的人釀麥酒、葡萄酒,華北地區的人釀米酒。

在1521年,西班牙人征服阿茲特克人(Aztec)的時候,就發現他們喝一種稱為pulque的酒。這種酒是使用成熟的maguey龍舌蘭的汁液,經過發酵而成的一種黏稠的飲料。

pulque。圖片來源:維基百科
用來製作pulque的龍舌蘭(Agave americana,與製作有名的龍舌蘭酒tequila的blue agave不同),在西元第三世紀就已開始有人工種植;而野生的maguey則是更早就開始利用。這類的植物因為不是每年開花,有些甚至幾十年才開一次花,所以有個俗稱叫做century plant,意即「一世紀開花一次」的植物。不過就筆者所知,最高紀錄似乎是60年,還不到一世紀。

maguey龍舌蘭。圖片來源:維基百科
要生長12年的maguey龍舌蘭的汁液,才能用來釀酒。如龍舌蘭這等龐然大物,葉子的邊緣又長了許多尖刺,當初的中美洲原住民們是怎麼發現它的用處的呢?目前認為最有可能發生的,可能是從觀察到囓齒類動物啃咬龍舌蘭吸取汁液的行為,理解到這種植物有汁液可以飲用。

對於居住在墨西哥中部高原的古代中美洲原住民們,pulque酒是由特定的人負責釀造的,主要用在宗教的儀式中,如在Mayahuel女神和Mixcoatl神(Mixcoatl是狩獵之神)的慶典中,祭司和殉葬者會飲用pulque。除此之外,貴族和祭司在慶祝勝利時也可以飲用。至於平民,則只有老人和孕婦被允許飲用。

因此,maguey龍舌蘭是古代墨西哥最神聖和重要的植物之一。不管在神話、宗教上它都佔有很重要的地位。pulque首次出現於大約是公元第三世紀,在1968年出土於普埃布拉(Puebla)的喬盧拉金字塔(the pyramid of Cholula)中的大型壁畫「pulque酒飲者」。

雖然過去一直有人懷疑,居住於墨西哥谷地(Valley of Mexico)的特奧蒂瓦坎(Teotihuacan)的人們,由於當地在海拔2200公尺的高山上,經常面臨寒冷的冬天以及較少的雨量,威脅到他們的穀物收成;所以,他們應該也很早就開始釀酒了吧?但是科學家們一直無法找到證據證明,那裡的人喝酒--也就是,喝pulque(tequila是在十六世紀西班牙人帶入蒸餾技術後才有的)。

特奧蒂瓦坎(Teotihuacan。圖片來源:維基百科

最近,結合了國際團隊的一項研究證明:特奧蒂瓦坎地區的人,至少在第三世紀就已經開始釀造pulque了。

考古學家在特奧蒂瓦坎發現了幾個陶瓷的壺,裡面用過樹脂(resin)處理來防漏。他們認為這些壺很可能被古代中美洲的墨西哥人用來釀酒,於是他們使用氣相層析來分析這些壺裡面殘留的化學物質。

結果發現,這些壺裡面含有Zymomonas mobilis的代謝物(complex hopanoids)。而Zymomonas mobilis正是用來製作pulque的細菌;它除了在中美洲用來釀造pulque之外,非洲的人們也用這隻菌來釀造棕櫚酒(palm wine)。不過,當他出現在啤酒跟蘋果酒(cider)裡面,可是會害這兩種酒壞掉喔!

由於pulque這種酒非常的濃稠,有人甚至說喝一杯就飽了;因此,研究團隊認為,在特奧蒂瓦坎釀造pulque,可能不只是為了飲料的用途而已。畢竟在2200公尺的高山上,以玉米和豆類為主食的中美洲原住民們,他們日常的溫飽經常會受到乾旱的威脅。因此,採取maguey龍舌蘭的汁液製作pulque,可能除了單純的休閒性飲用之外,還有解飢的目的存在呢!

(臺大科教中心擁有此文版權,其他單位需經授權始可轉載)

參考文獻:

2014/9/15. Drinking up at Teotihuacan. Science Now.

