108 年 國立成功大學臨床藥學與藥物科技研究所甲組《生理學》

本題主要考查感染或損傷時身體的全身性反應及其相關的介質。

感染或損傷會引發身體一系列的全身性反應，這些反應的目的是清除病原體、修復組織並恢復體內平衡。這些反應通常由免疫細胞釋放的細胞激素（cytokines）和趨化因子（chemokines）所啟動和調控。

全身性反應包括：

1. 發炎反應 (Inflammation)：

   • 局部反應：紅（rubor）、腫（tumor）、熱（calor）、痛（dolor）及功能喪失（functio laesa）。
   • 全身性反應：
     • 發燒 (Fever)：體溫升高，通常由腦部下視丘調節，病原體或損傷組織釋放的物質（如內生性致熱原，endogenous pyrogens，例如 IL-1, TNF-α）會作用於下視丘，使其設定點提高。
     • 白血球增生 (Leukocytosis)：血液中白血球數量增加，特別是嗜中性球，以對抗感染。
     • 急性期反應 (Acute-phase reaction)：肝臟合成急性期蛋白，如C反應蛋白 (CRP)、纖維蛋白原 (fibrinogen) 等，這些蛋白有助於辨識病原體、促進吞噬作用和參與凝血。
     • 疲勞與倦怠 (Fatigue and malaise)：身體能量被用於免疫反應，導致疲勞感。
     • 食慾不振 (Anorexia)：有助於減少身體對鐵的需求，限制細菌生長。
     • 淋巴結腫大 (Lymphadenopathy)：淋巴結是免疫細胞聚集的地方，在感染時會腫大。

2. 免疫反應 (Immune Response)：

   • 先天免疫 (Innate immunity)：快速反應，包括吞噬細胞（巨噬細胞、嗜中性球）吞噬病原體，自然殺手細胞 (NK cells) 殺死受感染細胞，補體系統 (complement system) 活化，以及發炎反應。
   • 適應性免疫 (Adaptive immunity)：較慢但更具特異性，包括T細胞（輔助T細胞、細胞毒殺T細胞）和B細胞（產生抗體）。

3. 休克 (Shock)：在嚴重的感染（敗血症，sepsis）或創傷時，可能引發全身性發炎反應失控，導致血管擴張、血壓下降，造成組織灌流不足，進入休克狀態。

主要介質 (Mediators)：

本題主要考查不同種類食物的消化吸收過程，以及它們對健康的影響。

Daisy 的飲食內容涵蓋了蛋白質（漢堡、炸雞）、脂肪（漢堡、炸雞、披薩）、碳水化合物（薯條、披薩、義大利麵、非酒精飲料）以及蔬菜（沙拉）。

食物的消化吸收過程：

1. 碳水化合物 (Carbohydrates)：

   • 消化：
     • 口腔：唾液中的唾液澱粉酶（amylase）開始分解部分多醣（如澱粉）為雙醣。
     • 胃：胃酸會破壞唾液澱粉酶的活性，碳水化合物的消化暫停。
     • 小腸：胰澱粉酶（pancreatic amylase）將多醣分解為雙醣（如麥芽糖、蔗糖、乳糖）。小腸絨毛表面的刷狀緣酵素（如麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶）將雙醣分解為單醣（葡萄糖、果糖、半乳糖）。
   • 吸收：單醣主要在小腸（十二指腸和空腸）被吸收。葡萄糖和半乳糖通過鈉離子共運輸（SGLT1）進入腸細胞，然後通過葡萄糖轉運蛋白（GLUT2）進入門靜脈。果糖則主要通過促進性擴散（GLUT5）進入腸細胞，再通過GLUT2進入門靜脈。

2. 蛋白質 (Proteins)：

   • 消化：
     • 胃：胃酸（HCl）使蛋白質變性，並活化胃蛋白酶原（pepsinogen）為胃蛋白酶（pepsin），開始分解蛋白質為較小的多肽鏈。
     • 小腸：胰蛋白酶（trypsin）、糜蛋白酶（chymotrypsin）、羧肽酶（carboxypeptidase）等胰蛋白酶解酶，以及小腸刷狀緣的胜肽酶（peptidases），將多肽鏈分解為二肽、三肽和單獨的胺基酸。
   • 吸收：胺基酸主要在小腸（十二指腸和空腸）被吸收，通過不同的鈉離子共運輸系統和質子共運輸系統進入腸細胞，然後通過特定轉運蛋白進入門靜脈。二肽和三肽也可被吸收，進入腸細胞後被水解為胺基酸。

