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肺不只是呼吸器官,也是製造血小板和支援造血功能的要塞!

Gilver
・2017/04/07 ・3053字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

「肺比我們預期的更為複雜,新證據顯示它們也在造血功能中扮演要角。」魯尼教授表示。

今年3月,一份有關於肺的造血功能的重大發現登上了著名學術期刊《自然》(Nature):科學家透過小鼠實驗發現,肺不僅是維繫生命的呼吸器官,還貢獻了體內一半以上的血小板;除此之外,肺還能和骨髓在造血任務上互相合作,在骨髓的造血功能受損時派出造血先驅細胞(haematopoietic progenitors),支援血球和血小板的合成。

圖1.人類肺臟的手繪圖。圖/Wikipedia

在每一次的吸吐之間,我們能夠感受到胸腔中的肺像是氣球一般,反覆著鼓脹與收縮的過程。新鮮的氧氣沁入肺泡,並且被流經的紅血球捕捉、運送到身體的每個角落,讓細胞進行呼吸作用、產生能量。然而,肺還有你感覺不到的另一面:它還能幫忙製造血小板

為什麼這麼晚才發現肺的新功能?其實不是

數十年來科學家密集的研究骨髓,累積了相當多的證據支持「骨髓是製造所有血液組成的『中央工廠』」的想法。

在骨髓裡頭住著大多數負責造血的幹細胞。骨髓會先產生造血幹細胞(haematopotoietic stem cells, HSC),這些細胞接著再成為各種造血先驅細胞[註],有的可能會運輸到骨髓以外的其他地方,並且受到不同調節因子的誘導,最終成為我們體內的血液組成--包含了捍衛身體免疫的多種白血球、搬運氧氣的紅血球,還有在受傷時促進結痂的血小板。

  • [註]:先驅細胞(progenitor cells)指的是幹細胞即將轉變為特定種類細胞的中間時期,專一性比幹細胞來得高,但是細胞分裂的額度則較幹細胞少。
圖2.造血幹細胞(HSC)分化成各種血液組成的示意圖,特別注意造血先驅細胞(progenitor)和最下排的成員:紅血球(Erythrocyte)、由巨核細胞(Megakaryocyte)分裂出的血小板(Platelet),還有其他白血球的成員。圖/パタゴニア@Wikimedia Commons
圖3.位在骨髓中的巨核細胞製造血小板過程的示意圖。圖/Machlus, K. R., & Italiano, J. E. (2013). The incredible journey: From megakaryocyte development to platelet formation. J Cell Biol, 201(6), 785-796.

至於肺這個用來呼吸的器官,怎麼會跟造血功能扯上邊?而且到2017年才發現?

其實早在1937年,豪爾(Howell)和唐納修(Donahue)兩位科學家就已經提出肺也會製造血小板的想法!他們比較了貓、狗的血液在流入肺部前後的組成,發現流出肺部的血液含有更多的血小板,以及更少的巨核細胞(megakaryocyte),而巨核細胞正是負責製造血小板的細胞。因此,肺可能也會製造血小板。

豪爾和唐納修兩人的推測,在今年3月才由艾瑪.勒弗雷凱斯(Emma Lefrançais)等人提供了眼見為憑的直接證據。他們利用螢光標記和新的顯微技術研究小鼠肺臟移植,直接看見巨核細胞在肺臟細胞之間穿梭的模樣,如下方連結的影片(閃耀綠色螢光的細胞為移植肺部中的巨核細胞)。

肺:令人意外的血小板工廠

來自加州大學舊金山分校(University of California, San Francisco)勒弗雷凱斯等人的研究的成功之處,在於他們使用了雙光子活體顯微術(2-photon intravital microscopy, 2PIVM)這種新技術,能夠觀察到肺裡活生生的巨核細胞活動的情形。

根據免疫染色和檢測基因表現,這些位在肺臟的巨核細胞比起骨髓裡的還要不成熟一些;雖然有700個以上的基因表現有差異,但在與巨核細胞、血小板相關途徑的基因表現則類似。研究團隊推測它們可能是從骨髓發跡,接著移動到肺組織的管隙之間,然後開始製造血小板。

更令人驚訝的是,經過估算,肺裡的巨核細胞每小時製造超過1000萬個血小板,意味著至少有總數一半以上的血小板都在肺裡合成!肺作為骨髓以外令人意外的血小板工廠,生產的量可說是相當大呢。

「當我們發現這麼大量的巨核細胞在肺部裡活動,我們知道我們必須繼續下去。」勒弗雷凱斯說。

當研究團隊把細胞帶有螢光標記的小鼠肺臟,連同它裡頭的巨核細胞一同移植到患有血小板減少症(thrombocytopenia)的突變鼠體內,顯微鏡下移植的肺臟爆發出許多閃著綠色螢光的血小板,並且將突變鼠體內的血小板含量迅速補充到正常水平,效果持續數個月。

這個驚人的發現如果能夠應用到人類,不但會影響治療肺發炎、肺出血、肺部移植等等的觀念,或許還能讓全世界百萬名受血小板減少症(thrombocytopenia)之苦的患者都能受惠。

然而,本篇研究還有一個更大的發現--肺裡除了巨核細胞,還住著造血先驅細胞;更令人驚訝的是,它們還可以從肺遷徙、回到骨髓,支援造血功能!

