肌肉“魔法”

王安逸

相比我們強(qiáng)壯的祖先，現(xiàn)代人類的力量實(shí)在是太弱。1964年，蘇聯(lián)人類學(xué)家德貝茨比較了2855具人類標(biāo)本的脛骨、肱骨和股骨的尺寸數(shù)據(jù)。這些骨骼標(biāo)本來自中亞、中歐、北歐和非洲，樣本年代從中石器時(shí)代一直到中世紀(jì)。德貝茨通過比較得出結(jié)論：在人類演化過程中，肌肉力量總體呈下降趨勢(shì)。例如，3500年前生活在阿爾泰山脈（俄羅斯）的古人肌肉力量可以媲美現(xiàn)代男子舉重運(yùn)動(dòng)員。

2014年，英國(guó)劍橋大學(xué)科學(xué)家麥金托什在對(duì)距今7300年～1170年、生活在中歐地區(qū)的古人類的大腿骨和脛骨進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)男性農(nóng)夫股骨骨密度與劍橋大學(xué)學(xué)生越野跑運(yùn)動(dòng)員的接近。他認(rèn)為，古人類從追捕野獸轉(zhuǎn)向種植谷物而導(dǎo)致人類（尤其是男性）的下肢力量和整體運(yùn)動(dòng)能力逐漸下降。

如果再往前比，現(xiàn)代人（即智人）的力量更無法與已經(jīng)滅絕的人屬動(dòng)物——尼安德特人（簡(jiǎn)稱“尼人”）相比。雖然智人在智力、耐力和身高等方面都超過尼人，但尼人的骨盆寬度、關(guān)節(jié)和四肢骨骼的橫截面積都超過智人，這表明他們的力量也超過智人。以野牛等大型哺乳動(dòng)物為獵物的尼人可以馱著動(dòng)輒數(shù)百千克的獵物回洞穴。即便是奧運(yùn)會(huì)女子舉重冠軍，可能也難以在掰手腕比賽中贏過一個(gè)強(qiáng)壯的女性尼人。尼人的祖先——海德堡人不但比現(xiàn)代人類更健壯，而且海德堡人男性平均身高更是超過1.8米。在海德堡人遺址掘出了象、犀牛等大型獵物的骨骼。運(yùn)動(dòng)量的下降導(dǎo)致現(xiàn)代人更容易患上骨質(zhì)疏松癥、肥胖，以及其他一大堆相關(guān)疾病。

人類肌肉力量不如猩猩

不要說放眼整個(gè)動(dòng)物界，僅僅是在靈長(zhǎng)目中，現(xiàn)代人類的肌肉力量也是很弱的。山地大猩猩是靈長(zhǎng)目動(dòng)物中體格最健壯的，平均體重195千克，差不多相當(dāng)于3個(gè)成年男性的體重。據(jù)《吉尼斯世界紀(jì)錄大全》記載，一頭銀背山地大猩猩曾經(jīng)抬起過815千克的重物?？茖W(xué)家估算出山地大猩猩的平均力量是人類成年男性的5～9倍。

人類的肌肉力量甚至比不過黑猩猩這種看似力量不強(qiáng)的靈長(zhǎng)目動(dòng)物。2017年，美國(guó)密歇根州立大學(xué)科學(xué)家對(duì)比了黑猩猩和人類的肌肉收縮力量。結(jié)果顯示，黑猩猩肌肉的輸出力量峰值是同等體積人類肌肉的1.35倍，原因是黑猩猩肌肉中快速抽動(dòng)纖維的比例高于人類肌肉。快速抽動(dòng)纖維能產(chǎn)生強(qiáng)大爆發(fā)力，獵豹等善于高速奔跑的動(dòng)物肌肉中就含有很高比例的快速抽動(dòng)纖維。

