生理學 - 消化系統生理

胃酸分泌機制 (Gastric Acid Secretion)

胃壁細胞 (Parietal Cells) 功能

• 胃壁細胞 負責分泌 胃酸 (HCl)。
• 碳酸酐酵素 (Carbonic Anhydrase) 參與胃酸生成：催化 CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3-。

胃壁細胞膜上關鍵轉運蛋白

• 頂端面 (Apical Membrane)：
  • H+-K+-ATPase (質子幫浦)：將細胞內產生的 氫離子 (H+) 送入胃腔，同時將 鉀離子 (K+) 送入細胞。
  • 氯離子通道 (Cl- channel) (例如 CFTR): 將 氯離子 (Cl-) 送入胃腔。
• 底側面 (Basolateral Membrane)：
  • 陰離子交換器 (Anion Exchanger) (主要是 Cl-/HCO3- exchanger): 將細胞內產生的 碳酸氫根離子 (HCO3-) 送出細胞進入血液，同時將 氯離子 (Cl-) 送入細胞，為胃酸分泌提供Cl-。

胃酸分泌調控

• 刺激因子：
  • 乙醯膽鹼 (acetylcholine) (來自迷走神經)
  • 胃泌素 (gastrin) (來自G細胞)
  • 組織胺 (histamine) (來自腸嗜鉻細胞樣細胞, ECL cells)
• 抑制因子：
  • 體抑素 (somatostatin) (由D細胞分泌)。
  • 其作用機制為：抑制胃泌素釋放，並直接抑制胃壁細胞和腸嗜鉻細胞樣細胞 (ECL cells)，進而減少胃酸分泌。
  • 體抑素 也是一種廣泛的抑制性激素，能抑制多種 消化道激素、胰臟激素 (如 胰島素、升糖素) 的分泌，並抑制 生長激素 (growth hormone) 和 類胰島素生長因子-1 (IGF-1) 的分泌。

胃腸道激素 (Gastrointestinal Hormones)

• 腸道內分泌荷爾蒙在消化過程中扮演關鍵角色，協調不同器官的功能。

胃腸道激素比較

胃泌素 (Gastrin)

• 分泌來源：胃竇 (gastric antrum) 的 G 細胞。
• 主要功能：
  • 強烈刺激 胃酸 (HCl) 分泌。
  • 刺激 胃黏膜生長 和 增生，對維持胃黏膜的完整性至關重要。
• 作用機制：
  • 結合 胃壁細胞 (parietal cells) 上的 膽囊收縮素乙型 (CCKB) 接受器，直接促進胃酸分泌。
  • 結合 腸嗜鉻細胞樣細胞 (enterochromaffin-like cells, ECL cells) 上的 CCKB 接受器，促使其釋放 組織胺 (histamine)。
  • 組織胺 再作用於 胃壁細胞 促進胃酸分泌 (間接途徑)。

血管活性腸多肽 (Vasoactive Intestinal Polypeptide, VIP)

• 一種神經肽，廣泛分佈於 腸道神經系統。
• 主要功能：
  • 放鬆平滑肌。
  • 增加腸道血流。
  • 抑制胃酸分泌。
  • 促進 腸上皮細胞 分泌 水 和 電解質 (特別是 氯離子 和 碳酸氫根離子)。

胃抑肽 (Gastric Inhibitory Peptide, GIP)

• 又稱 葡萄糖依賴性胰島素刺激多肽 (Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide)。
• 主要功能：
  • 刺激 胰島素分泌 以應對 葡萄糖。
  • 抑制胃酸分泌。
  • 抑制胃蠕動。

運動素 (Motilin)

• 分泌來源：十二指腸 和 小腸 的 M 細胞。
• 主要功能：在兩餐之間刺激胃腸道的蠕動，產生移行性肌電複合波 (Migrating Myoelectrical Complex, MMC)。

脂肪消化酵素 (Lipases)

• 脂肪酵素 (lipase) 是分解脂肪的酵素。
• 舌脂肪酵素 (lingual lipase)：由 唾液腺 分泌，主要活性在胃的酸性環境中。
• 胃脂肪酵素 (gastric lipase)：由 胃黏膜 分泌，在胃中作用。
• 胰脂肪酵素 (pancreatic lipase)：
  • 由 胰臟 (pancreas) 分泌，分泌量最多。
  • 是消化道中分解 三酸甘油酯 (triglycerides) 的 主要酵素，在小腸完成最主要的脂肪消化，將其分解為 單酸甘油酯 (monoglycerides) 和 脂肪酸 (fatty acids)。
  • 其作用需要 膽汁 的輔助才能有效進行。
• 腸脂肪酵素 (intestinal lipase)：由 小腸黏膜細胞 分泌，作用相對較弱。