圖/Giphy

造血本部骨髓失效,向肺部請求支援!

除了巨核細胞,科學家們還驚訝的在肺部發現了造血先驅細胞(可參照圖2的造血幹細胞分化示意圖)以及巨核先驅細胞(megakaryocyte progenitor cells),每隻小鼠的肺裡估計約有100萬個。

科學家接著測試了當骨髓不再正常造血,移植肺能不能把失靈的造血系統救回來。結果發現,當帶有螢光標記的肺移植到骨髓不再有造血幹細胞的基改小鼠體內時,救回來的不只有血小板,還包含了嗜中性球、B細胞和T細胞;除此之外,在接受移植的小鼠脾臟和骨髓裡,還可以發現數種造血幹細胞、造血先驅細胞和巨核先驅細胞。

這是科學界首次發現造血前驅者可以從肺轉移到骨髓,彌補造血幹細胞和血球減少(cytopenia)等缺陷的重大研究成果。

圖4.本研究提出理論模型示意圖。本圖改自原研究Lefrançais et al. (2017),原圖請點按此處連結

幹細胞的體內留學,成為醫療的意外福音

「未來以血小板為方法治療血小板疾病時,應該將重點轉向肺臟。」本研究的通訊作者、同時也是2PIVM系統開發者之一的馬克.魯尼(Mark Looney)教授說。他將本篇研究的成果,形容為是一場「幹細胞的留學」:

「造血幹細胞和先驅細胞們似乎會在肺和骨髓之間往返,比起過去所認知的活動性更高。我們見證了更多的造血幹細胞不僅只是住在同一個地方,而是透過血流往更多處移動。或許,幹細胞在不同器官之間『留學』對它們的養成來說只是稀鬆平常。」魯尼教授說。

這也挑起了許多相關的問題,例如:骨髓究竟是如何和肺互相合作,共同維繫健康的造血系統?我們是不是也低估了其他器官的功能?肺部受損、或是接受肺部器官移植的患者,對造血功能又有什麼影響?

雖然這篇研究目前僅止於在小鼠實驗中執行,但如果能夠在人體重複實驗結果,不但會衝擊到全世界數百萬名血小板減少症的案例診斷,也無疑會開啟了更多新的課題與議題等待被研究、討論和解答。

參考資料

原文研究

Lefrançais, E., Ortiz-Muñoz, G., Caudrillier, A., Mallavia, B., Liu, F., Sayah, D. M., . . . Looney, M. R. (2017). The lung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoietic progenitors. Nature, advance online publication. doi:10.1038/nature21706

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一生可以聆聽的聲音總量是註定的?戴上你的聽力計算機!

雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/05/17 ・3915字 ・閱讀時間約 8 分鐘
  • 文/黃上維 聽力師|雅文兒童聽語文教基金會

「早上跑了五圈操場,晚上吃個雞排加珍奶應該還好吧……」、「昨天買了一雙限量版精品鞋,這個月就不吃晚餐了……」,生活中充滿算數題,來決定我們的生活習慣與行為,其實,在聽力學領域中,也有類似概念哦!聽的刺激不夠,聽覺系統解析的功能會逐漸衰退;聽的刺激太多,聽覺系統也會感到疲勞或損傷。到底聽多少,才能剛剛好?今天就帶你揭密聆聽的守則。

世界衛生組織(World Health Organization,WHO)統計全球已超過 5% 人口有失能性聽力損失。然而,多數聽力損失可被預防,調查發現將近 50% 的年輕人使用過高的音量聆聽個人音訊設備,約 40% 經常去娛樂場所的人(包括演唱會、運動賽事)則暴露在過久的高音量下[1]。 WHO 為此著手訂定「安全聆聽」的保健策略,如同醫師及藥師給藥時會算劑量,安全聆聽需要計算聲音暴露容許量(sound allowance)。

聽得「過久」或「過大聲」都會造成傷害

聲音是一種能量,基於相等能量原理(equal energy principle),無論能量在時間上的分佈如何,相同聲能的聲音會造成一樣的永久性聽力變化,表示「長時間聆聽較低的音量」會產生與「短時間聆聽非常的大音量」相同的影響。

