第1章 細胞是什麼?
組成身體的微小細胞,各有不同的功能。第1章先學習有關細胞的知識吧。人體幾乎所有的機能,都是源自於細胞。
所有生物的身體都是細胞的集合體
生物的身體由多數類似小房間的東西所組合而成,而這些類似房間的東西就是細胞。呼吸、運動、思考等人體進行的所有活動都是由細胞維持。
雖然同為細胞,但很難一概而論。因為每一種細胞的功能、形狀和大小都不相同。例如負責運送氧氣的紅血球(P.30),是中間凹陷的形狀,而且大小僅有7〜8µm(※1),無法以肉眼辨識。相形之下,負責傳達訊息的神經元(P.68)則擁有細長的突起,最長者甚至超過1公尺。身為生命起源的卵子(P.108)直徑約為200µm(0.2mm),所以肉眼可見。
細胞聚集在一起,首先會形成組織。多種不同的組織再組成心臟和肺等器官。接著,擁有共通功能的器官各自組成呼吸器統和循環系統等。所有系統之上的就是人,也就是個體。簡單來說,細胞就是組成生物的最小單位。
雖然細胞幾乎是無法以肉眼可見的微小存在,但沒有它就無法組成人的身體。人能夠維持生命,並從事各種活動也都是拜細胞所賜。
專欄
細胞分裂
如同字面上的意思,就是1個細胞分裂成2個細胞。人的身體起源於名為受精卵的單個細胞。從1個分裂成2個,再從2個分裂成4個,在細胞持續分裂下,最後組成了身體的所有部位,一個人也就此成形。
(※1)1微米(µm)是0.001毫米。
細胞的功能
基本上分為3大項
人體的細胞所具備的功能,可分為大多數細胞都有的基本功能,以及只有特定細胞具備的專精功能。
基本功能主要有3項。第1項是產生人活動時所需的能量。我們攝取的食物等營養素經消化、吸收後,再透過細胞內的粒線體(P.20)轉換成能實際運用的能量。尤其是內臟的細胞(P.93〜101),更是專責消化、吸收。
第2項是透過細胞膜(P.20)把細胞區分成內側與外側,保持全身的健康。把性質不同的細胞分在內側與外側,藉此穩定細胞內的環境,能夠讓細胞安穩活動,如此一來就能維持身體的健康。
第3項是複製基因的資訊,進行分裂、增殖。除了維持生命,也可以讓人的身體會隨著成長不斷變大。另外,基因的代代相傳也是透過這項功能進行。
此外,所謂的專精功能包括運送氧氣等特定物質、對抗細菌和病毒等入侵身體的異物、把從眼睛與耳朵等處接收的資訊傳達到腦部等,功能依細胞種類而有不同。
專欄
細菌與病毒的差異
細菌與病毒都是微生物,但特性大不相同。病毒和細菌不一樣,它沒有細胞。所以無法靠自己增殖,只能寄生在宿主身上才能增殖。病毒雖然具備生物特徵,但也具備某些非生物特徵,所以被視為「介於生物與非生物之間的存在」。
第2章 血液的細胞
血液在全身循環,負責運送氧氣和營養素等。血液中存在著一群具備令人驚嘆功能的細胞,某些會堵住傷口止血,也有某些會排除入侵體內的異物。
血液是什麼?
在全身流動的血液,具備各種功能。包括進行氧氣與二氧化碳的交換、運送營養和荷爾蒙等物質、調節體溫、排除異物、回收老舊廢物等。上述任務的完成,除了仰賴血液的液體成分—血漿,也少不了一群被稱為血液的有形成分—血球(P.26)的細胞們。
約占血液55%的血漿,幾乎由水組成,最主要的功能是運載血球與營養。血球可大致分為3種。分別是占血球中絕大多數的紅血球(P.30)、血小板(P.34)以及白血球(P.38)。至於說到這3種的功能,各位只要把紅血球想成「氧氣配送員」、血小板是血管的「修復師」、白血球是對抗並排除異物的「清潔工」就可以了。
順帶一提,血液量號稱占了體重的約8%。換言之,一個體重60kg的人約有5L,也就是全身的血液量大約可裝2.5瓶的2L保特瓶。
CHECKPOINT
血漿
所謂的血漿,就是血液中血球以外的部分,為淡黃色的液體,英文是Plasma。其中約有90%是水,7〜8%是蛋白質,最後剩下的2〜3%是電解質和脂質等。所謂的電解質就是只要溶解於水就會導電的物質,這裡指的是鈣質與鈉。
專欄
血液的顏色
血液之所以呈現紅色,原因是紅色的紅血球數量非常多。1μL(※1)的血液所含有的紅血球竟然超過500萬個!順帶一提,血小板有30萬個,白血球大約是8000個,由此可見血球的成分幾乎都是紅血球。假設去除血液中所有的紅血球,血液就會變成淡黃色的透明液體。
(※1)1微升(μL)相當於0.001毫升
造血幹細胞
長生不死,不斷地製造血球
造血幹細胞正如其名,是一種造血的幹細胞(P.136)。它具備分化的功能,也就是把幹細胞分裂成其他細胞,製造出紅血球、血小板、白血球等所有的血球(P.26)。不僅如此,幹細胞也能讓所有的細胞透過細胞分裂增殖。神奇的是,造血幹細胞在進行細胞分裂的同時,也會分化成各種血球。把它稱為撐起整個血液界的「母親」也不為過。
造血幹細胞的厲害之處還不只如此。它的細胞分裂能力明顯高出其他細胞。相較於其他細胞的細胞分裂次數各有其極限,造血幹細胞卻不受限制。換句話說,造血幹細胞是長生不死的細胞。
即使它的能力多少有些衰退,但只要人活著,造血幹細胞就會持續進行細胞分裂與分化。
多虧了造血幹細胞,我們的身體才能靠著血液不間斷地循環,獲得維持生命所需的氧氣與營養。真是太偉大了!