膽酸 (Bile Acid)

特性

• 膽酸 (Bile Acid) 是一種 兩性分子 (amphipathic molecule)，同時具有 親水性 (hydrophilic) 和 親脂性 (lipophilic) 兩端。

膽汁與膽囊功能

• 膽囊 (gallbladder) 的功能是 儲存 和 濃縮 肝臟分泌的 膽汁 (bile)。
• 膽汁 本身 不含消化酵素。
• 膽汁 主要成分包括 膽鹽 (bile salts)、卵磷脂 (lecithin) 和 膽固醇 (cholesterol)。這些成分在膽汁中形成 微膠粒 (micelles)，幫助 膽固醇 溶解並在脂肪消化中扮演關鍵輔助角色。

主要功能

• 乳化 (emulsification) 飲食中的脂肪：
  • 膽汁 中的 膽鹽 (bile salts) 將不溶於水的大脂肪滴分解成小油滴，大幅增加 脂肪酶 (lipase) 的作用面積，促進脂肪消化。
• 與脂肪酸、單酸甘油酯、膽固醇 等脂溶性物質形成 微膠粒 (micelles)，幫助其在 小腸 吸收。
• 與 卵磷脂 (lecithin) 協同作用，穩定膽固醇，防止其在膽汁中結晶。

膽結石形成 (Gallstone Formation)

• 膽固醇結石 (cholesterol gallstones) 是最常見的膽結石類型。
• 形成機制：當膽汁中 膽固醇 比例相對過高，而 膽鹽 和 卵磷脂 比例相對不足時，膽固醇 會從溶液中析出，形成結晶進而發展成結石。
• 預防：足夠的 膽鹽 和 卵磷脂 比例是維持 膽固醇 溶解狀態的關鍵。

膽固醇吸收機制 (Cholesterol Absorption Mechanism)

• 飲食膽固醇型態：飲食中的 膽固醇 (cholesterol) 大部分為 酯化膽固醇，需在 小腸腔 內被水解成 游離態膽固醇 (free cholesterol)。
• 微膠粒形成：游離態膽固醇 (脂溶性) 會與 膽鹽 (bile salts)、脂肪酸、單酸甘油酯等形成 混合微膠粒 (mixed micelles)。
• 運送與吸收：
  • 混合微膠粒 將 膽固醇 運送到 小腸上皮細胞 (enterocytes) 的刷狀緣。
  • 主要吸收方式：被動擴散 (passive diffusion)，因其脂溶性可直接穿過細胞膜。
  • 輔助轉運蛋白：Niemann-Pick C1-Like 1 protein (NPC1L1) 協助吸收，但擴散仍是主要機制。
• 細胞內處理：進入細胞後，膽固醇 會再次被酯化，與其他脂質及蛋白質組合成 乳糜微粒 (chylomicrons)，經 淋巴系統 進入血液。

循環與再利用

• 大部分膽酸（或稱 膽鹽）在 迴腸末端 (terminal ileum) 被主動再吸收。
• 經由 肝門靜脈 (hepatic portal vein) 返回肝臟，形成 腸肝循環 (enterohepatic circulation)，被重複利用。

細胞膜結合 (Cell Membrane Junctions)

主要類型與功能

• 緊密結合 (Tight Junctions)：
  • 又稱 閉鎖小帶 (zonula occludens)。
  • 功能：在相鄰細胞膜之間形成 緊密密封，幾乎完全阻止物質從細胞間隙 (paracellular pathway) 通過。
  • 重要性：在 消化道上皮細胞 中扮演關鍵角色，確保所有吸收物質必須通過細胞本身 (跨細胞途徑, transcellular pathway)，受到 嚴格調控。
• 間隙結合 (Gap Junctions)：
  • 由 連接子 (connexin) 蛋白組成的通道。
  • 功能：允許 小分子 (如離子、小分子代謝物) 在相鄰細胞之間直接傳遞，實現 細胞間電化學偶聯 和 通訊。
• 胞橋體 (Desmosomes)：
  • 又稱 橋粒，是一種 錨定結合 (anchoring junction)。
  • 功能：提供細胞間 強大的機械連接，使組織具有 抗拉扯 的能力。
  • 常見於：皮膚 等承受機械壓力的組織。

