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科學新知|偶爾讓身體冷一下!降低糖尿病、肥胖與失智風險,慢老又長壽

科學新知|偶爾讓身體冷一下!降低糖尿病、肥胖與失智風險,慢老又長壽

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以科學的方法,活化長壽基因。
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文/辛克萊、拉普蘭提 圖片來源/Shutterstock

編按:如何喚醒長壽基因?我們都知道運動有益健康,但到底要動多久、強度多高才有效?除了運動、禁食(熱量限制),偶爾置身寒冷的環境,竟然也能活化粒腺體,連帶讓糖尿病、肥胖與阿茲海默症的罹患比例降低。老化與人類壽命研究領域的搖滾巨星辛克萊博士,以各種研究舉證,為我們指出長壽的可能秘密。

幾個世紀以來,運動一直是促進生命活力的良方,但箇中原因,並非大多數人甚或許多醫生所想的那樣。

自從英國醫師哈維(William Harvey)發現血液是透過複雜的血管系統在人體循環流動以來,近400年間,醫生普遍認為運動可促進血液循環,減少血小板堆積,因而有助於改善健康狀況。

但是,原因並非如此。

運動確實會改善血液流動,增進心肺功能,也的確有助於肌肉更加強健。然而,比起這些,更重要的、真正的緣由在於更小規模層面所發生的簡單情況,也就是發生在細胞裡的情況。

運動量較大端粒就年輕  死亡率跟著降低

當研究人員研究數千名運動習慣各不相同的成年人,觀察其血液細胞中的染色體端粒長度時,他們發現了驚人的相關性:運動量大的人端粒較長(註:端粒是保護染色體末端免於損耗的罩子,類似鞋帶末端的繩花或繩索燒焦的末端,當年紀漸增、端粒磨損,細胞會將端粒視為DNA斷裂,因而停止分裂並開始衰老)。

根據美國疾病控制與預防中心(Centers for Disease Control and Prevention)發布於2017年的一項研究,運動量相當於至少每週5天慢跑半小時的人,比那些久坐不動的人,其端粒顯然年輕近10年。但是,為何運動會延緩端粒縮短呢?

你只要思索一下,長壽基因如何利用古老的生存迴路運作,就會發現這樣的結果相當合理。想要活化長壽基因,讓細胞轉換成生存模式,限制攝食量與飲食中減少攝取大量胺基酸並非唯一方法。

運動顯然是對身體施加壓力的另一種方式。運動可提高NAD濃度,進而活化生存網絡,增加能量產生,並迫使肌肉增生更多微血管以攜帶氧氣。不論熱量攝取多寡,運動有助於長壽調控因子AMPK、mTOR,和去乙醯酶正確調節,促進新的血管產生,改善心肺健康,使人更強壯,當然,還能延長端粒。

舉例來說,SIRT1和SIRT6有助於端粒延伸,並可包覆端粒防止其降解剝損,它們之所以有此作用,並非因為缺乏食物或任何特定的營養物;反之,它們會啟動是因為生存迴路所掌管的激效作用,而運動這種較溫和的逆境可喚醒並啟動細胞防禦能力,且不會造成太大破壞。

可是,運動沒有捷徑,人人都得靠自我鞭策,特別是隨著年紀漸長更應如此。然而,65歲以上的人只有10%保持運動習慣。至少,好消息是,我們不必連續運動數小時。

近期研究發現,每週跑步6至8公里的人(對許多人而言,這樣的運動量每天僅需不到15分鐘就能達成),心臟病發作的死亡率可降低45%,總死亡率則可降低30,著實效益斐然。

只動10分鐘也有幫助  高強度間歇訓練效果最佳

研究人員還檢視了超過5萬5,000人的病歷,並將這些文件與15年內頒發的死亡證明進行交叉對照。他們從其中3,413名死亡案例中觀察到,那些告訴醫生自己有跑步習慣的人死於心臟疾病的機率遠小得多,這結果不令人意外。即使研究人員轉而針對肥胖和吸菸進行觀察,在研究期間跑步者死亡的機率也相對較低。

