動物之緊迫生理

緊迫的意涵經歷了數次演變，其最早的概念出現在 1929 年，由 Cannon 氏所 提出的「戰鬥或逃跑（Fight-or-flight response）」理論。該理論認為動物在認知到一 個可能有害之事件或威脅時，體內的交感神經系統（sympathetic nervous system）

會 被 刺 激 ， 促 使 腎 上 腺 髓 質 分 泌 腎 上 腺 素 （adrenaline ） 及 正 腎 上 腺 素

（norepinephrine），引起生理變化，如血糖升高、心跳與呼吸加速、血壓上升等，

最終迅速將動物預備能成戰鬥或逃跑的狀態，使其能有效排解緊急狀況（Cannon, 1929）。1932 年，Cannon 氏提出持恆（homeostasis）的觀念，並假定當持恆受到緊

迫的擾亂時，生物體會設法透過自主神經系統的作用回復到先前的平穩狀態

（Cannon, 1932）。

Cannon 氏的研究與理論被 Selye 氏延續並擴充，1936 年 Selye 氏提出「一般 適應徵候群（general adaptation syndrome, GAS）」，認為有危害之事件或緊迫源會刺 激下視丘-腦垂腺-腎上腺皮質軸（hypothalamo- pituitary- adrenocortical axis, H-P-A 軸），使腎上腺髓、皮質分泌下游內泌素影響生理，並將緊迫引起的反應分為三階 段，戰鬥或逃跑反應為警告階段（stage of alarm reaction），動物設法脫離緊迫之環 境，同時活化 H-P-A 軸與自主神經以備不時之需。其次為動物對緊迫之抵抗階段

（stage of resistance），此時腎上腺皮質開始活動，分泌醣類皮質素（cortisol and corticosterone）促使後續生理反應，試圖對抗緊迫並回復持恆狀態。最後，當緊迫 超出動物所能負荷，生理功能開始失常、疲勞並產生病態反應，即為竭盡階段（stage of exhaustion）。在GAS 理論中，Selye 氏認為醣類皮質素是主要的傳訊因子，並率 先探討了緊迫與醣類皮質素的關聯，開啟了此領域一新扉頁，爾後更多科學家從醣 類皮質素的角度投入研究，擴展對緊迫之認識。

綜合Cannon 氏與 Selye 氏的理論，緊迫與 H-P-A 軸、醣類皮質素以及生物體 持恆機制有密切關聯。然而動物受到緊迫後的生理反應十分複雜，以內分泌反應為 例，除了H-P-A 軸，泌乳素（prolactin）、生長素、升糖素（glucagon）、胰島素、

血管加壓素（vasopressin）、褪黑激素（melatonin）、性內泌素（sex hormone）、甲 狀腺素以及某些神經傳導物質等皆會受到影響（Ranabir and Reetu, 2019），故僅以 H-P-A 軸、醣類皮質素與持恆之間的關聯來探討緊迫仍不夠全面。此外，動物對緊 迫的反應亦受到心理學層面影響，動物對一個事件的認知，會決定此事件是否成為 緊迫以及嚴重程度，這取決於動物的先前經驗（農場動物與工作人員相處之經驗將 決定動物是否將人的出現視為緊迫）與遺傳特徵如脾氣暴躁或溫馴等（Grandin and Shively, 2015）。

隨著研究成果累積，對緊迫的了解越發透徹，緊迫的定義與日俱增。其中與動

物福利最相關的說法係由Moberg 所提出，他定義緊迫為個體經過認知的威脅（緊 迫源，影響持恆）所引起的生物反應，當緊迫反應超出動物原先持恆機制的負荷，

需要額外改變生理機能來適應緊迫，動物便會經歷痛苦（distress），動物福利受到 損害（Moberg, 2000）。因此，如何確定緊迫造成動物之痛苦以及如何偵測緊迫之程 度，成為以緊迫生理角度探討動物福利時之重大挑戰。