雖然人類在力量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于大多數(shù)靈長(zhǎng)目動(dòng)物，但我們消耗的能量卻是最多的。即便去除體型和日?；顒?dòng)差異的影響，人類成年人的平均總能量消耗（基礎(chǔ)代謝消耗能量加食物生熱作用再加身體活動(dòng)能量消耗）還是比黑猩猩高400千卡（1千卡=4186.8焦），比大猩猩高635千卡，比紅毛猩猩高820千卡。肌肉是消耗能量最多的組織，人類的肌肉比例在四種動(dòng)物中最低，卻擁有最高的平均總能量消耗，這是為什么？答案是我們的大腦消耗了許多能量。普通人的大腦質(zhì)量雖然僅占體重的2%，消耗的能量卻占人體每日總消耗能量的20%。

動(dòng)物天生肌肉更發(fā)達(dá)

動(dòng)物幾乎不用鍛煉就能獲得讓人類羨慕不已的肌肉。成年獅子白天除了尋找食物，大部分時(shí)間都在休息，但它們照樣有發(fā)達(dá)的肌肉。其實(shí)，不僅野生動(dòng)物可以“不勞而獲”，而且許多馴化后的家養(yǎng)動(dòng)物也有爆發(fā)力十足的肌肉，比如大多數(shù)時(shí)間都在休息和閑逛的家貓。即便是外號(hào)“閃電”的世界短跑名將尤塞恩·博爾特（最高奔跑時(shí)速44.72千米）也別想追上一只撒腿飛奔的家貓（最高奔跑時(shí)速60千米）。鳥類甚至只需要吃就能增肌。每年，白頰黑雁要進(jìn)行3000多千米的遷徙。它們?cè)谶w徙前什么準(zhǔn)備活動(dòng)也不用做，只需不停地“吃吃吃”，為長(zhǎng)距離遷徙儲(chǔ)備能量。除了脂肪，它們用于飛行的肌肉量也會(huì)增加。

1997年，美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)科學(xué)家運(yùn)用基因敲除技術(shù)敲除了小鼠體內(nèi)的GDF-8（即生長(zhǎng)/分化因子-8，現(xiàn)統(tǒng)稱肌肉生長(zhǎng)抑制素）基因。結(jié)果，敲除基因的小鼠比同齡同品種小鼠的肌肉體積增加了1～2倍，肌纖維數(shù)量增加了73%。除了基因敲除手段，自然突變也會(huì)導(dǎo)致一些動(dòng)物無法合成GDF-8，從而使肌肉生長(zhǎng)失控。比利時(shí)藍(lán)牛、非洲山地大猩猩和澳大利亞紅大袋鼠是這方面的典型例子，它們不用鍛煉就擁有一身發(fā)達(dá)的肌肉。

GDF-8還會(huì)影響人類。2004年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一名德國(guó)男童缺少GDF-8基因，這導(dǎo)致他從出生起肌肉體積和力量就遠(yuǎn)超同齡男童：4歲時(shí)他就可以每只手各平舉一只3千克啞鈴。GDF-8水平?jīng)Q定著動(dòng)物肌肉發(fā)育程度，一些動(dòng)物因?yàn)轶w內(nèi)無法合成GDF-8而形成碩壯肌肉組織。但肌肉過多意味著需要攝入更多食物，同時(shí)會(huì)增加早衰風(fēng)險(xiǎn)。不過，肌營(yíng)養(yǎng)不良癥患者可以通過抑制GDF-8來緩解癥狀。在臨床試驗(yàn)中，服用了GDF-8抑制劑的患者大多都恢復(fù)了部分肌肉功能。

肌肉生長(zhǎng)：修復(fù)和融合

肌肉細(xì)胞占普通人體重的1/3～1/2，但肌肉細(xì)胞的生長(zhǎng)過程很特殊，需要經(jīng)歷刺激一斷裂一修復(fù)的過程。要讓肌肉變大，就需要讓肌肉承受超過平時(shí)的壓力，這會(huì)讓一些肌肉纖維斷裂。在肌肉纖維斷裂后48小時(shí)內(nèi)，成肌細(xì)胞會(huì)修復(fù)肌肉纖維。為了避免日后肌肉纖維再次斷裂，肌肉纖維會(huì)變得更粗壯，這就是肌肉變大的秘密。

