2008-06-11

抽一根菸就上癮

 
雙週 四 出刊.2008.06.12
 
本 期 目 錄 簡介/舊報明細
抽一根菸就上癮
行星創世紀
《科學人》6月訂閱專案
Friday the 13th 十三號星期五
對某些人來說,十三號星期五可不是一般的日子
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抽一根菸就上癮

吸菸成癮的人,是累積多少根菸的結果?為什麼戒菸如此困難?研究尼古丁對腦的作用,可望發展出新的戒菸療法!

撰文╱迪弗蘭薩(Joseph R. DiFranza) 翻譯╱黃榮棋

重點提要
■新研究推翻了抽菸需要多年才會上癮的看法。針對青少年抽菸所做的研究指出,像戒斷、菸癮,以及戒菸失敗等成癮症狀,在剛開始抽菸的前幾週就會出現。
■科學家提出新理論來解釋這些發現,認為是大腦為抗衡尼古丁效應而迅速發展出來的適應措施。尼古丁效應逐漸消退之後,這些適應措施造成了戒斷症狀。
■這些結果凸顯出政府增加反菸宣傳經費的重要性,尤其是那些針對青少年的宣導。

當我還在實習成為一名家醫科醫師時,我學到了有關尼古丁成癮的傳統看法。醫師一直都這麼相信:人們抽菸是為了追求快感,並進而產生了心理依賴;尼古丁效應的耐受性讓人越抽越多,當抽菸抽到某種程度(約每天五根)並使尼古丁長留血液時,就可能開始出現生理依賴,這通常發生於抽了好幾千根菸的數年之後。一根香菸燃盡後的幾小時,癮君子會經驗到尼古丁的戒斷症狀:焦躁、易怒、無法專心等。根據這種說法,每天抽不到五根菸的人,是不會染上菸癮的。

當我接觸到一般病患時,我還是認為抽菸要抽上好幾年才會上癮。有次門診時一位少女告訴我,她才抽了兩個月的菸,卻一直戒不了。我以為她與眾不同,是個罕見的例外。在好奇心的驅使下,我訪問了附近高中抽菸的學生,一位14歲的女孩說,她兩度認真想要戒菸,但都沒有成功,這可讓我眼界大開,因為兩個月來她每星期只抽了幾根菸而已,但她所描述的戒斷症狀,聽來就像我的一位每天抽兩包菸的患者的哀號。無需每天抽菸就能迅速出現戒斷症狀,與我自以為知道的尼古丁成癮性有諸多矛盾之處。因此當我追溯抽菸成癮性傳統看法的起源時,才發現我所知道的一切只不過是沒有根據的專家臆測罷了。

過去10年來,我在美國國家癌症研究院與國家藥物濫用研究所(NIDA)的資助下,探討抽菸新手的尼古丁成癮性。現在我知道,本文開頭所描述的成癮理論並不是真的。我的研究支持的新假說是這麼說的:大腦曝露於少劑量的尼古丁(甚至只要一根菸的量)之下就會產生變化,影響神經元進而產生抽菸的慾望。這個假說一旦獲得證實,將來或許可以提供研究人員一些方法,發展出新藥與其他療法來協助癮君子戒除抽菸習慣。

無法克制吸菸的慾望
1997年,我與美國麻州大學醫學院渥斯特分校的同事開始這項研究時,我們的第一個挑戰是發展出一個可靠的方法來偵測最先出現的成癮症狀。我認為最能代表成癮特性是失去自制能力,抽菸者必須花費心力才能戒菸或戒菸時會產生不適的現象。為偵測這種自主性的喪失,我設計了一份尼古丁成癮量表(HONC),量表上的問題只要有一個回答為「是」,就代表已經開始上癮了。用HONC來測量尼古丁成癮是最受肯定的方法,目前已有13種語言版本(這個量表也很容易修改做為其他藥物的研究使用)。

