不幸的是，大多数人对于增肌知之甚少，因为媒体告诉我们很多不同的事情，

而医学论文每天都会提出不同的研究。

01牛如何吃草都能长肌肉，这种能力的关键在于胃

02 牛生成挥发性脂肪酸和甲烷路线图

03 牛长肉秘诀：菌体蛋白

04 人和牛消化系统组成和功能上的巨大差异

05 人和牛进化过程中的能量分配差异

06 增加肌肉需要明确的信号吗？

07 奶牛对人类饮食的启示？

08 附：反刍动物简介

很神奇，牛光靠吃草就可以长一身的肌肉！而人类想要一身的肌肉，不但要严格控制饮食，还需健身训练。而且一旦一段时间内停止锻炼，人就会迅速发胖，肌肉就减少了。这是为啥呢？

01 牛如何吃草都能长肌肉，这种能力的关键在于胃

2025年年初，《MIT Technology Review》将“牛打嗝疗法”（Cattle burping remedies）列为年度十大突破性技术（Breakthrough Technologies）之一（图1），称其为“控温赛道上的超级明星”。这是因为牛胃中微生物发酵产生的甲烷（CH4）无法在牛体内停留，最终90%-95%的甲烷以打嗝形式进入大气，其余的通过放屁释放出来（图1）。

牛是专一吃草的反刍动物（Ruminants），能从草中获得的营养物质太有限了，所以，尽可能的获取草中的营养，是牛的生存之道。

如何尽可能的榨干草中的营养呢？牛就牛在，它进化出了一套特殊的消化系统！

首先来看看牛的这套消化系统的组成。牛拥有四个胃（图1），分别是瘤胃（rumen）、网胃（reticulum）、瓣胃（omasum）和皱胃（abomasum）。它们分别对应着吃货喜欢的毛肚、金钱肚、百叶和牛肚（图2）。瘤胃、网胃和瓣胃是经过特殊进化形成的，本质上是食道的一部分，只有皱胃才是真的胃。

图1 牛胃的组成以及食物运行（反刍）路线图

瘤胃本质上是覆盖有乳头的发酵罐，微生物（细菌、原生动物和真菌）在乳头中消化纤维性植物材料，将其分解为挥发性脂肪酸（volatile fatty acids VFA）的最终产物。这些乳头参与吸收微生物活动产生的VFA（主要包括乙酸、丙酸和丁酸等，叫短链脂肪酸），并且是反刍动物的主要能量来源。瘤胃为这些微生物的增殖和发育提供了完美的环境。它是无氧的（没有氧气），理想的温度（95℉至107℉）和pH值（6.5至7.0），并含有水、营养物质和发酵的吸收产物（图1-4）。

网胃是一个蜂窝状壁的小袋，与瘤胃的前部相连。网胃收集小颗粒消化物——或正在消化——并将它们移动到瘤胃中，而较大的颗粒则留在瘤胃中进一步消化。网胃在发酵过程中与瘤胃密切合作，促进反刍过程（图1、2）。

瓣胃通过一个称为网胃-瓣胃口的短而窄的隧道与网胃相连。它有超过150个薄的纵向褶皱，看起来像一本书中的书页，这些平行的褶皱或页面包含小乳头，使瓣胃具有吸收表面积（图2）。瓣胃的主要功能是吸收在瘤胃中未被吸收的水、电解质和VFA，以及减少饲料颗粒大小，以便在进入皱胃之前通过。

皱胃被认为是“真胃”，对应于单胃动物的胃，或换句话说，简单胃动物的胃（猪、狗、鸡等）。与前胃不同，皱胃具有产生和分泌消化酶或胃液（盐酸和消化酶，包括纤维素酶，这是消化植物纤维所必需的）的能力，这些酶可以分解蛋白质和其他营养物质（图1、2）。皱胃为消化道在十二指肠中的进一步消化和吸收做好准备。

