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《身體》5/6

2022-06-23
in 自然科普
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《身體》5/6
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前集回顧
  • 《身體》1/6
  • 《身體》2/6
  • 《身體》3/6
  • 《身體》4/6

另一個驚人的例子是我們的肺及呼吸,無論是睡是醒,你每天安靜規律地呼氣吸氣2萬次,這會處理多少的空氣呢?每天就有12,500公升左右的空氣經過你的肺,詳細數量取決於你的身形大小跟活動強弱,一年當中你呼吸了730萬次,一生當中你要呼吸5.5億次。

肺和呼吸:你呼出的氧分子將永垂不朽

就呼吸而言,就像生命體中驚人且怪異的數字,你每次呼吸會呼出25×1022次方個氧分子,這個數量如此之多,你很可能會吸入至少一個所有曾在這世上的人都呼吸過的氧分子。

從現在開始直到太陽燃燒殆盡為止,每一個人又會吸進一點曾進入你體內又呼出來的氧分子。在原子層面的角度,我們都是永生不朽,因為我們呼吸過的氧分子會一直不斷地存留後續,直到太陽燃燒殆盡。

對大部分的人來說,那些分子是從鼻孔進去的,從鼻孔進入的空氣,會穿行你的頭部裡面最神秘的迷宮──鼻竇腔。相較於頭部其他的部位,鼻竇佔有的空間非常龐大,如果你曾經在自己鼻腔裡面,灌過生理食鹽水,你大概就知道,那個鼻腔之大遠遠超乎想像。

可是無人知曉為何鼻腔如此巨大,鼻竇只是頭部裡面一些像洞穴的空間,要是你的頭部沒有留這麼多的空間給鼻竇使用,就應該可以讓出空間來容納更多更多的灰質,就是我們的腦容量。

但這些空間裡面並非空無一物,而是佈滿了複雜的骨骼網路,被認為是用某一種方式增加了呼吸的效率,而無論鼻竇真正的功能如何,它給我們帶來了很多的苦惱,以美國為例,每年有3500萬人罹患鼻竇炎,而處方藥抗生素,當中大概有20%,是用在治療患有鼻竇炎的病人。

肺臟是人體的空氣清淨機

順道一提,冷天流鼻涕就像你家浴室玻璃會有水滴凝結的道理,來自於肺部的暖空氣,遇到了進入到鼻孔內的冷空氣之後,兩者互相作用就凝結成為液體,從你的鼻腔往下滴流出來。

我們的肺臟在清淨空氣的效果上,表現非常的優異,依照某項估算顯示,一般城市居民每天會吸進大約200億個外來異物,如顆粒、灰塵,工業污染、花粉、真菌孢子等,任何漂浮在空氣中令人難受的微物,但基本上你未因此受病,因為你的身體擅長驅離這些入侵物。

驅離方式約略如下:

  • 如某一個入侵顆粒很大,你就會咳嗽,或打噴嚏,直接趕出體外,當然這個過程會變成其他人的困擾。
  • 假如這個微物,小到無法引發身體強烈的反應,那它會陷在鼻腔通道的黏液,或被支氣管(或小管)攔截,這些細微的呼吸道,附有百千萬計的毛髮狀纖毛,如船槳般(每秒鐘16次)前後搖擺,拍打入侵物,讓它退回喉嚨,並轉到胃部由胃液把它溶解消滅。
  • 如果入侵物試圖通過這群揮舞拍動的纖毛,還會遭遇到肺泡巨噬細胞的小型吞噬機器,而被吞噬掉。

切莫太靠近一個打噴嚏的人

不過,儘管有以上的這些防禦工事,偶爾還是有些病原體侵入讓你生病。

直到最近才有學者發現,打噴嚏遠比任何人所以為的,更像是一場類似暴雨或大雨的現象。在《自然》(註13)期刊上報導,由麻省理工學院的團隊所做的研究發現,噴嚏沫可以飛出8米遠,在空中懸浮10分鐘,才緩緩降落到附近的表面。