3. 脂肪 (Fats)：

   • 消化：
     • 胃：胃脂肪酶（gastric lipase）對脂肪有少量分解作用。
     • 小腸：膽汁（由肝臟產生，儲存在膽囊）乳化脂肪，增加其表面積。

本題考查腎上腺皮質醇 (cortisol) 的生理功能以及在壓力下的作用。

皮質醇是一種類固醇荷爾蒙，由腎上腺皮質分泌，是身體應對壓力反應中的重要組成部分。其分泌受到下視丘-腦下垂體-腎上腺軸 (Hypothalamic-Pituitary-Adrenal axis, HPA axis) 的調控。

(1) 腎上腺皮質醇的生理功能 (Physiological functions of cortisol)

皮質醇在維持機體穩態 (homeostasis) 中扮演多方面角色，其主要生理功能包括：

• 代謝調節 (Metabolic regulation)：
  • 碳水化合物代謝：促進肝臟糖質新生 (gluconeogenesis)，增加血糖濃度，確保大腦等重要器官在能量供應不足時仍有足夠的葡萄糖。抑制周邊組織對葡萄糖的利用（抗胰島素作用）。
  • 蛋白質代謝：在肝臟促進蛋白質合成，但在周邊組織（如肌肉、結締組織）促進蛋白質分解，釋放胺基酸，提供糖質新生所需的原料。
  • 脂肪代謝：促進脂肪分解（lipolysis），釋放脂肪酸作為替代能源，但同時也促進脂肪在臉部、頸部和軀幹的異常堆積（庫欣氏症候群的特徵）。
• 免疫抑制與抗發炎 (Immunosuppression and anti-inflammatory)：
  • 抑制免疫細胞（如淋巴球、巨噬細胞）的增生和功能。
  • 減少促發炎細胞激素（如 IL-1, TNF-α）的釋放。
  • 降低血管通透性，減少發炎部位的腫脹和發紅。
  • 這也是為何皮質醇（及其衍生物）常被用作抗發炎藥物。
• 維持心血管功能 (Maintenance of cardiovascular function)：
  • 增加 α1 腎上腺素受體的敏感性，增強血管對兒茶酚胺（catecholamines）的反應，從而維持血壓。
  • 促進血管收縮。
• 維持腎功能 (Maintenance of renal function)：
  • 增加腎小球濾過率 (GFR)。
  • 調節水和電解質平衡。

本題考查心肌細胞 (cardiac muscle cells) 和心臟傳導系統的節律點細胞 (nodal cells) 在動作電位 (action potential) 上的重要差異。

心肌細胞動作電位的產生是為了收縮，而節律點細胞（如竇房結、房室結的細胞）動作電位的產生是為了產生和傳導電衝動，負責心臟的自動節律性。它們在動作電位的形成機制、形狀和穩定性上存在顯著差異。

主要差異點：

1. 靜止膜電位 (Resting Membrane Potential, RMP)：

   • 心肌細胞：具有相對穩定的靜止膜電位，約為 -80 至 -90 mV。這是由於鉀離子 (K⁺) 的靜息通道 (leak channels) 持續外流所維持。
   • 節律點細胞：沒有穩定的靜止膜電位。它們的膜電位會緩慢地、自動地去極化（稱為「起搏電位」或「自發性去極化」，pacemaker potential），直至達到閾值電位 (threshold potential) 並引發動作電位。其平均膜電位在 -60 至 -70 mV 之間。

2. 動作電位的去極化階段 (Phase of Depolarization)：

   • 心肌細胞：主要由鈉離子 (Na⁺) 的快速內流引起。快速打開的電壓門控 Na⁺ 通道 (voltage-gated Na⁺ channels) 導致膜電位迅速升高至約 +20 mV。
   • 節律點細胞：主要是由鈣離子 (Ca²⁺) 的內流引起，特別是 T 型鈣通道 (transient Ca²⁺ channels) 和 L 型鈣通道 (long-lasting Ca²⁺ channels)。Na⁺ 的內流也有一定作用，但 Ca²⁺ 的作用更為關鍵。去極化速度比心肌細胞慢。

