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肌肉變脂肪?胡說!

葉綠舒
・2010/12/18 ・867字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 469 ・五年級

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本文原發表於Miscellaneous999[2010-12-06]

今天有個頗為轟動的新聞,就是打肉毒桿菌素(botulinum toxin A)會使肌肉變脂肪

看來還頗令人恐懼的,畢竟大家都不希望自己的肌肉變成脂肪。不過,如果學過生物化學的人就知道,人不能把肌肉變成脂肪。所以筆者就去查了一下外電,發現根本就是一派胡言!外電中根本就沒有提到肌肉變脂肪,只有提到muscle weakness and atrophy,連脂肪(lipid, fat)這個字都沒出現!

至於說為什麼人不能把肌肉變成脂肪,是因為我們缺少了一個代謝循環。這個代謝循環(glyoxylate cycle)可以把醣類和氨基酸初步氧化後產生的乙醯輔酶A(acetyl CoA)轉化為脂肪,當然也可以走相反的方向。

植物跟微生物具有這個代謝循環,所以可以把醣類、氨基酸變成脂肪,或把脂肪變成醣類、氨基酸。對植物來說,glyoxylate cycle最重要的時候是在種子發芽的時候。

植物是光合自營生物,但在種子發芽時期,因為尚未發育而不具有葉綠素,必須完全依賴子葉或胚乳內貯存的養份;但種子的體積有限,要提供胚胎的能量需求,加上胚胎成長需要的小分子,勢必要在種子內貯存大量的脂肪(這是能產生最高能量的分子)於是如何把脂肪轉換為醣類(用來組成細胞壁,細胞壁由纖維素cellulose構成,纖維素是一種多醣)甚至氨基酸就很重要了。

講了這麼多,其實很感慨的是我們的媒體如此不用功,翻錯外電也就算了,這次還無中生有,真是令人無言!

12/13後記

其實原文是研究「長期」施打肉毒桿菌素A,會使肌肉萎縮、衰弱(muscle weakness and atrophy)。肉毒桿菌素的作用就是阻斷神經末稍分泌乙醯膽鹼(acetylcholine),在治療上用來抑制肌肉抽搐,它使肌肉不能動(因為管那條肌肉的神經末稍麻痺),那樣肌肉就不會一直抽搐,當然肌肉不能動也不會有縐紋。

長期使用肉毒桿菌素,因為肌肉一直沒有運動,久了當然會衰弱、萎縮,這個道理就像骨折的病人打石膏一兩個月,骨折部位的肌肉一直包在石膏裡都沒有運動當然就萎縮的道理是一樣的。

其實這個研究做跟不做大概都沒差,有人為了衝論文數量作了這樣的研究,然後我們的記者大人為了衝閱讀率在新聞上無中生有,唉!

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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「想像力」幫費爾普斯奪下了23面金牌,難道,我也可以嗎?——《心念的力量》
商業周刊
・2022/08/20 ・2148字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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泳壇的傳奇人物——「飛魚」費爾普斯

美國游泳健將麥可.費爾普斯(Michael Phelps)擁有二十八枚獎牌(其中二十三枚是金牌),至今仍然是最多榮譽獎牌的奧運選手。

費爾普斯的能力似乎超越了人體的極限,一些記者質疑他驚人的表現實在是「好到令人難以置信」。然而,費爾普斯在職業生涯中自願參加許多禁藥測試,也都全部通過。

也許他驚人的比賽成就可以用另一個異乎尋常的優勢來清楚地解釋,亦即他非凡的觀想能力。

在訓練期間、或為重大比賽做賽前準備時,他會想像一場完美的比賽。

他在《夢想,沒有極限》(No Limits)的自傳中寫道:「我能看到起點、游泳姿勢、蹬牆、轉身、終點、策略等所有細節。一切的想像,就像我在腦海中規畫了一場比賽,而這種規畫有時似乎讓比賽結果一如我所預期的」。他認為,正是這種能力幫助他成為最偉大的奧運選手,而不是純粹的身體能力。

費爾普斯是擁有最多奧運獎牌的游泳選手。圖/Getty Images

激發想像力、強化運動表現

科學實驗已經證實,觀想的效果是深遠的,對職業運動員和休閒鍛鍊者來說都是如此,最引人注目和驚人的影響在於人的肌肉力量。

在一項研究中,科學家在進行某種形式的心理訓練之前,測量了參與者的前臂力量。這項任務很無趣,但是很簡單:他們必須每天花十五分鐘,每週五天,想像自己在用前臂舉重物,例如一張桌子。

