動物生理

呼吸、循環、消化、免疫、排泄、生殖、運動、發生、內分泌、感覺、疾病

味覺產生的分子機制上(Taste)

味覺產生的分子機制上(Taste)
台北市立第一女子高級中學生物科胡苓芝老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

人體的味覺感受器為味蕾,味蕾主要位在舌頭黏膜的輪廓狀乳突(多分佈於舌根)、葉狀乳突(分布於舌側的皺摺)和蕈狀乳突(多分布於舌尖和舌側) (圖1),其它如會厭、軟顎和咽部等處也有味覺細胞分佈。味蕾由基底細胞、支持細胞和味覺細胞(gustatory cells)組成,每一個味覺細胞尖端具有微絨毛突出於味孔,另一端則與第VII、IX和X對腦神經的感覺神經纖維相接。

a.味蕾內的味覺細胞。
b.位於輪廓狀乳突(上)、葉狀乳突(中)和蕈狀乳突(下)表面的味蕾。
c.舌頭表面不同區域的乳突。

肝臟之藥物轉化機制(Drug Metabolism)

肝臟之藥物轉化機制(Drug Metabolism)
台北市立忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

許多台灣民眾會因為工作過度操勞,生活作息不正常,感覺疲累沒精神,想服用「保肝丸」。他們認為該類藥物既可保肝又可消除疲勞,殊不知服用的藥物必須經過人體肝臟代謝,在肝臟轉換與代謝過程中,輕則增加肝臟代謝功能,重則會產生毒素增加肝臟解毒負擔。有些口服藥物為避免藥物遭到胃酸破壞而影響藥效,成分是由前驅藥物所組成,藥物經由腸胃道吸收後,由肝門靜脈進入肝臟,經由肝臟內的酵素將沒有活性的前驅藥物轉化成活性藥物,達到治療的效果。針劑型的藥物則直接被人體利用,後續仍得經由肝臟代謝。

肝臟的藥物代謝分為phase 1 和phase 2 兩種反應。

phase I主要為氧化或還原反應(oxidation or reduction)或是水解反應接上極性基團(polar group)。

人體的化學感覺(Chemical Sense)

人體的化學感覺(Chemical Sense)
台北市立第一女子高級中學生物科胡苓芝老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

研究人體感覺的主題向來是諾貝爾獎的常客。以視覺為例,於1911、1967及1981年,共有七位學者因研究眼睛感光原理及視覺訊號處理而獲獎;在1914及1961年,則是由兩位研究內耳前庭(平衡覺)與耳蝸功能(聽覺)的學者得獎。近年來由於化學感覺(味覺與嗅覺)的分子生物學相關研究有了長足的進展,2004年生理及醫學諾貝爾獎即頒獎給兩位致力於嗅覺研究的學者Richard Axel (Columbia University) 及 Linda Suck (Fred Hutchinson Cancer Research Center at Seattle),表彰他(她)們率先運用分子生物學結合神經科學的方式研究人體感覺,找出嗅覺受體的基因家族,揭露嗅覺傳遞機制,奠定對嗅覺領域研究的基礎。

相關研究發現鼻腔嗅覺粘膜上擁有數百萬個嗅覺細胞,而嗅覺受器的基因約有千種,每個嗅覺細胞只單獨表現一種嗅覺受器的基因,同一類型的受器負責偵測少數種類的氣味分子,因此嗅覺細胞的氣味感受具有高度的專一性。同時,因為單一種氣味分子,可能活化不只一種嗅覺受體,故氣味的刺激是由不同數量及組合的嗅覺細胞,受到不同程度的活化或抑制而形成,此即人體能夠辨識和記憶上萬種不同氣味的原因。再者,帶有相同受體的嗅覺細胞會連結到嗅球中相同的嗅絲球體,訊息從此初級區域傳遞到腦中其他更高級的分區進行處理,最後由大腦嗅覺中樞和其他部位進行訊息的組合(圖1)。

呼吸有這麼簡單嗎?

