محققان یک مدل ریاضی برای پیش‌بینی بهترین راهکار عضله سازی طراحی کردند
تیم تحریریه- ۱۱ مهر ۱۴۰۰
محققان دانشگاه کمبریج با استفاده از بیوفیزیک نظری موفق به ساخت مدلی شدند که می‌تواند مقدار نیروی فیزیکی لازم برای عضله سازی را پیش‌بینی کند.
این مدل می‌تواند زمینه‌سازِ توسعه‌ی یک محصول نرم‌افزاری باشد تا کاربران الگوهای تمرینی خود را با افزودن جزئیاتی درباره فیزیولوژی فردی‌شان بهینه‌سازی کنند. محققان با تکیه بر پژوهش‌های قبلی خود به توسعه‌ی این مدل پرداخته‌اند. بر اساس یافته‌ها، بخشی از عضله به نام «تیتین» مسئول تولید چند دسته از سیگنال‌های شیمیایی است که بر رشد عضله و عضله سازی تاثیر می‌گذارند.
هدف از عضله سازی
نتایج این مقاله در مجله «Biophysical Journal» منتشر شده است. بنا به یافته‌های مقاله، وزن بهینه‌ای برای انجام تمرین‌های مقاومتی برای هر فرد و هدف رشد عضلانی وجود دارد. عضله‌ها فقط برای مدت بسیار کوتاهی می‌توانند ظرفیت بیشینه خود را حفظ کنند. ظرفیت تجمع یافته منجر به فعال‌سازیِ مسیرهای سیگنال‌دهی سلول می‌شود. تحت این شرایط، سنتز پروتئین‌های عضلانی جدید به وقوع می‌پیوندد. اگر ظرفیت از مقدار معینی کمتر باشد، عمل سیگنال‌دهی تا حد مورد انتظار صورت نمی‌گیرد. لذا زمان تمرین را باید افزایش داد تا این ضعف جبران گردد. مقدار این ظرفیت بحرانی تا حد زیادی به فیزیولوژی ویژه‌ی افراد بستگی دارد.
بی‌تردید، ورزش به عضله سازی منجر می‌شود. پروفسور «یوجین ترنتیف» از آزمایشگاه کاوندیش دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان مقاله حاضر بیان کرد: «اما در کمال تعجب، اطلاعات کمی در خصوص این موضوع وجود دارد که ورزش چرا و چگونه باعث عضله سازی می‌شود. دانش تجربی بسیاری درباره نحوه‌ی عضله سازی وجود دارد، اما داده‌های تایید شده‌ی علمی اندکی قابل دسترس می‌باشد.»
هرچقدر ظرفیت یاد شده در حین ورزش بالاتر باشد و تعداد تکرارها بیشتر باشد، اندازه عضله بزرگتر می‌شود. با این حال، حتی با بررسی عضله نمی‌توان علت دقیق این اتفاق را متوجه شد. اگر محققان توجه خود را روی یکی از عضلات یا فیبرها معطوف کنند، قضیه پیچیده‌تر از این می‌شود. عضلات از چندین رشته تشکیل یافته‌اند که طولی برابر با 2 میکرومتر دارند.
«نیل ایباتا» یکی دیگر از نویسندگان مقاله اظهار داشت: «به همین منظور، قسمتی از توضیحات مربوط به رشد عضلانی را باید در مقیاس عضلانی جستجو کرد. برهم‌کنش‌های میان مولکول‌های ساختاری اصلی در عضله همین پنجاه سال پیش به صورت علمی مورد بررسی قرار گرفت. نحوه قرارگیری پروتئین‌های کوچکتر در این ساختار کماکان در هاله‌ای از ابهام قرار دارد.»
مصائب جمع‌آوری داده
البته دشواری در گردآوری داده نیز بر مشکلات دامن زده است؛ افراد به لحاظ فیزیولوژی و رفتار تفاوت‌های چشمگیری با یکدیگر دارند. از این رو، تقریباً غیرممکن است که آزمایش کنترل‌شده‌ای درباره تغییرات اندازه عضلات افراد انجام دهیم. ترنتیف در ادامه می‌افزاید: «امکان استخراج سلول‌های عضلانی و بررسی جداگانه‌ی آنها وجود دارد، اما این کار باعث چشم‌پوشی از مسائل دیگری نظیر سطح گلوکز و اکسیژن در طول ورزش می‌شود. بررسی تمامی این موارد به صورت یکجا کار بسیار دشواری است.»
ترنتیف و همکارانش چند سال پیش به بررسی سازوکارهای «حس مکانیکی » پرداختند که به قابلیت سلول‌ها برای حس نشانه‌های مکانیکی در محیط‌شان اطلاق می‌شود. موسسه انگلیسیِ «English Institute of Sport» مقاله ترنتیف و همکارانش را مورد توجه قرار داد.
آنها مایل به بررسی این مسئله بودند که آیا مفهوم حس مکانیکی با مشاهدات‌شان در احیای عضله ارتباطی دارد یا خیر. بنا به یافته‌های آنان، آتروفی عضلانی ارتباط مستقیم با پژوهش محققان کمبریج داشت. این محققان در سال 2018 پروژه‌ای برای بررسی نحوه تغییر پروتئین‌ها در رشته‌های عضلانی (تحت فشار) به راه انداختند. بخش‌های عمده‌ی تشکیل‌دهنده عضله (آکتین و میوزین) فاقد محل چسبندگی برای مولکول‌های سیگنال‌دهنده هستند. بنابراین، تیتن مسئول اعلام تغییرات در نیروی اِعمال شده بود.