2014年10月4日 星期六

sapa(薩帕):古羅馬人的糖

在「伊莉莎白女王的黑牙齒」一文中,我們提到歐洲人在十字軍東征之前是沒有看過、吃過蔗糖的,但是,喜好甜味是人們的天性:母乳是甜的,因為帶有乳糖;成熟的水果是甜的,因為有蔗糖。我們數百萬年來已經被訓練得喜好甜味,因此,雖然歐洲人在十世紀之前沒有吃過蔗糖,但是他們會去採集蜂蜜。

蜜蜂的馴養從古埃及時代開始,但是對於喜愛甜食的人們來說,蜂蜜常常還是不夠的,因此羅馬人有另一種甜味的來源:薩帕(sapa)。

薩帕(sapa)。圖片來源:wiki
薩帕也常被稱為土星之鹽(salt of Saturn)或是 Goulard's powder(Goulard是一位法國的外科醫師)。羅馬人用薩帕來製作甜食,也用它來保存葡萄酒。當時很受歡迎的「阿比修斯食譜」(Apicius)中總共計載了450種食品,其中有85種都加了薩帕。

當時有人說,喝了加薩帕的葡萄酒會頭痛,甚至有女人因為喝了加薩帕的葡萄酒而引發流產。雖然筆者也有聽過,有人吃了太多糖會頭痛,但是吃糖導致流產的倒是沒聽說。所以,這個薩帕到底是什麼呢?

薩帕並不是來自天然的來源(當然,要看天然的定義是什麼)。薩帕是來自於將發酸的葡萄酒放在鉛鍋裡煮沸所產生的,剛煮好的糖漿被稱為defrutum,濃縮後形成的結晶叫做薩帕。

看到這裡,不知道您會不會覺得有點毛毛的?鉛鍋?

我們現在的人都知道不可以用鉛製的容器煮東西,甚至盛裝任何要吃/喝的東西。但是羅馬時代的人,並不知道鉛對人體可能產生的問題。他們用鉛製做水管運輸飲水,用鉛白跟鉛丹做油漆刷牆壁,用鉛製作烹調器具。

不知道他們是什麼時候發現,把葡萄酒放在鉛鍋裡面煮沸,會產生帶有甜味的物質;但是在當時流傳下來的薩帕的配方中,的確特別提到要在鉛鍋裡面煮沸葡萄酒,而且發酸的葡萄酒效果更好。

所以,到底薩帕的成分是什麼?

薩帕其實是醋酸鉛。將發酸的葡萄酒在鉛鍋中烹煮,酒中的醋酸會與鉛鍋產生化學作用,產物就是醋酸鉛。

薩帕的化學成分:醋酸鉛。圖片來源:wiki
近代有人用古方製作薩帕之後,發現裡面的鉛含量約為0.1%(1000ppm)。這樣高的鉛含量,不需要吃很多就會引發鉛中毒;而日積月累的食用也會導致慢性鉛中毒。

由於古羅馬人是如此的喜愛在食物中加入薩帕,加上他們又使用薩帕來保存葡萄酒,還有使用鉛製的水管與鉛製的塗料、化妝品(氧化鉛的眼線膏)...有學者認為,古羅馬人之所以生育率低,是因為鉛中毒;而古羅馬帝國之所以衰亡,是因為領導階層都慢性鉛中毒了:由於長期暴露在低劑量的鉛中,鉛會取代鈣,對神經傳導造成干擾,妨礙腦的認知/思考功能。

而且,不僅僅是古羅馬人在葡萄酒中加入鉛,後來的歐洲人,也把鉛加入葡萄酒來延長它的保存期限;直到1694年德國的高克爾醫師(Eberhard Gockel)發現鉛會造成腹部絞痛等症狀後,把鉛摻入葡萄酒的行為才慢慢(不是馬上喔!)走入歷史。

不過,如果您覺得把鉛加在葡萄酒裡面是很可怕的事的話,其實以前的歐洲人還會用含砷的塗料來製作壁紙、作畫呢!

參考文獻:

約翰‧埃姆斯利。致命元素:毒藥的歷史。三聯書店。
Wikipedia. Lead (II) Acetate, Lead, Honey bee.
Bee Wilson. 美味詐欺:黑心食品三百年。八旗文化。

2014年9月25日 星期四

為什麼酵母菌不想發酵?

