109 年 國立臺灣大學農業經濟學系碩士班《動物解剖生理學》

此題要求解釋名詞「synapse」。

Synapse（突觸）是神經元之間或神經元與其他細胞（如肌肉細胞、腺體細胞）之間進行訊號傳遞的特殊結構。它包含了突觸前神經元（presynaptic neuron）的軸突末梢、突觸間隙（synaptic cleft）以及突觸後細胞（postsynaptic cell）的細胞膜。

訊號傳遞的過程通常如下：

1. 動作電位傳遞至突觸前神經元的軸突末梢。
2. 動作電位引起電壓門控鈣離子通道打開，鈣離子流入軸突末梢。
3. 鈣離子內流觸發含有神經傳導物質（neurotransmitter）的囊泡與突觸前膜融合，並將神經傳導物質釋放到突觸間隙。
4. 神經傳導物質擴散通過突觸間隙，並與突觸後細胞膜上的特異性受體結合。

此題要求解釋名詞「cardiac cycle」。

Cardiac cycle（心臟搏動週期）是指心臟完成一次收縮和舒張的完整過程。這個週期包括了心房和心室的協調收縮與舒張，以及相關的血流變化和瓣膜的開閉。一個心臟搏動週期可以分為兩個主要階段：收縮期（systole）和舒張期（diastole）。

1. 舒張期 (Diastole)：
   • 心房舒張 (Atrial diastole)：心房肌肉放鬆，準備接受來自靜脈的血液。
   • 心室舒張 (Ventricular diastole)：心室肌肉放鬆。
     • 等容舒張 (Isovolumetric relaxation)：心室開始舒張，但由於主動脈瓣和肺動脈瓣仍關閉，心室容積不變，壓力下降。當心室壓力低於心房壓力時，房室瓣（二尖瓣和三尖瓣）打開，心室開始充盈。
     • 快速充盈 (Rapid filling)：血液從心房快速流入心室。

此題要求解釋名詞「tetanus」。

Tetanus（強直性收縮）是肌肉生理學中的一個現象，指的是肌肉纖維在受到足夠頻率的神經刺激後，無法完全舒張，而是持續處於收縮狀態。

當神經元發出訊號（動作電位）傳遞到肌肉纖維時，會引起肌肉收縮。每一次刺激都會導致鈣離子從肌漿網釋放，與肌動蛋白和肌凝蛋白結合，產生收縮力。如果刺激的頻率足夠高，以至於下一次刺激發生時，前一次刺激引起的鈣離子尚未完全被重新吸收回肌漿網，那麼累積的鈣離子濃度就會維持在較高水平，使肌纖維持續處於收縮狀態。

此題要求解釋名詞「oxygen-hemoglobin dissociation curve」。

Oxygen-hemoglobin dissociation curve（氧合血紅蛋白解離曲線）是一條用來描述血紅蛋白（hemoglobin, Hb）與氧氣（O$_2$）結合與解離的曲線圖。這條曲線顯示了在特定條件下，血紅蛋白飽和氧氣的百分比與氧氣分壓（partial pressure of oxygen, $P_{O_2}$）之間的關係。

曲線的形狀是S型（sigmoid），這反映了血紅蛋白氧結合的協同效應（cooperativity）。

• 左側（高氧分壓區）：在肺部，氧氣分壓高，血紅蛋白容易與氧氣結合，飽和度快速升高。
• 右側（低氧分壓區）：在組織，氧氣分壓低，血紅蛋白釋放氧氣，飽和度快速下降。
• P$_{50}$：曲線上的 $P_{50}$ 值是指血紅蛋白飽和度為 50% 時所需的氧氣分壓。$P_{50}$ 值的大小是衡量血紅蛋白對氧氣親和力的指標，$P_{50}$ 越低，親和力越強；$P_{50}$ 越高，親和力越弱。

此題要求解釋名詞「paracrine」。

Paracrine（旁分泌）是一種細胞訊號傳遞的方式，其中一個細胞釋放的化學訊號分子（通常是激素或生長因子）作用於其鄰近的細胞。這些訊號分子不會進入血液循環，而是透過細胞外液擴散到附近的細胞，並與這些細胞表面的特定受體結合，從而影響它們的功能。

