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运动在缓解肌少症中的作用

运动 。运动可能是你所知的最好的肌肉抗衰老“药物”。保持肌肉的活跃可以最大限度地减少肌肉质量和力量的流失。你一定听过“用进废退”这个说法,用在肌肉上再贴切不过。如果你不那么积极运动,肌肉细胞就会像许多发达国家的老年民众那样不再被使用,因此就不会启动修复和重建的过程。

请记住,由于肌肉细胞不会再自行分裂增殖,所以最好的选择是保留现有的肌肉细胞。但我们还是会不可避免地失去一些肌纤维,而运动会使现有纤维 肥大 (hypertrophy),也就是说,单个细胞会变得更大、更强。这个过程需要新的蛋白质生成,所以饮食中必须包含蛋白质的基本成分——氨基酸。本章后面会详细介绍这一点。

剧烈的肌肉锻炼会对肌原纤维造成损伤,特别是在蛋白质纤维重叠的区域,但这种损伤的确切性质尚不清楚。虽然运动会损伤肌肉细胞,但它们通过自我修复和生长来对此做出应对。年轻的肌肉在生长和修复的过程中,卫星细胞一旦被激活,就会产生新的细胞;而衰老的肌肉中卫星细胞会越来越少(多年来已经被耗尽了),剩下的那些细胞对受损肌肉组织所发出信号的反应也越来越弱。无论是年轻肌肉还是衰老肌肉,修复过程都需要时间,所以锻炼后的休息很重要。

耐力和力量 。先介绍几个术语再开始讨论肌肉。首先, 力量 (strength)是指在短时间内进行体力活动的最大能力。比如,你也许能轻而易举地举起一个22.7 kg(50磅)的箱子或重物,而我可能最多只能举起11.3 kg(25磅)的重物。其次, 耐力 (endurance)是在较长时间内反复进行某些体力活动的能力。短时间内的耐力更加复杂一点。举个例子,短时间内完成大量重复的力量训练,如在健身房做卧推或深蹲的能力。耐力通常可以被定义为长时间活动(如跑步或骑自行车)的能力。下面将讨论这两种类型的活动。

深入探讨:肌肉类型

失去肌肉量代表着你会失去力量,但不一定会失去耐力。高龄运动员通常更擅长需要耐力的项目,而不是需要爆发性速度或力量的项目。随着年龄的增长,耐力更容易保持,因为随年龄减少得更慢的是 Ⅰ型肌纤维 (type Ⅰ muscle fibers)。肌纤维是一个整体一起工作的细胞束,如图5.1所示。Ⅰ型肌纤维,也就是慢缩肌纤维,其相比快缩的 Ⅱ型肌纤维 (type Ⅱ muscle fibers)会更慢陷入疲劳。Ⅰ型肌纤维主要提供肌肉耐力,其内分布有较多线粒体,虽然它们的尺寸比快缩肌纤维小,但能从更发达的毛细血管网中获得氧气和营养。这种组合使它们具有更强的 有氧代谢 (aerobic metabolism,即在工作时可以持续接受和利用氧气)能力和抗疲劳能力,从而产生更好的耐力。与Ⅱ型肌纤维相比,Ⅰ型肌纤维产生的力量较为逊色,但它们能够维持较长时间的收缩,这解释了它们在身体平衡和姿势控制方面的作用。慢缩纤维之所以能够保持更长的收缩时间(也就是说,它们疲劳得更慢),是因为它们依赖有氧代谢,也就是通过线粒体来产生更多的能量。快缩的Ⅱ型肌纤维则通过一个不同的代谢系统来产生能量,因此,它们在产生短时间的爆发性速度或力量方面比慢缩肌纤维更出色。但它们会很快耗尽供收缩使用的氧气和营养物质,疲劳得也就更快。