釀酒的人大概都曾遇上一種狀況:酵母菌不知道為什麼不進行發酵作用,於是同樣在酒液中的細菌便開始大量生長。這個現象稱為「發酵停滯」(stuck fermentation),對於業者應該是一種非常惱人的狀況。畢竟,我們希望酵母菌可以「乖乖的」發酵,但是牠卻不知道為什麼罷工了。

通常業者遇到這樣的狀況,就只能夠把這堆發酵失敗的、臭酸的酒液倒掉、處理掉。但是,對於科學家來說,這卻是一個有趣的現象。

因為,酵母菌裡面有個機制,稱為「葡萄糖抑制作用」(glucose repression)。這個機制,使得酵母菌在有葡萄糖存在的時候,只會利用葡萄糖;而在只有葡萄糖的狀況下,又不提供氧氣時,酵母菌為了生存下去,便會將丙酮酸(pyruvate,葡萄糖的代謝產物)還原,產生乙醇(ethanol)與二氧化碳,也就是所謂的發酵作用(fermentation)。

但是,在發酵停滯的狀況下,酵母菌不受到葡萄糖抑制作用的影響;雖然葡萄糖存在,但是酵母菌轉而利用其他碳源。在這樣的狀況下,雖然酵母菌照常生長,但是並未進行發酵作用,而其他的細菌也跟著一起生長,於是發酵就失敗了。

科學家們研究後,發現這個發酵停滯的現象,是因為酵母菌裡面的一個稱為[GAR+]的普利昂蛋白(prion)所導致。「GAR」的意思是「對葡萄糖抑制作用有抵抗力」(resistant to glucose-associated repression)的意思,而大寫以及方形括號,則代表了它是顯性以及非孟德爾遺傳。

但是,究竟為什麼酵母菌要進入發酵停滯呢?畢竟葡萄糖抑制作用之所以會存在,是微生物們為了生存所產生的有利機制。它可以讓微生物在最好用的食物(葡萄糖)存在時,優先利用葡萄糖,等到葡萄糖耗盡時,再轉而利用其他的碳水化合物。優先利用葡萄糖,對生存競爭是有利的;這可以從發酵停滯的培養液中看出來。發酵成功的培養液中,絕大部分的微生物都是酵母菌;而發酵停滯的培養液中,不僅有酵母菌,也有大量的細菌。所以,為什麼酵母菌要這樣做呢?

最近的研究發現,原來當某些特定種類的細菌(如葡萄球菌 Staphyloccus gallinarium)也存在於培養液中的時候,這些細菌會透過跟酵母菌的互動,使得酵母菌的[GAR+]普利昂蛋白被引發出來;接著酵母菌就不再專心利用葡萄糖,轉而利用其他碳水化合物。

而當酵母菌不再專心利用葡萄糖時,發酵作用就不會大量發生,於是培養液內的酒精濃度,便不會如正常發酵進行時的快速上昇,也不會提高到細菌無法忍受的濃度。這麼一來,細菌得到一個較好的生長環境,而酵母菌還是可以生長,似乎大家是皆大歡喜了--除了釀酒業者以外。

釀酒最怕發酵停滯,透過科學研究,現在科學家們建議
業者,可以在壓碎葡萄的時候就添加二氧化硫來殺菌,
提高發酵成功的機率。圖片來源:維基百科

因此,科學家建議釀酒業者,如果想要有效地抑制這些細菌生長,可以在壓碎葡萄時就加入二氧化硫(SO2,葡萄酒釀造中最常使用的殺菌藥劑,通常在發酵前以及發酵結束後加入)來殺菌,降低其他的細菌與酵母菌「聊天」的機會,應該就可以減少發酵停滯現象的發生了。

至於這個現象,究竟對酵母菌本身有沒有益處呢?研究發現,[GAR+]的酵母菌,比原來的酵母菌更能夠耐酒精,也更能夠在養分不足(低氨基酸)的環境下生存,所以,那些細菌跟酵母菌達成的協定並不是損人利己,而是互利共生呢!

