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海哺 Ep1 Osmoregulation [archive]

Nov 05, 2020. 初始發表於國立臺灣師範大學生命科學系系學會Facebook粉絲專頁。有任何想法歡迎討論。

滲透壓平衡定義為身體內部環境水分與電解質濃度平衡。生活在水中的哺乳類如鯨豚、海牛等,有完全生活在淡水中的類群、完全生活在海水中的、也有能生活在河口這樣鹽度持續變化的地方。他們是如何在不同鹽度的棲地保持相似的體內滲透壓呢?

水分來源與排出

首先,我們必須先知道這些水分是從哪裡來的。對於生活於海水中的哺乳類來說,直接喝海水,再排除鹽分是十分耗費能量的一件事情,因此大部分的水分都來自於食物,魚類與頭足類含有70%~80%的水。不過,在某些情況下(例如和獵物一起吞下海水),也能從海水中攝取水分,這個攝取水分的能力取決於尿液與海水之間的濃度差。
大翅鯨 (Megaptera novaeangliae) 喝下1000mL海水後,他的腎臟會排出氯離子含量820mmol/L的尿液,並且攝取到350mL淡水 (Costa, 2017)。另外,在代謝脂質、碳水化合物、以及蛋白質時,也可以產生少量的水分。
海洋哺乳類也和人類一樣用肺呼吸,在呼吸時也會排出水分。排泄時同時排出水分與電解質。鰭足類還多了汗腺可以排出少量的鹽類。

滲透壓不平衡?Hyperosmosis

細胞內外都有大量的水分,這些水分協助身體中諸多反應,代謝與訊息傳遞都很仰賴身體中的水分。當身體缺水時,許多反應就會中斷。例如人類缺水時可能引發高血鈉 (hypenatremia, 定義為血鈉>145mEq/L且hyperosmolality) ,早期症狀包含口渴、虛弱、噁心、失去胃口,嚴重可能出現意識混亂、肌肉痙攣等。

Anatomy

這些住在水中的哺乳類有特化的腎臟。髓質的厚度較厚,對於產生濃尿有幫助,不過也有研究認為海洋哺乳類的腎臟功能不如預期,尿液與血漿濃度比 (urine-to-plasma ratio) 只比人類稍高 (Ortiz, 2001),這個比值用來描述濃縮尿液的能力。比較海哺的各類群,鈉離子的易得性會影響 RAAS (renin-angiotensin-aldosterone system) 敏感度。
鯨豚、水獺、鰭足類的腎臟特化成一個一個球狀構造, reniculus, 每一個球中都包含腎上腺與輸尿管,像是擁有許多小小的腎一樣。
海洋哺乳類 科普文

saggital section of a kidney from California sea lion Zalophus californianus, slice into two halves. (Photo by Dave Casper). [Costa DP. 2017. Osmoregulation. In encyclopedia of marine mammals. Edited by Thewissen JGM and Wursig B, 2e. Academic Press.](https://costa.eeb.ucsc.edu/wp-content/uploads/2018/12/Costa-2017-Osmoregulation-EMM.pdf)

鯨目 (cetacea) 擁有三個非常特別的特徵:
  1. 肝醣存於遠端小管皮膜細胞 (proximal convoluted tubule epithellal cells);
  2. 髓質有高密度的血管 vasa racta bundles;
  3. 皮質與髓質被一層膠原蛋白組成的彈性纖維 (sporta perimedullaris musculosa)與平滑肌隔開。
海洋哺乳類 科普文

小虎鯨 (Feresa attenuata) 腎臟,外層皮膜剝除。 Photo by Yu Chen KUO. Credit to 臺大獸醫系楊偉誠老師保育醫學研究室。All rights reserved.

而海牛目 (Sirenians) 的腎臟與鯨目、水獺、鰭足類的葡萄狀腎臟稍有不同:
  1. 從外觀上來看,海牛的腎臟更呈現長條狀,與馬、駱駝相似;
  2. 西印度海牛 (Trichechus manatus, 生活在海水與淡水) 的腎臟由數個大的球體與相連的皮質構成。
海洋哺乳類 科普文

Internal organs of Dugong. (Kumar JSY, Naseef VT, Thiyagarajan D, Soni G. 2013. Observation of endangered marine mammal (dugong dugon) along the west coast of India. International Journal of Integrative Sciences, Innovation, and Technology. )

References

Ortiz RM. 2001. Osmoregulation in marine mammals. The Journal of Experimental Biology, 204, 1831-1844.
Costa DP. 2017. Encyclopedia of marine mammals. Edited by Thewissen JGM and Wursig B, 2e. Academic Press.
Wikipedia. n.d. Hypernatremia. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Hypernatremia
TinyNotes. 2018. 高血鈉 Hypernatremia. Retrieved from https://thetinynotes.com/topic/644/高血鈉-hypernatremia

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