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奈米機器大軍重現肌肉纖維活動

NanoScience
・2012/11/05 ・739字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

法國研究人員首次成功協調(coordinate)數千分子機器的運動,使它們的行為就如同單一個微米尺寸的裝置。不儘如此,這些奈米機器的伸張與收縮就彷彿人體肌肉纖維的運動方式。此研究結果對於許多應用有著重要影響,例如製作人造肌肉、微奈米機器人,以及使用奈米機器的先進機械馬達。

分子機器在自然界中無所不在,這些由複雜蛋白質組合所構成的分子機器負責許多生物體內的過程,例如離子傳輸、三磷酸腺苷(ATP)的合成與細胞分裂。事實上,人體的肌肉控制也是成千上萬的分子機器協調運動下的結果。儘管過去十年中科學家們已在合成人造奈米機器上有顯著進展,但卻尚未能協調這些奈米機器整體的運動,也就是使其如自然界生物體般運作。

最近,由斯特拉斯堡(Strasbourg)大學的Nicolas Giuseppone等人與巴黎狄德羅(Paris-Diderot)大學所發表的研究終於在這方面做出了突破。研究人員藉由分子配體三聯吡啶(terpyridine)成功連結數千個分子機器,使其形成極長的單鏈超分子聚合物。每個由輪烷(rotaxane)構成的單體都具有兩條滑動肌絲,當周遭溶液的酸鹼值改變時,能因應伸縮約1 nm的距離。當此運動在數千連接單體發生時,沿著鏈結方向的總伸縮移動量可達數十微米,非常類似肌肉纖維肌小節(sarcomere)滑動單元的行為。

Giuseppone表示,他們的實驗顯示此整合機制下的人造系統可以重現自然界的肌肉行為。可能的應用包含了奈米與微米機器人的製造,以及具可收縮性質的生物材料如人造肌肉纖維。受到上述發現的鼓舞,該團隊目前正嘗試進一步放大此伸縮運動,並且試圖製造其他類型的運動,如扭動與旋轉等細菌常使用鞭毛所進行的移動。詳見Angewandte Chemie International Edition|doi: 10.1002/anie.201206571。

資料來源:Nanomachine assembly mimics muscle fibre movement. NanoTechWeb [Oct 25, 2012]

譯者:Yann-Bor Chen (Texas A&M University-Commerce)
責任編輯:劉家銘

轉載自 奈米科學網

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NanoScience
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主要任務是將歐美日等國的尖端奈米科學研究成果以中文轉譯即時傳遞給國人,以協助國內研發界掌握最新的奈米科技脈動,同時也有系統地收錄奈米科技相關活動、參考文獻及研究單位、相關網站的連結,提供產學界一個方便的知識交流窗口。網站主持人為蔡雅芝教授。

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你知道肌肉和牛肉一樣有分等級嗎?油花比例高 = 肌肉品質差,小心增加受傷與罹病風險!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/05/04 ・2329字 ・閱讀時間約 4 分鐘

現代人越來越注重健康,而測量身體組成也成為了趨勢。

你有使用過體脂計嗎?只要站在機器上面,就能夠測量你的體脂率、肌肉量……等數值,近期有些體脂計,也開始提供「肌肉品質」的數據,據說這「肌肉品質」與「相位角」有關,也是了解身體狀態的關鍵數據。

究竟「肌肉品質」代表什麼意思?又跟「相位角」有什麼關係?讓我們來一起來看看吧!

肌肉量與肌肉品質的差別

第一次看到「肌肉品質」,很可能會把它當作「肌肉量」,但這兩個是不一樣的!

肌肉是由肌肉纖維、脂肪、水和結締組織組成的。肌肉纖維是肌肉中最重要的組成部分,它們是由肌細胞形成的。脂肪和水也是肌肉中的成分,它們主要是提供能量和保持身體水分平衡。而結締組織就是我們俗稱的筋膜。

我們以這盤和牛肉為例,紅色部分是肌肉纖維,白色部分是脂肪、水和筋膜(結締組織)的混合物。這就是為什麼肉類中有些部分營養價值比較高。例如,一般牛肉中的瘦肉部分含有更多的肌肉纖維,而脂肪含量較低。相反,和牛肉含有更多的脂肪和水,肌肉纖維含量較低。

所以,「肌肉量」與「肌肉品質」到底有什麼差別呢?

