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細胞自轉之道 - 電機恆動定律

細胞自轉之道 - 電機恆動定律

(人法地,地法天,天法道,道法自然 ... 老子道德經)

觀察天際間星球的運轉方式,地球繞循太陽轉,月亮繞著地球轉,億萬年來持續且恆常地運轉不輟,那人可以效法日月的恆常運行嗎?

可以的,在能量守恆下,靜者恆靜、動者恆動,人類生存在地球上,自然地必須遵循這個自然定律。人類的細胞運作中就蘊含著天地運轉的法則,而這個細胞中如同天體運行的祕密,卻仍未被現今的人類科學所探索發現到。

細胞用氧進行發電

在此,我們依序來解開這個細胞運作的天大祕密,首先要了解的是細胞用氧來發電。細胞如何發電?從微生物電池的科學技術中可以深入理解到,特別的微生物會將CH有機物分解成電子(e-)、質子(proton,即H+)和二氧化碳;所以設計微生物電池時將這類特別的微生物置放在正極端,正極輸入葡萄糖等CH有機物,負極端則輸入氧氣,正負極間用質子交換膜分隔,再用一條電路連結正負兩極,作為電子(e-)通道。

Working Principle of MFC (Microbial Fuel Cells)
微生物電池的運作原理

在人體細胞中也存在著相同的發電機制,就在粒線體(mitochondrion)內,因此常稱粒線體為人體的發電機。

Cell and Mitochondrion
人體細胞與細胞內的粒線體

 

電子傳遞鍊
人體發電線路:粒線體內的電子傳遞鏈(electron transport chain)

其中粒線體的內膜(inner membrane)做為質子交換膜,提供質子(H+)通道;電子傳遞鏈(electron transport chain)則是電子通道。細胞將葡萄糖轉換成NADH或FADH2,做為正極的輸入,透過粒線體複合物(Complex I & II)將其分解出電子(e-)與質子(H+);而O2做為負極輸入,在粒線體複合物(Complex IV)中承接電子傳遞鏈上的電子,與H+結合產生水。

電子(e-)在電子傳遞鏈上提供電力,透過粒線體複合物將粒線體內部(matrix)的質子(H+)泵出(pump)到內外膜間隙中,拉高質子梯度(proton gradient), 推動質子穿透ATP合成酶(ATP Synthase) 。而正因為有質子流動的推力下,才得以驅動將ADP與Pi(磷酸鹽)合成為ATP 。

        ADP + Pi + Energy → ATP

where Pi is phosphate and energy comes from the proton moving by proton gradient.

ATP and ADP
ATP(Adenosine Triphosphrate)  vs.  ADP(Adenosine DiPhosphrate)

 

人體粒線體的發電過程是將電力轉換成生化能量ATP,而ATP則是所有生化反應的能量單元(power unit),缺少ATP則致使生化反應異常或是無法驅動生化反應之進行。

要特別強調的是,氧氣做為電子傳遞鏈上的最終受體,拉動電子之順暢移動。一旦氧氣供給不足(即發生缺氧)時,電子無法在電子傳遞鏈上順暢移動,質子無法有效泵出,將致使粒線體內膜膜電位差(membrane potential)不足 (因proton gradient不夠),導致ATP無法合成 (以電學的角度來看,即缺氧造成壓降,電力不足致使無法合成ATP)。

若細胞缺氧嚴重時,整個電子傳遞鏈的電子移動將無法動作,致使有氧代謝途徑無法進行,細胞將切換至無氧代謝途徑,丙酮酸被轉換成乳酸,ATP的生成效率將大幅滑落。(在有氧代謝中,一分子的葡萄糖在可以生成38個ATP分子,最終產物是CO2與H2O;但在無氧代謝中,一分子的葡萄糖只生成2個ATP,且生成2個乳酸,乳酸對人體有害,將致使細胞組織酸化,造成肌肉痠痛,且必須送至肝臟才能予以分解。)