依據超低速攝影,他們還發現,噴嚏並不像人們以為的那樣,是一顆顆的飛沫,而是更像保鮮膜,覆蓋到附近的表面上,這為我們提供了進一步的證據:切莫太靠近一個打噴嚏的人。

有理論指出,天氣和氣溫會影響噴嚏當中液滴結合的方式,以解釋流感跟傷風,在冷天比較常見的原因,不過無法說明為何直接觸摸傳染性飛沫,比呼吸(或親吻)它們,更易使人染病。

橫膈膜有助於提高肺臟的運作效率

肺臟重量大概是1.1公斤,在肺腔當中所佔有的空間超乎想像,上至你的脖子,下至胸骨,並得到了人體內最不受重視的一塊肌肉(橫膈膜)的極大協助。橫膈膜是哺乳動物特有的肌肉,從下方把肺臟往下拉,有助於提高肺臟的運作效率,以獲取更多的氧氣來供應肌肉及腦部,這就讓我們變得更聰明。

外部世界和肺部周圍空間(即所謂胸膜腔)的些許氣壓差,也有助於提高呼吸效率。胸部的氣壓略低於大氣壓,有助於保持肺部膨脹。如果空氣通過刺穿的傷口進入胸腔,就會讓氣壓差消失,肺會塌陷到正常大小的1/3左右。

如果你是一個普通身材的成年人,你的皮膚大約為1.86平方公尺,但你的肺組織足有93平方公尺,包含了大約2414千公尺的氣管。把這麼多的呼吸器塞進你胸部的狹小空間裡,漂亮地解決了一個極為重要的問題:怎樣把大量的氧氣有效地輸送給數十億細胞。

參考資料:
  • 人體的祕密:肺和呼吸——你呼出的氧分子將永垂不朽

心和所有在裡面流動的東西

具有諷刺意味的是,作為全世界一致表達愛的心形符號,與人類的心臟沒有任何聯繫。心臟的形狀沒有任何浪漫之處,也沒有任何與情感的聯繫。我們將其放置在胸部左側的想法,也是錯誤的。

然而,它的非凡之處在於,它所做的單一而關鍵的工作──將血液泵(註14)入身體。

心臟靠近胸部的中心,在平均壽命中平均跳動35億次,每小時泵送約260升血液。一次強大的心臟推力,使血液平均向下4英尺,然後逆重力返回,攜帶氧氣、運輸化學物質、殺死病原體、消除廢物和調節體溫,一舉數得!這是一項多方面的功能,也是一項複雜的功能,使醫生只需一次驗血即可獲得大量資訊。

血液由四種主要成分組成:

  • 血漿是血液的主要成分,90%的水中含有各種化學物質。
  • 紅血球是輸送氧氣的男孩。
  • 白血球是抗擊感染的軍隊。
  • 血小板有助於血液凝結,也有助於組織再生。

今天,我們漫不經心地談論輸血,卻沒有意識到醫生執行的程式有多複雜。早些時候,血液治療象徵著我們對血液缺乏了解,喬治·華盛頓(註15)就是一個重要的例子。在他的治療期間,醫生在兩天內排出了大約40%的血液;而全世界仍然認為他死於喉嚨感染。

今天,我們對血液的理解要好得多,使我們能夠輸血、儲存,甚至嘗試製造人造血液(儘管收效甚微)。拋開醫學進步不談,我們可以放心,雖然抽出一些世界上最優秀的人還不能完全複製的東西(血液),但心臟會繼續運轉。

常鍛鍊身體,骨骼產生的激素可降低患失智症的風險。

人體有206塊骨頭,然而,八分之一的人有第十三根肋骨。此外,身體也有籽骨(註16)──或芝麻大小的骨頭──靠近手、腳和身體其他部位,但不包括在內。

根據科學家們的進一步研究卻發現,亞洲人普遍只有204塊骨骼,其中以中國人和日本人為代表,約75%的中國人只有204塊骨骼,約80%的日本人只有204塊骨骼,這到底是怎麼一回事呢?少的那2塊骨頭,又是位於什麼部位呢?大家不用擔心這少的2塊骨頭,因為它們並沒有位於重要的部位,而是少在腳趾上。