最令人震驚的莫過於,不論跑多少步,顯然同樣都有健康效益,即使是每天約10分鐘的適度運動也有益於延長壽命。

儘管如此,悠閒的散步與快跑之間依然有所分別。為了完全啟動長壽基因,強度至關重要。梅約醫學中心(Mayo Clinic)研究人員研究了各類運動對不同年齡層的效果,他們發現,雖然許多運動對健康都有正面效益,但是唯有能明顯提高心律和呼吸速率的高強度間歇訓練(highintensity interval training,HIIT),啟動促進健康的基因數量最多,年長的運動者數量更為顯著

劇烈運動讓人倍感艱辛時,你肯定深有所覺。你的呼吸加深加快,心跳次數達最大心律的70%至85%,你汗如雨下,得先喘幾口氣才能說上幾句話,這是典型的缺氧反應,正好足以引發適度壓力來啟動身體的抗老防衛機制,但又不會造成永久性傷害。

我們仍在努力了解所有長壽基因的作用,但是有件事已相當清楚,透過運動活化的長壽基因是運動有益健康的原因,益處包括延長端粒;促進新的微血管產生,輸送更多氧氣到細胞;增強粒線體活性,以消耗氧氣製造更多化學能量

許久以來,我們便知道這些身體活動會隨著年紀大而退化;但是,現在我們也知道,受到運動施加壓力影響最大的基因可使身體活動恢復至年輕時的水準。換句話說:運動會啟動基因,使我們從細胞開始再次回復青春。

享受高熱量後再運動可行嗎?不!定期禁食+運動才能長壽

我常被問到:「我能吃想吃的東西,然後再消耗掉多餘的卡路里,這樣行嗎?」我的回答是「不行」。當你提供小鼠高熱量飲食,之後再讓牠們消耗掉熱量,壽命延長的幅度幾乎微乎其微。

熱量限制飲食也是相同道理。若你把肚子填飽,即便熱量不高,也會失去部分的健康效益。熱量限制法要起作用,飢餓感必不可少,因為飢餓有助於啟動大腦釋放長壽激素的基因,至少根據美國愛因斯坦醫學院蔡東升的最新研究證實如此。禁食(熱量限制)和運動兩者結合能夠延長壽命嗎?這自然是毫無疑問,若你同時做到了這2件事,那麼恭喜你,長壽之路就在腳下。

不過,還有更多養生秘訣可以讓你更長壽。

偶爾讓身體感到寒冷  可啟動長壽基因

20多歲抵達波士頓前,我一直都待在澳洲。從文化上來說,我並沒有適應困難的問題。對我而言,最難適應的是寒冷。

小時候,我以為自己知道什麼叫冷。當雪梨超過一世紀的官方氣象站天文台山(Observatory Hill)顯示溫度接近結冰(freezing)時(現代歷史上氣溫其實從未降到冰點以下),那就是寒冷。

波士頓是另一個世界,果真是天寒地凍。

我花錢買了外套、毛衣和長袖內衣,且多半待在室內。就像許多博士後研究生一樣,我經常熬夜,全心投入研究工作;但是,事實是,我之所以許多晚上不回家,是因為我不想走到戶外。

今時今日,我希望當初自己能有不同的應對方式,希望當初乾脆告訴自己堅強點,在酷寒中散個步,或在一月中旬將腳浸入查爾斯河。因為事實證明,啟動長壽基因的另一種高效方法,就是將身體暴露於不舒適的溫度之下

當我們脫離中間溫度帶(thermoneutral zone),意即離開身體不須特別努力即可保持溫暖或涼爽的溫度範圍,一切隨之發生變化。我們的呼吸方式改變了,流入和流經皮膚這個人體最大器官的血液產生轉變,心跳加速或減慢。之所以會產生這些反應,並非「理所當然」,所有反應都可追溯至數十億年前「倖存的勇者」為生存而戰的遺傳根源。