快缩的Ⅱ型肌纤维又可以被进一步划分:Ⅱ b型肌纤维能产生最大的力量,但疲劳得非常快,因为它们依赖 无氧代谢 (anaerobic metabolism,即不需要氧气或线粒体的代谢,因此只能从燃料源中获取一小部分可用的能量);Ⅱ a型肌纤维则介于慢缩的Ⅰ型肌纤维和快缩的Ⅱ b型肌纤维之间,与慢缩肌纤维相比,Ⅱ型肌纤维所含的线粒体和毛细血管更少,并且疲劳得更快。但从另一方面来看,这些更大尺寸的肌纤维能够更快地产生更多的力,这对力量活动和快速反应而言是更为重要的考量。

关于肌肉生理学再多说几句:慢缩肌纤维是最容易启动的,因为其使用的能量最少,而我们的大脑(控制每一次肌肉收缩)天生吝惜能量消耗。如果你要举较轻的东西,则Ⅰ型肌纤维会首先被调用。增加肌肉的负荷会引发“有序募集”现象,于是接下来第二高效的Ⅱ a型肌纤维会被调用,最后才是Ⅱ b型。因此,为了保持这些随着年龄增长最先流失的快缩肌纤维,就必须努力锻炼肌肉。所谓的高强度锻炼能有效地实现这一目标,但锻炼时也要小心,以避免过度的损伤(即受伤)。 [5]

概述 。让我们简要回顾一下:被称为“肌少症”的与年龄相关的肌肉量和力量的下降主要由肌纤维的萎缩(即纤维皱缩并最终流失),特别是负责短时间输出最大力量的快缩肌纤维(如果还要细究,Ⅱ b型更多)的萎缩导致的。大部分的萎缩是由蛋白质合成的减少造成的,这一点将在本章后面详细地介绍。而且,一旦肌纤维流失,脂肪组织就会趁虚而入并取而代之。以下有更多关于这方面的内容介绍。 [6]

肌肉的神经控制 。最后,在肌肉生理学迷你课程的完结部分,介绍一下 运动单元 (motor unit,MU),这指的是一组相同类型且共享同一神经,即 运动神经元 (motor neuron)的肌纤维,而运动神经元则是一种将收缩的指令传递给运动单元的控制结构。运动单元中的肌纤维通常分布在整个肌肉中。图5.2包含了两个这样的运动单元,清晰地说明了单个神经纤维(又名神经元)的分支是如何连接多条肌纤维的。

慢缩单元很小,每个单元包含大约100根肌纤维;而快缩单元要大得多,每个单元有数千根肌纤维。因为慢缩单元更小,所以在一块肌肉中有更多的慢缩单元。当大脑向一个特定的单元发送一个信号时,单元中的所有纤维都会以相同的速度全力收缩。慢缩单元是由最小的运动神经元控制的。事实证明,最小的神经元最容易被激发,这就是当我们进行低强度的活动,如站立或移动较轻的物体时,慢缩单元首先被募集的另一个原因。

而当我们开始更用力时,快缩单元将被募集。为了产生更多的力量(如拉起更重的负荷),我们不得不募集更多的单元。正如上面所说,当我们开始一组练习时,首先是更小的、更高效的慢缩单元被调用;随着这些单元开始疲劳,如果它们没有时间恢复,那么就会有更大的快缩单元被募集。一种情况,如果负荷太轻,或者在快缩单元被募集之前就停止了,它们就不会被锻炼到;另一种情况,如果负荷太重甚至还需要多次重复(如1~2次),这时就需要募集所有的运动单元来完成这几次动作。然后快缩单元将首先力竭,此时中速纤维甚至还没有用上。

深入探讨:肌肉的神经控制

和许多衰老问题一样,快缩的Ⅱ型肌纤维的流失也是由多个因素造成的。首先,随着年龄的增长,所谓的 神经肌肉接头 (neuromuscular junction, NMJ )数量减少。NMJ正是传递肌肉收缩信号的运动神经元与肌肉细胞相连之处。神经元的控制中心位于脊髓中,并激活信号沿着一根细纤维被发送出去,这根细纤维又会分成许多更细小的纤维,每一根纤维最终都以NMJ为终点。