在人類進化過程中,由於各種因素,西方人普遍比東方人要高大一些,而為了支撐起更為高大的軀體,腳掌自然而然也要比較大,所以西方人的第五趾(小指)一般有3個趾骨,而亞洲人的第五趾(小指)一般只有2個趾骨,即左右兩邊各少一個,總量為204塊骨頭。

我們確信骨骼賦予身體結構、保護內部器官、儲存化學物質和製造血細胞。然而,在2000年代初,人們發現骨骼也會產生一種叫做骨鈣素的激素,這就是為什麼經常鍛鍊,也可以降低患阿茲海默症的風險的原因。

三塊肌肉造就人類文明

手有29塊骨頭、17塊肌肉、123條命名韌帶以及各種動脈和神經。此外,前臂有18塊肌肉控制這些肌肉。所有這些連接和功能的方式是如此驚人,以至於19世紀的蘇格蘭外科醫生查理斯·貝爾(註17)爵士稱:這些連接產生的靈活性,是神聖創造的證據。

雖然大多數靈長類動物的拇指是可對生的,但人類的拇指擁有獨特的三塊肌肉──拇短伸肌、拇長屈肌和亨利第一掌側骨間肌──這三塊肌肉可以讓人類去靈活的運用拇指,有效地操作工具,說它造就了人類文明都不過分。

雙足能力也使人類與靈長類動物有獨特的不同,這可能與大腦的差異一樣重要。進化,尤其是長脖子、柔軟的背部,和比其他靈長類動物更大的膝蓋,使人類能夠直立行走。

然而,同樣獨特的雙足能力進化,使女性的骨盆更窄。因此,與其他靈長類動物相比,人類的分娩是獨一無二的痛苦和危險的。

(待續)


(註13) 《自然》:
(Nature)是世界上最早的科學期刊之一,也是全世界最權威及最有名望的學術期刊之一,首版於1869年11月4日。雖然今天大多數科學期刊都專一於一個特殊的領域,《自然》是少數(其他類似期刊有《科學》和《美國國家科學院院刊》)依然發表來自很多科學領域的一手研究論文的期刊。在許多科學研究領域中,每年最重要、最前沿的研究結果是在《自然》中以短文章的形式發表的。

(註14) 泵:
(ㄅㄥ`)一種用以增加液體的壓力,用來移動液體的裝置,即是對流體作功的機械,也稱為「幫浦」。

(註15) 喬治·華盛頓:
(George Washington,1732年2月22日-1799年12月14日),1775年至1783年美國獨立戰爭時的陸軍總司令。於1789年成為美國第一任總統(其同時也成為全世界第一位以「總統」為稱號的國家元首),在接連兩次選舉中都獲得全體選舉人團無異議支持,一直擔任總統直到1797年,為至今為止唯一一位獲得所有選舉人團支持而當選的美國總統。

(註16) 籽骨:
從解剖學上講,籽骨(Sesamoid),又稱種子骨。是嵌入肌腱內的骨。籽骨可見於跨關節的肌腱處如手、膝、足。從功能上看,它們起到保護肌腱和提高其機械性能的作用。籽骨的存在令肌腱可稍微遠離關節中心,從而使力矩增加。籽骨也能防止肌腱因張力增加而在關節處扁平化,同時也使肌腱在負載範圍內產生的力矩趨於穩定。這與半月板的作用(由軟骨構成,在運動過程中分散關節受力並減少摩擦)不同。

(註17) 查爾斯·貝爾:
(Charles Bell,1774年11月12日-1842年4月28日),蘇格蘭醫生、解剖學家、生理學家、藝術家,以發現感覺神經與運動神經的差異而知名,「貝爾氏麻痹症」即以他的名字命名。他曾擔任英國倫敦大學、愛丁堡大學的教授。
其他文章︰
  1. 《身體》1/6
  2. 《身體》2/6
  3. 《身體》3/6
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  5. 《身體》6/6
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