هرگاه بخشی از یک مولکول برای مدت طولانی تحت فشار قرار گرفته باشد، وارد وضعیت متفاوتی می‌شود. در این صورت، ناحیه‌ای که برای مدتی پنهان بوده، آشکار می‌شود. اگر این ناحیه بتواند به مولکول کوچکی که در عمل سیگنال‌دهی سلولی نقش دارد متصل شود، آن مولکول فعال می‌گردد. ماحصل آن، ایجاد یک زنجیره سیگنال شیمیایی است.
پروتئین موثر بر عضله سازی
تیتین پروتئین بسیار بزرگی است و بخش کوچکی از آن در طول انقباض عضله تحت فشار قرار می‌گیرد. این بخش از تیتین حاوی دامنه کیناز تیتین می‌باشد؛ این پروتئین مسئول تولید سیگنال شیمیایی است که بر رشد عضله تاثیر می‌گذارد.
اگر این مولکول تحت فشار بالایی قرار گیرد یا برای مدت طولانی تحت فشار یکنواخت باشد، به احتمال زیاد باز خواهد شد. هر دو شرایط منجر به افزایش تعداد مولکول‌های سیگنال‌دهی فعال خواهد شد. این مولکول‌ها نیز به نوبه‌ی خود باعث تحریک سنتز RNA پیام‌رسان خواهند شد. در نتیجه، تولید پروتئین‌های عضلانی جدید و سطح مقطع سلول عضلانی افزایش می‌یابد.
ایباتا این‌چنین توضیح می‌دهد: «از اینکه توانستم بینش عمیق‌تری درباره چرایی و چگونگیِ رشد عضله کسب کنم، بسیار هیجان‌زده هستم. اگر پژوهش‌های ما به ثمر بنشیند، امکان صرفه‌جویی در زمان و منابع برای ورزشکاران فراهم خواهد شد. افزون بر این، پتانسیل ورزشکاران با انجام جلسات تمرینی عادی رو به افزایش خواهد گذاشت.»
ترنتیف و ایباتا دست به ساخت یک مدل ریاضی زدند که می‌تواند رشد عضلانی را به صورت کمّی مورد پیش‌بینی قرار دهد. آنها کارشان را با مدل ساده‌ای آغاز کردند که شکستگی مولکول‌های تیتین را در صورت وارد آمدن فشار به آن زیر نظر می‌گرفت. آنها از داده‌های میکروسکوپی برای بررسی این احتمال استفاده کردند که واحد کیناز تیتین دچار شکستگی می‌شود یا تحت فشار بسته می‌شود.
همچنین، احتمال فعال شدنِ مولکول سیگنال‌دهنده نیز بررسی شد. محققان با گنجاندن اطلاعات بیشتر از قبیل تبادل انرژی متابولیک، مدت زمان تکرار حرکات و ریکاوری توانستند به پیچیدگی مدل‌شان بیفزایند. این مدل با استفاده از مطالعات بلندمدت گذشته در خصوص هایپرتروفی عضلانی اعتبارسنجی شد.
ارتباط با تمرین‌های مقاومتی
ترنتیف در ادامه توضیحاتش گفت: «مدل ما با مبنای فیزیولوژیکی از این ایده پشتیبانی می‌کند که رشد عضلانی با %70 ظرفیت بیشینه رخ می‌دهد؛ این ایده با تمرین‌های مقاومتی ارتباط دارد. اگر ظرفیت کمتر از این باشد، نرخ باز شدنِ کیناز تیتین دچار افت می‌شود. در نتیجه، فرایند سیگنال‌دهی حس مکانیکی به وقوع نمی‌پیوندد. اگر ظرفیت بیش از این باشد، نتیجه مساعدی به دست نخواهد آمد. مدل ما نیز این اتفاق را به صورت کمّی پیش‌بینی کرده است.»
«فیون مک‌پارتلین» – مربی تمرین‌های قدرتی در یکی از موسسه‌های انگلیسی – خاطرنشان کرد: «یکی از چالش‌ها در آماده‌سازیِ ورزشکاران برتر این است که سطح سازگاری آنها را افزایش دهیم؛ در عین حال، مواردی نظیر هزینه‌های انرژی به حالت تعادل درآیند. پژوهش فعلی می‌تواند بینش عمیق‌تری درباره سازوکارهای دخیل در نحوه واکنش عضلات به افزایش ظرفیت تمرینی ارائه کند. بنابراین، می‌توان راهکارهای موثرتری برای تحقق این قبیل از اهداف طراحی کرد.»
این مدل قادر به بررسی مسئله آتروفی عضلانی نیز می‌باشد؛ آتروفی عضله زمانی است که عضلات از بین می روند. دلیل اصلی از بین رفتن عضلات کمبود فعالیت بدنی است. این می تواند زمانی اتفاق بیافتد که یک بیماری یا آسیب باعث می شود که شما یک دست یا پا را حرکت دهید.
نشانه‌ای از عضلات آتروفی یک بازو است که به نظر کوچکتر، اما نه کوتاهتر از بازوی دیگر است. محققان ابراز امیدواری کرده‌اند که توسعه‌ی یک نرم‌افزار مناسب بتواند رژیم‌های تمرینی اختصاصی را در اختیار افراد و ورزشکاران قرار دهد تا اهداف خود را به شکل کارآمدتری دنبال کنند.
جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید
