众所周知，体育锻炼可以增强肌肉，但科学家不知道这种现象的原因。不知道为什么，好像肌肉细胞也可以“感觉到”它们是如何被“利用”的，它们有时候也会根据自己的运动情况，重新塑造自己，以便可以更好地适应新的环境。因此，人们提出了一个问题：这是如何发生的？什么样的训练会导致这种变化？
NASA宇航局对这个问题非常感兴趣。他们想知道答案。这是因为宇航员在太空中长期处于失重状态。失重会导致宇航员出现明显的肌肉萎缩和肌肉功能下降。在这方面，航天医学专家已经通过大量实验证明了这一点。
从人体上取下一块肌肉进行形态学观察并不容易。我们只能用间接的方法。宇航员在太空飞行任务开始前后测量了自身体重。研究发现，大多数宇航员的体重减轻是由于失重和肌肉萎缩，尤其是在长期飞行后，身体内更多的水分流失造成的。
另一种间接方法是测量下肢体积。结果表明，航天员下肢体积减少了15％～25％。取动物肌肉作组织学检查比较容易。因此，美国和前苏联在这方面进行了大量的试验。科学家他们对比了失重飞行的动物和正常在地球表面养殖动物的肌肉结构，科学家发现会飞行的动物的肌肉有明显的肌纤维萎缩。在航天飞机和空间站上，为了更进一步证明失重会导致宇航员肌肉萎缩，科学家们研究了一项失重飞行后对宇航员骨骼肌结构的影响。这个方法是在飞行前后从宇航员小腿或者大腿上取一小块肌肉，用显微镜和电子显微镜观察其结构变化。结果与动物实验结果一致，飞行后也会出现明显的肌纤维萎缩。
肌纤维的萎缩必然导致肌肉功能的下降。即使飞行时间短，即使飞行7~10天也会发生这种变化。如果用握力仪测量航天员飞行前和飞行中双手的握力，飞行前45~65kg的握力将减少到飞行中的4~22kg，腿部肌肉力量的下降幅度大于手。失重飞行后，航天员躯干的力量也明显下降。参加联盟-9飞行的两名宇航员只飞行了10天，躯干肌肉力量分别下降了40公斤和65公斤，并在返回后第11天恢复。当测量肌肉力量时，两名宇航员都抱怨腿部和背部肌肉疼痛。在太空飞行后的肌肉活动中，肌肉的反应速度也减慢，容易出现疲劳。
为了克服太空飞行造成的肌肉萎缩，宇航员在长时间的太空飞行中每天花2~3小时进行锻炼。有各种各样的运动形式，如推进器、脚踏自行车、在跑步机上跑步，甚至允许宇航员整天穿着一件称为“企鹅服”的弹性连衣裙。宇航员在驾驶舱内进行任何活动时，都应该克服弹性衣服的阻力，这也锻炼了他们的肌肉。太空飞行的实践证明，太空体育锻炼对防止肌肉萎缩具有重要作用。如果不在太空进行体育锻炼，宇航员在长期飞行后可能无法行走。
然而，尽管进行了各种各样的锻炼，宇航员在失重飞行后仍然会经历肌肉萎缩。因此，寻找更好的肌肉锻炼方法是航天医学迫不及待要解决的问题。要找到这个方法，我们必须首先了解为什么失重飞行会导致肌肉萎缩。失重是如何导致肌肉萎缩的？为什么运动可以防止肌肉消耗？只有正确回答这些问题，才能更好地预防肌肉萎缩。
上一个问题的答案简单易懂。这是因为生活在地球上的人必须克服重力才能行走、站立和工作。例如，当移动或举起重物时，他们必须克服身体的重量和物体的重量，迫使许多肌肉群工作，以“锻炼”那些肌肉。即使当人们站着不动或处于某个位置时，即使他们感觉不到肌肉在工作，实际上，身体中的一些肌肉在收缩，以克服重力的影响。在太空中，由于失重，人和物体没有重量。没有强大的肌肉力量做任何事情都很容易。与此同时，驾驶舱狭窄的环境限制了宇航员的活动量。因此，长期的肌肉“报废”已成为肌肉萎缩的主要原因。