一些人被要求從內在觀想來做這件事,想像自己在舉重的動作;另一些人被要求從外在觀想來做這件事,就像他們從自己身體外面看自己一樣。對照組則完全沒有進行任何練習。

六週後,結果令人驚訝,運用自我內在觀想的人,力量新增了 11%——儘管這組人沒有任何實際的舉重練習。那些運用外在觀想的人顯示大約 5% 微幅的改善(但研究人員無法確定這具有統計顯著性),而對照組實際上似乎稍微弱一些。

與其他改善健康的心理技巧一樣,如果體力完全只是由肌肉質量決定,將會無法解釋這些發現。然而,根據心理生物學新的運動觀點,這一切是很有道理的。

請記住,運動表現取決於大腦對身體能達到的目標和運動強度的預期,然後再藉此規畫肌肉的力量和疲勞程度。

心理意象可以提高身體對自身能力的感知、增強發送給肌肉的訊號,並改善運動協調性。圖/Pexels

心理意象可以讓你有意識地完善這些預測、並提高身體對自身能力的感知、增強發送給肌肉的訊號,並改善運動協調性。

正如諾克斯的研究,即使在運動極度疲勞時,運動員通常也沒有運用到大部分的肌肉纖維,但這些心理意象可能會鼓勵身體召喚更多沒用到的肌肉纖維。

針對運動員對於賽事進行生動觀想的腦部掃描顯示,對身體運動的想像會啟動大腦內部主要的運動皮層和基底神經節的區域,這些區域通常涉及運動的規畫和執行,讓大腦準確地計算出需要刺激哪些肌肉、以及對身體的影響。而這些增強的預期心理將轉化為真正的表現提升。

根據這個理論,內在想像比外在想像更成功,因為能夠更詳細地預測你在運動期間的感受,進而使身體能夠更有效地執行動作。

注意!想像不能讓你變超人,僅僅是運動的輔助工具

當然,心理訓練不能、也不應該取代身體訓練,但卻可以讓運動員充分利用休息時間,以及避免受傷後力量流失。

例如,當人的四肢被打上石膏時,身體肌肉通常會變弱,但俄亥俄大學(Ohio University)的科學家發現,每天幾分鐘的心理練習可以將這些損失降低一半。

對於一般人來說,心理訓練應該只是另一種工具,藉此強化運動的好處。

雖然「想像」可以提升運動表現,但並不代表可以直接取代身體的訓練,也不代表可以讓一般人超出人體的極限!圖/Pixabay

如果你覺得上健身房是一種壓力,想要改變你對運動的心態,那麼定期想像運動的好處可以使你更享受整個過程。如今,針對青少年、中年和老年人參與者的各種研究已證明,每週有規律地練習幾分鐘的運動想像,可提高人的動機、對運動的享受、以及運動表現。

當你親自測試這一點,在想像你的表現時不要好高騖遠。

你不想讓自己失望,這會降低你的動力,或是要小心過度勞累導致受傷(如果沒有持續的體能鍛鍊,身心合一的效果也是有限的)。當你在想像運動時,試著把注意力集中在過程中希望感受到的積極感:例如,充滿活力和興奮的感覺,而不是疲勞或倦怠。

就像費爾普斯一樣,你將會「重新規畫」身心合一,讓自己克服任何可能妨礙表現的心理限制,如此一來,運動就不再是一個無法克服的挑戰。

——本文摘自《心念的力量:運用大腦的期望效應,找到扭轉人生的開關》,2022 年 7 月,商業週刊

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返老還童之術?——細胞外囊泡如何讓「年輕的血液」恢復「衰老的肌肉」?
查克爸
・2022/01/06 ・3096字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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關於返老還童這件事,科學家再度探索到一些眉目了,有可能回復你青春的肉體,喔不是,應該說是恢復為青春狀態的肌肉!

眾所皆知,身體的肌肉量會隨著年紀增長,而且從 25 歲開始,人體每年減少的肌肉量比率約 1%[1],到了 60 歲以後,減少速度還會加快。因此,「返老」的一個關鍵,就是恢復肌肉的年輕程度,或是說,如何讓老化的肌肉,又一次擁有較強的再生能力。而如何使衰退肌肉「年輕化」,便是本次介紹的研究中,研究人員想要解開的謎題。

不過這個賦予肌肉恢復再生能力的方法,可能會讓各位有點驚訝,因為匹茲堡大學及其醫學中心的研究團隊,是讓較老的小鼠,接受年輕小鼠的血液,將衰老肌肉恢復年輕肌肉所有的特徵[2]。乍聽起來,是不是有點像武俠小說裡,需用血液為引的武功,或是傳說中會飲血且永保青春外貌的吸血鬼呢?

