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December 19, 2007
在水下，人類活不過幾分鐘，即便是訓練有素的奧林匹克泳者都需要頻頻大口吸氣。我們的腦袋需要固定不變的氧氣供應，尤其是在運動的時候。
相較之下，威德爾氏海豹（Weddell seals），這種動物南極海冰之下潛水並獵食。牠們能屏住呼吸達 90 分鐘之久，卻仍能全程保持活躍與精神警覺。海豹完全無須擔憂能使人類掛掉的低氧濃度。牠們有什麼祕密？
根據一項研究表示，某些動物 -- 包括海豚、鯨魚以及海獺 -- 顯然在牠們的腦中受到攜氧蛋白濃度提高的保護。這項研究由加州大學 Santa Cruz 分校 Terrie Williams，生態學與演化生物學教授領導的研究者所完成。這個團隊測量並比較這些複雜的攜氧蛋白 -- 稱為球蛋白（globins）-- 在 16 種不同哺乳類物種大腦皮質中的總量。他們的研究暗示已經演化出保護其大腦免受低氧環境，亦稱為組織缺氧（hypoxia），傷害的能力。
"相當值得注意的是我們所發現的變異程度，" Williams 說。"某些動物所擁有的、保護神經類型的球蛋白，要比其他多 3-10 倍。這些野生物種或許持有許多關於「如何在哺乳類動物腦中開啟保護機制」的線索。"
根據 Williams 表示，這個發現對於了解人類的中風與老化可能有重要牽連。目前仍不清楚是否有特定類型的動物與生俱來就有大量腦部球蛋白，或著牠們的行為與環境是否刺激球蛋白的製造。不過在任一例中，這些數量顯然具有可塑性。那大有可為，她說，因為若球蛋白的製造能在人身上提升，那麼因急病或老化所造成的腦損傷，將有可能降至最低。
"哺乳類動物腦袋顯然有卓越能力來增加保護神經的球蛋白 -- 我們在動物的比較中看到這件事，" Williams 解釋。"我們能利用它？我們能訓練人腦以增加我們的存活？我們仍不清楚，不過那毫無疑問相當有趣且值得研究。"
該研究出現在 12/18 的 Proceedings of The Royal Society B 線上版。Williams 是該論文的第一作者，標題是「Running, swimming and diving modifies neuroprotecting globins in the mammalian brain」。
科學家長久以來就納悶為何海生哺乳類動物如此能忍受組織缺氧。傳統智慧（conventional wisdom）表示牠們已演化出生學理上的適應性，能夠增加氧到腦部的傳遞 -- 例如，更高的毛細血管密度與能夠優先送轉送至腦部的血流。但根據 Williams 小組與他人最近的研究指出，儘管有這樣的適應，只要在水底下數分鐘，血氧濃度仍會筆直落下。海生哺乳類動物如何能維持重要器官在如此低氧環境中充滿活力仍是個謎。
某些未知因素似乎涉入其中，而 Williams 的注意力最近轉向新類型的球蛋白，那在 2000 年被發現。稱為 neuroglobins（神經球蛋白）與 cytoglobins（細胞球蛋白），這些攜氧蛋白位於腦組織中。那些與血紅素（hemoglobin，血紅蛋白）有所不同。血紅素是種類似的含鐵蛋白複合物，那能在血中攜氧並循環整個身體。另一個有關係的分子，肌紅蛋白（myoglobin），使氧更容易只傳遞到肌肉組織中。
科學家仍在研究這些腦蛋白（brain globins）的物理化學。到目前為止，證據指出 cytoglobins 可能在有效地將氧自血液中移出並進入腦中扮演一個角色，即便當時的氧濃度很低，Williams 說。腦部的 neuroglobins，另一方面，顯然能夠攫取易反應氧，並避免形成具毀滅性的自由基。兜在一起，她說，這兩種 resident neuroglobins（固有的神經球蛋白）能協助維持腦部機能，並良好保護腦部在組織缺氧期間不受傷害。
為了要測試這個假說，Williams 聚集了一個團隊，包括分子生物學家、生化學家與野生生物獸醫。研究者想要找出 globins 在腦中的數量與種類是否與各種野生哺乳類動物的肉體活動模式相關。她們從 41 隻陸生哺乳類動物與 23 隻海生哺乳類動物，收集取得腦組織，那代表 15 種野生物種與 1 種實驗室物種。這些來自於州動物控制計畫或自被車撞死、漁業混獲（bycatch）與擱淺當中所「找到」的動物。
