诺贝尔生理学或医学奖名人堂系列
1922:希尔
1921年,诺贝尔生理学或医学奖由于没有合适的人选而导致空缺。到了1922年的年底,英国生理学家阿奇博尔德·维维安·希尔(Archibald Vivian Hill,1886-1977)和德国生物化学家奥托·弗利兹·迈尔霍夫同时获得了该奖项。这两位医学科学家并不属于同一个科研团队,也未在科研方面进行过任何合作与交流,却不约而同地在“肌肉运动的能量转换”这一研究课题上有了重大发现,从而被诺贝尔委员会所认可并授奖。
这位与迈尔霍夫同时获奖的希尔是英国人,出生于英格兰西南部的海滨城市布里斯托尔,从小聪明好学,上学以后更是充分展示出了自己的数学天赋,得到了师生们的一致好评。1905年他顺利通过剑桥大学三一学院的奖学金考试,成为该校数学系的一名学生。他用两年时间完成了三年的数学课程,于1907年成为第三位剑桥大学数学学士学位考试甲等合格者。
然而,由于数学离现实生活比较遥远,虽然希尔在数学系的学生中鹤立鸡群,但他对数学的兴趣却在不断下降。就在他参加完数学学位考试后不久,便做出了一个令人吃惊的选择:放弃成绩优异的数学,改学完全陌生的生理学。他之所以选择生理学,完全是由于著名生理学家约翰·兰利教授的人格魅力对他所产生的巨大吸引力。转系以后,他一头扎进了生理学的学习与实验之中,经过两年的寒窗苦读,又在自然科学学士学位考试的第二部分取得了第一名的好成绩。就这样,希尔成了一名生理学家,在生理实验室主任兰利教授的领导下开始了生理学的实验研究。
法国(1978):铅球、竞走、滑雪、游泳等体育运动。肢体运动是由肌肉的收缩与舒张引起的,肌肉运动时涉及能量转换问题,希尔对此展开的研究
1910年,希尔发表了“血红蛋白分子积聚对其解离曲线的可能效应”的论文,开始在业界暂露头角。当时,科学界已经发现肌肉在收缩的时候能够产生热量,但对于其深层次机理却知之甚少。那么,从研究肌肉产热规律的角度入手进行研究,应该是一个不错的选择……希尔这么想,也这么做了。
希尔把肌肉的产热研究作为自己的主攻方向,他把物理学的方法引入到生理学的研究之中,通过热电偶记录仪的使用,发现不仅在离体蛙肌强直性收缩时可以测到温度反应,在单次收缩时也能够测到。接下来,希尔调整和改进了相关物理技术,对离体蛙肌做了进一步的实验,发现肌肉产热量随着时间的推移而产生相应的变化。他分别测定了肌肉在收缩或舒张状态下的产热情况,综合相关数据后做出了如下推断:在肌肉的代谢活动中,参与物质化学反应的乳酸消耗量大,而肌肉中合成乳酸及乳酸的转化和燃烧则需要氧气参与。他的这个推断后来被迈尔霍夫验证了。
1914年第一次世界大战爆发,希尔被迫中断自己的生理学研究而应征入伍,开始了一段军旅生涯。他先在剑桥军团担任上尉,很快就调任大队枪械教官。1916年,作为一名科学家他被派去对防空射击进行研究,为此他专门组织了一支运筹学和弹道学方面的专家队伍,开展了许多卓有成效的研究工作,其成果被编入《防空声波定位器的理论与应用》《防空射击教科书》等书中。
1919年,希尔终于回到了剑桥大学生理学实验室,次年被聘为曼彻斯特大学生理学教授。经过了战争的洗礼后,他更加努力地投入到科研之中,运用物理学的理论并创新科研方法,对离体肌肉和神经进行了更加细致的热力学研究。他找到了肌肉能量释放与力和速度的确定关系,提出了特征方程与肌肉动力学的三元素模型, 成为当时肌肉活动研究的世界第一权威。“因为有关肌肉产热的发现”,他与迈尔霍夫一起获得了1922年诺贝尔生理学或医学奖。
利比亚(1972):世界卫生日。主图为上肢肌肉收缩导致肘关节屈曲。希尔把肌肉收缩时的产热现象作为自己科研的主攻方向,并取得了非凡的成果
希尔不但在基础生理学领域做出了令人瞩目的成就, 还把在离体肌肉研究中获得的无氧活动和氧化恢复的概念应用到人体的肌肉运动中。在1923-1925 年间, 希尔和他的合作者们发表了一系列关于肌肉运动、乳酸和氧的供应与利用的文章,提出了机体利用氧的能力存在上限的观点,首次清晰地描述了最大摄氧量的概念,并合理地解释了最大摄氧量的限制因素。经过几十年的验证和发展,这一观点深入人心。他的开拓性工作为运动生理学的形成奠定了基础,最终使一个新的学科分支从生理学中独立了出来。
希尔还提出了“氧债”和“需氧量”的概念,使人们在观念中建立起运动人体无氧代谢的概念, 改变了人们认识身体运动的观念,促进了运动与健康科学的发展。他还广泛涉猎其它课题,包括人体肌肉的机械效率、奔跑的动力学、运动能力与适应等。他在这一领域的探索还引发出更多的新课题,激发更多的人追随他,为这个新兴的学科付出努力。他的一生无比勤奋,科学研究又硕果累累,在生理学的发展史上留下了浓墨重彩的一页。
西班牙邮资封,封图上的照片为1922年诺贝尔生理学或医学奖获得者、英国生理学家希尔的头像,同一张照片重复成两个影像,给人以更强的视觉冲击力,头像上方介绍文字的两侧分别为诺贝尔奖章正面图案和英国国旗
作者简介:王平,南京医科大学医学史研究中心客座教授,中华医学集邮研究会副会长
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