撰文： 張菁萍 教授 ｜ 奇美醫學中心腦心血管研究室主持人
當地球愈來愈熱，精子卻愈來愈少，這不是科幻，而是氣候變遷下的生殖警訊。
在全球暖化對人類健康構成的各種威脅中，男性生殖系統正悄悄成為科學家關注的焦點之一。我們熟悉氣候變遷會帶來熱浪、空氣污染與呼吸系統疾病，但你可能不知道，環境溫度的升高也可能讓精子的數量減少、活動力下降，甚至影響生育能力[1]。隨著地球持續升溫，越來越多研究指出，男性的精子品質正在受到高溫的潛在威脅。這背後的原因，是因為人體的精子工廠–睪丸，極度怕熱，而氣候變遷，正逐步瓦解這套原本精密的「降溫系統」。
環境溫度的升高也可能讓精子的數量減少、活動力下降，甚至影響生育能力。圖片來源：pixabay
睪丸原本是在腹腔裡「悶著長大」的，直到胎兒大約 7 個月大時，才會從腹腔「滑下來」，通過一條像隧道的腹股溝，最後掉進陰囊裡。這段旅程就像搬家，讓睪丸從「熱鍋」搬到「冷房」，才有辦法順利製造健康的精子—這個過程稱為精子發生 (Spermatogenesis)。
睪丸的位置決定了它的溫度特性：在解剖學上，它懸掛在腹腔外，使其平均溫度比核心體溫低約 2°C 至 4°C [2]。目前研究認為，在約 34°C 的環境下，人類的精子生成效率最佳，而陰囊溫度過高，已被認為是男性不孕的重要風險因子[3, 4]。更有趣的是，精子在形成過程中會產生不少熱量[5]，睪丸一旦過熱，例如只升高 1.5-2°C，就足以抑制精子的生成與成熟[6]。為了應對這個挑戰，人體演化出一套高效的「天然冷氣系統」來幫助睪丸散熱，包括:
● 陰囊(Scrotum): 皮薄、富含血管與汗腺，利於散熱；
● 提睪肌(Cremaster muscle): 如同「升降電梯」，氣溫低時會將睪丸拉近身體保暖，氣溫高時放鬆讓睪丸遠離體溫；
● 肉膜肌(Dartos muscle): 是陰囊中緊貼著皮膚的一層薄的皺褶筋膜肌，控制陰囊皮膚皺縮或放鬆，冷時皺縮保暖，熱時平滑以增加散熱面積，有點像開關冷氣風速的按鈕；
● 圍繞睪丸動脈的蔓狀靜脈叢(Pampiniform plexus): 可與動脈血進行熱交換，進一步冷卻進入睪丸的血液，像「熱交換器」[7]。
這整套系統就像一台「智慧溫控裝置」，讓睪丸能在夏天保持涼爽，維持正常精子生產並提高品質，好處包括：DNA完整性較高 (受精後胚胎發育潛力更佳)、精子尾部鞭毛的能量系統粒線體功能較好 (游動速度更快、更持久)及減少畸形精子(如雙頭、短尾、彎曲尾巴)。因此，溫度控制良好 → 好的精子比例較高 → 受孕機率增加。
在較低溫環境中成熟的精子，具備一項關鍵的生物特性—對溫度變化的感應能力，這使它們能夠進行「趨熱性(Thermotaxis)」遷移[8]。這項能力在自然受孕過程中扮演重要角色。當精子由射精後沉積的位置 (Uterine isthmus，子宮峽部) 出發，要穿越女性生殖道、前往輸卵管的壺腹部 (Tubal ampulla，卵子通常在此處等待受精)，沿途會經過一個微妙的生理溫度梯度—壺腹部的溫度比峽部高約2至4°C [2]。這個溫度差不僅是驅動精子遷移的方向指引，也像一道「選擇門檻」，讓具備感溫與運動能力的精子優先通過。換句話說，能感知並朝向高溫區域游動的精子，才有機會成功抵達卵子完成受精，這代表了自然選擇下的一種精細篩選機制。
除了怕熱之外，睪丸還得「聽從指揮」才能正常工作。這個指揮系統就是來自大腦的賀爾蒙調控網路，稱之為下視丘-腦下垂體-性腺軸 (Hypothalamus-pituitary-gonadal [HPG] axis) ，讓精子的成長有節奏、有順序地進行。這套系統就像一個生殖工廠的中央控制中心，由三個層級組成[7]:
● 下視丘 (Hypothalamus，位大腦深部)：釋放一種叫做 性腺激素釋放素(Gonadotropin releasing hormone; GnRH) 的訊號分子，像是發出「啟動命令」。
