狗不只是人類最好的朋友,狗鼻子還能嗅出疾病味道、救我們一命?

狗不只是人類最好的朋友,狗鼻子還能嗅出疾病味道、救我們一命?

我們想讓你知道的是

當我們罹患疾病時,人體細胞在代謝與合成的過程中,會釋放出數以百計的揮發性有機化合物。由於犬隻能嗅出揮發性有機化合物的氣味變化,再經過訓練後,就能針對這些疾病作出示警行為。目前醫療偵測犬可分辨出癌症、細菌感染、帕金森氏症、瘧疾、糖尿病、癲癇,甚至是COVID-19 等病狀,並針對各種病徵作出相對應的行為,輔助患者及醫療人員。

文:陳筱筑(訓練師,專長為偵測犬訓練、動物行為訓練及犬隻行為矯正,目前任教於美和科技大學美容系寵物美容組)

犬隻一直被認為是人類最好的朋友,甚至有人認為牠們比人更適合作為心靈伴侶一起生活。隨著與犬隻的相處時間漸長,科學家發現可以透過訓練,利用牠們靈敏的嗅覺,嗅出人類的疾病並做出警示。目前全世界已經有越來越多相關的成功案例。

其中科學家也以犬隻專責的工作領域,將工作犬做出區分,分別是初期疾病診斷的「醫療偵測犬」(medical detection dogs, MDD),以及在病患發病前做出警示的「醫療警報輔助犬」(medical alert/response assistance dogs)。

怎麼發現犬隻的驚人能力?

犬隻是群體生活的動物,牠們時常成群結隊一起行動,在相處過程中常透過觀察彼此的行為,或互相嗅聞氣味來了解同伴的身體是否出現異常狀況。犬隻鼻子的靈敏度很高,主要原因是牠們在呼吸時,吸進與呼出的空氣的通道不同,讓吸入的氣味分子能夠留在鼻腔,強化了犬隻分辨氣味的能力。這樣的獨特構造讓犬隻鼻子比人類靈敏,因此我們可以這樣說:狗用鼻子了解世界,將世界轉化成氣味的組合,如同人類用眼睛辨識物體,透過顏色、形狀、透視組合形成我們眼中的世界。

最早被發現能夠對人類疾病做出偵測的犬隻,被收錄在1989年的英國醫學期刊《柳葉刀》(The Lancet)的一篇研究中。當時一名英國婦女告訴醫生她想要去除腿上的一顆痣,因為她的寵物犬對這顆痣非常有興趣,牠會一直湊到這顆痣旁邊又舔又聞,甚至不斷抓咬,為她的生活帶來困擾。完成手術後,檢驗結果讓醫生大吃一驚,原來這顆痣是癌細胞病變,若沒有及早發現與處理可能會危及性命!在此之後,越來越多類似的案例出現,讓研究人員對於犬隻的這項驚人能力產生興趣。

牠們究竟在聞什麼? 疾病有什麼樣的氣味?

科學家經過研究發現,犬隻能分辨出人類的尿液、汗液、糞便、呼吸的氣體中,揮發性有機化合物(volatile organic compounds, VOCs)氣味的改變。當人體細胞在代謝、合成的過程中,會不停地釋放出數以百計的VOCs,而有機化合物的成分通常代表個體的代謝狀況。例如人類在呼吸時,空氣被吸入後經過肺部進行氣體交換,再經由呼氣將身體的代謝廢物排出,這些呼出的氣體含有許多VOCs,醫生便可以蒐集這些VOCs 的樣本資訊,進一步監測人體的健康。

當人體受到感染或出現腫瘤時,會破壞人體的生理結構,進而導致整體代謝機制改變,也讓VOCs 產生了變化。因此,經過訓練的犬隻能夠透過敏銳的嗅覺,聞到這些VOCs氣味的改變,做出比醫學檢驗更迅速的警示。

醫療偵測犬是怎麼訓練的呢?

訓練醫療偵測犬之前,最重要的是要先了解該疾病是否會對犬隻的健康造成影響,以確保犬隻的健康為第一優先。以嗅聞呼出氣體的肺癌偵測犬訓練為例,科學家或醫師會先收集肺癌的患者呼吸氣體提供給犬隻進行訓練(目標物訓練),犬隻會在實驗室嗅聞樣本的試管並以坐下為反應模式,之後再加入健康的人所提供的呼氣樣本給犬隻嗅聞(非目標物訓練),此時犬隻要學會對目標物有反應並忽略非目標物。

最重要的是,在做疾病偵測的訓練時,需要給予各種不同個體的目標物或非目標物樣本給犬隻進行訓練,以確保牠們偵測的是該疾病的氣味,而不是該名患者的氣味。

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Photo Credit: 陳筱筑提供
訓練醫療偵測犬,研究人員會先收集患者呼吸的氣體。
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Photo Credit: 陳筱筑提供
提供給犬隻進行訓練。

用嗅覺協助診斷疾病的偵測犬

目前已經有大量的研究證明,犬隻可以透過嗅聞的方式偵測疾病,包含癌症、神經性疾病、瘧疾、細菌感染等,甚至還可以檢測出COVID-19(嚴重特殊傳染性肺炎、新冠肺炎、武漢肺炎)。以下舉例幾項可由犬隻偵測的常見疾病:

  • 癌症

近年來癌症都居於臺灣國內十大死因之首,但大多數的癌症早期並沒有徵兆,等到被診斷出來的時候通常已是晚期,癌細胞甚至已經轉移至其他部位,讓化療、標靶治療等效果大打折扣。因此,癌症偵測犬成為目前是全世界最廣泛被運用的醫療偵測犬項目。癌症偵測犬可以從不同的檢體中偵測到肺癌、乳房癌、大腸癌、前列腺癌等不同的癌症,甚至能在早期階段就發現癌細胞的存在。