「肌肉量」是指全身肌肉的總量,也就是紅肉的總和,而「肌肉品質」則測量肌肉中,紅肉與白色部分的比例。

為什麼要看肌肉品質?

在 2017 年的期刊論文中,研究者們提出了「肌肉品質」的概念,強調肌肉量的多寡,並不直接等同於實際的力量大小,作者們指出,當人體老化時,在還沒偵測到肌肉量變少前,就已經有力量下滑的趨勢。[1]

加上近期有品牌研究指出,沒有運動習慣的人,肌纖維比例較低,細胞周圍的水分、脂肪和結締組織比例高,不僅日常許多動作會覺得吃力,更容易增加跌倒、拉傷與罹患代謝症候群的風險!

為了更好地評估肌肉的健康狀態和力量,需要對肌肉品質進行標準評估,評估方法包括測量肌肉密度和肌肉品質,以及使用生物電阻抗分析(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)的體組成計進行監測。

什麼是生物電阻抗分析(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)?

  • 身體組成及肌肉品質是怎麼測出來的?

生物電阻抗分析(Bioelectrical Impedance Analysis, BIA)其實就是讓微弱電流通過身體,來測量身體電阻,推算身體的組成,前面提到的「肌肉量」也是這樣算出來的;但是,要怎麼從肌肉的電阻,分析出肌肉品質呢?

BIA 生物電阻抗分析技術,同時使用高頻與低頻兩種測量頻率進行精準測量。測量時低頻訊號不容易穿過有細胞膜的肌肉細胞,因此會量到細胞外組織的電阻,高頻訊號則因為能通過細胞,可以同時量到肌肉與細胞外組織並聯後的電阻。高頻與低頻訊號雙比較,就能推算出肌纖維比例,判斷肌肉品質囉!

  • 肌肉品質與「相位角」的關聯

「相位角」其實就是上面提到的「高頻率與低頻率的比較」。因為一些電學上的特性,我們會把整塊肌肉的電阻(虛線箭頭),分成代表「富含水分」的肌肉纖維電阻 Xc,與「缺少水分」的周圍組織電阻 R。從圖中我們可以看到,如果肌肉纖維越多的話,Xc 就會越高。

另外,從下圖中我們也可以看到, Xc 越大,虛線箭頭與 R 軸的夾角就會越大,這個夾角,就是我們所說的「相位角」,相位角越大,也就代表肌肉纖維越多越密。

第一列是肌肉狀態,圓圈是肌肉纖維,四周灰色是周圍組織。圖/參考資料 2

另外,坊間常說的「肌肉富含水分,所以電阻小」這說法不太對,正確說法是「不同組織間的含水量有差異,讓他們的電阻特性有差異」,而用 BIA 測量的,正是利用這種電阻特性的差異,才能夠明確地理解身體組成,而這就是相位角的實際狀況。

保持健康,從提高肌肉品質開始

為了維持肌肉品質和相位角,我們需要適當的運動。在日常生活中,我們可以透過規律運動來提高肌肉緊密程度,例如世界衛生組織建議標準運動需符合「533」原則(一週運動 5 天,每次至少 30 分鐘,心跳達 130 下)。或是選擇伸展、瑜珈等運動,提高細胞健康度及肌肉活動度。透過這些運動,我們可以增強身體的肌肉品質和功能,提高身體的代謝率,進而改善身體健康。

隨著年齡的增長,肌肉品質會逐漸下降,相位角也會逐漸降低。這是因為身體的代謝率下降,肌肉組織的細胞結構和功能也會出現不同程度的退化。老年人可以多出去走走,做自己適合的運動,而不是一味地要求自己要跟年輕人一樣強,這樣會更有利於保持健康,避免受傷!透過適當的運動和生活方式的改變,我們可以有效地提高身體的肌肉品質和相位角,促進身體健康。

簡單來說,為了保持身體健康,肌肉品質和相位角的維護非常重要。透過適當的運動來鍛鍊肌肉,以及注意營養攝取和休息恢復等生活習慣,我們可以積極地促進身體健康和幸福感。讓我們從現在開始,注重健康,積極保持肌肉品質和相位角,享受健康的生活!