● 腦下垂體前葉 (Anterior pituitary，大腦底部)：接收到命令後，分泌兩種重要賀爾蒙：
■ 促濾泡激素(Follicle-stimulating hormone; FSH)：刺激睪丸中的支持細胞或稱塞特利氏細胞 (Sertoli cells)，幫助精子的成長與分化。
■ 黃體生成素(Luteinizing hormone; LH)：作用於睪丸中的萊迪希細胞(Leydig cells)，促使它們分泌睪固酮(Testosterone)。
● 睪丸(Testis)：接收上述賀爾蒙後，開始啟動精子發生，並透過睪固酮促進精子的成熟、維持男性第二性徵(如聲音低沉、體毛增加)。
整套系統還會進行「負回饋調控」：當睪固酮濃度夠高時，大腦會暫時減少 FSH 與 LH 的分泌，保持體內平衡。整個過程就像一場大型生產線，需要腦部「中央指揮部」不斷發出命令，才有健康的精子誕生。
長時間處於熱壓環境，會影響睪丸的「天然冷氣系統」與賀爾蒙調控軸，導致精子數量與活動力下降，甚至睪固酮濃度降低。圖中列舉了高風險族群與行為，包括運動員、軍人、泡湯久坐者等，並示意熱壓力如何干擾下視丘－腦下垂體－睪丸軸，最終使精子生成效率大幅下降。 圖片來源：Created in BioRender. Chang, C. (2025)
當人體長時間處於熱壓環境下，例如烈日下運動、高溫工作、悶熱穿著、泡溫泉等，會同時衝擊睪丸的「冷氣系統」與「中央控制系統」，導致精子的生產線「全面當機」。
冷氣系統怎麼壞掉的?
長時間熱暴露會讓睪丸無法順利降溫，主要問題包括：
● 陰囊皮膚無法有效散熱：過熱環境下，加上潮濕，使得汗水無法蒸發，散熱效能大打折扣。
● 提睪肌反應遲鈍：正常情況下下垂有助降溫，但當氣溫過高或周圍環境無法有效散熱時，長時間懸吊導致「張力下降」，反而讓睪丸暴露在熱氣中，無法真正達到冷卻效果，加重睪丸熱傷害。
● 靜脈叢熱交換失效：血液本身溫度偏高時，冷卻效率變差，睪丸進血不再涼爽。
● 組織發炎、水腫：熱會促進組織發炎反應，使血流異常、局部微循環惡化，加重睪丸熱傷害。
結果: 精子生成暫停、數量下降、DNA或粒線體受損增加、活力下降。
熱壓力不只影響睪丸本身，也會干擾整個賀爾蒙調控軸 (HPG axis):
● 中樞神經系統受熱：高溫會影響下視丘的功能，抑制 GnRH 分泌。
● 腦下垂體功能下降：當睪固酮減少時，腦下垂體會釋放多一點的 FSH 及 LH 來調節，但長期的熱刺激會促使身體進入「壓力模式」，升高皮質醇 (Cortisol)，進一步抑制 FSH 與 LH 的釋放。
● 睪固酮分泌減少：一旦LH 減少，萊迪希細胞失去訊號，睪固酮製造減少，精子缺乏成熟條件。
● 發炎與自由基攻擊：高溫會觸發身體的全身性或局部性發炎反應，這時免疫系統會釋放一堆促發炎的細胞激素，攻擊睪丸中的支持細胞與生殖細胞，導致精子發育過程受阻，甚至引發睪丸水腫、組織間隙變厚，阻礙營養與氧氣供應，長期下來會降低精子生成效率、影響睪固酮分泌。熱壓力也會產生大量自由基，攻擊細胞膜、DNA與蛋白質，導致精子畸形、DNA碎片增加、活動力下降。自由基還會破壞睪丸粒線體，降低能量供應，使精子無法正常成熟或游動，甚至是凋亡。
結果：高溫會讓身體啟動「自衛系統」，結果反而打到自己。賀爾蒙指揮出錯，精子「長一半就停工」、整體生成效率大幅下降。免疫軍隊 (發炎物質) 攻擊睪丸、自由基像小炸彈亂飛，把精子的零件打壞，害精子長不好、游不動，甚至 DNA 片斷化，變成了「傷兵」。