最后两个问题很难回答。到目前为止，还没有找到令人满意的答案。现在，许多国家的科学家都在这一领域进行研究。肯尼斯·鲍德温(Kenneth Baldwin)是加州大学心理与生物物理系的教授。在美国国家航空航天局(NASA)的支持下，他正在研究肌肉的内部工作模式，希望能揭开为什么锻炼可以防止肌肉萎缩的秘密，并了解哪种锻炼可以防止肌肉萎缩。
NASA对等长运动非常感兴趣。等长运动意味着肌肉的长度在阻力运动期间不会改变。例如，当一个人用手推一个固定的物体时，他的手会施加力，但他手上肌肉的长度不会改变。NASA对这种训练方法非常感兴趣，因为如果用这种方法进行飞行训练，所需设备简单、重量轻，占用机舱的体积小。发射成本也很低。关键问题是等长运动的方法是否能防止肌肉萎缩？
为了解决这个问题，博德朱的团队在实验室动物和老鼠身上进行了一项实验。他们使用无痛电刺激来激活大鼠的延髓肌肉，并让它们进行三种类型的运动；肌肉收缩、拉长并保持一定长度的等距运动。
一段时间后，科学家将测试老鼠肌肉的变化。鲍德温说：“我们发现，经过12次训练后，三种训练方法引起的肌肉增长数量是相似的，等长运动训练也不例外。”这一结论并不新鲜，其他科学家以前也得出过同样的结论。除了测量整个肌肉质量外，鲍德温研究团队的先进性还测量了肌肉细胞中收缩蛋白的数量。事实上，真正导致肌肉收缩的是收缩蛋白，它使肌肉具有一定的力量。
令鲍德温惊讶的是，虽然等长训练可以防止肌肉萎缩，但它并不能阻止这些肌肉中收缩蛋白的减少。因此，在分子水平上，大腿肌肉实际上减少了。
没人知道为什么。有一点似乎很清楚：等长训练不太可能是保持宇航员肌肉的最佳方式。鲍德温计划利用刚刚从美国宇航局重新申请的资金进行进一步调查。可以用另一种方法来防止肌肉萎缩吗？他们想到用药物来防止宇航员肌肉萎缩。
这种方法还没有用于太空飞行，现在只是一个想法，但是鲍德温认为这可能是一个有效的，因为他们知道宇航员肌肉萎缩的原因之一是加速肌肉蛋白质的分解，人体肌肉中的蛋白质，蛋白质平衡和分解活动一直在进行：当蛋白质合成速率超过蛋白质分解速率时，肌肉生长变得更强；当蛋白质分解率占优势时，肌肉萎缩，功能下降；当两者平衡时，空气中的肉保持不变。有点像一个浴缸，里面有填充和混合装置。当进水口和出水口相等时，水位不变。
肌肉蛋白质的合成和分解与肌肉细胞中的复杂酶网络有关。它能逐个分解肌肉蛋白质中的分子。如果科学家能在这个网络中找到一种关键酶。他们可能开发出一种药物，可以防止肌肉蛋白质分解，从而减缓肌肉萎缩。
鲍德温正在研究这种平衡“构成”的原因。他专注于胰岛素样生长素-1的研究。当肌肉剧烈运动时，生长素-1产生。这种激素可以激活引起肌肉细胞生长的酶。鲍德温还发现运动后小鼠肌肉中生长素1的含量增加。鲍德温解释说：“有些人认为机械应力会增加基因（生长素1），但到目前为止，我们还不知道整个过程。我们只知道生长素1可以促进肌肉生长。”
因此他们想知道他们是否能增加人体中的生长素-1，使宇航员肌肉蛋白质的形成率超过破坏率？科学家们对这个想法很感兴趣，并讨论了可能的情况。如果一切顺利，这不仅是宇航员的好消息，也是地球上人类的好消息。迄今为止，肌肉萎缩（如脊髓灰质炎）这一医学难题有望得到解决，造福全人类。
