組織與生理

肥胖與脂肪細胞(Fat) 上

肥胖與脂肪細胞(Fat) 上
台北市忠孝國民中學自然領域張馨文實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

打開報章雜誌或是電視電腦,不管是從時尚界的模特兒或是明星,很多都是纖細骨感美女,看著她們的身影,這時候會懷疑一件事情:自己是不是太胖了?
採用衛生署所公佈的身體質量指數(Body Mass Index,縮寫為BMI)其測量方法BMI = 體重(公斤) ÷身高^2(公尺),對人體壽命及健康最理想的數值為22(±10%),而理想體重即為 22 ×身高^2(公尺)±10%,當男性體重超過理想體重的25%,或女性體重超過理想體重的30%才能算是肥胖症。

事實上,體重可以直接反映身體熱量平衡狀態和體內組織的變化,在人體有三個時期脂肪細胞數目容易迅速增長,大致為嬰兒在媽媽體內最後三個月、約一歲到四歲間,以及約七歲到十二歲的青少年發育期間。

有週期性的生物行為變化—談生物時鐘下(Biological Clock)

有週期性的生物行為變化—談生物時鐘下(Biological Clock)
北縣崇光女子高級中學生物科陳昱儒實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

光對生物時鐘的校轉—光週期(Photoperiodism)
生物時鐘具有使生物適應環境的重要功能,它不能憑藉自己週期調控個體的行為,必須依據外在環境校轉,而讓生物時鐘校轉的重要依據之一就是日光,除了透過一日的晝夜來調整行為,也能從日照長度調整年度行為,像是遷徙、交配等。因此光照影響其行為週期表現就是光週期(Photoperiodism)。

就哺乳動物而言,眼睛是接受日光訊息來進行生物時鐘校轉的重要器官。可是生物學家同樣也發現,全盲實驗小鼠,同樣也會有生物時鐘校轉的情況,因此進一步研究發現,雖然全盲小鼠其錐細胞與桿細胞全失去功能,但是在視網膜中有另外一種感光細胞存在,此細胞仍可以接收日光,進行生物時鐘校轉。同樣的事情,我們也可以在全盲的人身上看到,其生物時鐘的校轉能力也不會因視覺受損而消失,這在醫學上的延伸結果為,對於罹患眼睛疾病的人,也要儘可能保持其眼睛的完整,好讓光校轉的能力存在,維持生物時鐘的週期性行為表現。

有週期性的生物行為變化—生物時鐘上(Biological Clock)

有週期性的生物行為變化—生物時鐘上(Biological Clock)
台北縣崇光女子高級中學生物科陳昱儒實習老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

我們每日過著一天24小時的生活,依據原子鐘提供的分秒來安排生活作息,將該做的事謄寫為密密麻麻的計畫表。在製作這些計畫的時候,你是否曾注意到總是會有一些特定的時間最適合、最有效率進行某些工作?那是因為早在原子鐘被發明前,我們每一個人身體裡都有自己的生物時鐘(Biological Clock)在運作,同樣地,生物時鐘也存在於其他生物,每種生物、每個個體都有自己獨有的時鐘在運轉,使其更能適合生存的環境。

生物的週期性—生物時鐘(Biological Clock)
生物的行為變化有其週期性,隨著晝夜交替、年復一年的輪替,而這些隨著時間有順序的行為變化就是依靠生物時鐘(Biological Clock)的調控而發生。

生物的生物時鐘使生物能依據年、月、日等時間週期,針對環境中日光、溼度、溫度等可預測的狀況,讓生物體能展現出適合生存的行為,例如夜晚活動的野鼠就不會在白天貿然的出來覓食、鳥類知道讓小鳥在有充足食物的時候出生等。

味覺產生的分子機制下(Taste)

味覺產生的分子機制下(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

苦味:苦味的產生除了離子外,主要是來自於動、植物及蕈類中的有機鹼分子(alkaloids)。如奎寧等苦味化學分子是經由G蛋白質耦合受體和細胞內訊息傳遞系統,促使內質網釋放鈣離子,引發味覺細胞釋放神經傳遞質,活化相連的感覺神經末稍。目前已知的苦味受體蛋白家族(T2Rs)有二~三十多種,苦味感覺的特殊之處,不但在於受體分子種類繁多,而且每個苦味味覺細胞會表現多種苦味受體。自然界有機鹼,常為具有毒性胺類分子,因此辨識苦味也是人體的防禦機制之一。