「肌」不可失,但肌肉流失卻是自然現象

當提到肌肉時,很自然地會與運動連結在一起,要有靈活的運動能力,強健的身體肌肉必不可少。偏偏現實如此殘酷,隨著年齡提高,我們的肌肉就是會逐漸地變小、變弱,不僅如此,連受傷後的癒合能力也一併變得較差。但你可能問:「我天生身強體健,每周還固定重量訓練,維持身體狀況,確保肌肉總量。都做到這樣了,肌肉還是會減少嗎?」是的,殘酷的事實再度襲來,歲數增加就會開始流失肌肉,但好消息是,有經常規律運動的各位,比起平常較少運動的人,肌肉流失的速度較慢。

而其他還有很多狀況也會造成肌肉流失,例如運動量太少或超量、來不及補充蛋白質、或是長期臥床缺少活動。如果你擔心自己或長輩的肌肉量不足,想知道有沒有評估方法嗎?有的,各國研究文獻指出,小腿圍跟肌肉量高度正相關,這時候要讓我們秀出小腿,量一量小腿圍,在臺灣一項大型研究成果顯示[3],當 50 歲以上的男、女性小腿圍,分別低於 34 及 32 公分時,就可能有罹患肌少症的風險。

既然大致知道人類肌肉老化的生理現象了,現在是時候來看看哪位「小神醫」能讓衰老的肌肉回春吧!

肌肉量隨著年紀增長而下降是自然現象。圖/Pixabay

用「細胞外囊泡」載回年輕的肌肉

研究團隊在血液中尋覓到的這位小神醫,就是近幾年在生技醫藥界火速受到重視竄起的小小明星,「細胞外囊泡」(Extracellular Vesicles, EVs)[4]。這個直徑僅 30-50 奈米的細胞外囊泡,為什麼會受到重視呢?其實,細胞外囊泡人人都有,身體各個細胞幾乎都會釋放這個顆粒,可以想像它是一個外層裹覆細胞膜的運輸裝置,內部載有蛋白質、脂質、DNA、RNA 和訊息因子等多種物質,且可以轉運給其他細胞,是細胞間交互作用及溝通的重要角色之一。換句話說,它參與細胞調控,與人的生理機制息息相關。

讀到這,你看到 EVs 與老化肌肉恢復再生能力的關聯了嗎?研究結果驗證,細胞外囊泡與骨骼肌恢復年輕有關,他們透過「異時性血液交換機制(Heterochronic blood exchange, HBE)」[5] 這一套換血方法,將年輕小鼠血液中的血清,連同 EVs 注射至肌肉受傷的老年小鼠體內,而與注射安慰劑的小鼠組別相比,肌肉受傷的實驗組小鼠,確實獲得了再生功能的強化。反之,若將年輕小鼠血清中的 EVs 去除呢?賦予受傷肌肉的回春能力也隨之消失。

細胞外囊泡可攜帶多種物質(示意圖)。圖/作者繪製

EVs 載運的貨物百百種,哪一個是回春關鍵?

既然可說細胞外囊泡是位小神醫,那它帶著許許多多不同的物質,就好比是各種特效藥了。接下來,我們就得問,到底哪一個才是恢復衰老肌肉的「靈丹妙藥」。研究人員進一步分析核酸、蛋白質以及脂質後,發現叫做「Klotho」的關鍵物質。數據表明,年輕小鼠的 EVs 中,所攜帶的 Klotho mRNA 較老化小鼠來得多,且 Klotho 蛋白質總量也有差異,因此下一步就要解讀 Klotho 與肌肉再生的關聯。

在此要先了解一下肌肉前驅細胞(muscle progenitor cell),或稱肌肉先驅細胞。這一類細胞與耳熟能詳的幹細胞有點相似,都能分化成特定細胞,但前驅細胞的功能少一點、可分化的類型也少一些,且會更專一地向某細胞族群分化,就像是這次關注的肌肉前驅細胞,顧名思義就與肌肉有關。

接著我們把 Klotho 蛋白質抓回來一起討論,有人稱這個蛋白質為「長壽蛋白」,已被確定是肌肉前驅細胞的調節蛋白,並發現當年輕小鼠的肌肉損傷時,Klotho 蛋白質的表現量會上升,而年老小鼠體中則是較為恆定不變的狀態[6]。研究不僅發現 EVs 會傳遞 Klotho mRNA 給肌肉前驅細胞,也能看到老年的小鼠,其 EVs 內的 Klotho mRNA 含量少,因而導致細胞中轉譯的 Klotho 蛋白質連帶較少,而這也解釋了肌肉衰老的部分成因。

