肌肉“魔法”

王安逸

相比我們強壯的祖先，現代人類的力量實在是太弱。1964年，蘇聯人類學家德貝茨比較了2855具人類標本的脛骨、肱骨和股骨的尺寸數據。這些骨骼標本來自中亞、中歐、北歐和非洲，樣本年代從中石器時代一直到中世紀。德貝茨通過比較得出結論：在人類演化過程中，肌肉力量總體呈下降趨勢。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代男子舉重運動員。

2014年，英國劍橋大學科學家麥金托什在對距今7300年～1170年、生活在中歐地區的古人類的大腿骨和脛骨進行分析后發現，當時男性農夫股骨骨密度與劍橋大學學生越野跑運動員的接近。他認為，古人類從追捕野獸轉向種植谷物而導致人類（尤其是男性）的下肢力量和整體運動能力逐漸下降。

如果再往前比，現代人（即智人）的力量更無法與已經滅絕的人屬動物——尼安德特人（簡稱“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、關節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物為獵物的尼人可以馱著動輒數百千克的獵物回洞穴。即便是奧運會女子舉重冠軍，可能也難以在掰手腕比賽中贏過一個強壯的女性尼人。尼人的祖先——海德堡人不但比現代人類更健壯，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。運動量的下降導致現代人更容易患上骨質疏松癥、肥胖，以及其他一大堆相關疾病。

人類肌肉力量不如猩猩

不要說放眼整個動物界，僅僅是在靈長目中，現代人類的肌肉力量也是很弱的。山地大猩猩是靈長目動物中體格最健壯的，平均體重195千克，差不多相當于3個成年男性的體重。據《吉尼斯世界紀錄大全》記載，一頭銀背山地大猩猩曾經抬起過815千克的重物。科學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的靈長目動物。2017年，美國密歇根州立大學科學家對比了黑猩猩和人類的肌肉收縮力量。結果顯示，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纖維的比例高于人類肌肉。快速抽動纖維能產生強大爆發力，獵豹等善于高速奔跑的動物肌肉中就含有很高比例的快速抽動纖維。

雖然人類在力量上遠遠落后于大多數靈長目動物，但我們消耗的能量卻是最多的。即便去除體型和日常活動差異的影響，人類成年人的平均總能量消耗（基礎代謝消耗能量加食物生熱作用再加身體活動能量消耗）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%。

動物天生肌肉更發達

動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，大部分時間都在休息，但它們照樣有發達的肌肉。其實，不僅野生動物可以“不勞而獲”，而且許多馴化后的家養動物也有爆發力十足的肌肉，比如大多數時間都在休息和閑逛的家貓。即便是外號“閃電”的世界短跑名將尤塞恩·博爾特（最高奔跑時速44.72千米）也別想追上一只撒腿飛奔的家貓（最高奔跑時速60千米）。鳥類甚至只需要吃就能增肌。每年，白頰黑雁要進行3000多千米的遷徙。它們在遷徙前什么準備活動也不用做，只需不停地“吃吃吃”，為長距離遷徙儲備能量。除了脂肪，它們用于飛行的肌肉量也會增加。

1997年，美國約翰·霍普金斯大學科學家運用基因敲除技術敲除了小鼠體內的GDF-8（即生長/分化因子-8，現統稱肌肉生長抑制素）基因。結果，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，肌纖維數量增加了73%。除了基因敲除手段，自然突變也會導致一些動物無法合成GDF-8，從而使肌肉生長失控。比利時藍牛、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達的肌肉。

GDF-8還會影響人類。2004年，科學家發現一名德國男童缺少GDF-8基因，這導致他從出生起肌肉體積和力量就遠超同齡男童：4歲時他就可以每只手各平舉一只3千克啞鈴。GDF-8水平決定著動物肌肉發育程度，一些動物因為體內無法合成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，同時會增加早衰風險。不過，肌營養不良癥患者可以通過抑制GDF-8來緩解癥狀。在臨床試驗中，服用了GDF-8抑制劑的患者大多都恢復了部分肌肉功能。

肌肉生長：修復和融合

肌肉細胞占普通人體重的1/3～1/2，但肌肉細胞的生長過程很特殊，需要經歷刺激一斷裂一修復的過程。要讓肌肉變大，就需要讓肌肉承受超過平時的壓力，這會讓一些肌肉纖維斷裂。在肌肉纖維斷裂后48小時內，成肌細胞會修復肌肉纖維。為了避免日后肌肉纖維再次斷裂，肌肉纖維會變得更粗壯，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成，每個肌肉纖維由許多成肌細胞融合而成。由此，成百上千的單個肌肉細胞可以形成一個整體，在神經細胞的控制下收縮發力。2011年，為了了解成肌細胞的融合過程，約翰·霍普金斯大學科學家對發育中的果蠅胚胎進行了觀察。他們發現，在成肌細胞融合過程中，有些成肌細胞（靜態成肌細胞）待在原地不動，另一些成肌細胞（遷移成肌細胞）則會逐漸遷移。通過電子顯微鏡，科學家發現一些遷移中的成肌細胞向外伸出手指狀的突觸（突觸類似爬行足，也被稱為“偽足”），并侵入靜態成肌細胞。遷移成肌細胞的每個“手指”周圍會逐漸形成一個圓環。在出現圓環的區域，細胞膜開始相互融合。最后，果蠅胚胎中不同的成肌細胞融合形成肌肉纖維。科學家認為，這應該也是人類成肌細胞的融合機制。