對於每個腦樣本，該團隊測量腦皮質中的血紅素與 resident neuroglobins -- neuroglobins 與 cytoglobins。在共同作者 David Kliger，UCSG 化學與生物化學教授，的實驗室中，研究者使用一種稱為分光光度學（spectrophotometry）的技術來確認並為動物死時所出現的微量（minute quantities）腦蛋白的定量。
根據 Williams 表示，她們發現球蛋白濃度有顯著不同，端看該物種是否為陸棲、游泳或潛水專家。相較於陸生動物，海生物種具有高量血紅素 -- 而且其腦組織因為富含鐵，顏色也比較深。但研究結果並不如預期：在潛水處游動的與高度活躍的海豚、海獅與海獺所具備的 resident neuroglobins 數量比那些深潛的鯨魚來的高。另一個就是山貓類（bobcat）。不同於犬類物種 -- 狐狸與郊狼 -- 三隻山貓類動物具有令人吃驚的高量 resident 腦蛋白。
"或許不只有屏氣能刺激這些球蛋白，也包括高度活躍性，例如疾速奔跑，" Williams 說。
該研究尚未完全解開這個謎，不過那是第一步，Mary Zavanelli 說，UCSC 一位分子、細胞與發展生物學講師。Zavanelli 開發實驗室技術，藉由分析基因表現以測量腦組織中 globins 的數量與種類。在此法中，她確認物種的差異。
"那將不會很快有答案，因為這是相當複雜的生物學，" Zavanelli 說。"不過技術相當直接了當，所以聚焦在我們的問題上比較要緊。最大的問題是取得足夠的、形狀完整的腦組織，尤其是那些被「發現的」野生動物。"
當此研究持續下去，很可能會擴展至高濃度的腦蛋白是否與某些物種的長壽有關。北極鯨（Bowhead whales）已知可活 211 年，Williams 提到。這讓她想知道，牠們的腦部如何受到保護，以及牠們是否會中風。
"這些動物很可能解決老化大腦的問題，" 她提到。"Neuroglobins 或許能給我們某些為何會如此的線索。"
※ 相關報導：
＊ Running, swimming and diving modifies neuroprotecting globins in the mammalian brain
http://journals.royalsociety.org/content/x2gl80352v74j724/?p=dc2f9fbd6aa74d19939a39f18b5facf0&pi=2
Terrie M. Williams, Mary Zavanelli, Melissa A. Miller,＊ 群 - 現在進行式？
Robert A. Goldbeck, Michael Morledge, Dave Casper,
D. Ann Pabst, William McLellan, Lucas P. Cantin,
David S. Kliger
Proc. R. Soc. B, 2007.12.18
DOI 10.1098/rspb.2007.1484
＊ 研究顯示 鯨類祖先是小型鹿狀哺乳動物
＊ 失去存在已久的基因促成人類演化
＊ 血腦屏障：腦疾治療中一個被誤解的關鍵
＊ 硫化氫握有長壽關鍵嗎？
＊ 殺死「癌幹細胞」 治癌新藥希望
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腦死17小時... 她奇蹟甦醒
【聯合報╱編譯田思怡／報導】 2008.05.27
美國一名59歲婦女在三度停止心跳、宣告腦死17小時，並拔掉維生系統10分鐘後，奇蹟似地復活。
薇瑪．湯瑪斯(Velma Thomas) 的36歲兒子被告知母親不可能活命，已離開醫院為她準備後事。孰料，在醫師關閉湯瑪斯的維生系統，準備取出捐贈器官時，她突然醒轉。
心臟科醫師艾格萊斯頓說：「有些事情醫師和護士真的無從解釋，我想這就是其中之一。」