盲肠是大肠开始处的一个大盲袋，在成熟的奶牛中大约有3英尺长。盲肠在反刍动物中的功能很少，结肠是大肠中大部分水分吸收的部位（图1）。

图2 牛胃的内部组织结构以及对应的美食

02 牛生成VFA和甲烷路线图

在瘤胃微生物生态系统中居住着各种产氢和产甲烷古菌微生物，牛吃草后，微生物将植物转化为氢气（H2），随后氢气面临两条道路：一是生成VFA来滋养牛体，二是将消化过程中氢气和二氧化碳转化为它们打嗝时释放的甲烷（图1、3、4）。古菌主要是产甲烷菌，通过利用氢气和二氧化碳产生甲烷，它们维持瘤胃中的低氢环境（图4）。 根据目标微生物和受影响的代谢途径或过程，甲烷抑制饲料添加剂（antimethanogenic feed additives，AMFA,即减少牛打嗝的东西）工作原理可以大致分为4类（图3、4）：（1）调节瘤胃微生物发酵以减少H2的产生，（2）直接抑制甲烷菌，（3）将H2重新定向到替代电子（e-）-结合途径，（4）CH4的氧化。然而，许多AMFA可能有多种作用模式来减少CH4排放。

图3 左图：瘤胃微生物发酵中还原剂处置和氢代谢的途径，以及参与标记基因的基因。右图：反刍胃甲烷生成和主要AMFA的示意图，为了简化，只展示了以葡萄糖为底物的分解途径：Glucose + 2 H2O → 2 Acetate- + 2 H+ + 2 CO2 + 4 [2H]; Glucose → Butyrate- + H+ + 2 CO2 + 2 [2H]; Glucose + 2 [2H] → 2 Propionate- + 2 H+ + 2 H2O; CO2 + 4 [2H] → CH4 + 2 H2O. 

图4 瘤胃微生物群落的多样性和功能特性

03牛长肉秘诀：菌体蛋白

瘤胃中高度多样化的微生物群落（包括细菌、真菌、原生动物、产甲烷古菌和噬菌体）可以将反刍动物摄入的植物性饲料转化为可吸收的营养物质，VFA和微生物蛋白（microbial proteins）（图3、4）。其中，细菌占90%以上，主要由拟杆菌门和厚壁菌门组成，它们是纤维素（cellulose）分解和发酵的主要力量（图5）。原生动物数量较少，主要通过纤维预处理和细菌群落调节等间接方法协助纤维素降解。与细菌在酶活性和直接降解能力方面的优势相比，它们的作用相对有限（图4、5）。虽然瘤胃真菌含量不高，但在木质纤维素分解方面具有独特的优势。噬菌体通过溶菌和溶原周期调节宿主细菌：它们可以直接裂解纤维素分解细菌和其他细菌，控制细菌数量以维持生态平衡（图4）。例如，它们可以减少产甲烷古菌的数量（图3）。各种瘤胃微生物并非孤立存在，而是表现出复杂的相互关系。例如，细菌和真菌植物纤维降解方面表现出协同作用，细菌开始初步分解纤维素，为真菌进一步降解提供便利。原生动物捕食细菌，反过来又调节细菌种群有助于群落稳定。这些相互作用深刻影响瘤胃发酵过程和短链脂肪酸的产生（图3、4）。

总之，牛吃草首先喂养的是前面所诉的微生物，这些微生物将草中难以消化的纤维素通过分解和发酵等方式释放出纤维素包括的蛋白质和糖类等（图3-5），糖类走向产生VFA途径。纤维素释放的这些蛋白质是牛增肌的第一份来源。微生物利用纤维素释放出的一部分蛋白（从草等来源中提取氮，并利用它来制造蛋白质）和扩散到瘤胃中的尿素合成自己的菌体蛋白，让自己茁壮成长，这些细菌一旦死亡，这些菌体蛋白就成为牛增肌的第二份来源，也是主要来源（图5）。这些被精心保留的物质，会通过多种复杂的体内循环途径，再次回到瘤胃中，促进新的蛋白质的合成。这种独特的身体机制，是人类所无法比拟的，也进一步揭示了牛为何能够如此轻松地保持其发达的肌肉状态。