維持肌肉，人比動物更辛苦

人類不但增肌很麻煩，維持肌肉也很辛苦，這是因為人類只要不運動的話肌肉就會萎縮。為了維持肌肉，職業運動員付出了大量努力。美國籃球運動員馬龍長期堅持背負阻力傘逆風奔跑，這個訓練方法后來被不少運動員效仿。葡萄牙足球運動員克里斯蒂亞諾·羅納爾多為了維持體能，每天花3～4小時用于鍛煉。

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分子遺傳學家科恩的實驗室里，一只十三線地松鼠進行了連續6個月的冬眠。它一醒來后就能奔跑、跳躍，其肌肉幾乎沒有萎縮。這在人類看來簡直是“超能力”，因為如果一個健康人連續臥床6個月，其大部分肌肉就會大幅萎縮，醒來后別說活蹦亂跳，可能就連站立都成問題。

通過進一步分析，科恩發現這只松鼠肌肉細胞中血清和糖皮質激素調節蛋白激酶1（簡稱SGKI）的水平比進入冬眠前明顯增加。科恩認為，SGKI是動物維持肌肉、抑制肌肉纖維萎縮的重要因素。實驗顯示，被敲除SGKI基因的小鼠出現肌肉萎縮，基礎代謝下降，更容易肥胖;而如果強化SGKI基因表達，結果則完全相反——小鼠的藥物誘導性肥胖甚至得到緩解。

先天和后天

我們怎么知道自己有沒有成為運動員的天賦？2008年，一家美國公司推出了一套基因測試服務：只需要用棉簽在你的口腔內擦拭幾下，將棉簽寄回公司，幾周后就你能知道自己是否適合在運動事業上發展。事實上，該公司通過解讀人類11號染色體上的ACTN3基因來判斷你是否具有優秀的肌肉爆發力。

ACTN3基因又被稱為“冠軍基因”，它有X和R兩種變體。最初發現這個基因與運動表現有關的是澳大利亞科學家。2003年，澳大利亞體育研究院的科學家選擇了301名優秀運動員，并按照運動類型將他們分為考驗爆發力的沖刺組和考驗耐力的耐力組，同時還選擇436名健康成年人和兒童作為對照組。所有參與者都提交自己的基因樣本。基因測試結果顯示：沖刺組中，92%的男性運動員和100%的女性運動員攜帶R變體;耐力組攜帶R變體的比例低于沖刺組;對照組只有16%的人攜帶R變體。科學家由此了解到：攜帶R變體的人具有強大爆發力，攜帶純合子（RR）的運動員比攜帶雜合子（Rx）的運動員肌肉爆發力更強。今天，ACTN3基因被越來越多體育機構作為篩選有潛力運動員的依據，該基因也是人類發現的第一個與運動表現有關的基因。

此外，人體內的肌肉生長抑制素也決定著我們的肌肉量上限。健美運動要想成效顯著，除了需要科學的飲食和訓練計劃，還需要一些天賦。例如，曾連續七屆摘得“奧林匹亞先生”桂冠、被譽為健美界傳奇的美國著名健美選手施瓦辛格15歲就開始系統健身訓練，只用了一年時間就達到專業健美運動員水準。又如被譽為“健美之王”的庫爾曼的母親是個普通家庭婦女，肌肉卻很發達。許多健美運動員體內肌肉生長抑制素水平很低，甚至為零，這讓他們天生比別人更強壯。

健康生活離不開肌肉

多項研究證實，肌肉萎縮和抑郁癥風險有關。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。科學家建議抑郁癥患者進行適度鍛煉。

2014年，瑞典著名醫學機構卡羅林斯卡學院的科學家發現，鍛煉的確可以緩解由壓力引發的抑郁癥。科學家原本以為肌肉能分泌一種抗抑郁成分，但小鼠實驗顯示鍛煉后肌肉產生的PGC-lal蛋白可促進酶將犬尿氨酸這種促抑郁物質轉化為犬尿喹啉酸（犬尿氨酸的另一種形態）。因為犬尿喹啉酸無法通過血腦屏障進入大腦，所以也就不會讓人抑郁。

鍛煉肌肉能提高基礎代謝率，這是因為肌肉需要消耗的能量大于脂肪：1千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定血糖。肌肉是人體內最大的“糖原倉庫”。增加肌肉比例不但能增加儲存葡萄糖的能力，而且能提升細胞對胰島素的敏感度，這有助于穩定血糖，讓人遠離糖尿病。

（責任編輯王川）