在老年小鼠身上,快缩肌纤维的NMJ流失量是慢缩肌纤维的两倍多。NMJ的损伤机制是复杂的,且会涉及其所有组成部分(如肌肉内、外侧区域)。当肌肉试图修复损伤的NMJ时,神经会从邻近的慢缩肌纤维中出芽,连接到受损的快缩肌细胞(记住,肌肉有更多的慢缩单元)。这种神经出芽是好现象,因为它保持了对运动单元的控制,但它将先前的快缩肌纤维转变为了慢缩肌纤维。此外,随着运动神经元的老化,它们进行出芽并与附近失去NMJ的纤维重新连接的能力也在衰退。还可能会发生的现象是:较小的慢缩肌纤维会随着年龄的增长而体积变大,这可能是由脂肪渗入纤维取代了流失的肌肉细胞造成的。这种体积的增大意味着身体对这个单元的精细控制变弱了。最后一点,Ⅰ型(慢缩)肌纤维的卫星细胞比Ⅱ型(快缩)肌纤维的多。回想一下,Ⅰ型肌纤维总是首先被募集,因此,可能需要更多的卫星细胞来修复Ⅰ型肌纤维的持续损伤。但当我们老去时,由于快缩肌纤维中卫星细胞的数量较少,这就意味着这些细胞不会得到及时的修复或替换。 [7]

与小鼠不同,人类的衰老会伴随着运动神经元的丧失,可能是因为人类活得更长吧。在衰老的人类和啮齿类动物身上,脂肪和胶原蛋白(结缔组织中的蛋白质;第四章提到过,它是皮肤中常见的组成成分)开始渗入神经和肌肉。最初这减慢了信号从脊髓到肌肉的传递速度,而最终则会导致运动神经元的死亡。如果神经元本身死亡,NMJ当然也就不复存在了,相应的运动单元也会流失,除非这个运动单元能从附近的神经元中获得新的控制。几项研究发现25%~50%的运动神经元会在25~60岁时逐渐丧失。但这通常要到年龄较大(如超过70岁)时才会明显感觉到,因为对大多数人来说,神经元的流失都有一个阈值;低于这个阈值时,即使运动神经元流失了,肌肉功能也几乎没什么变化。换句话说,你并没有真正注意到,你拿起物品的速度已经不如以前那么快了。只有当你到了70岁,失去了50%的运动单元,而你根本无法举起重物时,你才会真正意识到这种明显的变化。而且肌肉的流失量因肌肉类型的不同而各异,慢缩肌的流失更少。最后,大脑和脊髓发出的告诉肌肉收缩的指令的传递速度也会随着年龄的增长而减慢。

为什么这里要探讨这些NMJ的情况,以及它们随着年龄的增长而发生的变化呢?因为目前尚不清楚,NMJ的变化是导致肌肉质量和力量下降(肌少症)的原因,还是肌少症带来的后果。但这是很重要的,因为这一过程如何开始,将直接决定所采取的推迟肌少症发病的策略和干预措施。 [8]

扩展内容:为什么肌肉抽筋和痉挛越来越频繁?

很多人都会发现,随着年龄的增长,我们会出现恼人或痛苦的肌肉抽筋,尤其是腿部肌肉,特别是在夜间。骨骼肌在没有意识控制的情况下发生的收缩,称为痉挛。如果痉挛持续很长时间,就是抽筋。在抽筋的过程中,肌肉会凸出,变得清晰可见,抽筋会持续几秒钟到一刻钟,且会反复出现,直到最终放松。抽筋可能涉及一块肌肉的一部分、整块肌肉,或几块通常一起活动的肌肉,如相邻手指的屈曲肌。

研究人员发现,运动神经元中快速的异常放电会导致肌肉抽筋。通过使用麻醉药物阻断来自神经的信号,便能找出两种可能的解释。第一种,可能是脊髓中的运动神经元对抽筋的肌肉发出了不恰当的信号。第二种,抽筋可能是由于NMJ的自发活动(记住,NMJ是运动神经元连接肌肉并告知其收缩之处)。因为麻醉药物可以阻断脊髓神经元发出的信号,并成功防止肌肉抽筋,所以他们得出结论,脊髓中的某些活动导致了肌肉抽筋。具体怎么回事呢?研究人员认为,运动神经元的 过度兴奋 (hyperexcitability)会导致其在不适当的时机产生收缩信号,比如当你想睡觉的时候。换句话说,运动神经元受到了过度的刺激,就会像一个疲倦的幼儿一样变得暴躁和易怒,所以神经元的活动就会失常。那导致这个现象的原因是什么?可能是过度用力引起的疲劳、脱水(这可能会打乱神经细胞和肌肉细胞的内部平衡)或某些疾病。