图5 微生物蛋白在瘤胃内的循环概念模型

04 人和牛消化系统组成和功能上的巨大差异

人类与牛在多个方面存在显著差异，尤其是在胃的构造、消化机制以及相关生理功能上。

首先，是胃的数量与结构不同，人类只有一个胃，分泌胃酸和消化酶对食物进行化学性消化，但不具备分解纤维素的能力，因此无法从草类中获取能量（图6）。皱胃类似人胃，分泌消化液（见01部分）。

其次，是消化方式不同，人类以化学性消化为主（依赖消化酶），直接摄入优质蛋白（如肉、蛋、奶）。而牛以微生物发酵为主（尤其在瘤胃），微生物利用非蛋白氮合成菌体蛋白，在皱胃中被消化为氨基酸，并被小肠吸收，成为肌肉生长的重要原料。牛的瘤胃中微生物不仅能分解纤维素产生VFA供能（占能量需求60%-70%），还能合成B族维生素和维生素K。在人类中，植物纤维保持未消化。当它们进入结肠时，肠道微生物组将它们分解产生像维生素和VFA这样的副产品。 但因为人类缺乏纤维素酶，消化不了牛胃中容易分解的许多纤维，所以，人类无法从草中获取有效能量或构建肌肉所需的蛋白质。

第三，位置差异（图6），从进化的角度看，人是杂食动物，类似与草这类植物也需要分解和发酵，这个场所就转移到人的升结肠和横结肠，这里的微生物也最丰富，相当于牛的前三个胃的地方。这里的微生物也可利用膳食纤维产生VFA作为人类能量的补充。重要的是当大量的微生物死亡后，除了部分被活着的微生物利用外，大部分随大便排出了，也因为这里不是蛋白质吸收的场所。这种分解消化吸收的顺序导致了人不能像牛一样利用菌体蛋白。

实际上，人类与牛在身体机能与消化系统上的区别极为显著，这正是两者在营养摄取及肌肉生成方面展现出不同特征的根本原因。这种差异不仅是解剖结构的不同，更是生态系统适应性的体现。

05 人和牛进化过程中的能量分配差异

所有生物在资源有限的环境中都需要利用有限的能量来生长、生存、繁殖、维持体温，还是支持复杂器官运行？这就必须对能量进行权衡分配或做出权衡取舍，这种“能量预算”深刻影响着物种的演化路径。牛作为反刍动物，其消化系统高度特化，而人类则走上了一条以智力为核心的进化道路，两者代表了截然不同的适应策略。

首先，主要能量来源不同，人是杂食动物，食物来源多样化（碳水化合物、脂肪、蛋白质），而牛食物来源是纤维素（来自青草）。

其次，能量转化路径优先分配对象不同，草料进入瘤胃产生乙酸、丙酸、丁酸等VFA是主要能量源，微生物自身合成蛋白成为肌肉构建的氨基酸来源，能量优先供给消化系统和肌肉组织。进化过程中，牛的生存需要对抗外部威胁，需要强壮的体格，因此，在基因层面就进化出了蛋白质优先供给肌肉组织的策略。另外，牛相对安静、少动的生活方式，也减少了不必要的能量消耗，使更多的营养能够被用于生长和肌肉维持。

第三，人类通过克服限制其他灵长类动物的静息和活动能量消耗之间权衡取舍，进化出了异常高的静息代谢率（Resting Metabolic Rate, RMR）、活动和总代谢率。增强的代谢率有助于人类为扩展的大脑、更快的繁殖率、更长的寿命和更高的体脂百分比提供燃料。RMR是指人体在清醒、饮食、安静状态下每分钟消耗的最低热量，是维持生理功能的最小能量需求，如心跳、呼吸、体温等。高静息代谢率的人在进行健身锻炼、减脂、控制体重时，单位时间内每公斤体重消耗的脂肪量会更多。