人體的每塊肌肉都由許多肌肉纖維構(gòu)成，每個(gè)肌肉纖維由許多成肌細(xì)胞融合而成。由此，成百上千的單個(gè)肌肉細(xì)胞可以形成一個(gè)整體，在神經(jīng)細(xì)胞的控制下收縮發(fā)力。2011年，為了了解成肌細(xì)胞的融合過程，約翰·霍普金斯大學(xué)科學(xué)家對(duì)發(fā)育中的果蠅胚胎進(jìn)行了觀察。他們發(fā)現(xiàn)，在成肌細(xì)胞融合過程中，有些成肌細(xì)胞（靜態(tài)成肌細(xì)胞）待在原地不動(dòng)，另一些成肌細(xì)胞（遷移成肌細(xì)胞）則會(huì)逐漸遷移。通過電子顯微鏡，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一些遷移中的成肌細(xì)胞向外伸出手指狀的突觸（突觸類似爬行足，也被稱為“偽足”），并侵入靜態(tài)成肌細(xì)胞。遷移成肌細(xì)胞的每個(gè)“手指”周圍會(huì)逐漸形成一個(gè)圓環(huán)。在出現(xiàn)圓環(huán)的區(qū)域，細(xì)胞膜開始相互融合。最后，果蠅胚胎中不同的成肌細(xì)胞融合形成肌肉纖維?？茖W(xué)家認(rèn)為，這應(yīng)該也是人類成肌細(xì)胞的融合機(jī)制。

維持肌肉，人比動(dòng)物更辛苦

人類不但增肌很麻煩，維持肌肉也很辛苦，這是因?yàn)槿祟愔灰贿\(yùn)動(dòng)的話肌肉就會(huì)萎縮。為了維持肌肉，職業(yè)運(yùn)動(dòng)員付出了大量努力。美國(guó)籃球運(yùn)動(dòng)員馬龍長(zhǎng)期堅(jiān)持背負(fù)阻力傘逆風(fēng)奔跑，這個(gè)訓(xùn)練方法后來被不少運(yùn)動(dòng)員效仿。葡萄牙足球運(yùn)動(dòng)員克里斯蒂亞諾·羅納爾多為了維持體能，每天花3～4小時(shí)用于鍛煉。

不過，維持肌肉這件在人類看來無比辛苦的事，地松鼠睡著都能完成。2013年11月～2014年4月，在加拿大多倫多大學(xué)分子遺傳學(xué)家科恩的實(shí)驗(yàn)室里，一只十三線地松鼠進(jìn)行了連續(xù)6個(gè)月的冬眠。它一醒來后就能奔跑、跳躍，其肌肉幾乎沒有萎縮。這在人類看來簡(jiǎn)直是“超能力”，因?yàn)槿绻粋€(gè)健康人連續(xù)臥床6個(gè)月，其大部分肌肉就會(huì)大幅萎縮，醒來后別說活蹦亂跳，可能就連站立都成問題。

通過進(jìn)一步分析，科恩發(fā)現(xiàn)這只松鼠肌肉細(xì)胞中血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)蛋白激酶1（簡(jiǎn)稱SGKI）的水平比進(jìn)入冬眠前明顯增加?？贫髡J(rèn)為，SGKI是動(dòng)物維持肌肉、抑制肌肉纖維萎縮的重要因素。實(shí)驗(yàn)顯示，被敲除SGKI基因的小鼠出現(xiàn)肌肉萎縮，基礎(chǔ)代謝下降，更容易肥胖;而如果強(qiáng)化SGKI基因表達(dá)，結(jié)果則完全相反——小鼠的藥物誘導(dǎo)性肥胖甚至得到緩解。

先天和后天

我們?cè)趺粗雷约河袥]有成為運(yùn)動(dòng)員的天賦？2008年，一家美國(guó)公司推出了一套基因測(cè)試服務(wù)：只需要用棉簽在你的口腔內(nèi)擦拭幾下，將棉簽寄回公司，幾周后就你能知道自己是否適合在運(yùn)動(dòng)事業(yè)上發(fā)展。事實(shí)上，該公司通過解讀人類11號(hào)染色體上的ACTN3基因來判斷你是否具有優(yōu)秀的肌肉爆發(fā)力。

