這算是BioC一堂課的內容,因為蠻有趣的,因此把他打上來跟大家分享,順便當作考前複習……這一堂課主要在講Starvation(飢餓)
之前,有一位澳洲布里斯本的醫學院大學生,在西馬拉亞山失去行蹤,當他被找到時,已經是43天後了,整整6週的時間內,他只靠一條巧克力棒充飢,不少人懷疑這是不可能的,而我們這堂課主要就是要來探討,人體有可能在沒有食物補充下活那麼久嗎?
先看下面這個表格,這是人體內能量所儲存的形式與總量.其中大部分都是以脂肪(fat)的形式儲存著的,也就是所謂的triacylglycerol(三酸甘油脂),佔了人體體重的15Kg,總共可以提供59萬大卡(kJ)的熱量.整體而言,夠人體的各個組織器官使用長達40天了.
通常人體是把triaclyglycerol由酵素Hormone sensitive lipase分解成glycerol(甘油)和free fatty acid(脂肪酸).掌控這個反應的是赫爾蒙Glucagons(胰高血糖激素),和同樣由Pancreas胰臟所分泌的Insulin胰島素是完全相反的作用.通常Glucagon是在人體處於fasting state(未進食狀態)時分密的,來維持血液中的血糖濃度夠高,而人體組織也能獲得足夠能量.分解後的glycerol會進到肝臟內,而脂肪酸則是進入血液中,運送到人體各部位去當作能量使用.看來一切的問題都解決了,人體足夠的triacylglycerol（以下簡稱TAG）讓我們能夠生存40多天.真的是這樣嗎？
上面看以來都很合理，除了一點之外，那就是人體的管理中樞，大腦．大腦有自己的循環系統，因此可以避免在血液循環系統中的細菌或是廢棄物傷害大腦細胞．而大腦與血液兩個循環系統，則是藉由著blood-brain barrier（血腦屏障）來過濾這些東西，不過，同樣的，血液中的TAG也會被這層屏障擋在外，而無法進入大腦內供腦細胞使用．因此，大腦唯一能用的能量來源就是所謂的（葡萄糖）．
大腦算是人體中消耗不少能量的器官，而且必須維持在定質，不像肌肉細胞在不同期況下消耗量會不同，基本上大約是每天要使用120ｇ的葡萄糖，假如少於120ｇ的話，就會漸漸導致死亡．人體所謂的血糖（blood glucose）大約是12ｇ，也就是說大致上夠大腦使用2個小時，那剩下的42天又22個小時呢？
人體在進食時後，會將多餘的養分轉換成其他東西來儲存，一個就是剛已經提到的，在脂肪內的TAG，另外一個，則是儲存在肝臟內或是肌肉內的Glycogen（肝醣）．肝醣是類似纖維質的polysaccharide多醣體．平時儲存著，等到需要用到時才分寫成葡萄糖來使用．藉由glycogenolysis，首先glycogen在phospholyase酵素的作用下，加上一個phosphate變成glucose-6-phosohate，緊接著酵素mutase把他轉換成glucose-1-phosohate，最後則在glucose-1-phosphatase的水解下，產生glucose(葡萄糖)．
肝醣的總量大約是90~120ｇ，也就是說，就算全部的肝醣都丟給大腦去使用，最久也只能撐過一天，之後就會完全用完． 身體內儲存的糖份全都用完了，
剩下唯一的辦法就是製造新的葡萄糖出來．人體含量最多的ＴＡＧ無法被轉換成葡萄糖，所以接下來要靠的就是所謂的gluconeogenesis（產生新的醣的意思）．用這反應製造葡萄糖的原料有三個，分別是來自肌肉肝醣的Lactate（乳酸鹽），肌肉protein（蛋白質）的alanine（丙氨酸），與在TAG分解後剩下的glycerol（甘油），gluconeogenesis發生在肝臟，肝臟會把他們轉變成葡萄糖，供大腦使用．
不過用gluconeogenesis換來的代價也不低，通常人體是不用Amino Acid(氨基酸)為能量的，因為無論是人體的建成，DNA，RNA複製，細胞分裂，都需要用到氨基酸，所以通常他只拿來當建材，而不是能量來源．當人體飢餓時，在不影響身體主要器官之下，身體會開始分解一些蛋白質來產生足夠的原料來進行gluconeogenesis，通常是從肌肉的蛋白質開始，約150g蛋白質可以轉換成100g的葡萄糖．在不影響人體基本生存機能下，6Kg的蛋白質可以拿來轉換成能量．不過就算如此，也只能夠供大腦使用14天，假如再用蛋白質下去的話，大腦還沒失去作用前，身體就先撐不住了．可是以上種種人體可以取得能量的來源都使用後，所產生的葡萄糖還是只夠供腦使用約兩個星期多一點？難道說那個大學生真的是作假，只是為了上新聞？
之後．科學家在做一系列的飢餓實驗後，才發現，這些長期飢餓的實驗者血液內，測出了另外一種物質，叫做ketone body（酮體）．Ketone body是由fatty acids（脂肪酸）進行一連串反應所合成的，共有兩種，分別是acetoacetate與beta-hydroxybutyrate．另外一個令人驚訝的發現是，這些實驗者的大腦葡萄糖使用量，從一般的每天120g降到50g．這代表大腦一定有利用其他養分來提供能量．最後證明了正是ketone負擔了那70g葡萄糖所提供的能量，一切真相就此明瞭．
圖:未進食後的葡萄糖來源與時間圖,可分為四個階段,最後的就是靠Ketone Body了
靠著身體這些機能，在未進食但不缺水的情況下，人可以生活２個月而不死亡．．．大家一起跟著我喊：噢！傑克，這真是太～神～奇～拉～
之前,有一位澳洲布里斯本的醫學院大學生,在西馬拉亞山失去行蹤,當他被找到時,已經是43天後了,整整6週的時間內,他只靠一條巧克力棒充飢,不少人懷疑這是不可能的,而我們這堂課主要就是要來探討,人體有可能在沒有食物補充下活那麼久嗎?
