人體奧妙：為什麼有些人有禦寒能力
一些職業運動員會在運動後進行冰浴來恢復體力。任何想在冬天保持健康的人都知道，寒冷的天氣可以讓人恢復活力。
能讓人類祖先向北冒險的基因突變，可能也會給一些人帶來體育競技的優勢。 瑪蒂爾達•海伊（Matilda Hay）是一名休閒游泳運動員，她不在加熱的游泳池或野外的冷水中游泳。雖然野外的冷水因其健康益處而備受讚譽，但並不是每個人都適合。海伊說：「我在野外游泳不能呆太久，只能堅持幾分鐘就跑出來。」「出於某種原因，我姐姐比我待的時間長得多。我覺得我們應對寒冷的方式不同。」 媒體引用的冷水游泳對心理健康有益的證據也少之又少。主要是基於對一名24歲女性的案例研究。為什麼冷水這麼受歡迎？海伊說的對嗎，是不是有些人更善於應對寒冷？ 天氣使我們的運動效能下降。在寒冷的天氣中，肌肉代謝會變慢，需要更長的時間來保持繃緊，於是降低了快速行動力和身體產生的總能量（這可以通過良好熱身來緩解）。 運動效能在寒冷天氣中下降的原因有點複雜，主要是因為我們對寒冷的耐受性取決於基因、皮下脂肪水平和體型。一種說法是，當身體降溫時，肌肉細胞釋放能量的速度會降低。 但在寒冷天氣裏鍛煉也有助改善心臟健康，增強免疫系統，並將白色脂肪細胞轉化為褐色脂肪細胞，有助減輕體重。因此，如果操作安全，可以帶來不錯的健康益處。 有些人天生就有更好的禦寒處理能力嗎？ 說到在寒冷的天氣裏鍛煉，一些人可能有優勢。五分之一的人缺乏肌肉纖維蛋白α-肌動蛋白-3。這種基因突變揭示了人類的進化史，並解釋了為什麼一些現代運動員能在寒冷環境中取得成功，而另一些運動員卻在起跑線上一動不動。 α-肌動蛋白-3有時被稱為「速度基因」，在能量爆發和肌肉恢復時，它給運動員帶來競爭優勢，但在其他情況下可能就沒那麼有用了。 我們所有的骨骼肌都由兩種纖維組成：慢肌纖維和快肌纖維。 匹茲堡大學的生理學家考特奈•鄧恩-劉易斯（Courtenay Dunn-Lewis）說：「兩種類型的肌肉都有纖維，但每種纖維的比例可能因肌肉和人而異。」 慢肌纖維負責較慢的有氧運動。這些纖維讓我們站直，讓頭不會向前傾，讓下巴不會放鬆，還推動身體進行更溫和的運動，比如散步和慢跑。如果你做過瑜伽或冥想，教練指導你有意識地放鬆身體肌肉，你會知道有多少肌肉在潛意識地參與。這並不是肌肉「緊繃」，而是一種正常的身體機能，叫做「緊繃」，這一種緩慢收縮的肌纖維阻止跳動的方式。 另一方面，快速肌纖維在無氧呼吸下可以快速收縮，但更容易疲勞。只有當我們需要舉起東西、跳躍、衝刺或在無氧運動中做爆炸性動作時，這些纖維才會發揮作用。蛋白質α-肌動蛋白-3隻存在於這些快速收縮的肌肉纖維中。 「大約80%的優秀運動員的肌纖維要麼是快收縮的（如果他們是力量運動員），要麼是慢收縮的（如果他們是耐力運動員），」鄧恩-劉易斯說。考慮到馬拉松運動員長而苗條的體格，他們的主要慢肌纖維可能很小，但卻能抵抗疲勞，並提供一公里又一公里的持久能量。這個人在給定的時間單位內消耗的能量也更少。 相比之下，美國足球運動員或曲棍球運動員有巨大的快收縮肌纖維，運動有力且速度快，但疲勞也相當快。擁有一種纖維80%的運動員只是天生幸運。對其他人來說，這個百分比接近50%的快跳和50%的慢跳，這是在出生時決定的。纖維類型嚴格由神經系統決定，不能通過運動來改變。 只有頂尖運動員的快肌纖維或慢肌纖維濃度高，這取決於他們的身體特質。 要想了解這兩種纖維之間的區別，可以想想雞肉。 雞腿肉顏色深是因為慢肌纖維和肌紅蛋白（一種與氧氣結合的蛋白質，作為有氧呼吸的一部分將其輸送到肌肉）密度更大。