氧與粒線體 是大腦維持正常運作的重要關鍵

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大腦
氧是大腦生存最基本的需求,透過氧才能製造出能量。這個能量生產的中心,是細胞裡一些小而美的架構:粒線體(mitochondria)。(圖/ingimage)
  就像大多數身體器官在新陳代謝時需要營養一樣,尤其是大腦,高度需要營養。大腦的結構需要營養,神經纖維外面包的髓鞘需要營養來維持和修補,使它可以保護大腦不受壓力或過度使用的傷害,假如受傷了,這些營養物質可以癒合傷口。

  氧是大腦生存最基本的需求,透過氧才能製造出能量。這個能量生產的中心,是細胞裡一些小而美的架構:粒線體(mitochondria)。粒線體就是我們細胞中生產能量的地方,它製造細胞功能所需的能量,在這個過程中,產生了自由基(free radical),這個自由基會破壞我們的細胞。粒線體也是細胞的發電廠(powerhouse),這些小架構看起來就像細胞本身;我們可以這麼說,它們是細胞中的細胞。它們有自己的DNA。而且,假如沒有穩定供氧,粒線體就無法發揮其功能。

  幾億年前,粒線體是自由生存的細菌。地球上是先有細菌,才有植物和動物的,它們可以在最惡劣的環境下生存;有的細菌甚至可以以吃水泥維生,在很熱的水中生存。生物學家相信,在一個反常的意外事件中,這個細菌住進了另一個細菌的身體裡。這個侵入的細菌,必須製造雙倍的能量,給它的宿主使用,主人才會允許它住在身體裡,於是雙方都獲益,生長旺盛之後,變得越來越複雜:這可能就是演化的驅動力。現在有許多證據支持這個理論。然而,現在粒線體不再是自由生存的有機體了。它們現在依賴它的宿主(細胞),來提供它們生存必要的營養。

  每個細胞裡的粒線體數量並不一致。紅血球細胞中沒有,肝細胞中卻高達2000個。在心臟的肌肉中,因為心臟能量的需求高,細胞質中有40%是粒線體。這些粒線體非常有機動性:它們會在細胞中遊走,哪裡需要氧,它們就會到哪裡去。例如,在神經細胞中,粒線體會沿著軸突走,把能量送到突觸去。

  粒線體需要菸鹼酸來製造能量。菸鹼酸不足時,粒線體的功能減低。能量的生產縮減,開始於粒線體衰變(decay)的有毒過程;情況惡化之後,能量生產遲緩,就會降低細胞抵抗自由基侵害的能力,先是引起粒線體死亡,最後導致細胞死亡。粒線體的衰變,被認為是巴金森症、多發生硬化症和失智症的主要原因之一。

  試想一下,假如粒線體被適當餵食,像子彈火車(bullet trains)一樣,在神經元的軸突上奔馳,很有效地把能量送到突觸去,使神經元可以和其他神經元有效溝通。現在,想像一下缺少菸鹼酸的大腦。一開始,調用食物中的色胺酸來製造菸鹼酸,短期還應付得來。但若菸鹼酸不足長期持續下去的話,色胺酸會用掉,就無法製造血清張素了。目前,大腦缺少血清張素的典型症狀為開始出現焦慮和憂鬱、衝動性和攻擊性的行為。

  當這個缺乏的情況持續幾個月,甚至幾年,粒線體製造能量的能力就下降了。沒有足夠的能量,軸突就會壞死,不同神經細胞之間溝通的能力就受到干擾,不但影響大腦各部位之間的溝通,也會影響大腦和身體各部位的溝通。假如神經上的減緩,影響動作的緩慢、溝通的困難以及對時間和空間上的混淆,也沒有什麼好奇怪的,而這些正是阿茲海默症的症狀。

  但我們不能認為粒線體的衰變,完全是菸鹼酸單一不足所造成。所有維持大腦正常功能必須的重要營養,都直接或間接跟維持粒線體的健康有關係。(更多相關內容,盡在《吃出健康高智能的大腦》,遠流出版。)

關於艾琳.波爾福德-梅森 博士(Aileen Burford-Mason, PhD)

  艾琳.波爾福德-梅森是1位免疫學家、細胞生物學家和細胞分子營養學家。這是營養學的特別領域,運用節食法搭配維生素、礦物質、胺基酸和其他營養素,來預防疾病。她是加拿大以科學思維來提倡均衡營養學的領導者,在多倫多大學(the University of Toronto)擔任助理教授,同時也是多倫多醫院癌症研究實驗室主任。

   

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