他說，家住西維吉尼亞州的湯瑪斯心臟病發後昏迷，送醫後已沒有心跳和脈搏，腦部也停止活動。在查爾斯頓地方醫療中心的緊急搶救過程中，她又兩度心臟病發，被裝上維生系統。
約25位親友在醫院等候，兒子提姆說：「我們一直禱告，我明白她可能熬不過去。」
他說：「上帝讓我拿掉她的呼吸器，我的牧師也同意，我感到我做了正確決定，心裡很平靜。她的皮膚已開始變硬，手指和腳指彎曲，沒有生命跡象。」
醫護人員拿掉她的維生系統，家屬也離開醫院開始準備後事。10分鐘後，湯瑪斯竟然醒過來。她的姪子潘斯說：「她移動她的手臂，我們認為是反射動作。」
護士趕緊打電話給已離開醫院的提姆，告訴他，他母親會動，而且有心跳。
湯瑪斯的手臂和腳都會動，還咳嗽和轉動眼睛，不可思議地，她竟開口說話。
提姆回到醫院時，他母親已在找他。他進入病房時，母親已清醒。他說：「她醒來就後問人，『我兒子在哪裡？』」
醫師也大惑不解。艾格萊斯頓說：「這真是奇蹟。」
湯瑪斯是器官捐贈者，因此延後拿掉她的維生系統。她的家人說，她求生意志堅強，可望完全康復。在為「早安美國」節目錄製的影片中，她露出燦爛的笑容說：「比起幾天前，我現在感覺很棒。」
※ 人體也需要 reset？
砰！鯨魚爆肚 腥風血雨「香甜味」
【聯合報╱記者修瑞瑩／台南市報導】 2008.06.21
「砰！」一記爆裂聲，特大號的腸肚散落路邊，路邊的轎車也被汙血染紅，頓時腥風血雨。這不是異形入侵，而是國家地理頻道昨天在西門路拍攝四年前抹香鯨屍體運經市區時突然爆肚，血肉橫飛的場景。
不過，昨天的拍攝現場，少了腥風血雨，卻瀰漫一股香甜味。拍片公司為了模擬血肉橫飛的畫面，臨時買來一堆紅肉大西瓜捏成一塊塊，再加上好幾罐的番茄汁，模擬鯨魚血液，想不到在太陽曝曬下，現場香甜氣撲鼻。而拍攝人員用包有東西的尼龍絲襪，裝成鯨魚腸子，並用黑色塑膠袋包成屍塊，一輛白色轎車還沾滿鮮血，畫面雖然逼真，在場民眾卻笑看一切，沒人把這裡當成命案現場。
這尾長17公尺、重50公噸的抹香鯨，93年1月間擱淺在雲林海岸後死亡，被送到台南解剖，經過西門路發生爆肚，腹內的臟器、血肉四散數十公尺遠，當時凌晨行人不多，僅波及停放在路邊的車輛。抹香鯨後來製成骨骼標本，在台南四草鯨豚陳列館中展示。
當時主導該尾抹香鯨解剖的成功大學生命科學系教授王建平表示，鯨魚在眾目睽睽之下爆肚的事件實在少，國家地理頻道希望以科學趣味的角度，向大眾介紹為何鯨魚會爆肚。
抹香鯨原本浸在冰涼的海水中，運上岸後溫度改變，壓力大增才爆肚，王建平表示，製片公司後製會再找氣壓專家與細菌專家來詳細計算溫度改變對空氣壓力的影響，在影片中說明。
國家地理頻道委託英國製片公司Tigress來台拍攝，製片公司出動10人的製作團隊來台，事前多次與市府洽商，請市府協助聯絡王建平、並尋找當時的目擊者。市府昨天上午協助封閉西門路約100公尺長的路段進行拍攝。拍攝人員表示，影片應在9月前就能上映。
超炫潛水裝 讓人類在深海呼吸
自由時報 2010.11.21
〔編譯俞智敏／綜合報導〕人類已經證明自己有能力學習其他動物的本能，但卻始終做不到像魚一般在水中優游。潛水裝備的發明讓人類能在水中呼吸，但只限於在淺海地帶。
現在美國一位退休的心肺外科醫師藍德相信，他已經解決了讓人類潛入深海的謎題，重點就在於讓人類能像魚一樣吸入液態空氣。
藍德最近替他所發明的新式潛水裝申請專利，這種潛水裝能讓人吸入「液態空氣」，這是一種含有高濃度氧分子的特殊溶液。這聽起來會讓人立刻連想到溺斃的恐怖畫面，但事實上人類的肺的確能從溶液中取得氧氣。
住密蘇里州聖路易市的藍德表示，潛水者首先必須學習的，就是要克服嘔吐反射，一旦加氧液體進入肺部，感覺上就跟呼吸空氣一樣。
藍德設計的潛水裝可讓潛水者吸入溶氧性全氟化碳（PFCs），這種液體可溶解非常大量的氣體，並被裝進潛水者所戴的密閉式頭盔裡，取代原本存在於肺部、鼻腔與耳道內的所有空氣。在正常呼吸時，原本應隨著呼氣排出體外的二氧化碳，則可透過把一種人造鰓連結到潛水者的大腿血管，自血液中排除。
潛水者使用的是懸浮在液體中的氧氣，如此一來就不必再擔心發生減壓病的問題，理論上能讓人突破目前的極限，潛入更深的海底。
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