分子|从分子层面雕刻肌肉，新数学模型预测锻炼肌肉最优方式健身|ai|锻炼|剑桥大学

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图片来源@视觉中国
文 | 脑极体
在社交网络中，人们对于颜值和身材的追求无比狂热：不露脸的腹肌照，健壮发达的肱二头肌、胸肌，分分钟让人沉沦。无论是出于塑形减脂，还是保持精神活力的目的，健身都成为了大众参与较多的运动方式，虽然健身的过程比较痛苦，但也不影响人们反反复复地放弃与参与。
谁不想成为街头最靓的仔呢？不过对于健身爱好者来说，如何花费最少的时间对身体进行最成功的雕刻，是大家最为关心的事儿。我们在市面上可以看到各种健身锻炼视频和书籍教导人们如何锻炼，基本上这些信息都是从对大块肌肉的刺激角度来展开。对于个体来说，锻炼的效果不尽相同，刺激的时间、刺激的有效负重都没有定量的标准。技术是否可以在分子的精微层面，研究出千人千面更加有针对性的锻炼方案？
最近有个剑桥大学的研究，解决了这个问题。他们可以从分子级别的肌肉增长层面判断特定的运动量对肌肉生长的影响程度。
肌肉的最佳成长模式剑桥大学的研究人员使用理论生物物理学方法构建了个模型，该模型可以判断特定的运动量会导致肌肉生长的程度以及需要多长时间，简单来说这个模型可以预测锻炼肌肉的最佳锻炼方式。
为什么有效的锻炼对于健身来说这么重要？科学研究显示，对于不同的个体来说，每个人的肌肉生长都有一个最佳的阻力训练重量。肌肉只能在很短的时间内接近其最大负荷，并且随着时间的累积，负荷会激活细胞信号通路，从而合成新的肌肉蛋白质，但负荷低于某个值，肌肉负载不足，运动时间将不得不成倍增加以进行补偿，因此有效的肌肉刺激锻炼，省时又省力。
无论是对普通人还是专业的顶尖运动员来说，更好地了解肌肉生长的原因和方式，对肌肉进行特定训练，通过定期高价值的训练来最大限度地发挥潜力，这样可以节省大量时间和资源。
研究肌肉的生长，需要从单个肌肉或其单个纤维中找到关键去观察。肌肉由单独的细丝组成，这些细丝只有2微米长，宽度不到1微米，小于肌肉细胞的大小。肌肉生长的部分解释必须在分子尺度上，而提取肌肉细胞去观察会忽略运动过程中的氧气和葡萄糖水平等其他影响因素。
研究人员发现肌联蛋白的肌肉成分负责产生影响肌肉生长的化学信号。当肌肉被拉伸时，其中的很大一部分蛋白质会伸展，但在肌肉收缩时，一小部分蛋白质分子也会处于紧张状态。这部分肌联蛋白包含所谓的肌联蛋白激酶域，它是产生影响肌肉生长的化学信号的域。如果分子在更大的力下或在相同的力下保持更长时间，则它更有可能打开，这两种情况都会增加激活信号分子的数量，这些分子会诱导更多信使 RNA 的合成，从而产生新的肌肉蛋白质，并且肌肉细胞的横截面增加。
研究人员从一个简单的模型开始，该模型跟踪在受力下打开的肌联蛋白分子，并启动信号级联。他们使用显微镜数据来确定肌联蛋白激酶在受力下打开或关闭并激活信号分子的依赖性概率。通过增加额外的影响因子，如代谢能量交换，以及重复长度和恢复，使模型变得更加复杂。
模型研究发现肌肉生长主要发生在最大负荷的 70%。在此之下，肌联蛋白激酶的开放率急剧下降，并阻止了机械敏感信号的发生。除此之外，模型已经定量预测了快速衰竭的肌肉负荷锻炼会阻止肌肉的生长。这也意味着快闪式的运动方式，对于增肌毫无卵用，循序渐进的雕刻肌肉才会引起质变。
这个模型以定量的、分子级别的研究方式剖析了肌肉的成长，研究人员表示未来可以基于研究的模型，开发为软件APP，用户可以通过输入他们个人生理的一些细节参数来优化他们的锻炼方式以快速让肌肉成长，实现针对特定目标提供个性化的锻炼方案。而在模型的改进方面，未来会使用男性和女性的详细数据扩展他们的分析，现在的很多运动研究严重偏向于男性运动员。