甜味:甜味主要來自於碳水化合物,糖類或人工甜味劑不會進入味覺細胞中,而是與細胞表面的甜味受體結合。甜味受體是一種G蛋白質耦合受體(T1R2+T1R3)在與甜味分子結合後,會活化由α、β、γ三部分組成的G蛋白質,再接著活化相鄰酵素,產生次級傳訊分子-cAMP,活化蛋白質激酶A(protein kinase A),開啟鈣離子通道,引起鉀離子通道蛋白質的磷酸化,造成鉀離子通道關閉,最後引發味覺細胞去極化,刺激相鄰的感覺神經末稍。

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。

聲帶的的結構及發聲原理

聲帶的的結構及發聲原理 (the Structure of Vocal Cords and Phonation)
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

聲帶是人類發聲的構造,聲帶位於喉部內,包含9塊軟骨,軟骨之間利用彈性膜及韌帶相連接,加上肌肉與黏膜,構成了複雜且精細的喉部結構。其中最有名的是甲狀軟骨,男性於青春期後,此軟骨前端會受雄性素影響膨大而形成喉結,即所謂的亞當的蘋果 (Adam’s apple);另一較常提到是會厭軟骨,於吞嚥時可蓋住喉的上方,可防止食物掉入氣管內而堵塞呼吸道。

利用喉鏡檢查可看到喉部內的聲帶(圖1),它是由2片黏膜皺褶狀的構造組成,每一黏膜皺褶包含上皮層、黏膜下固有層及肌肉層,而聲帶之間的空間則稱為聲門 (glottis)。若要產生聲音,一般需有三個要件共存-激發體、振動器及共鳴器。以小提琴來比喻,激發體為琴弓;振動器為琴弦;而共鳴器則為共鳴箱。那人呢?肺部就是激發體,而聲帶就是發聲的振動器,咽、口腔、鼻腔及鼻竇等即為共鳴器。

人類發聲的原理如下:當肺部呼出空氣時,氣流通過狹窄的聲門時,聲帶的黏膜會產生如海浪般的波動,此波動使附近的空氣介質振動形成疏密波,即為聲波。這些聲波會在咽、口腔、鼻腔及鼻竇等共鳴器產生共鳴而放大音量,之後再受嘴唇、牙齒及舌頭等器官影響,被修正成大家日常所講的語音。人的聲音如果光靠聲帶振動發出聲音,而沒有共鳴腔將聲音擴大,聲音會很小,共鳴腔除了能將聲音擴大外,也有吸收雜音的效用,使發出來的聲音品質更理想。

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)。

沉默運作的器官-肝臟(Liver)

沉默運作的器官-肝臟(Liver)
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

人類的肝臟分為左右兩葉,右葉比左葉大。與肝臟功能有關的血管有兩套,一為體循環系統中的肝動脈及肝靜脈,肝動脈及肝靜脈與一般器官的動脈及靜脈一樣,將含氧血帶到肝臟,再將二氧化碳及代謝廢物帶離肝臟。另一套較特別,稱為「肝門靜脈」,肝門靜脈會將腸管吸收的大量營養送到肝臟儲存或進行合成。

肝臟負責的事情相當多,除了貯存養分,及合成很多必要的蛋白質外,也負責分解酒精、藥物、有毒物質及廢物,是身體主要的解毒工廠。

當我們在胚胎時期,肝臟可製造紅血球,直到出生前,約32週左右,才改由骨髓組織取代造血功能。肝臟亦負責製造血漿蛋白質包括白蛋白(albumin)及血纖維原(fibrinogen),白蛋白(albumin) 除了可維持血液量及滲透壓,可作為體內酸鹼緩衝劑外,亦可與脂肪、礦物質或激素等結合以利運輸。肝細胞可將多餘的葡萄糖轉變為肝糖,貯存於肝臟中,當血糖過低時,則可將肝糖分解為葡萄糖以供細胞使用;肝細胞亦會將葡萄糖轉變為脂肪,經由血液循環輸送到各組織中貯存。血纖維原在血管組織受傷時,會被轉化成非水溶性的血纖維,有助於血液凝固。

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。

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