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分子|從分子層面雕刻肌肉，新數學模型預測鍛煉肌肉最優方式


分子|從分子層面雕刻肌肉，新數學模型預測鍛煉肌肉最優方式
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圖片來源@視覺中國
文 | 腦極體
在社交網絡中，人們對于顏值和身材的追求無比狂熱：不露臉的腹肌照，健壯發達的肱二頭肌、胸肌，分分鐘讓人沉淪。無論是出于塑形減脂，還是保持精神活力的目的，健身都成為了大眾參與較多的運動方式，雖然健身的過程比較痛苦，但也不影響人們反反復復地放棄與參與。
誰不想成為街頭最靚的仔呢？不過對于健身愛好者來說，如何花費最少的時間對身體進行最成功的雕刻，是大家最為關心的事兒。我們在市面上可以看到各種健身鍛煉視頻和書籍教導人們如何鍛煉，基本上這些信息都是從對大塊肌肉的刺激角度來展開。對于個體來說，鍛煉的效果不盡相同，刺激的時間、刺激的有效負重都沒有定量的標準。技術是否可以在分子的精微層面，研究出千人千面更加有針對性的鍛煉方案？
最近有個劍橋大學的研究，解決了這個問題。他們可以從分子級別的肌肉增長層面判斷特定的運動量對肌肉生長的影響程度。
肌肉的最佳成長模式劍橋大學的研究人員使用理論生物物理學方法構建了個模型，該模型可以判斷特定的運動量會導致肌肉生長的程度以及需要多長時間，簡單來說這個模型可以預測鍛煉肌肉的最佳鍛煉方式。
為什么有效的鍛煉對于健身來說這么重要？科學研究顯示，對于不同的個體來說，每個人的肌肉生長都有一個最佳的阻力訓練重量。肌肉只能在很短的時間內接近其最大負荷，并且隨著時間的累積，負荷會激活細胞信號通路，從而合成新的肌肉蛋白質，但負荷低于某個值，肌肉負載不足，運動時間將不得不成倍增加以進行補償，因此有效的肌肉刺激鍛煉，省時又省力。
無論是對普通人還是專業的頂尖運動員來說，更好地了解肌肉生長的原因和方式，對肌肉進行特定訓練，通過定期高價值的訓練來最大限度地發揮潛力，這樣可以節省大量時間和資源。
研究肌肉的生長，需要從單個肌肉或其單個纖維中找到關鍵去觀察。肌肉由單獨的細絲組成，這些細絲只有2微米長，寬度不到1微米，小于肌肉細胞的大小。肌肉生長的部分解釋必須在分子尺度上，而提取肌肉細胞去觀察會忽略運動過程中的氧氣和葡萄糖水平等其他影響因素。
研究人員發現肌聯蛋白的肌肉成分負責產生影響肌肉生長的化學信號。當肌肉被拉伸時，其中的很大一部分蛋白質會伸展，但在肌肉收縮時，一小部分蛋白質分子也會處于緊張狀態。這部分肌聯蛋白包含所謂的肌聯蛋白激酶域，它是產生影響肌肉生長的化學信號的域。如果分子在更大的力下或在相同的力下保持更長時間，則它更有可能打開，這兩種情況都會增加激活信號分子的數量，這些分子會誘導更多信使 RNA 的合成，從而產生新的肌肉蛋白質，并且肌肉細胞的橫截面增加。
研究人員從一個簡單的模型開始，該模型跟蹤在受力下打開的肌聯蛋白分子，并啟動信號級聯。他們使用顯微鏡數據來確定肌聯蛋白激酶在受力下打開或關閉并激活信號分子的依賴性概率。通過增加額外的影響因子，如代謝能量交換，以及重復長度和恢復，使模型變得更加復雜。
模型研究發現肌肉生長主要發生在最大負荷的 70%。在此之下，肌聯蛋白激酶的開放率急劇下降，并阻止了機械敏感信號的發生。除此之外，模型已經定量預測了快速衰竭的肌肉負荷鍛煉會阻止肌肉的生長。這也意味著快閃式的運動方式，對于增肌毫無卵用，循序漸進的雕刻肌肉才會引起質變。
這個模型以定量的、分子級別的研究方式剖析了肌肉的成長，研究人員表示未來可以基于研究的模型，開發為軟件APP，用戶可以通過輸入他們個人生理的一些細節參數來優化他們的鍛煉方式以快速讓肌肉成長，實現針對特定目標提供個性化的鍛煉方案。而在模型的改進方面，未來會使用男性和女性的詳細數據擴展他們的分析，現在的很多運動研究嚴重偏向于男性運動員。