腸道吸收機制 (Intestinal Absorption Mechanisms)

醣類消化 (Carbohydrate Digestion)

• 唾液澱粉酶 (salivary amylase)：在口腔開始分解醣類。
• 胰澱粉酶 (pancreatic amylase)：即使沒有唾液，食物進入小腸後，仍會繼續分解醣類。
• 不需要唾液參與即可完成醣類消化。

單醣吸收 (Monosaccharide Absorption)

• 主要吸收部位：小腸的空腸和迴腸。
• 前提：單醣必須先被消化酶分解成單醣形式才能被吸收。
• 進入腸細胞 (Enterocyte) (管腔膜 Apical Membrane)：
  • 葡萄糖 (Glucose) 和 半乳糖 (Galactose)：
    • 透過 鈉依賴型葡萄糖共同運輸蛋白-1 (SGLT-1)。
    • 機制：次級主動運輸，需要鈉離子協同。
  • 果糖 (Fructose)：
    • 透過 葡萄糖運輸蛋白-5 (GLUT-5)。
    • 機制：促進性擴散 (Facilitated Diffusion)。
• 離開腸細胞進入血液 (基底外側膜 Basolateral Membrane)：
  • 所有三種單醣 (葡萄糖、半乳糖、果糖) 均透過 葡萄糖運輸蛋白-2 (GLUT-2)。
  • 機制：促進性擴散。

蛋白質消化與吸收 (Protein Digestion and Absorption)

• 消化產物：蛋白質在消化道中被分解成 胺基酸 (Amino acid) 和 小胜肽 (Small peptides) (主要是 二胜肽 或 三胜肽)。
• 消化過程：
  • 胃：由 胃蛋白酶 (pepsin) 開始消化。
  • 小腸：由 胰臟 分泌的 胰蛋白酶 (trypsin) 和其他蛋白酶完成主要消化。
• 不需要唾液參與蛋白質消化。
• 主要消化器官：
  • 胰臟：分泌多種 蛋白質分解酵素，如 胰蛋白酶 (trypsin)、胰凝乳蛋白酶 (chymotrypsin)。
  • 肝臟：主要分泌 膽汁，不直接分泌蛋白質分解酵素。
• 酵素類型：
  • 胰凝乳蛋白酶 (Chymotrypsin) 是一種 內切酵素 (Endopeptidase)，在蛋白質分子內部切斷肽鍵。
• 吸收部位：主要在 小腸。
• 吸收機制 (進入腸上皮細胞 Apical Membrane)：
  • 胺基酸：主要透過 次級主動運輸，與 鈉離子 (Na+) 共同運輸 (Cotransport)。
  • 小胜肽：主要透過 PepT1 (Peptide transporter 1)，以 氫離子 (H+) 共同運輸 的方式進入腸上皮細胞。
    • PepT1 主要存在於 小腸上皮細胞 的 頂端面。
  • 進入細胞後，小胜肽會在細胞內進一步分解成 胺基酸。
• 離開腸細胞：胺基酸透過基底外側膜進入血液。

脂肪吸收 (Fat Absorption)

• 主要消化部位：小腸，由 胰脂肪酵素 (pancreatic lipase) 和 膽汁 (bile) 協助。
• 消化產物：三酸甘油酯 (triglycerides) 被脂肪酶分解為 單酸甘油酯 (monoglycerides) 和 脂肪酸 (fatty acids)。
• 吸收途徑：
  • 短鏈脂肪酸 (Short-chain fatty acids, <6個碳) 和 中鏈脂肪酸 (Medium-chain fatty acids, 6-12個碳)：
    • 水溶性較高，可直接穿過 腸上皮細胞。
    • 進入 微血管 (capillaries)，隨 肝門靜脈 (portal vein) 直接送達 肝臟。
  • 長鏈脂肪酸 (Long-chain fatty acids, >12個碳) 和 單酸甘油酯：
    • 與 膽鹽 形成 微膠粒 (micelles)，運送至 腸上皮細胞 刷狀緣。
    • 進入細胞後，在 平滑內質網 (smooth endoplasmic reticulum) 中重新合成 三酸甘油酯。
    • 這些 三酸甘油酯 與蛋白質包覆，形成 乳糜微粒 (chylomicrons)。
    • 乳糜微粒 因體積較大，無法直接進入微血管，故進入 淋巴管 (lacteals)。
    • 隨 淋巴系統 最終匯入血液循環，運送至全身組織，最後才進入 肝臟。