先看下面這個表格,這是人體內能量所儲存的形式與總量.其中大部分都是以脂肪(fat)的形式儲存著的,也就是所謂的triacylglycerol(三酸甘油脂),佔了人體體重的15Kg,總共可以提供59萬大卡(kJ)的熱量.整體而言,夠人體的各個組織器官使用長達40天了.
通常人體是把triaclyglycerol由酵素Hormone sensitive lipase分解成glycerol(甘油)和free fatty acid(脂肪酸).掌控這個反應的是赫爾蒙Glucagons(胰高血糖激素),和同樣由Pancreas胰臟所分泌的Insulin胰島素是完全相反的作用.通常Glucagon是在人體處於fasting state(未進食狀態)時分密的,來維持血液中的血糖濃度夠高,而人體組織也能獲得足夠能量.分解後的glycerol會進到肝臟內,而脂肪酸則是進入血液中,運送到人體各部位去當作能量使用.看來一切的問題都解決了,人體足夠的triacylglycerol（以下簡稱TAG）讓我們能夠生存40多天.真的是這樣嗎？
上面看以來都很合理，除了一點之外，那就是人體的管理中樞，大腦．大腦有自己的循環系統，因此可以避免在血液循環系統中的細菌或是廢棄物傷害大腦細胞．而大腦與血液兩個循環系統，則是藉由著blood-brain barrier（血腦屏障）來過濾這些東西，不過，同樣的，血液中的TAG也會被這層屏障擋在外，而無法進入大腦內供腦細胞使用．因此，大腦唯一能用的能量來源就是所謂的（葡萄糖）．
大腦算是人體中消耗不少能量的器官，而且必須維持在定質，不像肌肉細胞在不同期況下消耗量會不同，基本上大約是每天要使用120ｇ的葡萄糖，假如少於120ｇ的話，就會漸漸導致死亡．人體所謂的血糖（blood glucose）大約是12ｇ，也就是說大致上夠大腦使用2個小時，那剩下的42天又22個小時呢？
人體在進食時後，會將多餘的養分轉換成其他東西來儲存，一個就是剛已經提到的，在脂肪內的TAG，另外一個，則是儲存在肝臟內或是肌肉內的Glycogen（肝醣）．肝醣是類似纖維質的polysaccharide多醣體．平時儲存著，等到需要用到時才分寫成葡萄糖來使用．藉由glycogenolysis，首先glycogen在phospholyase酵素的作用下，加上一個phosphate變成glucose-6-phosohate，緊接著酵素mutase把他轉換成glucose-1-phosohate，最後則在glucose-1-phosphatase的水解下，產生glucose(葡萄糖)．
肝醣的總量大約是90~120ｇ，也就是說，就算全部的肝醣都丟給大腦去使用，最久也只能撐過一天，之後就會完全用完． 身體內儲存的糖份全都用完了，
剩下唯一的辦法就是製造新的葡萄糖出來．人體含量最多的ＴＡＧ無法被轉換成葡萄糖，所以接下來要靠的就是所謂的gluconeogenesis（產生新的醣的意思）．用這反應製造葡萄糖的原料有三個，分別是來自肌肉肝醣的Lactate（乳酸鹽），肌肉protein（蛋白質）的alanine（丙氨酸），與在TAG分解後剩下的glycerol（甘油），gluconeogenesis發生在肝臟，肝臟會把他們轉變成葡萄糖，供大腦使用．
不過用gluconeogenesis換來的代價也不低，通常人體是不用Amino Acid(氨基酸)為能量的，因為無論是人體的建成，DNA，RNA複製，細胞分裂，都需要用到氨基酸，所以通常他只拿來當建材，而不是能量來源．當人體飢餓時，在不影響身體主要器官之下，身體會開始分解一些蛋白質來產生足夠的原料來進行gluconeogenesis，通常是從肌肉的蛋白質開始，約150g蛋白質可以轉換成100g的葡萄糖．在不影響人體基本生存機能下，6Kg的蛋白質可以拿來轉換成能量．不過就算如此，也只能夠供大腦使用14天，假如再用蛋白質下去的話，大腦還沒失去作用前，身體就先撐不住了．可是以上種種人體可以取得能量的來源都使用後，所產生的葡萄糖還是只夠供腦使用約兩個星期多一點？難道說那個大學生真的是作假，只是為了上新聞？
之後．科學家在做一系列的飢餓實驗後，才發現，這些長期飢餓的實驗者血液內，測出了另外一種物質，叫做ketone body（酮體）．Ketone body是由fatty acids（脂肪酸）進行一連串反應所合成的，共有兩種，分別是acetoacetate與beta-hydroxybutyrate．另外一個令人驚訝的發現是，這些實驗者的大腦葡萄糖使用量，從一般的每天120g降到50g．這代表大腦一定有利用其他養分來提供能量．最後證明了正是ketone負擔了那70g葡萄糖所提供的能量，一切真相就此明瞭．
圖:未進食後的葡萄糖來源與時間圖,可分為四個階段,最後的就是靠Ketone Body了
靠著身體這些機能，在未進食但不缺水的情況下，人可以生活２個月而不死亡．．．大家一起跟著我喊：噢！傑克，這真是太～神～奇～拉～
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