與其他訊號傳遞方式的比較：

• 內分泌 (Endocrine)：訊號分子（激素）通過血液循環全身傳播，作用於遠處的目標細胞。

此題要求解釋名詞「diurnal rhythm」。

Diurnal rhythm（晝夜節律）是指生物體在一天（約 24 小時）週期內出現的生理或行為模式的週期性變化。這種節律性變化是內源性的生物鐘（biological clock）調控的結果，但同時也會受到外部環境因素（如光照、溫度）的影響而進行同步（entrainment）。

「Diurnal」這個詞本身的意思是「白天的」或「一日的」，因此，晝夜節律主要描述的是與白天和黑夜交替相關的週期性現象。

此題要求解釋名詞「Spermiogenesis」。

Spermiogenesis（精子發生）是雄性配子形成過程中，精子細胞（spermatid）轉變為具有運動能力的成熟精子（spermatozoon）的形態發生過程。這個過程發生在睪丸的曲細精管（seminiferous tubules）中，是精子發生（spermatogenesis）的最後階段。

精子發生（spermatogenesis）是一個連續的過程，包括：

1. 精原細胞增殖 (Spermatogonial proliferation)：通過有絲分裂產生更多的精原細胞。
2. 減數分裂 (Meiosis)：精原細胞分化為初級精母細胞（primary spermatocyte），進行第一次減數分裂產生次級精母細胞（secondary spermatocyte），再進行第二次減數分裂產生精子細胞（spermatid）。精子細胞是單倍體（haploid）的。

此題要求解釋名詞「Stereotypic behavior」。

Stereotypic behavior（刻板行為）是指一種重複、單調、看似沒有明確功能或目的的行為模式。這種行為通常在動物的行為表現中出現，尤其是在圈養環境或壓力較大的情況下。

刻板行為的特點包括：

• 重複性 (Repetitive)：行為模式不斷重複。
• 單調性 (Invariant)：行為的表現形式相對固定，缺乏變化。
• 無明顯目的性 (Apparently purposeless)：與環境互動或解決問題的直接功能不明顯。
• 頻率增加 (Increased frequency)：在特定條件下，如壓力、無聊、環境限制或神經系統異常時，頻率會顯著增加。

此題要求說明家畜脊椎骨的共同構造、各部位脊椎骨的差異，以及骨骼如何隨發育而增長與變粗。

一、家畜脊椎骨的共同構造

脊椎骨（vertebra）是構成脊柱的基本單元，其共同構造包括：

1. 椎體 (Body)：位於脊椎骨前方，呈長條狀或圓柱狀，是支撐體重的主要部分。
2. 椎弓 (Vertebral arch)：由左右兩片椎弓板（lamina）和椎弓根（pedicle）組成，包圍並形成椎孔。
3. 椎孔 (Vertebral foramen)：椎體和椎弓圍成的孔，所有脊椎骨的椎孔連接起來形成脊柱管（vertebral canal），容納脊髓。
4. 神經棘 (Spinous process)：通常向後（背側）突出，是肌肉附著的重要部位。
5. 橫突 (Transverse processes)：向兩側（外側）突出，也是肌肉附著點。
6. 關節突 (Articular processes)：成對，包括上關節突（cranial/superior articular processes）和下關節突（caudal/inferior articular processes），用於與相鄰脊椎骨的關節突相互連接，形成小關節（zygapophyseal joints），限制脊柱的過度運動。

🖼️【此處應繪圖說明脊椎骨的共同構造，包含椎體、椎弓、椎孔、神經棘、橫突、關節突等各部分。】

二、各部位脊椎骨的差異

家畜的脊椎骨根據其所在部位（頸椎、胸椎、腰椎、薦椎、尾椎）而有顯著差異，以適應不同的功能需求：

1. 頸椎 (Cervical vertebrae)：

   • 數量：通常為 6-7 塊（如馬、牛、豬、犬）。
   • 特徵：椎體相對較小，椎弓較發達。橫突常分叉或扁平。最大的特徵是擁有椎動脈孔 (vertebral foramen in transverse process)，容納椎動脈。第一頸椎（寰椎 Atlas）和第二頸椎（軸椎 Axis）結構特殊，用於連接頭骨和實現頭部轉動。
   • 功能：支撐頭部，提供頸部靈活性。