會的。精子的品質不只關係到能否順利懷孕，更可能影響下一代的健康。若精子帶有過多 DNA 損傷，可能提高受精卵染色體異常、流產或胚胎發育停止的風險，也與早產、低出生體重有關，甚至可能增加某些代謝或神經發展疾病的機率，例如自閉症、注意力不足過動症等[9]。因此，保護睪丸健康，不只是為了現在的自己，更是為了未來的家庭與孩子。
熱浪不只是氣溫升高，更像是一場「隱形健康考驗」，尤其對睪丸這個怕熱又脆弱的器官而言，有些人因為同時具備多重風險因子，在高溫環境下更容易出現精子品質下降、生殖賀爾蒙失調等問題。以下這些族群，在熱浪或夏季高溫時，需特別小心[2, 7, 10]：
● 長時間戶外暴露者: 建築工人、農民、外送員、軍人等，白天在太陽下暴露數小時，睪丸冷卻系統易失控。
● 劇烈運動後未適當降溫者: 馬拉松、重訓、軍事操練者，運動升溫 + 外在高溫，加倍睪丸負擔。
● 長時間泡湯、蒸氣室或三溫暖者: 高溫環境包圍陰囊數十分鐘以上，會讓睪丸持續處於「過熱」狀態，抑制精子生成。
● 穿著緊身、不透氣衣褲者: 壓縮褲、塑身褲、騎士褲等會限制通風，使陰囊悶熱無法散熱。
● 久坐或久躺者: 睪丸長時間夾在大腿中間，或陰囊貼靠大腿、沙發，熱氣難以散發，溫度持續上升。長時間把筆電放在腿上操作，也會局部加熱陰囊，造成精子製造干擾。
● 肥胖或代謝異常者: 體脂肪多、腹股部位蓄熱強，造成睪丸局部微環境溫度長期偏高。
● 壓力大、睡眠差、熬夜者:睪固酮在深夜分泌為主，壓力賀爾蒙 (例如 cortisol) 會抑制 HPG axis 功能。熱浪期間若加上失眠，更進一步干擾賀爾蒙節律。
睪丸怕熱，所以不只是天氣熱會影響它。泡太久熱水、坐太久、穿太緊、壓力大、又睡不好，這些加在一起就像在「悶燒睪丸」，精子自然也受不了。
面對極端高溫帶來的風險，有沒有什麼方法可以在損傷發生前，先幫身體「練好功」?我們團隊提出了一個具有前瞻性的策略—高壓氧預處理，試圖在熱傷害發生前，先替睪丸打造一層「防熱罩」。在我們的動物實驗中發現，當雄性大鼠在暴露於熱壓力前先接受高壓氧療程，能顯著保護其生殖系統功能與結構[11]:
● 降低核心體溫(由 41.5 °C 降至約 39 °C)，與睪丸溫度(由 37.5 °C 降至約 35 °C)
● 減少睪丸發炎細胞浸潤約 20%，維持支持細胞與生殖細胞的結構完整性
● 回復精子數量(原本減少約 30%，恢復接近正常)、活動力(原本下降 25%，恢復接近正常)，與正常形態
● 穩定生殖賀爾蒙分泌 (睪固酮、FSH、LH)，並降低壓力賀爾蒙皮質醇的濃度
● 改善與熱壓力相關的勃起功能障礙約 30%
● 降低前列腺與膀胱損傷(分別減輕了約 60% 與 56%)
這些成果不只展示了高壓氧在「預防精子受損」方面的潛力，也開啟了未來熱壓保護策略的新方向。
除了預防策略，高壓氧在熱中暑急性期的治療潛力也逐漸受到關注。動物研究指出，高壓氧可將重度熱中暑模型的死亡率由 46.7% 降至 20%，延長生存時間，減少腦部氧化壓力並穩定粒線體功能[12]。更重要的是，在人類臨床研究中也有初步證據支持這樣的應用：一項針對重度熱中暑患者的高壓氧治療研究發現，接受高壓氧的患者神經功能恢復較佳，且凝血異常與多器官損傷風險較低，顯示其作為輔助治療的潛力[13]。
雖然目前臨床尚未廣泛使用高壓氧作為生殖保護的工具，但這些研究共同揭示了：高壓氧可從預防到治療，提供人體對抗熱壓力的多層防線。未來，這類策略可望應用在長期處於高溫風險的族群，例如：戶外勞工、運動員、消防與軍警人員，甚至是備孕男性，提供更全方位的健康保障。
我們的研究揭示了熱壓力對男性生殖健康的威脅，也發現高壓氧療法具備潛在的保護效果。不過，高壓氧療法目前主要應用於臨床與特殊訓練場域，對大多數人來說，日常保護策略才是最直接、最可行的第一步。以下是根據目前研究成果與醫學建議整理出的五個生活中就能落實的保護行動：
● 降低睪丸溫度的日常習慣
■ 避免長時間穿著緊身褲、壓縮褲或悶熱內衣