WHO 提出兩種標準,均以七天作為一周期[2]。當聲音能量加倍(以 3 分貝為級距),容許的時間要減半,如下圖所示,健康成人適用一般標準;「兒童、耳毒性藥物服用史」等對噪音更為脆弱的族群則適用敏感標準,其將風險起始點下修至 75 分貝(dBA)的聲音每周聆聽 40 小時。此外,視障、認知困難者及老年人,考量聽力一旦損失,對其產生的負向影響將更大,也應選用較嚴謹的標準[3]

WHO 聲音暴露容許量。分貝越高,容許時間越少。圖/作者,製作自參考資料 2

聽起來不難嗎?生活中的聲音有多大聲

當我們在身處安靜室內,隔著一張桌子與朋友聊天時,說話音量的分貝就已經有 55-60 分貝(dBA);此時若環境變得吵雜,我們也會不自覺提高說話音量,分貝來到 65 分貝,如此可見生活中的大聲音是無所不在。美國 3M 公司團隊針對超過 1700 種職業、娛樂、社區等噪音源進行實際量測或整理文獻,發表了各項分貝數值[4],本文整理生活常見情境,並將分貝範圍達 75 分貝以上者,標為警示音量。

常見聲音音量分布。淺色底表示範圍,深色底表示平均值。圖/作者,製作自參考資料 4

現在我們來將分貝數對應 WHO 的「成人聲音暴露容許量」,以果汁攪拌機為例,平均音量是 82 分貝,一周應避免超過 25 小時的從旁聆聽,這似乎是件輕鬆的事!(除非你家開果汁店那就另當別論);然而交通機車噪音平均達到 98 分貝,一周應避免超過 40 分鐘的騎乘,對被譽為「機車王國」的台灣而言,似乎就沒有那麼容易。

隱形聽力殺手:環境噪音及娛樂噪音

交通機車噪音除了來自周遭車輛與自體引擎外,氣流吹向安全帽框所產生的風切聲(wind noise)也是一來源,因此噪音量與車速、安全帽種類都有關。早在 30 年前就有研究發現,當騎乘車速約莫每小時 50 公里,佩戴全罩式安全帽的耳邊噪音量較高,為 95 分貝、佩戴 3/4 罩安全帽的耳邊噪音量較低,為 89 分貝;隨著車速提高至約莫 80 公里,兩者分別上升至 103、98 分貝(Ross B.C. , 1989)。看來,機車族不僅要思考哪種安全帽可以保護頭部安全,還得思考該如何在騎車時也保護耳朵的健康。

騎個車也可能會讓自己過度暴露在噪音中?圖/pexels

此外,隨著 3C 產品與藍芽技術推層出新,聽穿戴科技(hearable tech)結合音樂通話、健康追蹤、導航等需求,已成為「人耳兩機」的時尚趨勢,但常見智慧型手機連接耳機的最大輸出音量高達 113.1 分貝[6],當我們使用耳機聆聽,更應當留意音量大小,特別是周遭環境較吵雜時,若為了蓋過捷運、鐵路等交通噪音而不自覺加大音量,結果恐怕得不償失。

「相等能量原理」不是算命神器,你的聽力也要靠自己努力

噪音性聽損實為多重致因、複雜表徵的疾病,不單與聲音大小有關,也不單只損害「察覺」聲音的能力。首先是個體的易感性(susceptibility),基因變異或高血脂將使個人對噪音的暴露更脆弱,而營養均衡的飲食或自體生成的熱休克蛋白(能維持細胞活性、幫助細胞修復的蛋白質)則可提高個人的保護力[7][8];再者是細胞損傷的針對性,噪音導致的暫時性聽損雖有機會恢復,但長期來看恐加速與老化相關的聽損,且噪音對聽覺神經結構的破壞,將使「分辨」聲音的能力也退步[9]。因此雖單靠相等能量原理難以完美詮釋終身的噪音危害,但作為基礎的估算仍有其價值。

善用工具!落實安全聆聽

為了盡可能減少噪音性聽損的風險,許多防音防護具(hearing protection devices)已經上市,除了一般通用的耳塞、耳罩,依照不同款式與材質、正確配戴與否,所能帶來的噪音衰減評比值(Noise Reduction Rating,NRR)在 0-35 分貝間[10];臺灣亦有不少助聽器公司,能由專業聽力師為我們取下專屬耳型(ear impression),再製作成客製化耳塞,更貼合個人的耳道以提高舒適。

在特殊製防音具中,分為基於音量水平(level-dependent)或基於頻率均等的衰減(uniform attenuation)。音量水平僅針對高音量衰減,而能保留安靜情境中較低音量的語音溝通需求,通常可應用在營造、紡織、航空等高噪職業。簡單來說,這樣的技術可以過濾機械運作時產生的大聲噪音,讓作業員較輕鬆聽到其他同事的說話聲。均等的衰減技術則考慮傳統耳塞對高頻率音的衰減大於低頻率音,因此在設計上利用聲學特性對高頻音產生額外共振,這樣就能留有貼近原音的清晰音質,可供音樂家、音響工程師,及講求高音質的大眾使用[11]