我們在三年內以HONC重複測量幾百位青少年,結果顯示迅速成癮的現象頗為常見。目前發現最可能開始出現菸癮的時間,是在抽完第一根菸之後的一個月內;而每一項HONC症狀,包括菸癮與戒菸失敗,可能出現於抽菸後的前幾週。第一個戒斷症狀出現時,青少年平均每個星期只抽兩根菸。這項結果顛覆了傳統看法,並為抽菸何以會上癮的原因提供了許多想像的空間。我在2000年2月提出這些數據,並且指出有些年輕人只抽了一、兩根菸後就出現戒斷症狀,結果人們普遍把我當成是個沒讀懂教科書的教授。

許多外行人跟我說,根據他們的經驗,我的方向是正確的。但即便有科學家相信我,也不會有人願意以學術聲譽做為賭注公開承認。懷疑者比比皆是:怎麼可能這麼快就上癮?血液裡沒有尼古丁持續存在,抽菸者怎麼可能出現戒斷症狀?

時間證明我是對的。加拿大馬吉爾大學的歐洛夫琳(Jennifer O�oughlin)、美國哥倫比亞大學的坎德爾(Denise Kandel)以及紐西蘭歐克蘭大學的史克瑞格(Robert Scragg)等研究團隊重覆了我所有的發現。現在有10幾個研究證實,抽菸新手常會出現尼古丁戒斷症狀,在這些人當中,有10%的人是在抽第一根菸之後的兩天內出現症狀,25~35%的人則在一個月內出現症狀。一項針對紐西蘭年輕人的大規模研究指出,有25%的人在抽了1~4根菸之後出現症狀,而且,越早出現HONC症狀的年輕人,日後每天抽菸的機率提高了將近200倍。

這些結果點出一個問題,光靠一根香菸的尼古丁,如何能讓大腦改變到產生成癮性。先前實驗動物研究發現,長期曝露於高劑量的尼古丁(等於每天1~3包香菸),神經元上對尼古丁有高親和力的尼古丁受體數目會增加。而屍體解剖指出,抽菸者的大腦額葉、海馬與小腦增加了50~100%的受體數目。

我說服了美國杜克大學的教授史羅金(Theodore Slotkin)研究造成受體增加所需要的尼古丁最低劑量。他的團隊連續幾天投給大鼠少量的尼古丁(相當於一、兩根菸),發現參與長期記憶的海馬第二天就出現受體增加的現象。加州大學洛杉磯分校的布羅迪(Arthur Brody)與同事後來發現,一根菸的尼古丁足以與大腦88%的尼古丁受體結合,他們雖不清楚尼古丁受體增加在菸癮上扮演什麼角色,但是這些結果指出了可能發生的生理變化,說明青少年在抽第一根菸之後的兩天內,有可能產生戒斷症狀。

根據成癮研究人員的解釋,戒斷症狀來自藥物造成的衡定適應──身體試圖維持其功能與化學物質的平衡。舉例來說,某些成癮藥物會增加神經傳遞物(神經元間傳遞訊號的分子)的產量,身體的因應之道就是找出方法來抑制這些化學物質,但使用者一停用藥物,抑制就變得太過而出現戒斷行為。我們知道,這些戒斷相關適應措施可以在抽完第一根菸之後迅速產生,因為其他成癮性藥物像是嗎啡,也可以迅速產生類似的變化,大多數長期抽菸者都會發現,抽完每根香菸後,只能撐個一、兩小時,就必須再點下一根菸,而抽菸新手則可以等個幾星期。

令人驚訝的是,在成癮初期,一根菸可以抑制戒斷症狀達數週之久,雖然體內的尼古丁一天之內就已消失無蹤。這是因為尼古丁衝擊大腦的事件結束之後,作用還會持續存在。尼古丁會在腦中刺激生物化學分子參與的線路,包括乙醯膽鹼、多巴胺、γ胺基丁酸(GABA)、麩胺酸、正腎上腺素、類鴉片胜,以及血清張力素。一劑尼古丁可以增加大鼠海馬正腎上腺素的合成超過一個月之久,而且對某些神經與認知功能的效應可持續數週之久。這些現象是否與戒斷有關,不得而知,但可以確知的是,尼古丁的作用遠遠超過出現於大腦的時間。