參考資料

  1.  (PDF) The Need for Standardized Assessment of Muscle Quality in Skeletal Muscle Function Deficit and Other Aging-Related Muscle Dysfunctions: A Symposium Report | Iva Miljkovic-Gacic – Academia.edu
  2. 鍾承穎、洪啟智、黃尚志、陳鴻鈞(2012)。生物阻抗分析於內科學之應用。內科學誌,23(4) 245-253。
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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姿勢不良影響全身——檢查這十點,拒絕當懶骨頭!
careonline_96
・2023/02/16 ・2141字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「今天你怎麼看起來無精打采的模樣?」開會的時候,王副問了小奧一句。

「報告王副,我很有精神喔。」小奧連忙換上了笑容,打直身軀,坐得直挺挺的。

你平常的姿勢好嗎?姿勢是我們身體語言的一部分,萬一姿勢不良,很可能就會被視為一個懶骨頭,或是沒有精神活力,很難給人好印象。然而,保持好姿勢,不僅是為了做做樣子,還影響著長期的身體健康。如果你長期姿勢不良,脊椎更容易磨損,神經更容易受到壓迫,引發肩頸與背部的疼痛。各種疼痛會讓你的姿勢更不好,部分肌肉更為緊繃,影響到肌力平衡,進而增加跌倒的風險。

而且,姿勢不良除了影響到肌肉骨骼的狀況,其實也會影響到胸腔和腹腔。當胸腔的空間變化或侷限,呼吸就會受到影響;而腹腔的狀況也影響體內器官的運作,尤其影響到腸胃活動和消化,都會帶來更多的麻煩。

怎樣算是好姿勢?

「姿勢」就是你如何擺放你的身體,如何 hold 住你的身體,包含了走路、跑步等「動態姿勢」,也包含坐著、站著、睡覺的「靜態姿勢」。沒錯,即使你現在正進行著網路追劇馬拉松,我們也需要放點心思,注意姿勢。

基本上,好的姿勢就是讓身體重量平均分布於地面或椅子上,而脊椎維持正確自然的弧度,沒有過度前傾或後彎,也沒有往一側傾斜,讓骨架、肌肉、筋膜不緊繃,也不過度伸展。

我們先來看最基本的站姿和坐姿:

  • 站姿:

練習站姿站直的時候,可以先靠著牆站好,像要量身高那樣。背部打直並維持自然的弧度,下巴微收,肩膀往後,雙手自然垂放,收進肚子,膝蓋打直,注意重量平均分布於兩腳,且不要翹出臀部。

  • 坐姿:

椅子不要太低。良好坐姿通常代表椅子坐到底,維持脊柱自然的彎曲弧度,在背部中段可以用一捲毛巾或買個椅子靠背墊來輔助。雙腳放在地上,膝蓋九十度,最重要就是不要翹腳,要讓臀部平均分配重量。不要坐太久,每個小時要記得變換姿勢、站起來走一走。

保持好姿勢,還要這幾招

開車的時候不要坐太低,讓膝蓋和髖部約在同一個高度。方向盤高度約在胸口,不要在臉的高度。椅背不要往後倒太多,盡量讓身體一樣是坐直的,屁股坐到底。當然,盡量不要長時間開車。

不要太常低頭看手機,日復一日,月復一月反覆看著訊息與閱讀網頁,加諸在頸椎的壓力可是不小,已經是現代人頸椎快速退化的主因了。要有意識地注意自己使用手機時的姿勢,盡量抬頭、挺胸、縮下巴使用。不要低頭使用手機,要把手機拿高,讓手機上方高度約與鼻子同高。坐著的時候要靠著椅背,調整好螢幕高度,減少駝背或低頭的機會。

延伸閱讀:
脖子緊,頭好暈,站不穩 — 可能是「頸因性眩暈」

少穿高跟鞋!穿高跟鞋的時候,會讓背部弧度太過彎曲,容易引發背痛。而且對膝蓋來說,負擔也會比較大。平常還是多穿著舒適,腳底有軟墊的低跟鞋子吧!