赫拉利在《人类简史》中说，在休息的时候，大脑的能量消耗就占了百分之二十五。因此，人类的能量倾斜策略是优先用于大脑。肌肉组织在静息状态下也会消耗能量，能量消耗水平是脂肪的4倍，为了避免肌肉跟大脑抢能量，人类在进化过程中就越来越喜欢囤脂肪而不是肌肉。如果想多囤点肌肉，你就得发出明确的信号，那就是锻炼，立马动起来，然后在2小时内补充蛋白质！增肌是科学，更是坚持的艺术！

图6 人和牛消化系统组成和功能上的差异.附：锻炼模式

06 增加肌肉需要明确的信号吗？

在人类中，体重增加的调节是激素、神经信号和环境因素复杂相互作用的调节食欲和能量平衡的结果，这涉及触发或调节体重增加的生物或生理机制。例如，，瘦素是一种由脂肪细胞产生的激素，当身体有足够的能量储存时，它会向大脑发出信号，从而减少食欲。另一方面，胃饥饿素可以刺激食欲。这些信号对于人类根据能量需求调整摄入量是必要的。因此，人类需要明确的增重信号来检测健康风险。然而，牛不需要相同的明确信号，因为它们的消化系统已经适应了从纤维性植物材料中高效提取能量，它们的体重增加更多地取决于这一过程的效率，而不是激素信号对食欲的调节。简而言之，牛的进化和管理方式使其增重有利于生存和生产力，无需人类所需的预防疾病的警告机制。

增肌不需要外部“明确信号”，但必须向身体发送正确的训练和营养信号才能有效增肌。这些“信号”是指通过特定的生理刺激（如力量训练和饮食）向肌肉和神经系统传递“需要增长”的生物信号。这些内在信号触发肌肉蛋白合成，抑制分解，从而实现增肌效果。增肌所需“信号”决定了肌肉是否会生长，主要包括（1）机械张力信号：例如，举起重物就是在向身体发送一个清晰的信号：“我想保留肌肉质量，只减脂肪”——这正是增肌与减脂阶段调控的关键机制之一，即肌纤维在拉伸与缩短过程中承受负荷，激活mTOR通路促进蛋白质合成。（2）代谢压力信号：乳酸堆积、细胞肿胀，刺激生长激素释放、（3）肌肉损伤信号：微小肌纤维撕裂引发修复与超量恢复。因此，若想增肌应主动制造并响应身体信号，如每次训练让肌肉接近力竭，在恢复后逐步增加重量或次数，持续给肌肉“更强挑战”的信号，即渐进超负荷是关键。运动后半小时到2小时内摄入足够优质蛋白（如鸡胸肉、乳清），为肌肉提供原料，但应控制碳水摄入节奏（尤其训练前后）。

07 奶牛对人类饮食的启示？

2024年，Moraïs等在《科学》杂志上报告说，反刍动物和非人类灵长类动物可能是产生纤维素酶的瘤胃球菌株的来源和储存库，人类几千年前在动物驯化的早期阶段从牛或其他反刍动物那里获得了这些有益的微生物。一旦这些入侵者在人类的肠道中安顿下来，继续在人类肠道中定殖和适应，它们就演变成人类特有的物种。Moraïs等得出结论，人类的一些关键肠道微生物可能来自牛——我们正在失去它们，城市化和加工食品的兴起可能会限制我们肠道微生物的多样性（图7）。另外，通过剥夺我们的饮食中的膳食纤维，我们失去了帮助我们获得更好肠道健康的微生物。因此，通过有针对性的饮食方法和专门的益生菌，可能存在有意识地重新引入或丰富这些物种在人类肠道中的潜力。

图7 之前未知的人类肠道纤维素分解瘤胃球菌属在非人类灵长类动物、大猩猩、古代人类群体、狩猎采集社区和农村人口中非常普遍，但在城市化的人类群体中很少见。这些菌株在人类群体中的流行率差异可能反映了工业化社会和非工业化社会之间的饮食差异。膳食纤维的摄入似乎是一个关键因素，因为狩猎采集者报告了高纤维饮食，而在农村人口中观察到较低的纤维摄入量，工业化社会中的纤维摄入量最低。