前一根菸與戒斷出現之間的無症狀期間,稱為戒斷潛伏期(LTW)。抽菸新手的戒斷潛伏期較長,一根菸足以撐幾個星期,但反覆抽菸之後會出現耐受性,每根菸的效應逐漸減弱;戒斷潛伏期縮短,抽菸間距必須越來越短才足以避免戒斷症狀,這種戒斷潛伏期逐漸縮短的現象稱為依賴相關耐受性。相較於隔天就出現的戒斷相關適應,依賴相關耐受的出現需要花很長的時間,可能需要長達數年戒斷潛伏期才會縮短到足以讓人每天抽五根菸。就此而言,戒斷事實上才是造成長期抽菸抽得很兇的原因,而不是人們先前認為的相反原因。
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行星創世紀

行星的誕生故事看似是一步步朝各階段前進的穩定過程,但實際上卻混亂無比。

撰文/林潮(David N. C. Lin) 繪圖/狄克遜(Don Dixon) 翻譯/李沃龍

重點提要
■10年前,研究行星形成的科學家還只能以我們太陽系這唯一的例子做為建構理論的依據。現在他們已發現了數十個成熟的行星系統,以及數十個孕育中的系統,可做參照的對象。其中,沒有任何兩個系統是完全相同的。
■目前主要的行星形成理論的基本概念是,行星是由微小顆粒聚積並攫取氣體而形成的。但這概念其實跳過了許多錯綜複雜的層次。各種可能機制間混亂的交互影響,使得各版本的行星形成理論之間產生巨大的差異。

在整個敘述膨脹宇宙的偉大故事中,行星雖然只是個無足輕重的小角色,但卻是宇宙裡最豐富多變且錯綜複雜的天體。沒有任何其他天體和行星一樣,同時經歷了天文、地質、化學與生物等各層面複雜的交互作用。宇宙中更沒有其他地方,能夠像行星一樣維持我們所知道的生命現象,像我們太陽系這樣的行星系統,在許多方面其實差異極大;而在過去10年裡,即便天文學家並未特意搜索,卻已經意外發現了200顆以上的行星。

這些行星具有各式各樣的質量、大小、組成與軌道,對於想要探索它們起源的人來說,是極大的挑戰。1970年代我還是個研究生時,我們認為行星的形成是個井然有序、模式固定的過程;就像是一條裝配線,把雜亂無章的氣盤與塵埃,製造成許多類似太陽系的行星系統。現在,我們逐漸理解那其實是個混亂無序的過程,每個系統的結局截然不同。最終所勝出的世界,是在創生與毀滅這兩種紛擾躁動、互相競爭之機制下的倖存者,其中有許多行星會爆裂開,被剛誕生的恆星吞食,或者被彈射進星際深空。我們地球也許有失散多時的兄弟姊妹,正在黯淡無光的太空中飄浮流浪。

行星形成的研究涉及天文物理、行星科學、統計力學與非線性動力學等領域,行星科學家已大致發展出兩種主要理論。連續吸積(sequential-accretion)學說認為,細微的塵埃顆粒會聚積成堅硬的石塊,然後吸引大量氣體,形成木星般的氣態巨行星(gas giant);若沒有吸引到大量氣體,就變成類似地球的固態行星。這理論的主要缺點是整個過程太緩慢,氣體可能在行星建構完成前便逸散無蹤了。

另一個是重力不穩定性(gravitational-instability)學說,它認為氣態巨行星形成於不成熟氣盤與塵埃崩解時的驟然撕裂聲中,這是一種恆星形成過程的小型翻版。這項假說仍有爭議,因為它假設必須有非常不穩定的條件存在,而自然環境可能無法滿足這種極端條件。況且,天文學家已經發現最重的行星與最輕的恆星間有道鴻溝,也就是說,尺度介於兩者之間的天體非常稀少。這個不連續性意味著行星的形成並非等同單純的小型恆星,它應該和恆星有著全然不同的起源。