細胞電解水來生成氧氣

細胞可以發電,細胞有電就能對水進行電解來生成氧氣。人體組織中水佔約70%,同時又有大量的Na+、K+離子做為電解質,而從食物中吸收的鋅、銅等微量元素則當作電極, H2O中游離的H+、OH-在電子流動(即電流)中可生成O2與H2

水的電解
電解水以生成氧氣

氧發電、電生氧,細胞恆常運轉不息

細胞用氧發電,電力充足又可以對水進行電解來生成氧;細胞在供氧充足下,細胞就能自行正常運作不出問題。細胞自轉之道就如同電機系統在能量守恆定律下,維持靜者恆靜、動者恆動一般,只要電力充足,就能維持電機恆動。

透過電機恆動定律,我們可以深入解析人體運作的原理。舉例說明如下:

1.為什麼心跳停止之後,必須透過外部電擊後才能讓心跳重新跳動?

因為從靜止狀態變換到運動狀態需要更多能量輸入,遠超過人體運作能量的上限,所以必須要透過外力電擊來提供。

觀察所有的電子電機設備,起啟電流要遠大於運轉電流,因為"靜態->動態"所需要做的功率要遠大於"動態->動態",從公式P(功率)=V(電壓) x I(電流)= I2 x R(電阻)上得知,放大電流可以提高功率,所以一般壓縮機的啟動電流是運轉電流的4~6倍,藉此產生足夠力量來帶動壓縮機運轉。

同樣地,人體心臟這個壓縮機,一旦停止運作後若想要重新啟動,必須要有更大的電流才能產生足夠的力量,然而這個啟動電流過大,超過人體所能提供的上限,只得透過外力電擊來產生。

2.為什麼晚上睡不安穩,睡睡醒醒的人在早上起床後反而會覺得更加倦累?

對機電系統而言,一直持續地在進行"關機->開機"的動作,不但造成更多的電力消耗,也容易造成元件損耗,系統容易燒毀。同樣地,對人而言,睡不安穩、睡睡醒醒的人不但消耗更多體力,且造成身體細胞的受傷損耗,加遽身體缺氧的程度,將導致起床後會覺得更加的疲勞倦累。

反過來問,那人為什麼會睡不安穩,睡睡醒醒呢?

因為人體發生缺氧時(如同電機系統的壓降),缺氧會引發身體其它器官的缺氧(壓降引發其它元件的壓降,可參照缺氧引發更嚴重地缺氧:缺氧的系統性連鎖反應),尤其是引發腦細胞缺氧。而一旦腦細胞發生缺氧時,身體就必須從睡眠中被喚醒以放大吸氧量,藉此來避免腦細胞缺氧再度惡化(可參照失眠都是腦部缺氧造成的)。這就是為什麼生病的人會難以睡好覺,且愈是缺氧嚴重的人(如癌症病患)就失眠愈嚴重。

人體逆老回春、健康不病的祕密:細胞恆常自轉不息

人的自癒力從何而來?來自細胞自轉而合成胺基酸、蛋白質的功能;

人的自體免疫力從何而來?從免疫細胞如T細胞、B細胞的自轉功能而來。

當人體60兆細胞都能自轉不輟時,所有器官的功能運作都也將正常無誤;當全身60兆細胞能含氧充足且充份運轉時,人就能夠逆老回春、健康不病。

透過電機恆動定律的觀點來檢視電機系統,充份運轉的系統可以用很少的電力就可以維持電機系統的運作不停止(因動者恆動);同樣地,供氧充足的人體可以透過氧發電、電生氧,恆常自轉不已。但是人體一旦出現缺氧時,缺氧事件會引發一系列的惡性缺氧連鎖反應,打斷細胞自轉機制後,就必須補足更多的氧氣,費耗更大的能量與資源來重建與重啟細胞自轉機。

所以人體要效法日月星辰恆常運轉的祕密就在:讓全身60兆細胞含氧充足,就能輕鬆地維持細胞的自轉功能;所以不要發生缺氧,全身細胞都能健康正常地恆常運作,而一旦缺氧發生時,就會衍生系統性的缺氧,將耗費更多的氧氣與能量才可重建細胞運轉。

 

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