如果过度的肌肉疲劳导致了过度兴奋,就可以选择拉伸肌肉的方法去抵消。如前所述,骨骼肌都有内部监控机制,当肌肉被拉伸时,监控机制会告知其状态。过度的拉伸会损伤肌肉,所以这些监控机制会向脊髓发送信息来避免这种情况,脊髓收到信息后会再发回一个指令来抵抗拉伸。当你坐在治疗室的治疗床上,医生用小锤子轻敲你的膝盖时,就会看到这种反射的演示。

也就是说,肌肉本质上是反对拉伸的,那该如何拉伸它呢?嗯,肌肉还有第二种反射机制,当一块肌肉被使用时,其相对的肌肉(控制骨骼的肌肉通常成对出现;当一块肌肉收缩时,相对的肌肉必须拉伸)会被阻止收缩。所以,当一块肌肉收缩时,比如大腿前部的股四头肌,反射信号会让大腿后部的肌肉放松,任其拉伸,这就是所谓的“主动拉伸”。

我尝试过用一个坚固的泡沫轴滚压僵硬的肢体,比如小腿。当肢体被放在泡沫轴上缓慢地滚压时,肌肉就会经历“被动拉伸”。而当身体的大部分重量压在与泡沫轴接触的腿后部时,我认为这是通过减轻腿前部的重量模拟主动拉伸。

某些罕见的疾病也会引起过度兴奋,可通过神经症状确诊。另外,人体内的水分或电解质水平也会影响肌肉的活动,这是因为神经和肌肉之间的信号是通过电解质传递的。换句话说,此类物质过多或过少都会影响信号的强度。含钙、钾、钠等离子的化合物的水平都会影响神经肌肉的活动,而同时水合作用又会间接影响这些物质的浓度(血液中水分过少会使它们的浓度增加,反之亦然)。 [9]

深入探讨:为什么会发生这一切?

接下来将从生理学的角度分析一些不好的消息(比如在肌肉细胞内和细胞本身到底发生了什么)。而要讨论导致肌肉中与年龄相关变化的过程,我们还必须更深入地了解细胞内的结构和分子。肌肉流失有很多相互关联的原因,包括炎症、氧化损伤和线粒体相关变化、激素变化和程序性细胞死亡[即 细胞凋亡 (apoptosis)]。更明显的是(也可能不那么明显),行为的改变也会导致肌肉的流失。但这部分内容专业性略强,所以你可能只想大致浏览下,或者完全跳过。无妨,即使没有读过这些内容,也不影响你理解本章最后一节提出的缓解肌少症的建议,并从中受益。

炎症 。正如第三章所说,随着年龄的增长,慢性的低度炎症会变得越来越常见,这种炎症被贴切地称为“ 炎性衰老 ”(inflammaging)。某些 细胞因子 (cytokine,即免疫系统细胞释放的化学信号,可激活其他细胞;详见扩展章节)可能是造成这种所谓的无菌性炎症的原因——之所以称为无菌,是因为我们没有发现感染或损伤之类的明显原因。当炎症作为对感染的一种应答而发生时,细胞因子会导致细胞损伤或死亡,从而使机体摆脱引起感染的微生物。而无菌性炎症则不同,它只会损害组织,并导致许多衰老的不良影响。

深入探讨:细胞因子的炎症领域

TNF-α :肿瘤坏死因子-α是一种炎性细胞因子(即引起炎症的细胞因子),由初次免疫应答细胞在急性炎症期间产生,会在靶细胞中引起许多反应,导致细胞损伤或死亡(凋亡)。