2.2.2 動物之緊迫模式

為解決上述的挑戰，Moberg 發展出一個框架模型，將動物緊迫相關知識整合 至統一且可經測試的觀念，協助科學家專注在緊迫與動物福利之間的關聯。此模型 如圖1 所示，將動物應對緊迫的過程分為三個階段：緊迫源認知、緊迫反應、緊迫 反應之後果，各階段再包含數個部分。首先，緊迫起源於中樞神經系統認知到一個 可能威脅生物體持恆的刺激，其中涉及到個體先前之經驗、基因、年齡以及當下心 理狀態。一旦中樞神經系統認知到某一刺激並視之為威脅，此刺激便成為緊迫，引 發後續之緊迫反應，包含行為、自主神經、神經內分泌以及免疫反應，單獨或共同 作用來協助生物體逃離、抵抗或適應緊迫源。最後，當緊迫反應打破生物體原先的 持恆，意味著生物體必須額外改變自身生理功能來應付緊迫源，並且面對緊迫反應 之後果，例如痛苦、預病理狀態甚至發展成疾病。

Moberg 認為不論動物使用何種手段來應對緊迫源，影響到動物福利的都是動 物應付緊迫源之後的結果，如果動物能以原先的持恆狀態應對緊迫源，其生理功能 維持正常，動物福利上不會受到影響；相反地，當緊迫源無法以原先的持恆狀態應 對，生物體會改變自身生理功能（緊迫的代價，Biological cost of stress）以應付緊 迫源，此時動物逐漸感到痛苦，若緊迫過於嚴峻或期間過長，動物極有可能發展成 預病理狀態甚至疾病，則動物福利儼然受到損害。

對動物福利而言，生物功能是否因為應對緊迫而改變比牽涉在緊迫反應中的 機制來得重要。Moberg 相信應該以緊迫源導致的生理功能改變作為動物福利的衡

量，因為緊迫之代價正是了解緊迫何時成為痛苦的關鍵，而當動物感受到痛苦，其 動物福利才開始有受到損害的風險。

圖1. 動物對緊迫之生理反應之模型框架

Fig 1. Model framework of stress response of animal （Moberg, 2000）

2.2.3 動物對緊迫之生理反應

緊迫源引發諸多生理反應，包含行為、自主神經、神經內分泌以及免疫反應，

協助生物體逃離、抵抗或適應緊迫源。行為反應是許多緊迫源最快速直接引起的，

動物可以藉由「戰鬥或逃跑」或「暫止」（freeze）（Bracha et al., 2004）將自己免於 處在緊迫源的環境下，若動物無法逃離緊迫源，則可能發展出刻板行為來協助適應。

自主神經系統反應，為動物體應對緊迫源的第二道防線，透過自主神經快速地引起 心血管、胃腸系統與腎上腺髓質的反應，促使動物體心律、血壓及腸胃道活動力改 變，即時地協助生物體。相較之下，神經內分泌系統擁有更長時間及更廣泛的作用 效果，例如 H-P-A 軸系統，可透過下視丘、腦垂腺與腎上腺之間的訊息傳遞，來

釋放醣類皮質素影響生物體能量代謝、生殖與免疫等系統。至於免疫反應，除了受 到醣類皮質素的抑制外，亦會因應特定緊迫源而產生變化，如紅白血球數的改變、

細胞激素（Cytokines）的分泌等。儘管這些緊迫反應十分重要，但以反應之嚴峻程 度來探討動物福利，則以神經內分泌的H-P-A 軸反應最為適合，因為 H-P-A 軸的 普遍性，多數緊迫源都可引起反應，且反應耗時較長，動物在反應過程中有可能經 歷痛苦（Distress），較具有討論動物福利的意義。

(1) 下視丘-腦垂腺-腎上腺皮質軸

H-P-A 軸由下視丘、腦垂腺前葉與腎上腺皮質所組成，藉由彼此間的內泌素傳 訊，共同調控醣類皮質素的分泌，並透過醣類皮質素的生理功能，參與代謝之持恆，

決定能量流向（energy flux）（Dallman et al., 1993）。一般認為，緊迫反應時 H-P-A 軸的致活，可協助生物體將能量用在應對緊迫源上。

i. H-P-A 軸之調節

生物體認知到威脅後，下視丘之腦室旁核（paraventricular nucleus, PVN）其中 的小細胞神經元軸突會自正中隆突（median eminenxce）分泌激腎上腺皮質素釋放 素（corticotrophin releasing hormone, CRH）與精胺酸加壓素（arginine vasopressin, AVP）進入門脈毛細管床，並作用在腦垂腺前葉的激腎上腺皮質素細胞（cortictrophs）