體內平衡(Homeostasis)是生物在外部環境變化下,保持內在穩定平衡的趨向,是共通的生物學原理。它也是引導生存迴路的力量,因此,體內平衡的情況隨處可見,尤其在低溫環境下。

低溫活化棕色脂肪  降低糖尿病、肥胖與阿茲海默症風險

隨著科學家日漸關注減少食物攝取量對人體的影響,大家很快就發現熱量限制具有降低核心體溫的作用。最初,我們並不清楚這是否有助於延長生命力,或僅僅是生物暴露於此種特殊壓力下時,體內發生各種變化的副作用。

不過,2006年時,斯克里普斯研究院(Scripps Research Institute)一組研究團隊對部分實驗室小鼠進行基因改造,利用巧妙的基因工程技術改造其體內的恆溫機制,實現了一大壯舉,使牠們的體溫比正常小鼠低了半度。

該團隊在小鼠的下視丘加入額外的UCP2基因,下視丘負責調節皮膚、汗腺和血管,UCP2使下視丘的粒線體(註:粒腺體常被稱為細胞發電廠)發生短路,因此產生較少能量但更多熱量,反過來導致小鼠體溫調降了攝氏半度。結果顯示,雌鼠壽命延長20%,相當於增加7年的人類健康壽命,而雄鼠壽命則延長了12% 。

此研究所涉及的基因不僅隸屬於複雜的生理機制,可誘使下視丘認為小鼠體溫較高,也是一次又一次與長壽相關的基因,而人類體內也有類似基因。

5年前,來自貝絲以色列女執事醫療中心和哈佛醫學院的研究人員組成的聯合研究小組指出,小鼠的UCP2基因失去效力時,衰老速度更快。2005年,當時在康乃狄克大學健康中心的赫爾芬德與其團隊證明,針對性上調果蠅的同功基因(analogous gene),母果蠅壽命可延長28%,公果蠅則提高11% 。

2017年時,感謝加拿大魁北克拉瓦爾大學的研究人員,UCP2基因與老化的關聯終於獲得證實,該團隊證明UCP2不僅能讓小鼠「變冷」,低溫會讓基因活化棕色脂肪組織(brown adipose tissue)。

棕色脂肪組織富含粒線體,簡稱「棕色脂肪」。過去一直被認為只存在於嬰兒體內。現在我們知道,成人體內也有棕色脂肪,只是年紀愈大,數量愈稀少。隨著時間過去,它變得愈來愈難找,不但與白色脂肪混在一起,而且在整個身體裡分布愈加不均。

棕色脂肪在不同人體內的不同區域「閒晃」,有時在腹部,有時分布於上背。這使得研究人類棕色脂肪更加困難,通常得運用正子斷層造影才能定位,而且還得先注射放射性葡萄糖做為顯影劑。不過,齧齒動物研究為棕色脂肪與長壽的關聯提供了重要資訊。

例如,一項針對基因突變(Ames)侏儒鼠進行的研究指出,這些格外長壽的Ames侏儒鼠體內,棕色脂肪的功能更強。其他研究則顯示,擁有大量棕色脂肪或每天受凍3小時的動物,負責調控粒線體、增強UCP的去乙醯酶基因SIRT3數量明顯增加,且罹患糖尿病、肥胖與阿茲海默症的比例大幅降低

綜合上述,這就是為何我們必須了解如何以化學物質取代棕色脂肪發熱作用(thermogenesis)的原因。名為粒線體解偶聯劑(mitochondrial uncoupler)的化學物質可模仿UCP2的效用,讓質子滲出粒線體膜,就像在水力發電廠的大壩上鑽孔一樣,使粒線體發生短路,結果不是變冷,而是產生熱量這個副產品。

圖說:寒冷會活化長壽基因:寒冷會開啟去乙醯酶基因,進而啟動背部和肩膀的保護性棕色脂肪。照片是作者於1999年在麻省理工學院體驗「冷療」。

(本文摘自辛克萊、拉普蘭提著,《可不可以不變老?:喚醒長壽基因的科學革命》,天下文化出版)

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