呼吸有這麼簡單嗎? (Breathing)
臺北市立建國高級中學生物科蔡敏麗老師/國立臺灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

所謂的肺呼吸即是指肺在收縮與擴張的過程中交換氣體的動作。肺臟是由肺泡組成,而肺泡則是由單層扁平的皮膜組織及彈性纖維組成,並不包含肌肉組織。所以,肺的脹縮不是主動的,而是所處的胸腔內壓力改變,導致肺內壓力與外界壓力差而引起氣體流動的結果。

圖1為正常呼吸下,肺容積、胸膜壓(胸膜腔內壓力)及肺泡壓的變化曲線,由圖1可看出,當吸氣時,肺泡壓變小且比外界的一大氣壓小約1cmH2O (可標示為-1),此外界與肺泡間的壓力差,導致氣流由外界(高壓)進入肺泡(低壓),此即為吸氣,此一輕微的負壓可使肺臟在2秒內吸入約0.5升的氣體。相反的,當呼氣時,肺泡壓比外界的氣壓大約1cmH2O (可標示為+1),氣流便離開肺泡至外界,此即為呼氣,此正壓可使肺臟在2~3秒內呼出約0.5升的氣體。

淺談下視丘-腦垂腺-腎上腺軸和壓力調控(下) (Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis)

淺談下視丘-腦垂腺-腎上腺軸和壓力調控(下) (Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis)
台北市立第一女子高級中學生物科許一懿老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

請參閱:淺談下視丘-腦垂腺-腎上腺軸和壓力調控(上) (Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis)

HPA軸主要包括以下三個部分:

1.下視丘室旁核(paraventricular nucleus):室旁核神經元具有神經內分泌的功能,可以合成並分泌多種激素,包括儲存在腦垂腺後葉的催產素和抗利尿激素,以及調節腦垂腺前葉的多種釋放激素,其中在HPA軸中所要討論的,主要是促腎上腺皮質激素釋放激素(corticotropin-releasing hormone,CRH)。

2.腦垂腺前葉:CRH可以促進促腎上腺皮質激素(adrenocorticotropic hormone,又作corticotropin,ACTH)的釋放,此激素是由腦垂腺前葉所產生,目標器官則是腎上腺皮質,同時腦垂腺前葉也會分泌β-腦內啡(beta-endorphine),用以減輕身體的痛覺。

3.腎上腺皮質:在ACTH的作用下,可以合成並分泌糖皮質激素(Glucocorticoid),主要是皮質醇(cortisol)。糖皮質激素可以回饋作用於下視丘和腦垂體,分別抑制CRH和ACTH的合成與分泌,產生負回饋控制。

淺談下視丘-腦垂腺-腎上腺軸和壓力調控(上) (Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis)

淺談下視丘-腦垂腺-腎上腺軸和壓力調控(上) (Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis)
台北市立第一女子高級中學生物科許一懿老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

2009年2月,神經生理學家Michael Meaney發表他和同事的研究結果:受虐兒童不只是容易產生情緒困擾的問題,受虐的經歷還會造成腦的永久性改變。他們發現:曾經歷受虐事件的孩童,即使在過了幾十年後,其腦中和壓力控制有關的一個基因,仍會受到影響。在先前以大白鼠為對象的實驗結果中,也可觀察到類似的模式:被母親忽略的大白鼠,壓力反應的荷爾蒙系統和正常老鼠不同,這個荷爾蒙系統,也就是下視丘-腦垂腺-腎上腺軸 (hypothalamic–pituitary–adrenal axis,簡稱為HPA) 的回饋控制系統,在受虐動物的神經細胞中,負責製造糖皮質素受體的基因受到影響,這種受體原本可以壓抑HPA反應,在受虐體物體內卻不能正常運作,使得這些動物長期生活在的較高壓力之下。