客製化防噪耳塞,結合內部音管做濾音功能,預期能達到頻率均等的衰減。圖/作者

人人在手的安全聆聽幫手

響應 WHO 與國際電信聯盟(International Telecommunication Union)在 2019 年提出的安全聆聽設備標準[2],許多手機與耳機製造商已開始著手在軟硬體端導入 WHO 的聆聽標準,可由「設定」內的「聲音與觸覺回饋/音效與震動」或下載應用程式做設定,功能雖因廠牌有異,但多涵蓋下述項目:

  1. 耳機高音量通知:當聆聽超過聲音累積允許量時發出通知提醒。
  2. 降低耳機高音量:選定設備最高音量限制,系統會分析耳機音訊並降低任何超出的音訊。
  3. 即刻檢視耳機音量:在聆聽音訊時,查看當前的音量變化。
  4. 個人化音訊調節:輸入專屬的聽力圖,系統能根據個人在不同頻率的聽力程度客製化調整音訊,使聆聽感受更清晰,或許你就能稍微調降整體音量,延長聆聽的允許時間。
  5. 累積耳機音量:部分根據耳道聲學,自動計算一段時間的耳內音量,標示使用狀況屬於正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周聆聽的餘額。
  6. 累積環境音量:自動計算一段時間的環境音量,標示正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周接觸的餘額。
為了一生的聽覺健康,記得落實安全聆聽的守則。圖/pexels

噪音對健康的影響不止於聽覺,也與睡眠障礙、新陳代謝與心血管疾病、兒童的認知表現下降有關[12]。因此不論先天的聽力基礎如何,聽力保健是人人都要關心的健康議題。大家不妨現在就拿起手機與耳機、開始設定,讓智慧 3C 發揮「智慧生活」的價值,協助你我「落實安全聆聽」吧!

參考資料

  1. World Health Organization. (2021). World Report on Hearing, 40,65. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/world-report-on-hearing
  2. World Health Organization. (2019). Safe listening devices and systems: a WHO-ITU standard, 15-16. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/9789241515276
  3. Berglund, Birgitta, Lindvall, Thomas, Schwela, Dietrich H & World Health Organization. Occupational and Environmental Health Team. (‎1999)‎. Guidelines for community noise, 35. Available at:https://apps.who.int/iris/handle/10665/66217
  4. Elliott H. Berger, Rick Neitzel, & Cynthia A. Kladden. 3M Personal Safety Division. (2015). Noise Navigator: Sound Level Database, 39-46 Available at:https://multimedia.3m.com/mws/media/888553O/noise-navigator-sound-level-hearing-protection-database.pdf
  5. Ross B. C. (1989). Noise exposure of motorcyclists. The Annals of occupational hygiene, 33(1), 123–127. https://doi.org/10.1093/annhyg/33.1.123
  6. Kim, G., & Han, W. (2018). Sound pressure levels generated at risk volume steps of portable listening devices: types of smartphone and genres of music. BMC public health, 18(1), 481. https://doi.org/10.1186/s12889-018-5399-4
  7. Le, T. N., Straatman, L. V., Lea, J., & Westerberg, B. (2017). Current insights in noise-induced hearing loss: a literature review of the underlying mechanism, pathophysiology, asymmetry, and management options. Journal of otolaryngology – head & neck surgery, 46(1), 41. https://doi.org/10.1186/s40463-017-0219-x 
  8. 張寧家(2011)。 影響台灣勞工噪音性聽力障礙易感性相關因子之研究。高雄醫學大學醫學研究所博士學位論文。 
  9. Wu, P. Z., O’Malley, J. T., de Gruttola, V., & Liberman, M. C. (2021). Primary Neural Degeneration in Noise-Exposed Human Cochleas: Correlations with Outer Hair Cell Loss and Word-Discrimination Scores. The Journal of neuroscience, 41(20), 4439–4447. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3238-20.2021
  10. Centers for Disease Control and Prevention, USA. (December 11, 2018). How Do I Prevent Hearing Loss from Loud Noise? Retrieved from https://www.cdc.gov/nceh/hearing_loss/how_do_i_prevent_hearing_loss.html
  11. Patricia A. Niquette. (Mar 7, 2007). Uniform Attenuation Hearing Protection Devices. Retrieved from https://hearingreview.com/hearing-products/uniform-attenuation-hearing-protection-devices
  12. Basner, M., Babisch, W., Davis, A., Brink, M., Clark, C., Janssen, S., & Stansfeld, S. (2014). Auditory and non-auditory effects of noise on health. Lancet, 383(9925), 1325–1332. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61613-X

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