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奧運賽場上,各國選手英姿颯爽地展現著力與美。運動員們奪取獎牌靠的是肌肉運動,肌肉與骨骼構成的運動系統約占人體體重的60%。當神經系統發出信號,肌肉就會收縮并帶動骨骼形成各種動作,肌肉收縮還會對外界物體產生作用力。
肌肉為什么會收縮呢?要解釋這個問題必須從分子水平觀察肌肉的結構。肌肉由肌細胞(也稱肌纖維)構成,每一根肌細胞都像極細的絲線一樣貫穿肌肉。肌細胞由更細的水平排列的肌原纖維構成,每一根肌原纖維貫穿肌細胞的全長。肌原纖維由成千上萬個串聯在一起的肌節組成,就好像一列長長的火車由許多個車廂串聯而成,每個肌節是肌肉收縮的最小單位。
肌節的收縮則是由“肌絲滑行”來完成的。位于肌節中央的粗肌絲,好比一隊膀大腰圓的拔河選手,而位于肌節兩端的細肌絲好比兩隊相對瘦弱的拔河選手。平時,拔河選手們并不比賽,但是當運動神經元上的電信號傳來,就好比發令槍響,雙方進入比賽狀態。電信號會沿著肌細胞膜上的凹陷傳到肌質網,使肌質網上的電壓依賴性鈣通道開放,鈣離子進入細胞質,與細肌絲上的肌鈣蛋白結合。接著,細肌絲發生變形,暴露出與粗肌絲結合的位點,與粗肌絲之間形成“橫橋連接”。粗肌絲通過“橫橋連接”把兩邊的細肌絲拉向自己的中央,于是肌節向中線方向收縮,可以從2.2微米縮短至1.6微米。成千上萬個串聯在一起的肌節同時收縮,就會發生肉眼可見的縮短。由于運動神經元傳來的通常是一連串的電脈沖,肌肉收縮會維持一段時間,直到電脈沖停止。電脈沖停止后,粗肌絲和細肌絲之間的橫橋解離,于是肌肉舒張并恢復至原先的長度。
不僅我們的骨骼肌(附著在骨骼上的肌肉)是這樣收縮的,心肌、平滑肌(構成氣道、消化道等內臟器官)也遵循類似的“肌絲滑行”原理,通過粗肌絲和細肌絲之間的“拔河比賽”來完成收縮。心肌和平滑肌有與其“職責”相對應的特點。比如:心肌細胞上具有閏盤結構,可以快速傳遞電流,使整個心房或心室同步收縮;平滑肌通過中間絲、致密體和致密斑形成細胞的結構網架,使其具有比較大的伸展性;骨骼肌和心肌、平滑肌共同構成人體的肌肉組織,執行著各自的生命活動。
我們平時鍛煉身體主要是鍛煉骨骼肌,心肌和平滑肌也同時得到鍛煉。肌肉組織忠實遵守“用進廢退”的法則,如果經常鍛煉,神經與肌肉間的信號傳遞更加通暢,動作更加協調靈活,并且肌肉力量也會增加。肌肉力量與多種因素相關,如細胞質內鈣濃度的變化、與肌絲滑行有關的橫橋ATP酶的活性、肌細胞能量代謝水平、各種功能蛋白及其亞型的表達水平,以及肌原纖維是否粗大等。人體通過鍛煉,可以使構成粗肌絲和細肌絲的蛋白質增多、肌原纖維變粗、肌細胞體積變大;高強度鍛煉可能使肌細胞發生分裂,導致肌細胞數目增加。
如果成年人不經常運動,肌肉會以每年0.25公斤的速度被脂肪組織替代,40年后就會減少10公斤肌肉,肌肉力量下降60%;普通人在35歲以后,心、腦、肺、胃腸、骨骼、神經、內分泌、免疫等功能以0.75—1%的速度退化,不運動的人的退化速度是經常運動的人的兩倍,45歲時生理年齡便相差10歲。
不運動已經成為全世界引起死亡或殘疾的前十項原因之一,也是各種慢性病和心理障礙的誘因。鍛煉也許是這個世界上最能公平地給予回報的事,愿我們持之以恒,讓肌肉經常得到運動,投入這場愈練愈強的“拔河比賽”。
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