现代健身文化鼓励人们追求多肌肉,少脂肪,追求轮廓分明的身体形态和线条,这意味着健康、强壮196体育、力量、吸引力和人体美。
对于增肌的原理,大多数健身爱好者练了一辈子,增肌增了一辈子,都是稀里糊涂的,很多健身博主/科普者也是一知半解。
听他们讲增肌的原理,一会“适应性增粗”,一会“撕裂后超量恢复”,一会“肌肉没有办法被迫生长”,让人觉得捉急,因为这不包含任何信息量,跟没说一样。
要把原理讲清楚,那就非常复杂了。关键词:蛋白质合成、机械张力、细胞信号、DNA转录。
大多说健身者都以为,我们吃下去的蛋白质作为原料,来构成我们的肌肉,这显然不对,因为这混淆了“蛋白质”和“氨基酸”。我们构筑身体,用的是氨基酸,不是蛋白质。
蛋白质由大量的氨基酸和键构成,是结构非常复杂的大分子物质[1]。我们举两个具有代表性的例子。第一个,人体血红蛋白(图2)。
大家可以看出,蛋白质具有极其复杂的结构,我们根本不可能直接使用结构如此复杂的大分子物质来构建我们的身体,我们得先把蛋白质消化、拆分。
在消化和拆分的过程中,人利用各种胃蛋白酶,如胰蛋白酶[2][3][4][5]、肠蛋白酶[6][7][8][9]等,把食物中的蛋白质水解[10][11][12]成为最基本单位——氨基酸[13][14][15]、或多个氨基酸组成的短肽[16][17][18],然后才能用它们用来构筑我们的身体。
大多数人都知道“增粗肌纤维”、增加肌肉中的蛋白质合成,但肌纤维是如何变粗的,蛋白质合成到底在肌纤维的哪里,却说不清楚健身。
对于我们来说,首先要搞清楚肌纤维的结构,肌纤维中的蛋白质增到了哪里。在一般人的认知中,细胞可能像个球一样,圆圆的,中间是细胞核。
但肌细胞(肌细胞就是肌纤维)不是个球状的构成,而是像长长的管子一样。肌细胞表面是细胞膜,里面主要有更多更细的“管子”:肌原纤维,它外面包裹着肌浆网,细胞里还有线粒体、细胞核等等。
我们的肌肉之所以能够收缩,主要是因为肌纤维内的肌原纤维,它的内部含有更多更细的“肌丝”:粗肌丝、细肌丝[5,6]。
肌肉收缩时,在神经系统释放的生物电的刺激下[19][20][21][22],粗细肌丝之间的“锁”被打开[23][24][25][26],ATP氧化释放能量,带动粗/细肌丝相互“滑行”,肌肉缩短,完成收缩[28][29]。
肌动蛋白[30][31][32]构成我们肌纤维中的细肌丝,肌球蛋白[33][34][35][36]构成粗肌丝。例如人心肌中的肌球蛋白复合物:
现在大家应该明白了,所谓增肌,主要增的是肌原纤维上的粗、细肌丝上的蛋白。
许多人简单的认为,肌纤维中的蛋白质不就是吃下去的蛋白质分解成氨基酸组成的。这个说法没错,但几乎就是废话,因为氨基酸是如何组成蛋白质,这才是关键。
与大多数人想象的不同,实际上,蛋白质的种类非常多[37][38][39][40]。多到什么程度呢?真核生物一个细胞内的蛋白质,就多达几万种。
蛋白质的结构非常复杂[41][42][43],在空间中呈现立体的几何形态[44][45],具有多层的扭曲和折叠性状[46][47][48][49][50];只要稍微有一点变化,它的功能、特性和稳定性就可能发生变化[51][52][53]。
蛋白质的结构非常复杂,当然也包括我们的肌肉。人肌肉里的蛋白质是大量氨基酸构成的生物大分子物质[54][55][56][57],人肌肉的肌球蛋白(及其结合物)在仪器的眼光下看上去长这样。
由于人体肌肉中的蛋白质结构如此复杂,那么很显然,大量的氨基酸绝不可能凭白无故的、在没有“指引”的前提下,就能按照某种预先设置好的方式来构建如此复杂的大分子蛋白质。
这就像你有大量的砖石,但是用砖石制造建筑,需要设计图,并不是把砖石胡乱堆在一起就是建筑了。氨基酸组成蛋白质也是一样的道理。毫无疑问,有什么东西在引导它们。
答案是mRNA。mRNA如同一条链子,上面预留了不同类型的氨基酸的结合区(密码子)。身体把大量的氨基酸运输过来,每个氨基酸可以对号入座,“组装”到这条链子上。