科學家在人腦內發現相同的現象,Michael Meaney和他的同事在加拿大蒙特婁的麥吉爾大學(McGill University)研究了三組死亡成人的腦部構造,這三組腦的來源分別為:第一組樣本的幼年時期曾有受虐經驗,而且曾經試圖自殺過;第二組樣本也曾經自殺過,但不具受虐兒背景;第三組則是因其他原因猝死,且沒有受虐經驗。研究人員從樣本的下視丘細胞抽取DNA,檢測糖皮質素受體的基因表現,他們發現:受虐者和受虐老鼠一樣,在這個基因的啟動子區域具有較高的甲基化,使得個體無法表現適當的壓力反應,其他兩個對照組樣本的基因,則沒有這樣的情況。

減壓症(Decompression Sickness,DCS)

減壓症(Decompression Sickness,DCS)
台北市立和平高級中學生物科林元露老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

民國八十二年,台北市捷運新店線CH221標地下工程,因為工人進出坑道減壓不當,使得參與工程的二十四名工人中,有二十三人罹患了減壓症,也就是俗稱的「潛水夫病」。

潛水夫病是因為工作環境的壓力異常所導致的疾病,包括潛水工作者,下水道建築工人、地下鐵開挖者都是罹患此病的高危險群。潛水者若潛至較深的水層時,所受的壓力除了一般人在陸地上所受的1大氣壓之外,還要加上水給的壓力。當壓力增加時,氣體的溶解度會增加。因此,呼吸時所吸入的氣體,在水下(或地下深處)的溶解度會增加,也就是有數量更多的氣體溶解在我們的組織或血液之內。如果一直處在那樣的壓力之下,小氣泡不會惹事生非,不過當潛水者回到水面時,問題就來了。壓力降低時,氣體的溶解度變小,一個個原本溶解於血液、組織內的氣體泡泡再也無處容身,只好隨之變大跑出來,這有點兒像是開香檳或汽水時,冒出許多泡泡般。這些小氣泡可能會在血管內堵塞血液的流動,或是堆積到關節組織之外,就像栓塞般侵入身體各部位,造成各種症狀。

大腦內神經細胞可以重新長出來?(Neurogenesis)

大腦內神經細胞可以重新長出來?(Neurogenesis)
台北市立第一女子高級中學生物科林玟娟老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

長久以來,我們從書本上學到的知識,都一再告訴我們:人類一旦成年之後,大腦內的神經元就不會再增生,只會隨著年紀的增長而逐漸減少;神經元一旦受損,幾乎沒有什麼修補或再生的能力。但近年來,隨著神經科學研究方法的迅速發展,已經有了不少新的證據可以推翻上述說法。

其實早在西元1965年,麻省理工學院的奧特曼(Joseph Altman)和達斯(Gopal Das)就曾在其發表的文章中,提出成年大鼠腦中的海馬迴處(hippocampus)可能有神經元新生(neuroegenesis)的現象,但因他們無法確認觀察到的新生細胞就是神經元,也無法準確估算這些新生細胞的數目,因此沒有受到學界太大的重視。這個曾經困擾著他們的問題,目前已不再是研究學者無法突破的障礙。各種新式的染劑及改良過後的染色方法,已可正確地在顯微鏡下分辨出神經元及神經膠細胞。1998年,瑞典的艾立克森(Peter S. Eriksson)即在實驗室中,利用BrdU再搭配其他數種神經標幟劑共同染色後進行螢光染色分析,結果清楚顯示成年人的海馬迴中的確會產生新生的神經元細胞。

長期增益效果與學習記憶

長期增益效果與學習記憶 (Long-term potentiation; LTP)
國立臺中第二高級中學龔雍任實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

在神經科學的領域中,其中一個最熱門的議題,就是到底「學習與記憶」的生理機制是什麼?根據目前的研究推論,動物的學習以及記憶都是發生在神經與神經之間的「突觸」之中,例如突觸的型態改變或是功能增強;但是以人類而言,我們的記憶可是可以維持數個月、數年、甚至一輩子的,而到底在這突觸之間發生了什麼事情,是怎樣的機制可以造成這種突觸間的長期改變,是大家一直熱切關注的題目,而其中最引人注目的,就是長期增益效果 (Long-term potentiation; LTP) 的發現。

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