上，使其分泌激腎上腺皮質素（adrenocorticotropic hormone, ACTH）至血液中，最 終ACTH 刺激腎上腺皮質束狀帶合成及分泌醣類皮質素（Mormède et al., 2007）。

進入循環系統的醣類皮質素將運輸至各器官組織內發揮生理功能，作為緊迫反應 以應對緊迫源，同時參與對CRH 與 ACTH 的負回饋調控（negative feedback），作 用在下視丘與腦垂腺前葉，抑制 CRH、ACTH 的分泌，避免過度刺激 H-P-A 軸

（Manteuffel, 2002）。

H-P-A 軸線受到數種內泌素的調控，在下視丘，CRH 為主要且較強效的內泌素

（River and Plotsky, 1986），負責在急性緊迫反應中刺激 ACTH 分泌；而 AVP 可維 持 ACTH 的基礎分泌以及在長期緊迫下輔助刺激分泌 ACTH（Scott and Dinan, 1998）。腦垂腺亦受其他內泌素刺激而產生 ACTH，例如腎上腺素（Giguere and Labrie, 1983）以及催產素（oxytocin）（Link et al., 1993）。此外，在認知威脅時，

H-P-A 亦受到複雜的上游調控，腦室旁核可從下視丘其它核區、腦幹、下穹窿體

（subfornical organ）與邊緣系統（limbic system）接受生理或心理的訊號引發下游 腦垂腺與腎上腺的反應（Mormède et al., 2007），賦予 H-P-A 軸的高度敏感性與相 對非特異性，能針對多數緊迫源引起反應。

H-P-A 軸線調控的複雜度，說明此系統牽涉的生理反應眾多，在持恆作用上扮 演關鍵角色，其功能完整性之維持十分重要。在諸多能調控 H-P-A 軸功能的因素 中，晝夜節律（circadian rhythm）與緊迫源是重要內源性及外源性因素。

ii. H-P-A 軸與日夜節律之關聯

生物有許多生理現象具有節律性，會隨著時間呈週期變化。若節律之週期接近 二十四小時，即稱為日夜節律（diurnal rhythm），具有此特性的生理反應除了 H-P-A 軸，還有新陳代謝、體溫、採食飲水、睡眠、活動力與其他內泌素分泌等（Ingram and Dauncey, 1985）。節律性被生物體內的生理時鐘（endogenous oscillators）調控

（Aschoff, 1963;1966）。生理時鐘能感應呈週期性變化的環境因子（zeitgeber），並 依此調整生理反應之節律，協調身體各項功能共同或獨立運作以適應環境週期。

一般而言，光亮/黑暗循環是影響 H-P-A 軸日夜節律的重要環境因子，光的訊號 可透過傳入下視丘前葉的視交叉上核（suprachiasmatic nuclei, SCN）進行調節。日 行性動物如人、猴、牛、馬以及綿羊，其 ACTH 與醣類皮質素在清晨或睡醒前會 達到高峰；相反地，夜行性動物如齧齒類，則在傍晚達到高峰。本次試驗對象豬隻 屬日行性動物，故醣類皮質素的分泌高峰在上午（Koopmans et al., 2005）。以限飼

圈養豬隻為例，血漿中皮質類固醇濃度在下午為15 ng/ml，而在上午可達 45 ng/ml 的高峰值（Barnett et al., 1981）；然而，有研究指出 H-P-A 軸反應的高峰出現在下

圈養豬隻為例，血漿中皮質類固醇濃度在下午為15 ng/ml，而在上午可達 45 ng/ml 的高峰值（Barnett et al., 1981）；然而，有研究指出 H-P-A 軸反應的高峰出現在下