当然,光是组装还远远不够。组装好了以后,这只是形成了蛋白质的雏形而已,蛋白质有四级空间结构,从宏观上看,是多重折叠的。例如人体血红蛋白,3D看是这样:
那mRNA哪来的呢?是DNA以它自身为模板,复制出来的(单螺旋结构)。这一部叫做转录[73][74][75][76];从DNA到蛋白质,宏观上主要是转录和翻译这两步。
如果我们把蛋白质视为产品,那么DNA就是设计图,蛋白质是依据DNA造出来的[77][78][79][80][81][82][83]。比如我们运输氧气的血红蛋白[84][85]就是生物利用DNA编码出来的,人体内无穷多种的蛋白质、酶、身体结构,都是如此。
我们的每个细胞不断凋亡,新的细胞不断产生,这个产生过程,都是DNA表达的结果。我们也可以说,新陈代谢是依靠DNA来进行的,DNA是生命活动的中心。
我们在前面说了,我们的肌肉中的蛋白质(肌动蛋白/肌球蛋白等)是大量氨基酸以特定方式排列组合而成的。氨基酸的排列组合,依靠mRNA;mRNA是DNA复制的产物。
所以,蛋白质的“制造”过程,最主要是两部:DNA转录为mRNA,mRNA翻译为蛋白质。
那为什么DNA会开始转录?答案是,有什么东西刺激了它。比如训练,一种施加在肌纤维上的机械外力,也叫机械张力。张,顾名思义,把肌纤维往两边张开、拉开、扯开。
例如在哑铃弯举中,重力作用于哑铃,哑铃把肌纤维往下“扯”,我们自己的骨骼支撑,把肌纤维往上拉,则构成了一个往两边张开的力。
机械张力为什么能刺激DNA表达[87][88][89](转录)呢?因为我们有大量的生物感受器,能把外力信号,转变为细胞内的生物信号,这些信号一直传递到DNA上,刺激了DNA的转录,于是我们得到了肌细胞内的蛋白质。
例如肋节[90][91][92],它将肌细胞膜与肌原纤维、细胞外基质连接起来,加强肌细胞膜的稳定性和强度,还能感受、侦测到施加于及细胞的外力(例如我们所说的机械张力),将其传导到肌细胞内部,转化为生物信号[16,17];
71整合素[93][94]也是一种横跨细胞膜的受体,它一方面提供连接作用[95],一方面将机械信号从细胞外传递到细胞内。还有磷脂酸(PA)、FAK—粘着斑激酶等也参与机械张力转化为细胞信号的传导传导,就不多说了。
生物感受器将细胞信号传递到细胞内,引发一系列细胞信号事件。其中最著名、最核心的细胞信号事件,也被称为PI3K/Akt/mTOR路径[96][97][98][99][100]。还有一些别的相对次要的路径(如ERK),碍于篇幅,我们就不在这里说了。
mTOR是我们细胞内一种由2549个氨基酸组成的大蛋白[101],——它既是蛋白质,也发挥信号作用。
mTOR全称“哺乳动物雷帕霉素靶蛋白”,是哺乳动物调节细胞生长、代谢、蛋白质合成等关键生理过程中的重要蛋白[102]。mTOR实际上以mTORC1(复合物1)和mTORC2(复合物2)的形式在人体内存在[103]。
[117]。蛋白质磷酸化有效地增加了其复杂性,远远超过了基因组所赋予的多样性[118]。在磷酸激酶的作用下,生物将磷酸基团加在蛋白质或蛋白类中间产物上,从而将蛋白质磷酸化(或者去磷酸化)。经化学修饰后的蛋白质,功能/生物活性会显著不同。
[120][121][122];磷酸化决定了在正常/病理状态下生物体对刺激的反应[123]。S6k1是DNA转录因子
[119]。研究发现196体育,S6k它的磷酸化水平与增肌之间,存在极强的正相关性,r=0.998。
[133][134][135][136][137][138][139][140][141]和激素也都能激发DNA表达,因为他们的分子路径是高度类似的,原理也相同:都是是通过刺激DNA的表达,来得到更多的肌蛋白。当然,它们的效果程度不同,这或许是因为三者导致的mTOR磷酸化程度不一样。
许多人很难接受“只打药不练就可以长肌肉”,如果他们知道“只吃蛋白粉不训练也能长肌肉”,估计就更无法接受了。但这是客观事实,不以他们的主观意志为转移。
除了饮食/营养/训练三者,我们还列举了第四种刺激影响转录因子磷酸化的要素:光。