【云飞杂记】测量

　　跑步时，我们能直观感受到肌肉的力量，但谁为肌肉提供能量呢？从远古走来，人类凭借智慧对超出五感的问题并不缺少答案，比起终极三问，“我是谁，从哪来，到哪去”，肌肉能量问题只是小儿科，源远流长的朴素唯物论认为“吃啥补啥”和“百炼成钢”，反面教育则有“酒色伤身”。

　　健客：跑步嘛，就要多吃肉，最好是啃骨头上的肉。想更高、更快、更强就要多锻炼，闻鸡起舞，笃行不怠。

　　1897年，德国生物化学家毕希纳证明发酵过程在没有酵母菌存在的情况下也可进行，其本质是由酵素即酶引起的催化反应，由此开创了酶化学，成为近代生物化学诞生的标志。毕希纳因此获得1907年诺贝尔化学奖。

　　云飞：嗯，后起之秀用科学实验终结了伟大的李比希和伟大的巴斯德之争。其实，是后浪把前浪拍在沙滩上。

　　20世纪，肌肉能量的热力学研究首先获得进展。接下来，生物化学在新陈代谢及其调控机制方面取得重大突破，相继发现糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化等。

　　1886年9月26日，希尔出生于英国布里斯托，比毕希纳小26岁。由于父母离异，希尔和妹妹随母亲生活。虽然家境贫寒，但是母亲重视教育。少年时代的希尔是数学神童，1905年进入剑桥大学三一学院，第一年就对数学厌倦了。在导师的鼓励下，他开始转攻生理学。1909年，希尔毕业，留校从事生理学研究。该校生理学实验室名家云集，希尔受益良多。早期，他主要借助其数学方面的天赋为实验提供理论支撑和帮助，比较有影响力的工作是对血红蛋白与氧结合的研究，提出了希尔经验公式。后来在实验室主任的指导下，开始肌肉热力学研究。

　　鉴于德国在这方面处于领先地位，希尔于1911年赴德访学，了解先进技术。肌温测量的难点在于温度变化小而迅速，希尔努力提高测热仪器的灵敏度与反应速度，直到1914年第一次世界大战爆发。希尔入伍，不是上前线，而是参与武器研发，在运筹学和弹道学方面一展才华，升到少校军衔。一战结束后，他被封为爵士，并当选皇家学会会员。毕希纳就没那么幸运了。1917年，他在罗马尼亚的福克沙尼战地医院担任少校，8月11日，在马拉塞蒂战役被弹片击中，于两天后去世，葬在福克沙尼的德国士兵墓地，享年57岁。

　　云飞：那时，人们对科学及科学家的重要性认识不足吧，认为没有理由不让科学家上战场，和普通士兵一起出生入死。毕希纳之死对德国是重大损失，还有一个人的死让英国乃至全世界追悔莫及。

　　云飞：一战爆发后，比希尔小1岁的英国物理学家、化学家莫塞莱以志愿者身份入伍并成为工程兵军官，1915年8月10日，在加里波利战役中弹身亡。要知道莫塞莱研究生涯开端取得的成果就足以配得上诺贝尔奖。他的死被认为可能是那场战争对全体人类而言代价最为惨重的牺牲。英国政府为此修改政策，不允许那些取得突出成就或者有着远大前途的科学家再上前线。

　　说到门捷列夫的名言：没有测量，就没有科学。1913年，莫塞莱用X射线测量了多种金属化学元素的电磁波谱，发现实验中测得的X射线波长与X射线管靶中的金属元素原子核的核电荷数之间有系统性的数学关系，被称为莫塞莱定律。在这之前，门捷列夫以为元素在周期表中的序号由原子量决定。为此，他不得不调整部分元素在元素周期表中的位置。举例来说，钴的原子量略大于镍，如果根据原子量排序，那么钴应当排在镍之后，但根据两者的物理和化学属性，门捷列夫将钴排在镍之前。

　　云飞：莫塞莱的实验说明原子序数即元素在周期表中的序号，在数值上等于原子核的核电荷数（即质子数）。元素在周期表中的序号，不是推测而是科学，是基于测量的结果。

　　1920年，希尔成为曼切斯特大学的生理学教授。巧合的是，莫塞莱也曾在这里工作，一场战争彻底改变了两人的命运。1922年，希尔和德国科学家迈耶霍夫共同获得诺贝尔生理学或医学奖。两个来自不同国度的科学家，因为关注肌肉的能量代谢问题而共同获此殊荣。

　　希尔关注肌肉产热，他的仪器可测出在百分之几秒时间内，千分之几摄氏度的微小变化，通过测定离体蛙缝匠肌在实验中产生的温度变化，他发现肌肉在收缩和舒张期所产生的热量不到一半，一多半是在肌肉静息恢复时产生的。

　　云飞：这个解释起来有点血腥，简单说就是把青蛙腿摘下来。青蛙是生理学实验中常用的一种动物。离体作为生物学用语，指的是为了各种研究目的而把生物体的一部分摘出和游离于生物体外的状态。缝匠肌位于大腿腹面中线的狭长带状肌。肌纤维斜行，起于髂骨和耻骨愈合处的前缘，止于胫腓骨近端内侧。收缩时可使小腿外展，大腿末端内收。

　　希尔还发现肌肉静息恢复时只有一小部分乳酸被彻底氧化成二氧化碳和水，大部分乳酸则在有氧条件下被重新还原为肌肉中的糖原。20世纪20年代，希尔出版了三部运动生理学名著：《肌肉活动》、《人类的肌肉运动——调速度与疲劳恢复的因素》和《有生命的机械》。由于他对运动生理学发展的巨大贡献，希尔被一些生理学工作者认为是“运动生理学之父”。希尔大半生的研究围绕肌肉能量的热力学研究，迈耶霍夫一生的事业都与肌肉能量的生物化学研究有关。在前人的基础上，迈尔霍夫指出在不利用氧气的条件下，消耗糖原产生乳酸，糖原的消耗数量与乳酸的生成数量成比例关系。肌肉的无氧运动会伴随糖原酵解产生乳酸，当肌肉静息恢复时，有一部分乳酸又会转化为糖原。在肌肉运动过程中，糖原与乳酸循环转化，是人类运动科学的里程碑。在诺贝尔奖授奖仪式上，迈耶霍夫毫不保留地承认和感谢希尔的肌温测量对自己研究工作的指导作用。“当希尔教授有此重要发现时，在这昏暗之中便出现了一缕亮光。”迈耶霍夫说：“正是这一发现如灯塔之光洞穿海上迷雾，使我得以平安前行，驶过险滩。” 希尔和迈尔霍夫的研究成果与学术思想深刻影响着肌肉生理学和运动生理学的发展。

　　为了保证生命延续、器官运作和肌肉活动，不断消耗能量……更多发现、更多理论、更多训练方法你方唱罢我登场。敬请期待。