2. 胸椎 (Thoracic vertebrae)：

   • 數量：與肋骨對應，數量變化較大（如犬 13 塊，牛 13 塊，馬 18 塊，豬 14-15 塊）。
   • 特徵：椎體較大，有肋骨關節面（costal facets），用於與肋骨連接形成胸腔。神經棘長度變化大，尤其在馬肩隆部位（第一胸椎至第八胸椎）較長。橫突通常較短。
   • 功能：構成胸腔，保護內臟，支撐肋骨，參與呼吸運動。

3. 腰椎 (Lumbar vertebrae)：

   • 數量：數量變化較大（如犬 7 塊，牛 6 塊，馬 6 塊，豬 6-7 塊）。
   • 特徵：椎體最大、最厚實，承受體重。橫突通常又長又扁，向外側伸展。神經棘相對較短。
   • 功能：支撐腹部器官，承受身體大部分重量，提供腰部靈活性。

此題要求說明在伸手探測水溫的過程中，涉及到的感覺、神經、骨骼、肌肉系統的運作。

這個過程是一個典型的感覺-神經-運動整合的例子。

一、涉及的器官或組織

1. 皮膚：含有感覺受體（熱、冷、觸覺）。
2. 感覺神經元：將感覺訊號傳遞至中樞神經系統。
3. 中樞神經系統 (CNS)：包括脊髓和腦部（感覺皮層、整合區）。
4. 運動神經元：將運動指令從 CNS 傳遞至肌肉。
5. 骨骼：提供支撐和槓桿作用，使運動成為可能。
6. 肌肉：通過收縮產生運動，完成伸手探觸的動作。
7. 血管：供應氧氣和營養給運動和神經組織。
8. 關節：允許骨骼之間進行運動。

二、運作過程

1. 感覺系統 (Sensing System)：

   • 受體啟動：當手接觸到水杯時，皮膚中的溫覺感受器（如 Krause 終端感受冷，Ruffini 終端感受熱）和觸覺感受器（如 Merkel 盤、Meissner 體）被激活。這些感受器將物理刺激（溫度、壓力）轉化為電訊號（神經衝動）。
   • 訊號傳遞：這些訊號通過感覺神經纖維（傳入神經，afferent neurons）傳遞。感覺神經元將訊號從周圍神經系統（PNS）傳遞到中樞神經系統（CNS）的脊髓。

2. 神經系統 (Nervous System)：

   • 脊髓處理：訊號到達脊髓後，會進行初步的處理，並可能引起反射反應（例如，如果水非常燙，可能會觸發快速縮手反射）。
   • 腦部處理：同時，訊號會沿著脊髓的上行傳導束（如脊髓視丘束）傳遞到腦部，特別是丘腦 (thalamus)，丘腦是感覺訊號的中轉站。
   • 大腦皮層整合：訊號最終到達大腦皮層的體感皮層 (somatosensory cortex)。在這裡，訊號被解析和識別為「水溫」以及「觸摸杯子」的感覺。大腦會根據這些資訊，評估是否需要調整動作。

此題要求探討雞隻產下無殼或軟殼蛋的可能外在因素，這些因素的統稱，以及如何用 HPA 軸解釋雞隻的生理反應。

一、可能的外在因素及統稱

產下無殼或軟殼蛋（又稱軟蛋、無蛋殼蛋）的可能外在因素非常多樣，主要與鈣代謝、殼形成過程受阻有關。這些因素可以歸納為以下幾類：

1. 營養失衡：

   • 鈣質攝取不足：飼料中鈣含量不足是主因。
   • 磷、維生素 D3 不足：鈣的吸收和利用需要足夠的磷和維生素 D3。
   • 微量元素失衡：如錳、鋅、銅等微量元素對殼形成也很重要。
   • 酸鹼度失衡：飼料或飲水中 pH 值不當影響營養吸收。

