人類不只是大老鼠:目前對肌肉的解剖學預測是錯誤的
在科學領域,從研究小型生物中得出的結論往往被歸納並應用於人類,儘管體型差異很大。由Shirley Ryan AbilityLab領導並發表在《生理學雜誌》上的新研究是第一個直接測量人類肌肉收縮特性的研究,並證明將此類信息建立在動物的測量之上會導致不准確的預測。
這一突破最初是在科學家們採用專門的手術技術時出現的,他們將人類病人的gracilis肌肉(一種大腿肌肉)移植到手臂上,以恢復臂叢神經損傷後的肘部彎曲。這使他們能夠直接測量肌肉的特性,並評估建築和縮放的預測–這是一個罕見的機會,因為獲得這種測量是高度侵入性的,並且只能在廣泛的手術中進行,而不是出於相關的原因。與之前基於傳統動物解剖學模型的信念相反,他們發現gracilis肌肉的功能是相對較短的纖維平行工作,而不是長纖維。這一發現在整個研究過程中被不斷重複。
具體來說,研究人員確定人類肌肉纖維特異性張力比傳統上使用的黃金標準小24%,該標準由小型哺乳動物確定。此外,他們還確定,平均gracilis最佳纖維長度約為基於屍體肌肉的詳細解剖學研究而理解的一半。
“科學家研究動物是有原因的,”高級作者、雪莉-瑞安能力實驗室的首席科學官理查德-L-利伯博士說。”直接測量人類肌肉的收縮特性是不可能的,因為它們需要從身體上切割出肌肉。因此,科學家們必須研究動物的肌肉,然後通過根據尺寸縮放數字來預測它們與人類的關係。”
這項研究首次表明,這種推斷根本不准確。gracilis作為一個很好的測試案例,因為它具有直接的特性。研究人員說,因為它的測量結果沒有被準確預測,所以所有肌肉系統的測量結果都可能不正確。
利伯博士說:”當從小鼠推斷到人類時,一些比例法則效果很好,例如在測量心輸出量和血壓時,”他也是西北大學的教授和Edward Hines Jr.的高級研究科學家。VA醫院的高級研究科學家。”然而,通過這項研究,我們已經證明了同樣的縮放原理並不適用於肌肉,實際上是高度非線性的。展望未來,我們不應該進行小鼠肌肉研究,然後簡單地乘以身體大小來預測人類的特性。”
這些發現對各學科都有重大影響,包括外科、計算肌肉骨骼模型、肌肉性能和康復。例如,預測肌肉在外科手術後的表現是至關重要的。許多手術(例如肌腱延長、肌腱轉移、手術釋放)改變肌肉長度和力量。然而,目前只有肌肉骨骼模型–基於間接測量方法並將動物數據推斷為人類尺寸–可以用來預測手術結果。
利伯博士就沒有被研究結果所嚇倒。他說:”發現我們對人類肌肉的解剖學預測是錯誤的,這對人類科學來說是個大新聞。作為科學家,我們不斷地測試我們的假設是至關重要的。現在,這一知識使我們走上了更好地理解肌肉的性能、適應和康復潛力的道路。”