維生素 B12 吸收 (Vitamin B12 Absorption)

• 吸收部位：迴腸末端 (terminal ileum)。
• 吸收條件：維生素 B12 必須與 胃 分泌的 內在因子 (intrinsic factor) 結合後，才能被吸收。
• 臨床意義：
  • 迴腸切除 會導致 維生素 B12 吸收不良。
  • 長期 維生素 B12 缺乏 會引起 巨母紅血球性貧血 (megaloblastic anemia)。

腸道運動 (Intestinal Motility)

運動類型

• 分節運動 (Segmentation)：
  • 小腸 特有的 局部收縮，由 局部神經反射 引起。
  • 主要功能：將 食糜 (chyme) 與 消化液 充分混合；增加食糜與腸壁接觸，利於 消化 和 吸收。
  • 不 會明顯推進食物。
• 蠕動 (Peristalsis)：
  • 波浪狀收縮。
  • 主要功能：將食物向 遠端推進。
• 移行性肌電複合波 (Migrating Myoelectrical Complex, MMC)：
  • 空腹期間 (約每90分鐘) 發生於 小腸 的特有收縮模式。
  • 主要功能：清掃 小腸，將 未消化食物殘渣、細菌 和 分泌物 從 胃 推向 大腸，防止細菌過度生長。
  • 調控：由 胃腸道激素 motilin (胃動素) 啟動和調節，當血漿 motilin 濃度升高時觸發。
  • 抑制：當 食物進入胃和十二指腸 時，MMC 會被抑制，並由 分節收縮 和 蠕動 取代，以進行食物的混合和推進。

腸道平滑肌電生理活動

• 腸道平滑肌的電生理活動主要由兩種電位組成：慢波 (slow waves) 和 動作電位 (action potentials, spike potentials)。
• 慢波：
  • 由 卡氏間質細胞 (interstitial cells of Cajal, ICC) 產生，ICC 被稱為腸道的「起搏細胞 (pacemaker cells)」。
  • ICC 不是神經元，但作為神經元和肌肉細胞之間的介面，對腸道運動調控至關重要，被視為 腸道神經系統 (ENS) 功能的一部分。
  • 是平滑肌細胞膜電位的節律性波動，通常是 次閾值 (subthreshold)，本身不會直接引起肌肉收縮。
• 動作電位 (spike potentials)：
  • 僅當 慢波 的波峰達到閾值時，才會觸發。
  • 引起 鈣離子內流 (calcium ion influx)，進而導致 腸道平滑肌收縮。
  • 不帶有動作電位的慢波，很少會導致腸道平滑肌的收縮。

腸道神經系統 (Enteric Nervous System, ENS)

• 又稱「第二大腦 (second brain)」，是 自主神經系統 (autonomic nervous system) 的分支。
• 是位於消化道壁內的 獨立神經網絡，可 獨立於中樞神經系統 (CNS) 運作，但受其調控。
• 主要由兩大神經叢組成，負責調控消化道的 運動、分泌、血流 和 吸收：
  • 肌間神經叢 (Myenteric Plexus, Auerbach's Plexus)：
    • 位置：位於消化道 縱肌層 和 環肌層 之間。
    • 功能：主要調控消化道的 蠕動 (peristalsis) 和 分節運動 (segmentation)。
  • 黏膜下神經叢 (Submucosal Plexus, Meissner's Plexus)：
    • 位置：位於 黏膜下層。
    • 功能：主要調控消化道 腺體的分泌、局部血流 和 吸收。
• 結節神經節 (Nodose Ganglion)：
  • 屬於 迷走神經 (vagus nerve) 的 感覺神經節，是 外在神經系統 (extrinsic nervous system) 的一部分。
  • 負責將消化道的 感覺訊息 傳遞回 中樞神經系統，不屬於消化道壁內的內在神經系統。

排便反射 (Defecation Reflex)