3. 平台期 (Plateau Phase)：

   • 心肌細胞：動作電位有一個明顯的平台期（Phase 2）。此階段膜電位維持在一個相對穩定的水平（約 0 mV）。這是由於快速 Na⁺ 通道失活，同時鈣離子 (Ca²⁺) 的緩慢內流通過 L 型鈣通道（電壓門控 Ca²⁺ 通道）與鉀離子 (K⁺) 的緩慢外流（通過延遲打開的電壓門控 K⁺ 通道）達到平衡所致。平台期的存在是為了產生一個長而穩定的收縮，並給予心臟足夠的舒張時間（絕對不應期）。
   • 節律點細胞：沒有明顯的平台期。動作電位的上升期（去極化）之後，緊接著是再極化。

4. 再極化階段 (Phase of Repolarization)：

   • 心肌細胞：主要由鉀離子 (K⁺) 的外流引起。電壓門控 K⁺ 通道打開，K⁺ 離開細胞，使膜電位恢復到靜止水平。
   • 節律點細胞：同樣由鉀離子 (K⁺) 的外流引起，但通常是不同類型的 K⁺ 通道。

5. 自發性去極化 (Spontaneous Depolarization / Pacemaker Potential)：

   • 心肌細胞：沒有自發性去極化能力。它們的興奮需要外部電刺激（來自鄰近細胞或傳導系統）。
   • 節律點細胞：具有自發性去極化的能力，這是其作為心臟起搏點的基礎。這種自動性是由於細胞膜離子滲透性隨時間的變化，特別是所謂的「If 離子通道」（或稱 Funny current），它是一種鈉和鉀離子同時通過的通道，受 cAMP 調節，在膜電位從負值向正值移動時打開，導致 Na⁺ 內流，使膜電位緩慢升高，直至達到閾值。

6. 絕對不應期 (Absolute Refractory Period, ARP)：

本題考查低劑量阿斯匹靈 (aspirin) 在預防心肌梗塞中的作用，以及其對止血 (hemostasis) 的影響。

阿斯匹靈是一種非類固醇消炎藥 (NSAID)，其預防心血管事件（如心肌梗塞、中風）的機制主要是透過抑制血小板的聚集。

阿斯匹靈對止血的影響：

止血是一個複雜的過程，涉及血管收縮、血小板聚集形成血栓（ प्राथमिक hemostasis）以及纖維蛋白的形成和穩定（次級 hemostasis）。阿斯匹靈主要影響血小板聚集。

1. 抑制血小板活化與聚集 (Inhibition of platelet activation and aggregation)：
   • 機制：血小板的活化和聚集是止血的關鍵步驟。血小板在受損血管處被活化後，會釋放多種物質，並通過血小板表面的糖蛋白受體（如 GPIIb/IIIa）連接血小板，形成血栓。
   • 阿斯匹靈的作用：阿斯匹靈是一種乙醯化劑 (acetylating agent)。它會不可逆地乙醯化血小板中的環氧化酶-1 (Cyclooxygenase-1, COX-1)。
   • COX-1 的作用：COX-1 是合成前列腺素 (prostaglandins) 和血栓素 A2 (Thromboxane A2, TXA2) 的關鍵酶。TXA2 是一種強效的血小板聚集劑和血管收縮劑，在血小板活化和聚集過程中起重要作用。
   • 阿斯匹靈的結果：由於 COX-1 被不可逆地抑制，血小板無法合成 TXA2。這導致血小板的活化和聚集能力顯著下降。由於血小板沒有細胞核，無法重新合成 COX-1，因此這種抑制作用會持續整個血小板的生命週期（約 7-10 天）。

本題考查腦脊髓液 (cerebrospinal fluid, CSF) 和血腦屏障 (blood-brain barrier, BBB) 對大腦的保護作用。

大腦是人體最重要且脆弱的器官之一，需要多重機制來保護其免受物理損傷、化學物質的侵害以及病原體的感染。CSF 和 BBB 是其中兩個關鍵的保護結構。

1. 腦脊髓液 (Cerebrospinal Fluid, CSF) 的保護作用

CSF 是一種無色、透明的液體，充滿於腦室系統、蛛網膜下腔以及脊髓的中央管。它由脈絡叢 (choroid plexus) 在腦室內產生，並通過蛛網膜顆粒 (arachnoid granulations) 回吸收至靜脈系統。