(臺大科教中心擁有此文版權,其他單位需經授權始可轉載)

參考文獻:

Jessica C.S. Brown and Susan Lindquist. 2009. A heritable switch in carbon source utilization driven by an unusual yeast prion. Genes & Dev. 23: 2320-2332

Daniel F. Jarosz, Jessica C.S. Brown, Gordon A. Walker, Manoshi S. Datta, W. Lloyd Ung, Alex K. Lancaster, Assaf Rotem, Amelia Chang, Gregory A. Newby, David A. Weitz, Linda F. Bissonemail, Susan Lindquist. 2014. Cross-Kingdom Chemical Communication Drives a Heritable, Mutually Beneficial Prion-Based Transformation of Metabolism.  Cell. 158(5):1083–1093.

Daniel F. Jarosz, Alex K. Lancaster, Jessica C.S. Brown, Susan Lindquist. 2014. An Evolutionarily Conserved Prion-like Element Converts Wild Fungi from Metabolic Specialists to Generalists. Cell. 158(5):1072–1082.

2014年9月24日 星期三

瓶裝水安全嗎?(二)

上次在「瓶裝水安全嗎?」一文中提到,西班牙的研究團隊測試了362個品牌的礦泉水,發現在儲存一年以後,只有少數的瓶裝水溶出低劑量的塑化劑;而國內所做的簡單研究也發現,將瓶裝水留在車裡一週,並沒有檢測到塑化劑。

圖片來源:wiki

不過,最近一項較大規模的研究發現,PET(polyethylene terephthalate,聚對苯二甲酸乙二醇酯)材質的水瓶在加熱時,還是會釋放出低濃度的銻和雙酚A(biphenol A,BPA)。 雖然美國食品和藥物管理局(FDA)說,低濃度的雙酚A不是飲料容器中的主要問題,但是FDA仍然在繼續研究它對健康的影響。而在梅奧診所(Mayo Clinic)的研究人員認為,該化學物質還是可以引起對兒童健康的負面影響。

其中尤其是銻,它被國際癌症研究機構(International Agency for Research on Cancer,隸屬於世界衛生組織)認為是一種致癌物。 

佛羅里達大學教授莉娜馬帶領的研究團隊,將16個品牌的瓶裝水放在在攝氏70度的環境下長達四周(根據衛福部的資料,PET耐熱可達60至85度)。

在16個品牌中,只有一個品牌的銻和雙酚A濃度超過了EPA的標準。這麼看來,儲存在熱的地方似乎不是一個大問題,但是,在熱的環境中待過四週的期間,各品牌的瓶裝水中銻和雙酚A含量都有增高的現象,只是其他15個品牌在四週內尚未超過EPA標準而已。也就是說,如果你把水放在車裡足夠長的時間,有可能還是有問題。

因為文化差異的關係,使得華人對於自來水的品質較不信任,因此在華人社會中常見到車廂裡放著瓶裝水,有時長達幾個星期。筆者也常看到有些朋友的車裡放著一瓶礦泉水。

當然,這個研究只有針對瓶裝水,而對於飲料:如果汁、汽水等酸性的飲料,可能會因為溶液中酸鹼度的不同,影響到溶出物質的速率。

當然,筆者還是要強調:如果已經開封的,基於衛生與安全的考量,最好還是盡快喝完。尤其是飲料,因為裡面含有糖份以及其他的物質,在開封後很容易污染並滋生細菌,所以盡快喝完為妙。

至於上次的文章刊出後,有朋友提到放在車裡久一點的水有「怪味」的問題,當然筆者不知道那瓶水在車裡多久,但是根據這篇研究看來,四週內應該還算安全,「怪味」當然會影響飲用的意願,其實最好還是別放在車裡才是最安全的。

最後,由於這篇研究是將瓶裝水放在攝氏70度的環境下連續四週,就算我們把車停在路邊,大概也不會一天24小時都是攝氏70度,所以這個研究的狀況究竟能反映到多少的實際狀況?就由讀者們自己判斷了,不過忙碌的人時間過得快,把一瓶水放在車廂裡,或許您覺得只放了幾天,但是一不小心可能就是幾週囉!

參考文獻:

2014/9/22.  Don’t drink the (warm) water, study says. Science Daily.