CHECKPOINT
造血幹細胞移植
罹患白血病和再生性不良貧血等無法發揮正常造血功能的患者,接受造血幹細胞的移植以恢復造血功能的治療方法。說到治療白血病,最有名的方法就是骨髓移植,也就是將由捐贈者提供、含有造血幹細胞的骨髓液移植到患者體內。
血友病
讓英國王室煩惱得不知如何是好!
一旦流血就不容易止血的疾病
所謂的血友病,簡單來說就是出血難止的疾病。只要稍微碰撞就會瘀青,一個小傷口也會引起大出血,甚至會威脅生命。
血友病基本上是一種遺傳疾病,舉例而言,在19世紀叱吒一時的英國維多利亞女王,本身是血友病的帶因者,所以她有好幾個子孫都是血友病患者。因為基因的關係,99%以上的患者都是男性,幾乎沒有女性患者。像維多利亞女王一樣,雖然本身沒有發病,卻是血友病帶因者的女性不在少數。
血友病是因為缺少了某一種使血液凝固的「凝血因子」所造成。所以只要讓患者補充缺乏的凝血因子,就是對症下藥的治療方法。舉例而言,當患者在預定要進行激烈運動等出血風險提高之前,或是定期注射凝血因子,都屬於事前預防。另外也可以在出血之後,補充含有凝血因子的藥物。
肥大細胞
打噴嚏和流鼻水的原因
肥大細胞會釋出組織胺和肝素等引起過敏反應的物質,偶爾會讓某些人覺得不舒服。肥大細胞的名字和人的身材胖瘦毫無關係,命名的原因源自於它圓滾的外型,在英文中被稱為「mast cell」。
肥大細胞遍布在皮膚和黏膜等身體各處,和嗜鹼性球(P.44)等其他白血球一樣,也身負保護身體的職責。但是,如果它對花粉、塵蟎、某些食物等「過敏原」反應過度,就可能成為引起過敏反應(P.45)的原因。以下為各位說明其機制。
肥大細胞的表面附著著B細胞(P.60)製作的抗體(P.61),以備異物入侵時可派上用場。一旦異物出現,抗體就會產生反應,企圖將之趕出體外。上述就是一般的免疫機制,但如果異物含有過敏原,抗體的反應就會變得過度強烈。這點就會引爆過敏的導火線,促使肥大細胞釋出組織胺、肝素,引起打噴嚏、流鼻水、流眼淚等過敏反應。
巨噬細胞
排除異物的本領十分高強
在所有白血球(P.38)中,巨噬細胞是最具代表性的吞噬細胞。所謂的吞噬細胞,就是以吞噬的方式消除入侵體內的細菌和病毒等異物的細胞。相較於嗜中性球(P.40)被稱為「小吞噬細胞」,巨噬細胞則是標準的「大胃王」。巨噬細胞的職責不僅是排除異物,當異物入侵時,也要負責聯絡其他白血球們,到場支援清除異物,可說相當忙碌。
巨噬細胞的功能和下一頁要介紹的樹突細胞很相似。兩者都會吞食異物,以及分泌細胞激素通知其他白血球有異物入侵,並向它們發出指令。相較於向其他細胞發出指令是樹突細胞的強項,而巨噬細胞最拿手的是吞噬。
巨噬細胞之所以是「巨噬」細胞,還有另一個理由。它除了吞噬入侵人體的細菌與病毒,也會吞噬陣亡的紅血球(P.30)與白血球等。拜它驚人的食量所賜,體內得以永保清潔,真的是體內名符其實的「清潔工」呢。