不要選擇太軟的床墊,硬一點的反而能讓脊椎維持正常的彎曲弧度。仰睡的話,枕頭不要選太大,低低的就可以。如果要側睡的話,膝蓋稍微彎曲,並在頭部墊個枕頭,才能保持脊椎的自然弧度。

平常多運動,各種運動對姿勢都有幫助,像是多做背部肌群的訓練,姿勢通常會好一些。而多做瑜珈、皮拉提斯、或芭蕾雕塑類型的練習,也是特別讓你會注意自己的動作與姿勢,並有很大一部分會鍛鍊到背肌和核心,讓你在平時都有好姿勢。

每天至少花十分鐘做伸展拉筋,改善肌筋膜和肌肉張力平衡。如果比較沒有時間,可以做帶有有氧運動效果的動態伸展。

如果需要久坐或久站的時候,可以稍微緩慢地動一下脖子,轉向左邊,再轉向右側,反覆做個幾次來舒緩緊繃的頸部肌肉。

持之以恆保持著「維持好姿勢」的概念,多多檢查自己的姿勢,是為了健康很棒的投資。

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鍛鍊核心肌群留意這幾點,才能有效又安全!
careonline_96
・2023/01/17 ・3012字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

說到鍛鍊核心,許多人會先想到現在年輕人的短上衣與若隱若現的腹肌線條。「是不是要一直做捲腹或仰臥起坐,才能有漂亮的腹肌線條呢?」

然而實際上的練核心,並不是專注於腹部的六塊肌,除了腹部肌群,包括在脊椎、下背、髖部的肌肉群,也就是軀幹中間的這一大部分,或「除了頭、手、腳之外的肌群」,這些我們每天走路、移動、活動一定需要用到的基本,都屬於核心肌群要鍛鍊的範圍;當核心肌群的肌力與活動度增加,對減少下背痛、髖部痛、膝蓋痛都有幫助。

如果你想要開始鍛鍊核心,請注意下列幾點:

  • 注意環境安全

不管你準備做什麼運動練習,首先都要先從安全開始考量。核心的鍛鍊並不困難,只要你有一小塊空間,能夠放個地墊、瑜珈墊,周邊稍微整理一下,自己揮一揮手、轉個身體,確認不會踢到打到其餘物品,就是個安全的環境了。

多數核心運動的鍛鍊是可以用徒手練習達成的,也就是不需要準備其他特殊器材即可練習。

  • 完整熱身

如果你今天只準備要做核心訓練,還是要先做熱身,例如原地踏步幾分鐘,手臂可以同時做一些大幅度的活動,像是肩膀轉圈,雙手畫大圓之類的,讓身體熱起來;或者,做一些類似舞蹈動作的熱身,讓身體每個關節都稍做活動,再進入核心的鍛鍊。

  • 維持好姿勢

在鍛鍊核心的時候,常常會聽到,要「收好核心」或「核心用力」這樣的敘述;如果你還不太有感覺,可以想像將肚臍愈來愈拉近背部,並且收緊尾骨處,這就是收好核心的模樣了。

注意不要翹起臀部,不要骨盆前傾,萬一下背部到臀部的曲度太大,會導致問題並讓下背部愈容易受傷。假使平常是久坐的人想要鍛鍊核心,可能會因為髖屈肌太緊而讓骨盆前傾,這時可以善用滾筒先放鬆一下髖屈肌。