2014年9月19日 星期五

不只要聽媽媽的話,也要吃媽媽的菜--亞洲飲食對亞洲人胰島素阻抗的影響

許多人都知道,糖尿病(diabetes)已經成為現代人的文明病;而世界衛生組織更預估2025年,全世界會有3億的糖尿病患者,約佔總人口的5.4%。但是我們有所不知的是,世界上有超過一半的糖尿病成年人住在東南亞和西太平洋地區,而在台灣,糖尿病的盛行率已經從1996年的4.57%升高至2008年的9.28%。根據研究,亞洲人患第2型糖尿病的風險比白人高出約20%。
台灣2005-2008年糖尿病盛行率。
圖片來源:台灣營養健康狀況變遷調查
而根據另一項研究顯示,糖尿病的盛行率提高,或許與飲食習慣改變有關;台灣在1960年,糖尿病的盛行率為每十萬人口3.7人,而到了1988年則提高為每十萬人口23.3人。究竟飲食對發生糖尿病與否的影響大嗎?最近由哈佛大學的Joslin Diabetes Center發表的一項研究成果顯示,傳統亞洲飲食,對降低胰島素阻抗(insulin resistance,為糖尿病的主要危險因素)是有幫助的;而這個效應在亞洲人身上尤其明顯。

研究團隊找了40個志願者,進行一項為期16週的試驗。所有的志願者都是有糖尿病風險的:他們若不是有第2型糖尿病的家族史,就是有其他的糖尿病風險(如妊娠糖尿病)。40位志願者中,有24位東亞人(East Asian Americans)與16位白人;平均年齡為34歲,體重在正常到超重之間的範圍。

在前八週,所有的參與者都吃了傳統的「高纖東亞飲食」:70%的熱量來自於碳水化合物,15%來自蛋白質,15%來自脂肪,每1,000大卡提供15克纖維。食物都是由當地廚師新鮮製備,包括一日三餐以及一次的點心,並兼顧營養與美味。

第二個八週開始,33名志願者(包括20位亞洲人和13位白人)轉換到典型的低纖維西方飲食:50%的卡路里來自碳水化合物,16%來自蛋白質,34%脂肪,每1,000大卡提供6克纖維。其他七位志願者(包含4位亞洲人和3位白人)仍繼續吃傳統的亞洲飲食,做為研究的控制組。

研究團隊與試驗參與者每兩週聚會一次,以調整飲食的方式來維持受試者的體重穩定​​,以確定受試者在代謝上的改變不是由因為體重變化所造成。

研究團隊說,在整個測試過程中,光是要保持受試者的體重穩定,就已經是一個大挑戰。當他們在吃傳統的亞洲飲食時,幾乎每一個人的體重都下降了(而且並不是因為不好吃);而當他們開始轉換到西方飲食的時候,所有的人的體重都開始上昇。

結果發現,不論是亞洲人或白人,當他們採取傳統的亞洲飲食時,胰島素阻抗都降低了。而且,他們的低密度膽固醇(LDL cholesterol)也降低了;這對心血管的健康有益處。

對照台灣在1960年與2001年的資料可以看到,糖尿病的盛行率逐年提高,近年已經到了6-12%;這個研究成果告訴我們,傳統亞洲高纖飲食對於降低糖尿病的發生有一定的影響。事實上,在過去已經有許多例子發現,典型的低纖維西方飲食會使得糖尿病的發生率提高(請參考「潘朵拉的種子」以及「昨日世界」等書)。而這個研究更提醒了我們,我們數千年來已經習慣的「傳統亞洲高纖飲食」,也是對我們最好的飲食。

參考文獻:

台灣糖尿病盛行率趨勢之性別差異研究。國家衛生研究院電子報 第 393 期。

2014/9/17. Asian Americans lower insulin resistance on traditional diet. Science Daily.

2014年9月18日 星期四

我們長得慢,是因為我們的大腦嗎?

跟其他的靈長類相比,我們真的長得很慢。我們的幼年期是猩猩的兩倍長!為什麼我們要長得這麼慢呢?

