宇航员如何保持身体强健?

我们都希望宇航员能平安完成任务,但是他们的健康也是令人瞩目的。现在,通过探索运动促使肌肉生长得更强健的原因,科学家希望能对防止宇航员肌肉萎缩有所帮助。

宇航员的肌肉得不到锻炼

一般来说,机器都会因为反复使用而渐渐“老去”,更不用说越用越灵光了,比方说,卡车不会因为开得更快而提高性能,计算器也不会因为你一直敲入大量数字而变成一台超级计算机。有人说,这当然了,否则就该违反自然运转规律了!但是你想到过我们自己的身体没有?举重运动员肯定清楚,人们越用肌肉,它们就会变得越强壮,而不经常锻炼的人,肌肉是不会一直保留在那里的,忽视运动,反而会导致肌肉损耗、甚至“流失”,也就是萎缩。

这是个大家都知道的事实,所以人们才会花时间锻炼身体,但运动究竟是如何使肌肉细胞保持完好的呢?科学家至今也并不完全了解其中的机制。似乎,肌肉细胞可以“感觉”自己正在被如何利用,尔后根据这个判断重新“塑造”自己,以更好地完成各个动作。

负责宇航员健康的科学家最需要了解这个过程,因为宇航员想保持健康的体魄,在太空中必须疯狂地运动,可是即便如此,他们的肌肉往往仍然变弱,甚至萎缩。

有人要说:“我每天也没怎么锻炼,肌肉也不见得怎么萎缩,航天员怎么这样虚弱呢?”其实不然,通常,我们的肌肉都是在不知不觉中,得到了大量的锻炼,因为我们每天都要做很多事情,即使不做任何事情,在站立静止的状况下,肌肉也在做“举起”整个身体的动作,肌肉在和重力抗衡,这种状态一直靠肌肉的紧张来保持。但是我们知道,在太空中,连这种最起码的肌肉运动项目都被剥夺了,根本没有什么引力存在,如果宇航员不动,那他的肌肉就完全不需要做功,这就有肌肉萎缩的危险。

“偷懒”的运动难以蒙混过关

肌肉有三种类型的运动方式:肌肉收缩、肌肉舒张、还有等长收缩运动。你可以想象一个俯卧撑的全过程,“向上”是肌肉收缩的过程,“向下”是肌肉舒张,中途的保持“支撑住”的过程就是等长收缩运动。这里,等长收缩运动是一般人不大了解的概念,其实它就是肌肉收缩时,仅产生肌张力的增加,而肌肉长度不变的运动,比如说,你使劲推一个固定的东西,这时全身肌肉并不产生位置的移动,但肌肉确实得到了一定的锻炼。

等长收缩运动对于宇航员在航天飞机上的锻炼来说实在太重要了,因为宇航员所使用的锻炼仪器可以更为轻便,从而减少航天飞机的运行成本,还能提高安全系数。

但是,对于宇航员们来说,等长收缩运动真的有用吗?

美国加州大学的堡德文教授一直在研究肌肉运动的内部机制,为了找到答案,他的研究小组给实验小鼠的腿部肌肉进行无痛电刺激,让小鼠做这三种类型的运动。几次测试之后,研究小组发现,三种运动方式都能让小鼠的肌肉生长,而且生长的量是相同的。

这并不稀奇,其他科学家以前也做过实验,得出了相同的结论。但是堡德文要把实验向前推进一步。除了测量小鼠肌肉的总量,也就是知道了它们“多么壮实”之后,堡德文还要测量一个量——肌肉细胞里具有伸缩性质的蛋白质的量。伸缩蛋白实际上是导致肌肉伸缩的主因,它们给予肌肉力量。

令他们惊奇的是,他们发现静止运动虽然有效地防止了肌肉萎缩,但是那并不能留住肌肉里的伸缩蛋白,在不知不觉中,肌肉的每一个细胞其实都在逐渐减少蛋白分子的数量!

肌肉竟然能“观察”我们的肢体究竟有没有移动!如果是移动着运动,那么它会“乖乖”地合成各种蛋白质,而如果它发现身体其实在“偷懒”,那它就少合成一些重要的蛋白质作为惩罚!没人知道这是为什么,但是有一点是清楚的:静止运动并不是保持宇航员肌肉健壮的最好办法。

还得另辟蹊径

看来,要保持宇航员肌肉健壮,研究人员还得另辟蹊径。

堡德文设想的一个比较新的办法是,宇航员可以通过服用药物来避免,或者至少延迟肌肉萎缩。这种药物现在还只是设想,但有理由相信这是可能的,因为,肌肉萎缩并不是单向地消失,而是在分解与合成的平衡中过度地分解自己!

这种肌肉蛋白质自主的分解过程无时无刻不在每个人的体内进行,与此同时,大约相同数量的新的蛋白重新组装起来,“替补”失去的部分。肌肉是“长”,是“缩”,还是“不动”,全凭分解和组建两者的平衡状况,这有点像同时向浴缸里放水和排水,最终浴缸里的水量取决于两者速度的差别。

从这点出发,堡德文现在正抓住平衡中“组建”这一过程背后的机理,特别关注一种叫作“类胰岛素1号增长因子”的激素。当我们使劲运动的时候,肌肉自己会生产这种激素,然后,这种激素反过来刺激肌肉细胞的活力,使细胞生长。堡德文设想,制造一种药物,在宇航员身上补充“1号增长因子”,可不可以让他们肌肉的“组建速度”赶得上“分解速度”呢?堡德文正在检验这个想法,他们已经讨论了这个方案可能成功的途径。

如果他们成功了,不仅对航天员是个巨大的好消息,对我们每个人都是这样,毕竟,人人都需要强健的肌肉。