  • 過程之中不應有痛

核心練習的過程中,你會感到腹部核心的肌肉緊縮感,但不應該是痛,尤其要注意躺著練習核心的時候,下背部應該都要平貼在地墊上,過程中若有下背痛,很可能是姿勢並不正確,請不要勉強自己繼續,而是要好好檢查自己的動作並做調整,再度確認下背部有好好地貼平於地面,不要拱背或弓背。

萬一真的怎麼做都會痛,要讓醫師診視,確認是否已有其他肌肉骨骼上的問題。

  • 不要過度強調核心肌力

練核心除了鍛鍊核心肌力外,同時也要做足夠的伸展,保持肌肉的靈活度。空有肌力但沒有靈活度的話,反而會讓核心不穩定,在做各種活動運動的時候,無法做出流暢的動作,也無法讓核心肌力做出適當的發揮。

另外,不需要天天練核心肌力,其實很多複合性動作的訓練過程中,本來就會需要核心的啟動,再過度練習核心反而會帶來下背痛,甚至疝氣,一般一週練習二到三次即可。

  • 逐步提高運動強度

想加強核心運動的強度時,可以靠著加強練習的組數或反覆的次數來做到;另外,改變穩定度也是個很好的練習。像是原本在平坦的地墊上練習,接著可以挑戰「不穩定性」,原本雙腳支撐的臀橋練習改成單腳支撐;原本雙手雙腳著地的棒式,交替地放開一隻手及一隻腳。

不穩定性對核心的刺激是非常有幫助的,不過就像是我們開頭所說的,所有的運動練習都應該首重安全,減少自己受傷的機會。因此最好是在穩定平面的練習中已經可以做的很好之後,再來挑戰不穩定的部分。

在家徒手鍛鍊核心,先做幾個練習

  • 跪姿平衡

採四足跪姿,以雙手和雙膝著地。雙手的距離與肩膀同寬,剛好落在肩膀下方,而膝蓋剛好落在髖部下方。收緊腹部的肌肉,右手離開地面舉至與肩膀同高度,手心向下,穩定後左腳向後伸直舉起,收緊臀部和大腿的肌肉,這時先維持右手、軀幹背部、到左腳都是同一水平高度,僅有左手和右膝著地;停留一兩秒後再回覆原始動作。

  • 捲腹

躺在地墊上,雙膝彎曲,雙腳微微打開踩地。手臂彎曲放在腦後。腹部緊縮用力,抬起上背,讓肋骨往髖骨靠近,肩膀要離開地面,到軀幹約與地面呈 30 度角;腹部緊縮出力、抬起身體時慢慢吐氣。後來慢慢放下背部,開始吸氣,但不要回到原始位置,連續練習個 15 到 20 次。

如果怕自己手放頭後面很習慣太出力而壓迫頸部,可以把雙手伸直往前或交叉放在胸前。每次連續練習完,如果你覺得自己頸部有點緊繃,請躺在地上讓頸部向左向右轉動幾下,緩解脖子的不適。

捲腹變化練習 – 居家練核心

  • 棒式

棒式有許多別名,像是也有人會用「平板式」、「撐體」、「平板支撐」等方式來稱呼。基本動作是趴著面對地墊,手肘位在肩膀正下方,臀部、核心用力撐起身體,僅剩腳尖與手肘手臂是和地面相連的。

不要低頭或仰頭,眼睛看向約 20~30 公分前方的地墊,這是「肘撐棒式」。也可以改成兩手打直,用兩手手掌支撐於地,其餘不變,我們稱此為「掌撐棒式」;可以停留 30 秒到 1 分鐘左右。

棒式變化讓你練全身

  • 側棒式

先右側躺,讓右手肘落在右側肩膀的正下方,右手前臂平貼著地墊;讓膝蓋以下繼續貼在地墊上,抬起髖部、撐起身體,讓軀幹呈一直線,維持 30 秒。如果這樣的動作還算簡單,可以改成雙腳交疊支撐,也就是只有手肘和腳與地墊相連,並保持身體與腿呈一直線。

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