IL-1β :白细胞介素-1β是另一种由白细胞产生的炎性细胞因子,白细胞是一种免疫细胞。IL-1β参与多种细胞活动,包括细胞凋亡,还会导致与炎症相关的疼痛。

CRP :C-反应蛋白是一种血液蛋白,其水平在炎症反应中会上升。其在体内的作用是与已死亡或濒死的细胞(以及某些类型的细菌)表面的某些分子结合。这种结合会指示免疫系统去消灭这些细胞。许多人可能都曾通过血常规检测过CRP的水平,这是评估炎症的常用方法。

IL-6 :白细胞介素-6是一种可由许多细胞产生的炎性细胞因子(最初在白细胞中被发现并因此得名)。IL-6也能由脂肪细胞产生,这或许也是肥胖者CRP水平较高的原因之一吧。IL-6和TNF-α也能阻断一些由生长因子,如胰岛素样生长因子-1(前几章提到过,后文会有多次提及)介导的组织修复机制。

如上所述,疼痛和细胞死亡是慢性炎症可预见的后果,但这与衰老的肌肉有什么关系呢?结合前面的内容,你可能会猜测,高水平的炎性细胞因子,如TNF-α和IL-6,与年龄增长伴随的肌肉力量和质量的下降以及身体活动能力和行动能力的丧失有关。对的,这些细胞因子的水平的确会随着年龄的增长而升高,而肌肉又对诸如TNF-α和IL-6这样能促进蛋白质分解的细胞因子非常敏感,所以肌肉会逐渐流失。 [10]

炎症也与 细胞凋亡 (apoptosis)密切相关,这是另一种导致肌少症中肌肉流失的路径。所谓细胞凋亡是一种细胞自杀的程序,典型的例子是在胚胎发育过程中手蹼和脚蹼细胞的去除。

在成年期,清除因受伤、氧化损伤而受损的细胞,或转化为癌细胞的细胞对身体是有益的。细胞因子TNF-α可以诱导肌肉细胞凋亡,但如果太多的肌肉细胞死亡,肌肉就会萎缩,进而导致肌少症。

细胞凋亡和炎症与肌少症涉及的第三种机制(就是第三章介绍过的 氧化损伤 )相互作用。在最佳条件下,氧化作用、抗氧化剂和细胞因子之间存在一个平衡。但是过多的 ROS (活性氧类,又名自由基,这也是第三章的内容)碰上非常薄弱的细胞抗氧化防御,就会导致肌肉的氧化损伤,从而导致炎症及其后续影响。

下面再深入了解一下肌肉中氧化应激的来源。还记得吗?肌肉会收缩,这是其做功的一种形式。收缩需要能量,这能量从何而来?从 线粒体 中获取的燃料主要以葡萄糖的形式存在(尽管还可以利用脂肪或蛋白质等其他形式的燃料),氧气充足时,氧气会被用来产生细胞的能量货币—— ATP 。同时,正如第三章中解释的那样,氧气可以产生ROS,而ROS又会造成细胞的氧化损伤。于是,你会认为既然锻炼比不锻炼会产生更多的ROS,不如不锻炼。而事实上,锻炼得越多,肌肉就越能激活抗氧化防御系统。换句话说,运动本身就是一种很好的抗氧化补充剂,甚至可能是最好的一种,因为它直接针对肌肉。就像之前说的,运动是 兴奋效应 (hormesis)的一个绝佳例子,在这种情况下,有一点压力是一件好事。 [11] 运动过程中产生的ROS可以刺激肌肉使其表现得更好。尽管如此,关于抗氧化剂对老年人的潜在益处的研究还不多。请记住,身体的防御系统会随着年龄的增长而减弱。一些研究人员认为,将抗氧化剂与运动相结合可能是有益的。但在这个问题上,各方还没有达成一致。

最后,请记住,当肌肉流失时会有东西取代它,通常是脂肪。而脂肪是一种非常有趣的组织,它不仅仅是一层惰性的脂肪细胞,还会产生许多激素和细胞因子,特别是上面说过的IL-6。