  • 細菌感染

在醫院或長照中心裡,大腸桿菌(Escherichia coli)與金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)常造成長者尿道感染;此外,長期服用抗生素的年長患者也經常會出現困難梭狀桿菌(Clostridium difficile)感染的情形,這些案例嚴重者甚至可能會造成死亡。為了防止這類細菌的傳播,使用訓練過後的犬隻,可以從樣本中找尋到感染的患者,有助於控制和預防該疾病爆發。

  • 帕金森氏症

帕金森氏症(Parkinson's disease),是常見的神經退化性疾病,主要會影響病人的運動功能表現,並出現靜止性顫抖與肢體僵硬等特徵。然而,帕金森氏症難以在早期階段被診斷出來,大多要等到病人出現四肢顫抖的症狀時才會被發現。

直到2015年,一位蘇格蘭的護士發現,帕金森氏症的患者身上會出現一種奇異的麝香味,經由愛丁堡大學(University of Edinburgh)的生物研究院證實,該氣味與帕金森氏症患者皮膚上的分子有關,因此發想藉此訓練犬隻進行偵測研究。結果發現,在帕金森氏症的症狀出現以前,犬隻的嗅覺就可以偵測到疾病並做出反應。此結果對於目前尚無有效診斷方式的帕金森氏症來說,具有相當大的助益。

  • 瘧疾

由瘧原蟲(Plasmodium)傳播的瘧疾(malaria)依然是世界上最致命的疾病之一,尤其是在一些醫療資源不足的國家。目前研究證實受過訓練後的犬隻,可以經由嗅聞人們穿過的襪子,精準識別出瘧疾感染者的氣味。此方式不僅能阻止瘧疾在國家之間傳播,更可以提早發現感染者並迅速治療。

以上這些針對不同類型疾病所訓練的醫療偵測犬,比起傳統的診斷方式,具備高效率、低成本、低侵入性等優點。偵測犬也讓早期診斷與治療成為可能,使醫生在症狀惡化前給予治療,提高患者的生存機率。

在發病之前告訴你的醫療輔助犬

輔助犬經過特定訓練,可以為身障人士執行任務,例如幫助視障者的導盲犬,以及協助聽障者的導聾犬,而「醫療輔助犬」則具備了「偵測」及「輔助」兩項功能。醫療輔助犬主要是跟隨在使用者身邊一起生活,這類型的犬隻除了要做醫療偵測的訓練以外,也需接受協助犬的訓練。

在一些先進國家中,輔助犬是受到法律保障的,歐美國家的醫療輔助犬可以自由地搭乘大眾運輸工具或進出各種公共場合,甚至可以一同搭乘飛機。牠們的工作是在各種疾病即將發生之前做出警示,以提醒使用者注意即將發生的醫療事件,包含糖尿病、癲癇等疾病,以下簡單說明。

  • 糖尿病偵測犬

糖尿病偵測犬被訓練在當使用者出現血糖異常時做出行為反應,不同類型的反應模式取決於牠們受到的訓練,例如吠叫、跳到使用者身上、用鼻頭觸碰使用者,或是將特定物品含在嘴裡做為信號等。這些行為可讓糖尿病友迅速採取相關的醫療措施,例如進食提高血糖,或打胰島素針降低血糖等。

  • 癲癇警示犬

癲癇則是因腦部神經細胞異常放電所致,此疾病會造成患者突然全身性抽蓄。由於這項疾病常會突然發作,在沒有防備的狀態下發作時經常造成患者摔傷等意外。

若癲癇發作當下患者正在走樓梯或開車,將有可能造成更大的危險。由於不知道自己什麼時候癲癇會突然發作,因此患者經常活在恐懼之中。此時,若藉由受過訓練的癲癇警示犬,牠們可在患者發病前的15~45分鐘發覺,並做出特定的反應行為讓患者有時間服用藥物,移動到安全的地方,或尋求他人的協助等。

此外,有許多患者表示,與癲癇警示犬一起生活時,癲癇發作的頻率大幅降低,這可能與犬隻的陪伴而降低了患者的壓力有關。

  • 醫療偵測犬協助對抗COVID-19

隨著COVID-19在世界各地快速蔓延,這種高傳播性的病毒如果能在流行率較低時進行檢測,並準確篩檢出有症狀和無症狀的感染者,將有望減緩疫情的爆發。

目前COVID-19最主要的檢測方式為使用鼻咽採檢進行快篩,或使用聚合酶連鎖反應核酸檢測(polymerase chain reaction, PCR)來識別病原體,前者檢驗時間短,但容易有偽陽性、偽陰性的形況產生;而後者雖然準確,但成本高昂且耗時,因此科學家不斷找尋更快、更可靠且非侵入性的篩檢方式。

這時,訓練有素的犬隻似乎就能派上用場。世界各國的研究機構正如火如荼地進行相關的訓練與研究。幸運的是,這些研究目前都有不錯的結果。以英國和法國的實驗結果為例,當感染COVID-19時,患者的尿液、唾液、汗液會出現明顯的氣味,經過專門訓練的犬隻可以快速並準確地從這些樣本檢測出有症狀及無症狀感染者。此研究結果可望對疫情帶來正面的影響,或許有一天,我們會在機場、車站等公共場所遇到檢測病毒的工作犬。

醫療輔助犬將拯救更多生命

從上述各種案例中可發現,這些醫療偵測犬和醫療輔助犬不僅能在生活中為使用者提供協助,更可以改善心理和生理的健康狀況,並大幅提高患者的生活品質。在未來,這些犬隻將可能是拯救無數生命的關鍵。

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

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責任編輯:蕭汎如
核稿編輯:翁世航


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