顯微鏡下的骨骼肌纖維。圖/Wikipedia

推進肌肉年輕化的研究應用

假如這個首次發表的再生醫療領域研究成果,其結論是「發現細胞外囊泡能促使老化肌肉恢復再生能力」,無疑是個引人注目的發現,但想依循這個成果實際應用,可是會處處受限。

要記得, EVs 本身參與細胞調控攜帶的物質非常多,如果有一個肌肉再生療法,方法是直接注射自血液分離的 EVs,那可能發生什麼事?結果可能很美好,也可能非常糟,因為細胞將受到多種調控訊息的刺激,衰退的肌肉或許變年輕了,但其他細胞也不受控制,而這還沒談論異體移植的重重困難。

不過,這次成果值得注意,是因為研究團隊驗證 EVs 攜帶的 Klotho 有效用,那應用的道路就相對明確多了,就如同國際復健醫學中心(UPMC)的 Fabrisia Ambrosio 博士所說,他們未來的其中一個目標是,設計出載有特定貨物的 EVs,如此便有機會決定目標細胞的調控反應。換句話說,就是希望減少不可控的因素。當哪天成功達成這一步,以這個研究成果來說,人類也許便能利用 EVs 改善受傷肌肉的恢復功能、強化衰老肌肉的再生能力等。

不僅是肌肉,EVs 還可逆轉其他衰老現象

看到這,細胞外囊泡用於肌肉的各種應用方式,是不是慢慢在腦中描繪浮現了呢?不論是運動員肌肉受傷後的復原治療、年長者衰退肌肉的照護治療、長期臥床病患萎縮肌肉的再生醫學等,在未來都有可能被創造。

倘若單單使肌肉返老還童仍無法滿足,現有林林總總的研究證據顯示,EVs 還隱藏多種使人青春永駐的能力尚待開發,舉凡動脈硬化、關節軟骨再生、認知衰退的改善[7]等等都是。甚至人人聞之色變的癌症,也與 EVs 有關,因為癌細胞同樣會分泌細胞外囊泡。因此,科學家正試圖找出 EVs 內的特定物質,藉以當作標記物來篩檢癌症,例如臺灣有做肺腺癌快檢系統的研究[8]

細胞外囊泡的應用層面非常廣,所以可期待的是未來將有不少與 EVs 有關的醫療,讓人維持健康的生活,而研究者們也可持續深入做其他延伸研究。

參考資料

1. 身體質量指數(BMI)正常的人就不需要運動嗎!?

2. Sahu, A., Clemens, Z.J., Shinde, S.N. et al. Regulation of aged skeletal muscle regeneration by circulating extracellular vesicles. Nat Aging 1, 1148–1161 (2021).

3. Hwang AC, Liu LK, Lee WJ, Peng LN, Chen LK. Calf Circumference as a Screening Instrument for Appendicular Muscle Mass Measurement. J Am Med Dir Assoc. 2018 Feb;19(2):182-184.

4. Doyle LM, Wang MZ. Overview of Extracellular Vesicles, Their Origin, Composition, Purpose, and Methods for Exosome Isolation and Analysis. Cells. 2019;8(7):727.

5. Conboy, M. J., Conboy, I. M., & Rando, T. A. (2013). Heterochronic parabiosis: historical perspective and methodological considerations for studies of aging and longevity. Aging cell, 12(3), 525–530.

6. Sahu, A., Mamiya, H., Shinde, S.N. et al. Age-related declines in α-Klotho drive progenitor cell mitochondrial dysfunction and impaired muscle regeneration. Nat Commun 9, 4859 (2018).

7. Villeda, S., Plambeck, K., Middeldorp, J. et al. Young blood reverses age-related impairments in cognitive function and synaptic plasticity in mice. Nat Med 20, 659–663 (2014).

8. 以胞外囊泡(EVs)偵測肺腺癌細胞之快檢系統研發與驗證-肺腺癌胞外囊泡小分子核糖核酸腫瘤標誌的鑑定分析

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查克爸
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查克爸|醫學生物技術領域 碩士,現職是有點神祕,也與自然科學有關的評量工具研究人,專心將各種研究設計為科學教育評量工具的同時,也投入喜愛的科普領域。