深入探讨:肌肉细胞的合成代谢活动

肌肉本身可以产生大量上述的细胞因子,在肌肉中产生的细胞因子被称为 肌细胞因子 (myokine)。例如,当你锻炼时,肌肉会释放IL-6(记住,这是一种激发炎症的化合物)。你锻炼得越多越努力,IL-6释放得就会越多,随着年龄的增长,这无疑就是事实。对此你会疑惑:“什么?锻炼不是对我有好处吗?”好吧,这恰恰说明了炎症的复杂性。当IL-6在血液中循环时,它会刺激能抑制上述炎性细胞因子的其他化合物的释放,并刺激抗炎细胞因子,如IL-10的释放。IL-10则可以阻断许多炎性细胞因子的合成。这个过程是兴奋效应的一个极好的例子:一点坏事(IL-6水平升高)会产生一个有益的结果(减少炎症)。

肌肉还会产生其他的细胞因子(记住,这些是信号)来告诉肌肉进行生长和修复,它也能向其他身体细胞发送信号。 合成代谢 (anabolism)指的是体内产生细胞和维持细胞活动的代谢过程;相反的作用(即分解)则被称为 分解代谢 (catabolism)。被称为 生长因子 (growth factor)的合成代谢化合物(详见下文),如生长激素( GH )和胰岛素样生长因子-1( IGF-1 ),控制着肌肉细胞的生存及生命早期的正常生长。(如果你想温故而知新,可以仔细阅读第三章。)大多数人可能对合成代谢类固醇比较熟悉,它是一种生长因子,通常被非法使用以促进 肌肥大 (hypertrophy,即体积扩大),因为它有刺激肌肉生长的作用。

脑垂体是一个位于大脑底部的小腺体,能释放生长激素,刺激肝脏产生IGF-1。这些激素能在体内引发很多效应,包括肌肉的修复和生长。

在成人体内,当肌肉遇到较大压力或受到损伤时,生长因子会调用干细胞,产生新的肌肉细胞。例如,IGF-1可以作用于许多不同的靶点,如干细胞、肌纤维、肌肉代谢活动、蛋白质合成和分解过程及神经肌肉接头。虽然IGF-1和其他生长因子,如生长激素,听起来其作用像是有助于预防年龄增长所致的肌肉流失,但实际情况是复杂的。而且奇怪的是,这些因子太多的话反而会抑制肌肉的修复。 [12]

骨骼肌还会产生对运动神经元存活至关重要的生长因子。记得吗,是这些神经细胞告诉肌肉收缩。这些生长因子在不同年龄对神经元的影响也不同,神经细胞会产生膜孔[称为 受体 (receptor)],生长因子可以借助于这些受体进入细胞。随着年龄的增长,运动神经元所产生的某些受体会减少,而其他受体则会增多,这可能一定程度上解释了IGF-1不合常理的作用。事实上,肌少症的程度与神经生长因子受体水平的下降密切相关。

就像脂肪一样,肌肉也不仅是被动的靶标,而且在不断地与身体的其他部分积极互动着。这也是肌肉对整体健康产生有益影响的基础。例如,当你锻炼肌肉(运动)时,它们会释放上面描述过的 肌细胞因子 (myokine),并影响其他肌肉,以及脂肪组织、肝脏、胰腺、骨骼、心脏、免疫细胞和脑细胞。

其中一些肌细胞因子可作用于免疫系统,帮助免疫系统保持活性。随着年龄的增长,免疫系统的功能也会减弱,部分表现为清除炎性细胞因子等信号的效率降低。于是这些炎性物质便积聚起来,导致炎性衰老,而炎性衰老则是许多与年龄相关的紊乱的根本原因;而肌肉流失是此类炎症的另一个有害副作用。肌肉越少,免疫系统调控能力越弱,炎症就越多,这构成了一个恶性循环。打破这种恶性循环的方法是保持尽可能多的肌肉量。