CSF 的保護作用主要體現在以下幾個方面：

• 緩衝和減震 (Buffering and Shock Absorption)：

  • 大腦懸浮在 CSF 中，CSF 具有一定的壓力，可以吸收頭部受到撞擊時產生的衝擊力。當頭部受到外力時，CSF 會將壓力均勻地分散到整個大腦表面，從而減少局部的機械壓力，保護大腦免受嚴重的物理損傷。
  • 頭部移動時，CSF 也有助於減緩大腦的晃動。

• 提供營養和清除代謝廢物 (Nutrient Supply and Waste Removal)：

  • CSF 含有少量的葡萄糖、離子、蛋白質和其他營養物質，可以為腦組織提供一定的營養支持，尤其是對於腦室壁和神經元。
  • 同時，CSF 也幫助清除大腦代謝產生的廢物，如二氧化碳、乳酸以及其他代謝產物，並將其運送至血液中，維持腦組織的內環境穩定。

• 維持穩定的化學環境 (Maintenance of a Stable Chemical Environment)：

  • CSF 的離子組成相對穩定，其緩衝能力有助於維持腦組織周圍微環境的 pH 值和滲透壓穩定，為神經元的正常電生理活動提供穩定的化學基礎。

• 浮力作用 (Buoyancy)：

  • 大腦在 CSF 中的淨重量大大減輕（約減輕 97%），這有助於減少重力對大腦結構的壓迫，維持其形態和功能。

2. 血腦屏障 (Blood-Brain Barrier, BBB) 的保護作用

BBB 是一道生理屏障，位於血液與腦組織之間，嚴格控制著物質進出腦部。它主要由三部分組成：

本題考查精神分裂症 (schizophrenia) 和情感障礙 (mood disorders) 中涉及的主要神經遞質。

這兩種疾病都與大腦神經遞質系統的功能失調有關。

1. 精神分裂症 (Schizophrenia)

精神分裂症是一種複雜的精神疾病，其病因和病理生理學機制尚未完全闡明，但多巴胺假說 (dopamine hypothesis) 是最廣為接受的理論之一。

• 多巴胺 (Dopamine)：

  • 作用：傳統的多巴胺假說認為，精神分裂症的陽性症狀（如幻覺、妄想、思維紊亂）與中腦邊緣通路 (mesolimbic pathway) 的多巴胺過度活躍有關。而陰性症狀（如情感淡漠、意志缺乏）和認知功能障礙則可能與中腦皮質通路 (mesocortical pathway) 的多巴胺功能低下有關。
  • 證據：治療精神分裂症的抗精神病藥物（如氟哌啶醇、氯丙嗪）主要通過阻斷腦內的多巴胺 D2 受體來發揮作用。

• 谷氨酸 (Glutamate)：

  • 作用：近年來，谷氨酸能系統的失調也被認為在精神分裂症中扮演重要角色。特別是 NMDA 受體 (N-methyl-D-aspartate receptor) 功能低下，可能導致神經發育異常和認知功能障礙。
  • 證據：非競爭性 NMDA 受體拮抗劑（如氯胺酮、苯環己哌啶）可以誘發類似精神分裂症的症狀，包括陽性、陰性和認知症狀。

• 血清素 (Serotonin, 5-HT)：

  • 作用：血清素系統也與精神分裂症有關。一些非典型抗精神病藥物（如氯氮平）同時具有阻斷多巴胺 D2 受體和血清素 5-HT2A 受體的作用，這被認為能改善陰性症狀和認知症狀，並減少錐體外系副作用。

• 其他遞質：γ-氨基丁酸 (GABA) 和乙醯膽鹼 (acetylcholine) 等遞質系統的功能改變也可能與精神分裂症的某些症狀有關。

2. 情感障礙 (Mood Disorders)

情感障礙，最常見的是抑鬱症 (depression) 和雙相情感障礙 (bipolar disorder)，與多種神經遞質系統的功能失調有關。