齧齒動物為什麼無法嘔吐？從胃、橫膈膜到腦幹的答案

嘔吐雖然痛苦，卻是一套重要的保護機制，當有毒物質、腸胃刺激或某些藥物威脅身體時，神經系統會協調食道、胃、橫膈膜、腹肌與呼吸相關肌肉，把胃內容物排出口腔。貓、狗、雪貂、靈長類與鼩鼱都具備這項能力，但以往在實驗室裡卻幾乎從未看見過實驗小鼠嘔吐，不確定這是實驗室品系的特殊現象，還是整個齧齒目（Rodentia）的共同特徵；也不清楚是否因為消化道的構造，還是負責產生嘔吐動作的神經迴路和其他動物不同。

一項研究把比較範圍擴大到齧齒目的 3 個主要演化支系，納入小家鼠（Mus musculus）、褐家鼠（Rattus norvegicus）、唐氏田鼠（Microtus townsendii）、豚鼠（Cavia porcellus）、山河狸（Aplodontia rufa）、海狸鼠（Myocastor coypus）與美洲河狸（Castor canadensis），並以能夠嘔吐的非齧齒目動物包含臭鼩（Suncus murinus）、雪貂（Mustela putorius furo）和家貓（Felis catus）作為比較。

小家鼠（圖片來源：Amirekul，採用 CC BY-SA 4.0 授權）

出現在研究裡的物種（黃），會嘔吐的物種（紅十字）（圖片來源：Horn CC et al. (2013)，採用 CC BY 4.0 授權）

實驗觀察這些動物有沒有吐出胃內容物，還從 3 個層次追查嘔吐機制可能在哪裡中斷。研究者先記錄動物在自由活動狀態下接受催吐物質後的行為，再比較牠們的食道、胃與橫膈膜構造。最後，為了確認齧齒動物是否仍保留肉眼難以察覺的微弱嘔吐反射，研究者進行原位腦幹製備（in situ brainstem preparation），也就是先將動物深度麻醉，移除大腦較高階的區域及部分身體組織，同時保留腦幹、心臟、食道、膈神經與相關肌肉之間原有的連接，再由主動脈持續灌入含氧的人工液體，讓心臟與腦幹在實驗期間維持運作。接著研究者以藥物刺激腦幹或直接電刺激迷走神經的傳入纖維，並同步記錄嘴巴開合、食道收縮、肩部移動與膈神經放電，觀察腦幹能否組織出一套彼此協調的嘔吐動作。透過行為、解剖與神經生理 3 方面的結果，便能逐步判斷齧齒動物無法嘔吐是主要受到身體構造限制，還是缺少負責啟動與協調嘔吐的腦幹神經迴路。

原位腦幹製備，研究對象為小家鼠、褐家鼠、臭鼩（圖片來源：Horn CC et al. (2013)，採用 CC BY 4.0 授權）

在自由活動測試裡，研究者使用 3 種催吐刺激。阿朴嗎啡（apomorphine）主要透過多巴胺 D2 受體相關路徑作用；藜蘆鹼（veratrine）可刺激與迷走神經訊號有關的路徑；硫酸銅（CuSO₄）則會刺激胃腸道。這些處理在狗、雪貂或鼩鼱等動物身上，通常能在數分鐘至十多分鐘內引發乾嘔與嘔吐。接受測試的唐氏田鼠、褐家鼠、豚鼠、山河狸、海狸鼠與美洲河狸，在至少 40 分鐘的觀察期間內，沒有任何一隻出現真正的乾嘔或嘔吐。

這不代表藥物完全沒有作用，阿朴嗎啡讓褐家鼠、山河狸與海狸鼠的活動量增加，藜蘆鹼也提高山河狸的移動程度；部分動物還會流口水、舔舐、張口、理毛或出現其他行為改變。研究者仔細記錄了細微的口部與呼吸動作，也觀察到少數咳嗽或頭部向前伸並張開嘴巴的情況，但這些動作缺乏能嘔吐的動物所具有的連續協調模式。真正的乾嘔常由橫膈膜與腹肌同步收縮，先提高腹腔壓力，將胃內容物推向食道入口，為隨後的排出做準備；到了真正嘔吐時，胸腹部肌肉還必須依照精確時序收縮，進一步提高腹腔與胸腔壓力，才能把胃內容物經由食道排出口腔。

解剖分析指出齧齒動物的身體確實不利於完成高效率的嘔吐。與臭鼩、雪貂和家貓相比，受測齧齒動物的橫膈膜普遍存在較小的肌肉面積與較大的中央腱區（central tendon region）。美洲河狸的橫膈膜密度雖然很高，中央仍保留大片缺乏肌肉的腱性區域。由於乾嘔與嘔吐需要橫膈膜快速製造壓力，較少的有效肌肉面積可能削弱這項能力。

能夠嘔吐的動物的胃部較接近漏斗狀，有助於內容物朝胃食道交界集中；齧齒動物的胃形較不利於把內容物導向食道，讓嘔吐可能變得費力。但真正決定性的根據來自腦幹實驗，研究者使用原位腦幹製備技術，記錄小家鼠、褐家鼠與臭鼩的口部動作、食道縱向收縮、肩部位移及膈神經活動。膈神經控制橫膈膜，是判斷呼吸與嘔吐運動模式的指標。實驗以樹脂毒素（resiniferatoxin）刺激腦幹相關路徑，也直接電刺激迷走神經傳入纖維，希望偵測即使外觀上看不見，但可能殘存的微弱嘔吐反射。

小家鼠的胃的形狀（圖片來源：Eberle JAM et al. (2013)，採用 CC BY 4.0 授權）

臭鼩的反應非常清楚，口部張開、食道收縮、肩部運動與膈神經爆發活動會成組出現，形成符合嘔吐發作的協調模式。小家鼠與褐家鼠雖偶爾出現零星的口部或食道活動，卻沒有產生同樣的時序整合，也無法在迷走神經刺激後明顯縮短食道，缺乏嘔吐式的規律。這表示此限制並不只位於胃、食道或橫膈膜，腦幹本身也缺少產生完整嘔吐動作所需的神經網路。

不會嘔吐也不等於完全感受不到噁心或內臟不適，小家鼠與褐家鼠接觸會使其他動物嘔吐的刺激後，依然可能形成制約味覺厭惡，之後避開曾與不適感連結的味道。不過牠們的荷爾蒙反應與能嘔吐的動物並不相同，能嘔吐的動物接受催吐刺激時，常見抗利尿激素（vasopressin）會上升；褐家鼠則較常出現催產素（oxytocin）升高、抗利尿激素變化很小。也就是說齧齒動物可能具有某種內臟不適狀態，但其神經內分泌反應與能嘔吐的動物的噁心未必完全對應。

這項研究讓「無法嘔吐是齧齒目的普遍特徵」成為相當有力的推論，這也提醒醫學研究者，小家鼠與褐家鼠，也就是一般在實驗室裡稱呼的小鼠和大鼠，雖適合研究許多生理問題，卻不是直接研究人類嘔吐反射的理想模型。

作者：水也佑

參考文獻：

1. Eberle JAM et al. (2013). Band-like arrangement of taste-like sensory cells at the gastric groove: evidence for paracrine communication. Frontiers in Physiology.

2. Horn CC et al. (2013). Why Can’t Rodents Vomit? A Comparative Behavioral, Anatomical, and Physiological Study. PLOS One.

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