尽管存在遗传相似性，奶牛和人类的需求却大不相同。我们的消化系统不能完全消化奶牛获取大部分营养的植物物质，而且我们不能依赖我们的微生物组作为氨基酸的主要来源。因为我们能从各种来源中获取这些氨基酸和其他所需的营养素，因此我们的饮食灵活性比奶牛大。这就是杂食者的经典定义。

植物和动物蛋白在营养价值上对人类是不同的。人类和家畜在肠道中将膳食蛋白分解成二十种组成氨基酸。然后动物将氨基酸吸收进体内，组织利用这些氨基酸合成新的蛋白质，这些蛋白质有助于所有细胞结构和功能。对于人类和奶牛来说，有九种氨基酸（必需氨基酸）是它们无法在体内从其他分子合成的，因此必须来自饮食。动物蛋白含有人体所需的全部8种必需氨基酸，含量高且均衡，由于其氨基酸模式与人类蛋白质结构相似，生物利用率更高，因此，动物蛋白的氨基酸组成，如乳蛋白，非常适合人类的蛋白质营养需求。而对牛而言，动物源性蛋白质是一种不可降解蛋白质或绕过蛋白质，它们可以扰乱奶牛的微生物组，导致消化不良甚至死亡。

植物蛋白通常含有一些低水平的必需氨基酸，多数不是完全蛋白，缺乏一种或多种必需氨基酸，因此，这些植物蛋白对动物营养（包括人类营养）的质量可能不是最佳的。例如，谷物缺乏赖氨酸，豆类缺乏甲硫氨酸和半胱氨酸。但可通过食物搭配（如豆类+谷物）实现互补。因此，人类不仅可以靠全植物性饮食生存，而且可以茁壮成长，而且以全植物性食物为主或完全由全植物性食物构成的饮食往往是长期健康最佳选择。因为与动物蛋白相比，植物蛋白无胆固醇，含有较低的饱和脂肪，含有植物多酚、黄酮等抗氧化成分，有助于延缓衰老。但植物蛋白消化吸收速度较慢，部分受植酸、纤维等因素影响，吸收率偏低。

鉴于人类和奶牛之间的所有差异，为什么人类坚持从牛奶及其衍生物中获取卡路里？在新生哺乳动物中，乳糖酶负责帮助分解乳糖，随着断奶后这种酶的表达下降。基本上，断奶后的哺乳动物——成年哺乳动物——已经不再需要分解其母亲乳汁中的碳水化合物。进化过程中，当时某些人群开始驯养动物并消费更多他们的牛奶。即便如此，由于缺乏乳糖酶，这也意味着部分人群并不适合消费乳糖，即存在乳糖不耐受的情况。

08 附：反刍动物简介

反刍动物（Ruminants）是进化史上非常特殊的一种奇妙的动物，它们的祖先可以追溯到5000万到600万年前的早期哺乳动物。反刍动物作为家畜的进化成功，很大程度上归功于其具有的独特而复杂的消化系统。

反刍动物有200物种，具有不同的解剖差异。其中，常见的反刍动物包括牛、绵羊、山羊、水牛和鹿。这些具有相对相似的消化系统解剖结构，但具有不同的饮食专业化和行为。经过数百万年的自然选择，反刍动物的进化产生了三个与它们的采食行为不同群体：食草动物、食叶动物和中间采食者。牛、水牛和绵羊被归类为食草动物，山羊被归类为中间采食者，鹿则被认为是食叶动物。

反刍动物的消化系统特性使其能够有效地利用植物性食物，这使得它们能够在从干旱的牧场到茂密的森林等各种环境中繁荣发展。反刍动物与微生物（当一个生物体生活在另一个生物体内部，并形成互惠互利的关系时）形成内共生关系，这种关系允许消化植物并从中提取营养物质。

反刍动物将高纤维饲料转化为人类消费的重要食物来源的能力，使它们成为食物链的重要组成部分，支持生产各种终端产品，如肉类、牛奶、皮革和羊毛。

               25-12-17日于济南

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(One Health 6：长肉就得发出明确信号，人需要，而牛不需要，为啥呢？)