一种特别有趣的肌细胞因子是肌生成抑制蛋白(myostatin),具有抑制肌肉生长的作用,看起来有些不合常理,但这也是有道理的,因为你不想让肌肉变得太大。就像《三只熊》 所描述的故事一样,你希望肌肉不要太大,也不要太小,合适的就刚好。因此,肌肉生长因子和抑制因子(如肌生成抑制蛋白)之间的动态相互作用使肌肉的大小保持在适当的范围内。那些不产生肌生成抑制蛋白的动物(由于基因突变),或者被药物阻断其抑制作用的动物,肌肉明显更大。肌生成抑制蛋白的基因及其作用,是在培育成体形较大、瘦肉量较多的2种新品种牛的研究中确定的。比利时蓝牛和皮埃蒙特牛 [13] 被发现缺乏肌生成抑制蛋白,这导致了它们有较大的体形和更多的肌肉组织。下面还会对肌生成抑制蛋白和合成代谢化合物进行更多的介绍。

另一种重要的肌细胞因子叫作艾帕素(apelin)。当然,其水平也会随着年龄的增长而下降,但还会因锻炼而有所提升。其作用听起来就像青春之泉:刺激线粒体的产生,促进蛋白质的合成,帮助肌肉干细胞发挥作用。 [14]

骨骼肌会吸收血液循环中的大部分糖分。当肌肉不断流失时,血糖水平也会随之上升,这会进一步导致与年龄相关的2型糖尿病风险。相反,运动可以稳定血糖水平。 [15]

线粒体 。回想一下本章开头说的,线粒体是细胞的发电机。在年轻人体内,线粒体占肌纤维体积的5%~12%,具体比例取决于肌肉类型(快缩型还是慢缩型)。由于尚不清楚的原因,这些细胞器的数量会随着肌肉细胞的衰老而减少。

运动中的肌肉会大量使用线粒体,这似乎意味着其有更多的机会释放破坏性ROS。但事实证明,闲置的线粒体反而会释放更多的破坏性ROS。而当线粒体在运动中高速处理燃料时,抗氧化防御系统就会启动。耐力性运动还会使肌肉细胞产生更多的线粒体,并激活修复和替换线粒体的系统。当然,这可以抵消线粒体随年龄增长而出现的损失,进而抵消肌肉流失造成的影响。

随着年龄的增长,线粒体也会损坏,出现“渗漏”,一些膜物质会逃逸进细胞中,并触发细胞的自杀程序,进而导致肌肉萎缩或肌肉减少。但讽刺的是,衰老细胞中的线粒体连这种自杀机制都会失去,而这又会通过刺激炎症和氧化损伤进一步增加对衰老肌肉的损害。 [16]

深入探讨:线粒体衰老

很少有研究关注线粒体随着年龄增长所发生的变化。其中的一项研究对年轻(平均年龄21岁)男性和年长(平均年龄75岁)男性进行了为期12周的有氧运动训练并对训练前后的状况进行了比较。两组研究对象的肌肉量和调节线粒体活动的蛋白质都有类似的增加。年轻组的 最大摄氧量 (VO 2 max)确实超过了年长组。最大摄氧量是衡量运动时摄取氧气的量的指标。

当比较两组积极运动的研究对象的肌肉活检结果时,在年长者的肌肉中可以观察到更高的肌肉细胞死亡率。这种细胞死亡会导致肌少症特有的肌肉萎缩,其正是由线粒体“渗漏”引起的。因此,衰老肌肉细胞中的自杀信号更高,但其清除“渗漏”线粒体的机制却会经常失败。由这个结果推导出的一个可能的解决方案将在下面讨论。 [17]

还记得神经肌肉接头(NMJ)吗?在这些位点,神经连接到肌肉并启动收缩。过量的ROS不仅会导致NMJ的退化,ROS造成的氧化损伤还会破坏生成NMJ的蛋白质的结构,有点像你头发上粘上了泡泡糖。在小鼠身上,当受损线粒体的清除过程(一种 自噬 ,第三章有提到)得到改善时,NMJ的损失就会减少。 [18] 2aamfrhE0KVkFNbc5GmzHPs9fdS+LJIbXBAjlDmNxBMoE72fR7cZLuQ8GnEevJqG

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