針對這個問題,在1995年,紐約的人類學家Leslie Aiello以及英國的學者Peter Wheeler共同提出了所謂的「高耗能組織假說」(The Expensive-Tissue Hypothesis):簡單來說,這個假說的重點是說,人類之所以長得慢,是因為我們的大腦--因為我們的大腦需要非常多的能量,而我們一天能花在覓食的時間有限,所以,身體為了要適應這個高耗能的組織,必須要放慢生長速度。

人的大腦是脊椎動物裡面最複雜的。
圖片來源:維基百科

我們的大腦有八百六十億個神經元,是猩猩等靈長類的三倍;加上神經元之間互相連接的密度,也是所有動物裡面最複雜的。如此複雜的器官,即使從相對於其他組織在能量的需求上看來,我們的大腦也的確是一個高耗能的組織;從小到大,它消耗了我們每天攝取能量的44%-87%。過去,在蘇黎世大學(University of Zurich)的Carel Van Schaik就曾經提出,人類已經從三方面來調整自己的能量獲取與消耗,去迎合這個高耗能的大腦的需求。

第一,人類的食性由草食轉為雜食,以及由生食轉為熟食,使得人類可以由食物中提取更多能量供身體使用;因為熟食比生食容易消化吸收,而蛋白質與脂肪含量較高的食物(肉食),則因為能量密度較高,使我們可以在單位時間內攝取較多的熱量,不需要消耗更長的時間在攝取食物上(可參考「熟食使你聰明」一文)。

第二,人類長得慢,並將繁殖期延後,所以單位時間內身體其他部分對能量的需求,跟其他靈長類比起來較低;

第三,人類改用二足行走,使得人類在運動/移動這一項消耗的能量,比其他四足行走的動物大為減少。除了少用兩條腿以外,二足行走可以減少身體曝曬在太陽下的面積,因此與其他動物相比,人也比較不容易中暑(雖然筆者還是覺得自己超容易中暑的!)。

但是,這些都是間接的證據。是否有直接的證據,讓我們可以肯定地說:的確是因為有個高耗能的大腦,使得人類長得比其他靈長類都慢呢?

最近由西北大學(Northwestern University)的人類學家Christopher Kuzawa所領導的研究團隊進行的研究證明,我們的確是因為有這個「很貴」的大腦,讓我們長得比其他的靈長類都慢得多了!

研究團隊由先前許多不同的研究報告中,找出這些研究報告的原始檔案:包括了36個人的PET影像、以及400個從四歲半到成年人的大腦容積與年齡資料、再加上由1978年收集而來的1000個人從出生到成年的腦容積與體重資料,將這些資料彙整、分析,得出休息狀態的代謝率(RMR, resting metabolic rate)與每日能量所需(DER,daily energy requirement)以及生長速率(dw/dt,body-weight growth),然後找出大腦生長與身體成長這兩者之間的關係。

結果發現:當大腦消耗能量上昇時,身體的生長速度就變慢。最明顯的一個時期是在四歲半到五歲的這段期間,在這段時間裡,大腦消耗能量(主要是葡萄糖)是在到達成年期之前最高的時期,而我們身體的生長速率也下降到最低。

相對的,當我們開始進入青春期時,大腦消耗能量的速度開始下降,而這時身體的生長速度開始上昇。這個趨勢,不管在男性或女性都是一樣的。

由此可知,我們的「昂貴」的大腦,不只是每天要消耗很多能量(150-190 g 的葡萄糖,約為我們身體其他部分總和的2-3倍);當它在成長的時候,我們其他部分的身體,也必須要暫時放慢腳步,免得身體「入不敷出」,影響到正常的功能。

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參考文獻 :

Christopher W. Kuzawa, Harry T. Chugani, Lawrence I. Grossman, Leonard Lipovich, Otto Muzik, Patrick R. Hof, Derek E. Wildman, Chet C. Sherwood, William R. Leonard, and Nicholas Lange. 2014. Metabolic costs and evolutionary implications of human brain development. PNAS. published ahead of print August 25, 2014, doi:10.1073/pnas.1323099111

Leslie C. Aiello and Peter Wheeler. 1995.The Expensive-Tissue Hypothesis: The Brain and the Digestive System in Human and Primate Evolution. Current Anthropology.36(2):199-221