因為肌紅蛋白富含鐵元素（有點像血液），使肌肉呈現出暗紅色。 其實，當你切牛排的時候，滲出來的紅色物質是肌紅蛋白，不是血液，血液的紅色來自於相關的血紅蛋白。 胸肉顏色較淺，因為它的快速肌纖維密度較高，所以肌紅蛋白密度較低。雞胸肌只在鳥兒拍打翅膀時短暫、劇烈、無氧爆發時才需要，而腿部則更經常被用到。 在人類身上，這種差異不那麼明顯。我們的肌肉由這兩種纖維組成，數量各有不同。 這些纖維在保暖方面也起著重要作用。寒冷時，快速收縮肌肉纖維反覆快速收縮——這就是顫抖。每一次微小的、快速的收縮都會在能量釋放時令身體升溫一點點。這是一種能量密集型的保暖方法，又快又有效。 「增加體熱最有效的方法之一是肌肉收縮，」鄧恩-劉易斯說。「在運動中，燃燒的70-80%的卡路里會產生熱量。」 同時，我們的慢肌纖維總是巧妙地參與張力，產生有效熱量。 全球約有15億人完全缺失α-肌動蛋白-3。儘管擁有快速收縮肌纖維，但他們的肌肉爆發力較弱，相反，慢收縮肌纖維密度更大，這意味著他們很少能在需要力量和爆發力的運動中取得成功，但卻能在耐力運動中取得成功，論文的作者說。雖然他們不太擅長無氧運動，但可以更有效地利用能量。 編碼α-肌動蛋白-3的基因發生了突變，導致5萬年前從非洲遷移到歐洲的人類祖先失去了這種蛋白質。這種基因突變可能幫助歐洲的祖先應對寒冷的氣候，他們減少了發抖所浪費的能量，而依賴於肌肉的有效熱量。 長跑運動員在寒冷的環境中可能會表現得更好。 鄧恩-劉易斯說：「（這種基因型）在與溫暖氣候相關的種族群體中往往不太常見——肯尼亞和尼日利亞1%，埃塞俄比亞11%，高加索18%，亞洲25%。」「根據非洲以外的模式，這表明隨著人們遷移到更涼爽的氣候，這種基因多態性增加了。」 缺乏α-肌動蛋白-3的人更善於保暖，能量也更充沛，能夠忍受更惡劣的氣候。 基因的另一個方面決定我們如何應對寒冷：脂肪。就像兩種主要的骨骼肌纖維一樣，我們也有兩種脂肪——白色脂肪和棕色脂肪——其中一種對保暖很重要。 細胞生物學家克里斯汀•斯坦福（Kristin Stanford）和她在俄亥俄州立大學（Ohio State University）的合著者對有關棕色脂肪組織（褐色脂肪）在調節人體熱量方面作用的研究做了回顧。棕色脂肪是產熱的，它就像我們的慢肌纖維一樣，無需顫抖就能讓我們升溫。暴露在寒冷中就足以激活棕色脂肪，從而減輕體重。斯坦福大學表示，這是治療肥胖的一個研究領域。 但是，運動似乎對棕色脂肪有矛盾的影響。似乎鍛煉抑制了這種活動，也許是因為當鍛煉時，我們通過其他機制產生了足夠熱量。不過作者強調，目前的研究還沒有定論。 寒冷天氣可能會阻止燃燒棕色脂肪，但肌肉會有更慢的神經傳導速度，產生更差的運動成績，「在運動中，如果一個人適當熱身……他們的身體很容易暖和起來。」鄧恩-劉易斯說。沒有理由不在寒冷的天氣裏運動。 「其實，最好的馬拉松時間往往是在寒冷的天氣，因為寒冷有助於更好地消散運動中產生的熱量，」她說。「如果不是因為寒冷，在耐力運動中，身體不得不將資源從肌肉運動中轉移出來，以擺脫熱量。」 但是，並不是所有的頂尖運動員都能在寒冷的環境中表現得更好。寒冷會加劇運動性哮喘，影響超過35%的冬奧會運動員。較冷的空氣濕度較小，因為空氣中的水蒸氣會結冰。人們認為，乾燥的空氣會引發肺部的炎症反應，導致支氣管收縮。 所以，有些人更難做到這一點是基因決定的。一些攜帶α-肌動蛋白-3基因突變的人具有微小優勢，這解釋了他們為什麼渴望在黎明醒來在開闊的水域游泳，而另一些人則掙扎著走出家門跑步。對海伊來說，她家附近加熱的公共泳池就足夠了。 請訪問 BBC Future 閲讀 英文原文。