許多現代產品,多標榜「智慧」二字,強調可以取代一些人力及人腦的干預;不過,比起人體這個「機器」來,任何人工產品都瞠乎其後。試想,究竟有什麼非生物製品可以從最小的單位自行增生、分化、剪裁,並組織成型呢?以智慧型房屋為例,強調的是屋裡頭的照明、溫濕度、家電控制及保安等,都可由電腦自動調節及控制;然而,要做到像人體那樣,不但能維持內部的穩定,還可以自動修補、加強、演化並繁殖的,可是絕無僅有。因此,「智慧的人體」可是當之無愧的稱呼。
「身體的智慧」一詞,最早是由英國生理學者史達靈(E. H. Starling, 1866-1927)於一九二三年用在哈維紀念演講的題目上;然而,坎能於一九三二年出版的《身體的智慧》(The Wisdom of the Body)一書,才是造成這個名詞廣為人知的推手。在這本已成經典的著作裡,坎能鑄造了「恆定」(homeostasis)這個名詞,以描述身體內在環境受到協調一致的生理調節,而維持在相對穩定的狀態。這個觀念,被譽為二十世紀生物醫學最偉大的貢獻之一,那是坎能綜合了許多實驗結果而得出的;其中最早的一項,是他研究消化道運動時的意外發現。
話說坎能在清醒的貓身上,利用 X 光顯影研究胃部的蠕動。一開始坎能使用的動物雌雄都有,但他很快就發現雄貓的脾氣暴躁,實驗中不斷掙扎想脫離拘束,不但實驗不易進行,結果亦不佳;反之,雌貓則容易受到安撫而靜止不動,因此成為常用的動物。然而有兩次實驗,動物分別是一雌一雄;一開始,兩隻動物都相當合作,讓坎能觀察到胃的正常蠕動。不過當實驗進行到一半,兩隻動物都發起脾氣來,原本收縮良好的胃突然間就停頓下來;等到動物安靜下來,胃的蠕動又再度出現。顯然,先前使用雄貓的結果不佳,與性別無關,而與情緒有關。
情緒會影響消化,可是從老祖母就傳下來的智慧,然而親眼目睹,還是讓坎能驚訝萬分,因為消化道會對精神狀態這麼敏感,是之前難以想像的。1911 年,坎能將十五年來的消化道研究寫成《消化的機械因子》一書,作一總結,接下來,他便著手神經系統影響內臟活動的研究。
十九世紀後葉的生理學家已然知道,週邊神經系統除了感覺與運動的分支外,還有負責內臟功能的自主神經系統,其中又分成交感與副交感兩支。舉凡心臟、血管、消化道及腺體等幾乎所有體內臟器,都受到自主神經的控制,同時還不在我們的意識之中。譬如說瞳孔縮放、心跳快慢、血壓高低、血流多寡、體溫上下、呼吸緩急、胃腸蠕動等身體活動,似乎都自有定見,無須我們操心。也因此,才有「身體的智慧」一詞出現。
從情緒影響消化道蠕動的觀察開始,坎能進行了一系列的研究。他發現,動物在面對肉體或精神的受創或壓力時,會有心跳及呼吸增快、血流重新分布、血糖升高、肌肉較不易疲乏、血液凝固時間縮短等種種反應。為此,他創造了「戰或逃」(fight or flight)這個名詞,與「恆定」及「身體的智慧」二詞鼎足而立。同時,他更發現,這些反應持續的時間,要比神經的活動時間來得長,因此,他推測除了神經之外,還可能有腺體分泌物的參與。
坎能開始研究交感神經的年代,神經傳遞的化學理論尚未建立,內分泌研究也才萌芽,無論神經遞質及激素(荷爾蒙)的本質,都還不清楚,因此坎能大多是採用間接的方法,包括以手術切除交感神經及大腦皮質等。然而,腎上腺髓質分泌的腎上腺素(adrenaline或epinephrine)於二十世紀初由阿伯爾(John Abel, 1857-1938)及高峰讓吉(Jokichi Takamine, 1854-1922)等人分離純化,是為第一個激素(但激素一詞還要晚幾年才出現)。不久,就有人發現,直接注射腎上腺素可產生類似交感神經活化的作用;因此,有人提出:交感神經的作用可能經由類似腎上腺素的物質達成。(注)
坎能利用心臟去除所有神經的動物,作為生物測定的材料,因為這種動物的心臟對血液循環中的腎上腺素類物質極為敏感,只要一丁點兒,心臟就會受到刺激而變快。經由精細的切除交感神經手術,坎能證實了腎上腺確實受到交感神經的控制,而形成交感神經-腎上腺(sympathico-adrenal)系統,共同參與了戰或逃反應。他發現,體內不論任何位置,只要還有沒切除乾淨的交感神經,動物受到驚嚇時,心臟仍會出現反應。
坎能的這項發現,強烈指出交感神經是由分泌了某種類似腎上腺素的物質而作用,這與同一時期奧地利的藥理學家羅伊(Otto Loewi, 1873-1961)以離體心臟為實驗,發現副交感的迷走神經分泌了某種讓心跳變慢的物質,可謂異曲同工。然而,坎能並未在分離該未知物質上下工夫,而轉而研究中樞神經對情緒的控制;至於羅伊及英國藥理學者戴爾(Henry Dale, 1875-1968)則鍥而不捨,發現了迷走神經分泌的是乙醯膽鹼。一九三六年,羅伊及戴爾分享了諾貝爾生理醫學獎,坎能則成了遺珠之憾。至於交感神經分泌的正腎上腺素,還要好些年後才由馮歐勒(Ulf von Euler, 1905-1983)發現,馮歐勒也因此獲頒 1970 年的諾貝爾獎。
坎能與諾貝爾獎失之交臂,並無損於他是二十世紀最偉大生理學者的頭銜。對二十世紀初諾貝爾獎未成氣候前即已出名的生理學家而言,其實得不得諾貝爾獎他們並不那麼放在心上。一九三八年,德國納粹佔領奧地利後,身為猶太人的羅伊就算得過諾貝爾獎也難逃一劫,不但獎金充公,還鋃鐺入獄。
經由戴爾及坎能的營救,羅伊終於逃到美國,落腳在紐約大學坎能先前的學生處。坎能晚年所寫的自傳性散文結集《一位研究者的處世之道》(The Way of an Investigator, 1945)裡有一章〈海內存知己〉(Friends at Home and Abroad),提到了遍佈全球各地的研究同行,其中也包括中國生理學之父林可勝在內。前輩生理學家的風範,令人緬懷。
注:這段歷史可參見本人先前系列文章〈內分泌學源起〉。
原載2005/5/31中副「生理人生」專欄