• 起始：糞便 進入 直腸，刺激 直腸壁 的 壓力感受器。
• 反射途徑：信號傳至 脊髓，活化 副交感神經 (parasympathetic nerves)。
• 直腸收縮：副交感神經 (骨盆神經) 釋放 乙醯膽鹼 (acetylcholine)，刺激 直腸平滑肌 收縮，增加直腸內壓力。
• 內肛括約肌 (Internal Anal Sphincter) 舒張：
  • 由 副交感神經 介導。
  • 主要透過釋放 一氧化氮 (nitric oxide, NO) 和 血管活性腸多肽 (vasoactive intestinal peptide, VIP) 等 非膽鹼非腎上腺素能 (NANC) 神經傳導物質。
  • 組成：平滑肌，受 自主神經 控制。
• 外肛括約肌 (External Anal Sphincter) 調控：
  • 組成：骨骼肌。
  • 受 體神經 (陰部神經, pudendal nerve) 控制，可進行 自主意識控制 (收縮或舒張)。

其他腸道細胞

潘氏細胞 (Paneth Cells)

• 位於 小腸隱窩 (small intestinal crypts) 底部。
• 主要功能是分泌 抗菌物質 (antimicrobial substances)。
• 與腸道平滑肌的電生理活動無關。

消化系統生理

胃食道逆流 (Gastroesophageal Reflux Disease, GERD) 與喉咽逆流 (Laryngopharyngeal Reflux, LPR)

吞嚥機轉

• 吞嚥過程：分為口腔準備期、口腔期、咽部期、食道期。
• 咽部期 (Pharyngeal Phase)：
  • 性質：反射性，由腦幹控制。
  • 目的：快速將食團從咽部送入食道，並保護呼吸道。
  • 吞嚥反射觸發：食團刺激咽門弓 (palatoglossal arch) 或後咽壁。
  • 呼吸道保護機制：
    • 軟腭 (soft palate)：上抬後縮，關閉鼻咽腔。
    • 會厭 (epiglottis)：下壓。
    • 聲帶：閉合，保護氣管。
  • 食道入口開放：環咽肌 (cricopharyngeus muscle) (上食道括約肌, UES) 放鬆並打開。
• 吞嚥困難 (Dysphagia) 評估：
  • 影像檢查時機：症狀持續惡化、原因不明、有吸入性肺炎風險、或對初步治療反應不佳。
  • 檢查目的：評估病因、嚴重程度、潛在吸入風險。
• 吞嚥困難鑑別診斷：

• 吞嚥功能評估工具：

• 腭咽閉鎖不全 (Velopharyngeal Incompetence)：軟腭無法完全關閉鼻咽腔，導致食物或液體逆流至鼻腔。FEES 比 MBS 在診斷上更直接準確。

喉部功能性疾病

反常性聲帶運動障礙 (Paradoxical Vocal Fold Movement Disorder, PVFMD)

• 定義：一種功能性呼吸道阻塞，吸氣時聲帶反常地閉合，而非正常打開，導致氣流受阻。
• 臨床表現：
  • 主要症狀：吸氣時喘鳴聲 (inspiratory stridor) 和呼吸困難。
  • 易被誤診為氣喘。
  • 通常發生在清醒活動時，而非睡眠中。
  • 誘發因素：運動、壓力、胃食道逆流、吸入刺激物等。
  • 相關疾病：可能是梅格氏症候群 (Meige syndrome) (一種影響頭頸部肌肉的肌張力不全症) 的表現之一。
• 治療：
  • 行為治療：呼吸練習、語言治療。
  • 心理諮詢。
  • 藥物治療：嚴重時可考慮將肉毒桿菌素注射至聲帶內收肌群 (如甲杓肌, thyroarytenoid muscle) 以放鬆聲帶。

聲帶麻痺 (Vocal Fold Paralysis)

• 最常見原因：喉返神經 (recurrent laryngeal nerve, RLN) 受損。
• 功能：支配除環甲肌 (cricothyroid muscle) 以外的所有喉部內在肌。
• 左側RLN：路徑較長，繞過主動脈弓，故易受胸腔內病變（如腫瘤）影響，導致左側單側麻痺較右側常見。
• 醫源性原因：甲狀腺手術是常見的喉返神經損傷原因。
• 其他原因：
  • Arnold-Chiari malformation：腦部結構異常，可能影響腦幹及顱神經（含迷走神經），導致聲帶麻痺，且可能影響雙側。
• 治療：
  • 聲帶神經重建手術 (reinnervation)：旨在恢復聲帶張力與運動。
  • 常用供體神經：頸袢 (ansa cervicalis) 的分支（提供運動神經纖維且位置接近）。
  • 較少用於重建的神經：脊副神經 (spinal accessory nerve)，因其主要支配斜方肌和胸鎖乳突肌，功能喪失影響較大。