ACTN3基因又被稱為“冠軍基因”，它有X和R兩種變體。最初發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)有關(guān)的是澳大利亞科學(xué)家。2003年，澳大利亞體育研究院的科學(xué)家選擇了301名優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員，并按照運(yùn)動(dòng)類型將他們分為考驗(yàn)爆發(fā)力的沖刺組和考驗(yàn)?zāi)土Φ哪土M，同時(shí)還選擇436名健康成年人和兒童作為對(duì)照組。所有參與者都提交自己的基因樣本?；驕y(cè)試結(jié)果顯示：沖刺組中，92%的男性運(yùn)動(dòng)員和100%的女性運(yùn)動(dòng)員攜帶R變體;耐力組攜帶R變體的比例低于沖刺組;對(duì)照組只有16%的人攜帶R變體?？茖W(xué)家由此了解到：攜帶R變體的人具有強(qiáng)大爆發(fā)力，攜帶純合子（RR）的運(yùn)動(dòng)員比攜帶雜合子（Rx）的運(yùn)動(dòng)員肌肉爆發(fā)力更強(qiáng)。今天，ACTN3基因被越來越多體育機(jī)構(gòu)作為篩選有潛力運(yùn)動(dòng)員的依據(jù)，該基因也是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)有關(guān)的基因。

此外，人體內(nèi)的肌肉生長(zhǎng)抑制素也決定著我們的肌肉量上限。健美運(yùn)動(dòng)要想成效顯著，除了需要科學(xué)的飲食和訓(xùn)練計(jì)劃，還需要一些天賦。例如，曾連續(xù)七屆摘得“奧林匹亞先生”桂冠、被譽(yù)為健美界傳奇的美國(guó)著名健美選手施瓦辛格15歲就開始系統(tǒng)健身訓(xùn)練，只用了一年時(shí)間就達(dá)到專業(yè)健美運(yùn)動(dòng)員水準(zhǔn)。又如被譽(yù)為“健美之王”的庫(kù)爾曼的母親是個(gè)普通家庭婦女，肌肉卻很發(fā)達(dá)。許多健美運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)肌肉生長(zhǎng)抑制素水平很低，甚至為零，這讓他們天生比別人更強(qiáng)壯。

健康生活離不開肌肉

多項(xiàng)研究證實(shí)，肌肉萎縮和抑郁癥風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。肌肉萎縮在抑郁癥患者中很常見，許多抑郁癥病人表示自己有不同程度的肌肉疼痛?？茖W(xué)家建議抑郁癥患者進(jìn)行適度鍛煉。

2014年，瑞典著名醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)卡羅林斯卡學(xué)院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，鍛煉的確可以緩解由壓力引發(fā)的抑郁癥?？茖W(xué)家原本以為肌肉能分泌一種抗抑郁成分，但小鼠實(shí)驗(yàn)顯示鍛煉后肌肉產(chǎn)生的PGC-lal蛋白可促進(jìn)酶將犬尿氨酸這種促抑郁物質(zhì)轉(zhuǎn)化為犬尿喹啉酸（犬尿氨酸的另一種形態(tài)）。因?yàn)槿蜞釤o法通過血腦屏障進(jìn)入大腦，所以也就不會(huì)讓人抑郁。

鍛煉肌肉能提高基礎(chǔ)代謝率，這是因?yàn)榧∪庑枰牡哪芰看笥谥荆?千克肌肉每天消耗的能量是1千克脂肪的3～4倍。也就是說，肌肉率高的人即便躺著什么都不做，消耗的能量也比普通人高。鍛煉肌肉還能有效穩(wěn)定血糖。肌肉是人體內(nèi)最大的“糖原倉(cāng)庫(kù)”。增加肌肉比例不但能增加儲(chǔ)存葡萄糖的能力，而且能提升細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感度，這有助于穩(wěn)定血糖，讓人遠(yuǎn)離糖尿病。

（責(zé)任編輯王川）