雖然研究人員尚未完全解決這個爭論,但多數認為連續吸積學說是兩者之中較可行的理論。我將在這裡探討此學說。

1.星際雲崩塌
時間:0(行星形成過程的起點)
我們太陽系所在的星系,是由1000多億顆恆星所構成的,恆星間瀰漫著的雲氣與塵埃,大部份是前幾代恆星所遺留下來的殘骸。「塵埃」在這裡指的是凝聚在恆星外層較冷的微小冰粒、鐵,以及其他固態物質,它們在恆星死亡時被拋入星際空間中,當雲氣夠冷且夠緻密時,就會因重力坍塌而形成恆星。這整個過程需要10萬至數百萬年。

環繞在每一顆恆星周遭的旋轉圓盤是由剩餘物質構成的,而那就是建構行星的必要物資。剛形成的圓盤主要成份是氫氣與氦氣,在圓盤高溫緻密的內層區域,塵埃顆粒會被氣化,而在又冷又稀薄的外層,塵埃粒子可以倖存,並且會因為氣體凝結在它們身上而成長。

天文學家已發現了許多年輕恆星的周圍環繞著這種圓盤。年齡介於100萬~300萬年的恆星具有富含氣體的圓盤;而恆星的年齡大於1000萬年以上時,其圓盤則貧瘠而缺乏氣體,因為氣體不是被剛誕生的恆星、就是被鄰近的亮星吹散了。而在這兩段時間之間就是行星形成的時期。圓盤的重元素含量大致與太陽系行星所具有的重元素含量相當,這提供了一個強而有力的線索,證實行星的確來自於這類氣盤。

結果:新誕生的恆星周圍環繞著氣體與微米大小的塵埃顆粒。

2.行星盤出現
時間:大約100萬年
原行星盤裡的塵埃顆粒會受到鄰近氣體的翻攪而與其他塵埃碰撞,有時會黏在一塊,有時則彼此分離。塵埃顆粒吸收星光後,再發射短波長的紅外光,確保熱能傳達到圓盤內部最陰暗的角落。氣體的溫度、密度與壓力隨著與恆星距離的增加而遞減。由於需顧及壓力、旋轉與重力的平衡,氣體繞著恆星的速度,會比獨立物體以同樣距離繞行的速度稍慢。

如此一來,直徑大於數毫米的塵埃顆粒速度將比氣體還快,因而遭遇逆風使速度降低,導致它們朝著恆星向內盤旋。顆粒越大,盤旋的速度就越快,顆粒的大小每增大一公尺,就可以在1000年內將它與恆星的距離減半。

當它們靠近恆星,顆粒的溫度會升高,最終使得水份與其他低沸點的揮發性物質沸騰起來。這個現象發生時的距離稱為「雪線」(snow line),大約離恆星2~4個天文單位(AU,1AU等於一個地球軌道的半徑)。我們太陽系的雪線位置,就落在火星軌道與木星軌道之間。雪線將行星系統劃分為擁有固態物體但揮發性物質稀少的內行星區,以及富含揮發性物質與冰冷物體的外行星區。

在雪線上,水分子從塵埃顆粒上蒸騰之後會聚積在一塊兒,而水份的聚積則會引發一連串的效應,使得雪線上的氣體性質產生不連續性,進而導致該處的壓力下降。然後,力的平衡將促使氣體加速環繞中心恆星,結果造成附近的顆粒不再感受到逆風,反而是令它們提升速度的順風,因而阻止它們進一步向內遷移。當顆粒不斷從圓盤外層抵達時,便會堆積在雪線上,這樣一來,雪線就變成雪庫了。

塵埃顆粒會因擠在一起彼此碰撞而成長,有些顆粒會衝破雪線,持續向內移動,但在這過程中,它們會吸附融雪及複雜的分子,變得更黏稠。有些地方因吸附了太厚的塵埃,使得顆粒整體的重力亦加速了它們自身的成長。

經由這些過程,塵埃顆粒將自己包裹成直徑以公里計的物體,稱做微行星(planetesimal)。在微行星形成的階段結束前,微行星會把絕大多數的原始塵埃清掃乾淨。微行星很難直接觀測到,但天文學家可從它們碰撞的殘骸推論出它們的存在。

結果:出現大量公里尺度的微行星,是建構行星的材料。
 
 
《科學人》6月訂閱專案

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