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2019-09-01腸道與腦的直達車
597 期
Author 作者
楊世斌／中央研究院生物醫學科學研究所助研究員；駱宛琳／美國加州大學舊金山分校博士。
訊息的內外有別
人類的身體有覺察世界的「魔法」，這些巧妙的功能，背後的機轉是什麼？首先，要從人體內接受訊息的細胞開始說起。依照訊息的來源，人體的感受器大致可分成「外受器細胞（exteroceptor）」與「內受器細胞（interoceptor）」兩大類（圖一）。
圖一：與一塊蛋糕相遇、進而品嚐其美味的過程中，人體的外受器與內受器各接受不同的感覺訊號。
首先是感受體外環境的外受器細胞。感覺器官上有各種外受器密布器，用以偵測特定的外界訊號。拿到一塊巧克力蛋糕時，人們會先用眼睛來觀察巧克力蛋糕的裝飾，色澤與外觀;即使已食指大動，也會花不到兩分鐘的時間，用布滿口腔及鼻腔的化學外受器「品嚐」巧克力蛋糕的苦甜味及獨特香氣;至於蛋糕特別綿密的口感，則是透過密布在口腔上的觸覺受器來享受。
除了體表上的外受器，人體內也分布著各種不同的內受器細胞，以偵測來自身體內部的訊號、維持生理恆定。嚥下蛋糕後的數十小時內，身體會透過長達9公尺的消化道來「體驗」這塊蛋糕。當富含醣類及脂質的蛋糕進入腸胃道後，會刺激胃壁上的自主神經末梢，同時也抑制飢餓素（ghrelin）的分泌。接下來，這些食物會進入小腸，刺激腸道內壁細胞分泌許多種腸道激素，包括多胜肽YY（polypeptide YY）與膽囊收縮素（cholecystokinin）;而這些腸胃道激素會活化胰臟以及腸道上的外分泌細胞，使其釋放消化酵素到消化道內，好讓蛋糕裡的營養素能夠被分解成為容易吸收的小分子，像是單醣、脂肪酸及胺基酸。最後，當這些小分子營養物質被吸收進入血液循環系統，會連同腸胃道激素一起作用於腦部的內受器神經元，產生吃甜食所帶來既心滿又飽足的愉悅。
也就是說，有了這些不同的外受器細胞與內受器細胞彼此協調、分工合作，才讓人體豐富的感官如同交響樂團一般，激盪出肚子餓時滿是食慾的緊張前奏，與飯飽之際適時放下筷子刀叉的慢板收尾樂章。
打開世界的大門：感覺受器細胞的基本結構
這些感覺受器細胞與其他細胞有何不同？19世紀時，德國著名解剖學家美克爾（Friedrich S. Merkel）藉由嚴密的觀察提出一個假設：感官系統是由神經元末梢及從上皮細胞特化而來的受器細胞所組成。
人類的神經系統中，神經元主要是透過電訊號來傳遞與整合訊號，但內受器細胞與外受器細胞能夠偵測的訊號源五花八門，族繁實難備載。例如眼睛上的內受器細胞能辨識光的波長與強度等物理性質;身體內有些內受器細胞如同敏感的生化監測儀，能區分不同的營養分子以及量測其濃度。就功能上說，這些不同的受器細胞有如翻譯機，能把外界的物理及化學資訊轉換成電訊號，讓人們「感覺」到外界發生的事物。但，它們是怎麼做到的呢？
這些內外受器細胞如同神經元一樣，具有容易被興奮的細胞膜，當外界刺激到達一定強度時，受器細胞膜會被激發而產生動作電位。
►動作電位是神經細胞間最常彼此溝通用的一種訊號，其能透過神經迴路向上傳遞，到達大腦的感覺皮層。
長久以來，因為絕大多數的內受器細胞處於體內深處，這雲深不知處的神秘，讓內受器細胞即便身在人體這座「山」裡，人們也對它知之甚少。此外，相對於外受器，內受器所偵測的訊號比較幽微，解析度也相對模糊，舉例來說，人們可以輕易地確描述出過眼所見美女的嬌、貪吃狗的憨，但卻很難將飢腸轆轆的感覺，計時又稱量地解釋出來。
大腦與腸道間，也能暗通款曲？
目前已知，腸道上分布著數個獨立但彼此連結的神經系統，其中一套還是被暱稱作第二個腦的腸道神經叢。腸道神經叢密布於腸道壁的肌肉層間，而且不需中樞神經系統就能自主運作。腸道神經叢藉由消化道內的訊號，反射性地調節消化道的肌肉蠕動，形成腸道內皺褶，好促進物理性消化與養分吸收。
然而，即便腸道神經叢能「自力自強」，也還是得豎起一隻耳朵聽命於中樞神經系統。中樞神經系統仍能透過交感神經系統的腹腔神經節以及副交感神經系統的迷走神經來支配消化道。這兩套分別位於中樞與周邊的神經系統間彼此拮抗，藉由腸道肌肉的張力及消化腺體的活性，來維持消化系統的正常運作。......【更多內容請閱讀科學月刊第597期】