2. 環境壓力 (Environmental Stress)：

   • 高溫：高溫環境會降低雞隻的採食量，影響鈣的攝取，同時可能導致呼吸性鹼中毒（respiratory alkalosis），影響鈣的代謝和殼的形成。
   • 擁擠 (Overcrowding)：過度擁擠會導致雞隻壓力增加，採食不均，或引起爭鬥，影響健康。
   • 光照不當：不規律或過強的光照可能干擾雞隻的生理節律和激素分泌。
   • 噪音：過大的噪音會引起雞隻緊迫。
   • 通風不良：影響空氣品質，可能導致呼吸道問題。
   • 飼養管理不當：如換欄、疫苗接種、疾病發生等都可能引起短期壓力。

3. 疾病影響：

   • 傳染性支氣管炎 (Infectious Bronchitis, IB)：這是最常見導致蛋殼品質下降的病毒性疾病，會破壞輸卵管的殼腺，影響碳酸鈣的沉積。
   • 馬立克氏病 (Marek's disease)：影響神經系統和免疫系統，間接影響生產。
   • 雞痘 (Fowl Pox)：可能影響產蛋率和蛋殼品質。
   • 寄生蟲感染：如球蟲病（Coccidiosis），會影響營養吸收。

4. 藥物或毒素：

   • 某些藥物的使用可能干擾鈣代謝或輸卵管功能。
   • 黴菌毒素（Mycotoxins）污染飼料，影響雞隻健康和生產。

統稱：這些影響雞隻生理和生產表現的非遺傳性因素，統稱為環境因子 (Environmental Factors) 或 緊迫因子 (Stressors)。在這種情況下，主要指的是環境壓力和營養不良。

二、HPA 軸的解釋

HPA 軸（Hypothalamic-Pituitary-Adrenal axis，下視丘-腦下垂體-腎上腺軸）是生物體應對壓力反應的核心神經內分泌系統。

此題要求列舉七種維持動物體內恆定的重要因子，並詳細描述其中一個因子的調節機制。

一、維持體內恆定的七種重要因子

維持體內恆定（Homeostasis）是指生物體內部環境的相對穩定狀態，即使外部環境發生變化。這需要一系列生理調節機制來維持各種參數在一個狹窄的、對細胞功能最有利的範圍內。以下是七種重要的體內恆定因子：

1. 體溫 (Body Temperature)：維持恆定的體溫對於維持酶的活性和整體代謝至關重要。
2. 血糖濃度 (Blood Glucose Concentration)：血糖水平的穩定是細胞（尤其是腦細胞）能量供應的關鍵。
3. 水和電解質平衡 (Water and Electrolyte Balance)：維持細胞內外體液的滲透壓、離子濃度和總體積的穩定。
4. pH 值 (Blood pH)：血液和體液的 pH 值需維持在接近中性的範圍（約 7.35-7.45），以確保蛋白質結構和生化反應的正常進行。
5. 血壓 (Blood Pressure)：維持適當的血壓以確保氧氣和營養物質能有效輸送到全身各組織。
6. 氧氣分壓 ($P_{O_2}$) 和二氧化碳分壓 ($P_{CO_2}$)：維持血液和組織中的氣體濃度在適當水平，確保細胞呼吸正常進行。
7. 鈣離子濃度 (Blood Calcium Concentration)：鈣離子在神經傳導、肌肉收縮、血液凝固和骨骼健康中扮演重要角色，其濃度需嚴格調控。

其他重要的恆定因子還包括體液滲透壓、尿素濃度、血紅蛋白濃度等。

二、其中一個因子的調節機制（以血糖濃度為例）

血糖濃度（Blood Glucose Concentration）的維持是一個典型的負回饋調節（negative feedback）的例子，主要由胰島素（Insulin）和升糖素（Glucagon）兩種激素協調控制，它們由胰臟（Pancreas）中的 Langerhans 氏胰島分泌。

調節機制：

1. 血糖升高時的調節（例如，餐後）：
   • 觸發：攝取碳水化合物後，消化系統將其分解為葡萄糖，吸收進入血液，導致血糖濃度升高。
   • 感應器：胰臟的 β 細胞（beta cells）感知到血糖升高。
   • 控制器：β 細胞作為感應器和控制器。
   • 效應器：β 細胞分泌胰島素。