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健康,是每个人都想要的东西。随着现代人对健康的需求,各种奇特的健身手段也是层出不穷了,比如之前有媒体称在KTV唱歌跳舞3小时结果瘦了2.7斤——这比健身房举哑铃的减肥效率还要高,实在有点让人瞠目结舌。
但如果我说,这其实是有可能的,甚至可以说是有一定科学依据的,你们相信吗?要解释这个问题,我们得先看一看——
动物是如何运动的?
它们的运动风格迥异,甚至可能看上去完全没有相同之处,但是在分子层面,它们仍然依赖同一套分子机制——那个一般被我们称为横桥循环的机制。
简单来说,横桥循环是一套肌球蛋白(myosin)、肌动蛋白(actin)、原肌球蛋白(tropomyosin)与肌钙蛋白(troponin)四者互作形成的机制,这套机制承包了所有肌肉的收缩,无一例外,接下来请允许我浪费您一点点宝贵的时间,来解释这场戏剧的四个主角。
啊……准确来说其实应该是两个主角——肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白是一个更大的复合物(细肌丝)的一部分,就像这样:
细肌丝而肌球蛋白则独自组成了粗肌丝,并且在头部具有肌动蛋白和ATP的结合位点,像这样:
粗肌丝接下来,我们的好戏就要正式上演了:
2个ATP与横桥(肌球蛋白包含的结构)头部结合,肌球蛋白与肌动蛋白解离。
ATP水解产生ADP与Pi,使肌球蛋白变构,使横桥处于垂直于细肌丝(由肌动蛋白聚合而成)的高势能“预备状态”,但是由于肌钙蛋白的阻止,肌球蛋白无法与肌动蛋白结合。
肌钙蛋白与钙离子结合,肌钙蛋白变构,与细肌丝的结合减弱,使肌球蛋白向肌动蛋白双螺旋沟槽的深部移动,暴露肌动蛋白结合位点并促进肌球蛋白与肌动蛋白的结合。
横桥头部与肌动蛋白的结合使横桥头部区域变构,ADP与Pi被释放,拉动细肌丝滑动。
横桥头部再结合2个ATP,并与肌动蛋白解离,同时钙离子与肌钙蛋白解离,肌钙蛋白构象恢复,随后该ATP水解,恢复横桥的高势能状态,完成循环。
横桥循环
在这样一个个的循环中,组成肌肉的细胞逐渐被拉动、收缩,肌肉也就自然而然地收缩起来了。
很好,我们继续看下一个问题——
肌肉收缩需要的ATP从何而来?
呼吸作用(Respiration)是细胞获得能量的主要方式,人体细胞通过糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化三个步骤将糖类(以及甘油)转化为二氧化碳和水,并产生ATP,而至于脂肪酸,那更复杂。
糖酵解(Glycolysis)是一个通过十步基本反应将葡萄糖转化为丙酮酸并得到4个ATP和2个NADH+H+的过程。
糖酵解在有氧条件下,丙酮酸和NADH+H+会进入线粒体进行进一步的氧化(即丙酮酸脱羧、TCA循环与氧化磷酸化),但是如果没有足够的氧气,那就该是你付出代价的时候了——丙酮酸会与NADH+H+反应,得到乳酸,这会让你的肌肉酸痛、无力,迫使你放弃锻炼。
TCA循环
氧化磷酸化
还记得我们开头提到的脂肪酸吗?它的氧化只能在有氧条件下进行——脂肪酸将会脱下大量的氢、被酶切成若干个醋酸并进入TCA循环,这个过程是不可逆的,因此脱下的这些氢只能被送去氧化磷酸化,否则会引起严重的后果。
β氧化这两者共同导致了有氧运动的减肥效率高于无氧运动——有氧运动(如跳舞)可以持续非常长的时间,并且可以消耗脂肪,而无氧运动(如举哑铃)则只能持续相对短的时间,并且不能消耗脂肪酸。
那么,KTV音乐起了什么作用?
啊哈,各位看官可能已经注意到了,在跑步的时候播放一些有激情的音乐(大部分KTV音乐就属于这种)有助于提高耐力,这就不得不说到心理作用对身体的影响了!
声波由耳蜗转化为神经信号后,首先传入了位于颞叶中颞上回的听觉中枢,然后经过初步处理后传入杏仁核,再由杏仁核激活下丘脑的交感神经,于是导致了心跳加快、呼吸加深、肾上腺素分泌增加!
肾上腺素心跳和呼吸的增强使血液能够携带更多氧气并更快地运走代谢废物,而肾上腺素则会通过与细胞表面的β受体结合,起到增强心脏活动、扩张支气管和促进脂肪分解运输的作用,这样也就进一步增加了肌肉获取氧气的速率,从而减少了无氧呼吸产物的堆积,增加了运动耐力和脂肪消耗,也就是减肥了~
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