■ 久坐一小時就起身活動，讓陰囊保持通風
■ 不要長時間把筆電放在大腿上操作
■ 夏季運動後，避免立即泡熱水澡，可先沖涼水降溫
● 控制外在高溫暴露時間與強度
■ 高溫日避免在上午10點至下午3點間戶外活動
■ 若無法避免，務必每60分鐘補水至少500毫升以上、至蔭涼處休息
■ 穿著淺色、透氣的衣物，增加陰囊通風與散熱
● 建立穩定的荷爾蒙節律
■ 睪固酮分泌高峰發生於夜間深眠階段，睡得好，精子也會更健康
■ 過度壓力會升高皮質醇，進一步抑制性賀爾蒙
■ 可透過冥想、運動、呼吸訓練等方式改善身心壓力狀態
● 補充抗氧化與抗炎營養素
■ 精子容易被自由基攻擊，攝取抗氧化物可作為防禦，例如：維生素C、維生素E、Omega-3脂肪酸(如魚油)、硒(來自堅果、全穀類)
■ 攝取天然食物如堅果、綠色蔬菜、深色水果取代加工食品
■ 避免高油炸、過多加工食品，減少體內氧化壓力
● 備孕者或高風險族群應考慮精液品質篩檢
■ 處在高溫工作、久坐、肥胖或壓力大等高風險者
■ 若有備孕計畫，應提早了解自己的精子濃度、活動力與形態
■ 若發現異常，可提前採取生活介入或諮詢專業
當我們談論氣候變遷，往往想到的是熱浪、乾旱、極端天氣等災難影像，卻少有人意識到，高溫也正在悄悄威脅著我們的生育力。睪丸作為人體中最怕熱的器官，其溫度穩定性對精子的品質至關重要。隨著全球暖化日益嚴峻，維持睪丸的「冷靜」不再只是生理調節的問題，更是對抗氣候衝擊下生殖健康的關鍵防線。
我們的研究證實，高壓氧預處理能有效保護熱壓環境下雄性動物的生殖系統，從精子品質、賀爾蒙穩定到勃起功能，皆有顯著改善。雖然本研究尚未釐清這些效益是否直接來自於對氧化壓力或發炎反應的調控，但已有其他研究指出，高壓氧具備提升抗氧化防禦力與減少發炎損傷的潛能。這些證據雖未直接聚焦於生殖器官，但為未來機轉研究提供了有價值的參考方向。
更重要的啟發是：在氣候變遷無法立即逆轉的情況下，我們可以從生活做起。避開過熱環境、調整穿著、保持良好作息、注意生殖健康警訊，這些小小的行動，都可能在關鍵時刻成為守住生育力的重要一步。
從一顆精子的品質開始，我們不只是守護個人的健康與家庭的希望，更是在這個變動的世界中，為下一代留下一份穩定而深遠的保障。
資料來源
1. Xiao, L., et al., Effects of temperature anomaly on sperm quality: A multi-center study of 33,234 men. Heliyon, 2024. 10(5): p. e26765.
2. De Toni, L., et al., Global warming and testis function: A challenging crosstalk in an equally challenging environmental scenario. Front Cell Dev Biol, 2022. 10: p. 1104326.
3. Thonneau, P., et al., Heat exposure as a hazard to male fertility. Lancet, 1996. 347(8995): p. 204-5.
4. Philyppov, I.B., et al., Temperature-dependent contractility of rat tunica dartos muscle: Contribution of cold, menthol-sensitive TRPM8. BBA Adv, 2023. 3: p. 100069.
