从分子层面雕刻肌肉，新数学模型预测锻炼肌肉

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在社交网络中，人们对美和身材的追求极其狂热：腹肌、强壮发达的二头肌和胸肌的不露脸照片，让人分分钟下沉。无论是为了塑形减脂，还是为了保持精神活力，健身已经成为大众参与较多的一种锻炼方式。健身的过程虽然痛苦，但并不影响人们的反复放弃和参与。

谁不想成为街上最漂亮的男孩？不过，对于健身爱好者来说，如何用最少的时间做最成功的塑身，才是大家最关心的。我们可以在市场上看到各种健身运动视频和书籍，教人们如何锻炼。基本上，这些信息是从刺激大肌肉的角度开发的。对于个人来说，运动的效果是不一样的，刺激的时间和刺激的有效负荷没有量化的标准。能否在分子水平上利用技术为数千人制定更有针对性的锻炼计划？

最近，剑桥大学的一项研究解决了这个问题。他们可以从肌肉生长的分子水平来判断特定运动量对肌肉生长的影响程度。

剑桥大学的研究人员利用理论生物物理学方法建立了一个模型，可以确定特定运动量的程度肌肉生长需要多长时间，简单来说，这个模型可以预测锻炼肌肉的最佳方式。

为什么有效的锻炼对健身如此重要？科学研究表明，对于不同的个体，每个人都有一个适合肌肉生长的最佳阻力训练重量。肌肉只能在短时间内接近其最大负荷，随着时间的积累，负荷会激活细胞信号通路合成新的肌肉蛋白，但负荷低于一定值，肌肉负荷不足，运动时间会减少。它必须加倍以进行补偿，因此有效的肌肉刺激练习可以节省时间和精力。

无论是普通人还是专业的顶尖运动员，更好地了解肌肉生长的原因和方法，对肌肉进行针对性的训练，通过定期的高价值训练，最大限度地发挥其潜力。这可以节省大量的时间和资源。

研究肌肉生长，需要从单块肌肉或其单根纤维上找到观察的关键。肌肉由单独的细丝组成，长仅 2 微米，宽不到 1 微米，比肌肉细胞的大小还小。肌肉生长的部分解释一定是在分子尺度上，提取肌肉细胞进行观察会忽略其他影响因素，如运动时的氧气和葡萄糖水平。

研究人员发现，Titin 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，大部分蛋白质会被拉伸，但是当肌肉收缩时，一小部分蛋白质分子也会处于紧张状态。这部分蛋白质包含所谓的肌联蛋白激酶域，这是产生影响肌肉生长的化学信号的域。如果一个分子在更大的力下或在相同的力下保持更长的时间，它更有可能打开，这两者都会增加激活信号分子的数量，从而诱导更多的信使 RNA 合成，从而产生新的产生肌肉蛋白，肌肉细胞的横截面增加。

研究人员从一个简单的模型开始，该模型跟踪在力下打开并启动信号级联的肌联蛋白分子。他们使用显微镜数据来确定光化激酶在强制作用下开启或关闭并激活信号分子的相关概率。通过添加额外的影响因素，例如代谢能量交换，以及重复长度和恢复，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，TNT 的打开率急剧下降并阻止机械敏感信号的出现。此外，该模型还定量预测了肌肉负荷运动的快速消耗会阻止肌肉生长。这也意味着，闪现式的锻炼方法对于增肌毫无用处，肌肉的逐渐塑形会引起质的变化。

该模型以定量、分子水平的研究方法分析肌肉生长。研究人员表示，未来基于研究模型，可以开发为软件APP。用户可以输入他们个人生理的一些详细参数。优化他们的锻炼方法以快速增长肌肉并实现针对特定目标的个性化锻炼计划。在模型改进方面，未来将使用男性和女性的详细数据来扩展分析。现在许多体育研究严重偏向于男性运动员。

很明显，这项研究从训练顶级运动员中获益良多。教练可以使用该模型更好地了解肌肉如何感知和响应负荷的潜在机制，并帮助设计和制定更详细的训练。计划实现肌肉的质变。

在医疗保健领域，该模型还可以分析长期卧床休息或宇航员在微重力环境下发生的肌肉萎缩，显示肌肉在开始恶化之前可以保持不活动状态的时间.什么可能是最好的恢复机制。

对于健身爱好者来说，很多人对健身知识知之甚少，聘请专业人士的成本更高。没有多少人有财力聘请专业的健身教练指导锻炼，错误的锻炼方法损伤肌肉，对身体的伤害很大。而且，无论有没有健身教练的指导，如何有效地锻炼到某部分肌肉，因人而异，效果也会因人而异。用什么姿势来刺激肌肉，体重多少，运动多长时间。很多人对这些具体细节都有详细的了解。在什么都不知道的情况下，很容易在角落里做无用的工作。借助预测模型进行有效锻炼，您可以告别效率黑洞。

文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0907/1220.html