5. Skandhan, K.P. and A. Rajahariprasad, The process of spermatogenesis liberates significant heat and the scrotum has a role in body thermoregulation. Medical Hypotheses, 2007. 68(2): p. 303-307.
6. Mieusset, R., et al., Increase in testicular temperature in case of cryptorchidism in boys. Fertility and sterility, 1993. 59(6): p. 1319-1321.
7. Maroto, M., et al., Mechanisms of Hormonal, Genetic, and Temperature Regulation of Germ Cell Proliferation, Differentiation, and Death During Spermatogenesis. Biomolecules, 2025. 15(4).
8. Bahat, A., et al., Thermotaxis of mammalian sperm cells: a potential navigation mechanism in the female genital tract. Nat Med, 2003. 9(2): p. 149-50.
9. Montagnoli, C., et al., Anything New about Paternal Contribution to Reproductive Outcomes? A Review of the Evidence. World J Mens Health, 2021. 39(4): p. 626-644.
10. Sheynkin, Y., et al., Increase in scrotal temperature in laptop computer users. Hum Reprod, 2005. 20(2): p. 452-5.
11. Hsieh, K.L., et al., Hyperbaric oxygen preconditioning normalizes scrotal temperature, sperm quality, testicular structure, and erectile function in adult male rats subjected to exertional heat injury. Mol Cell Endocrinol, 2024. 584: p. 112175.
12. Ni, X.X., et al., Protective Effects of Hyperbaric Oxygen Therapy on Brain Injury by Regulating the Phosphorylation of Drp1 Through ROS/PKC Pathway in Heatstroke Rats. Cell Mol Neurobiol, 2020. 40(8): p. 1253-1269.
13. Ni, X.X., et al., Effect of hyperbaric oxygen treatment on patients with heatstroke complicated by multiple organ dysfunction:A retrospective study. Heliyon, 2024. 10(6): p. e28139.
本文轉載自《科技大觀園》，一個由國科會建置的科普數位整合平臺。
