"但使龙城飞将在，不教胡马渡阴山"，英雄之所以为英雄，固有其人文因素，但是否也有一些科学原理呢？例如“李广射虎”“武松打虎”，今天我们尝试从生理学的角度来解释英雄们超越极限的科学原理！
《史记-李将军列传》记载：
“广出猎，见草中石，以为虎而射之，中石没镞，视之，石也。因复更射之，终不能复入石矣。”用现代话来说，一天，汉飞将军李广外出打猎，看见草丛中一黑影，形如老虎，李广拉弓搭箭，一矢中的。将军上前察看，惊现所射并非猛虎，乃一虎形巨石，整个箭头没入石中，只剩箭杆凛然在外。此后，李广退回到原地多次重射，然连射数箭，均无法再射进石中。唐代诗人卢纶曾有著名诗篇《塞下曲》：“林暗草惊风，将军夜引弓，平明寻白羽，没在石棱中”赞扬李广将军的神勇。
李广射虎的传奇故事姑且不论其真实性。单从生理学的角度，让我们来分析这个典故可能的细胞分子机制。当李广发现自己射中的是石头后，他退回到原来的位置，采用同样的姿势和同一把弓再次射箭，此时我们可以认为他射箭时的前负荷、后负荷与射第一箭时一样，但射出的力量却显著降低，致使将军无法再将箭射入石中，此时最合理的解释便是李广射箭时的肌肉收缩能力远低于射第一箭时的收缩能力。
那么，问题来了，为什么在李广将军误认为那虎形的石头是老虎时，他射箭时的肌肉收缩能力会远高于平时？
01紧张可引起肾上腺素和去甲肾上腺素大量分泌当李广误以为看到老虎时，他是处于极度惊恐与紧张状态的，这将使得机体交感神经强烈兴奋，肾上腺髓质大量分泌肾上腺素和去甲肾上腺素（可达基础水平倍）。图1精神紧张通过下丘脑引起交感神经系统强烈兴奋
02肾上腺素可以通过激活骨骼肌细胞上的β2受体增强骨骼肌收缩能力离体实验发现，给予骨骼肌β2肾上腺素能受体（β2受体）激动剂terbutaline，骨骼肌在做等长收缩时可产生更高收缩张力，展现更强的收缩能力。由于肾上腺素具有β2受体激动作用，提示肾上腺素大量分泌可通过β2受体提高骨骼肌的收缩能力。图2terbutaline对单收缩（等长收缩）的收缩张力影响
03肾上腺素在加强收缩的过程中可提高骨骼肌细胞胞浆内的游离钙离子浓度离体实验发现，给予骨骼肌β2受体激动剂terbutaline，收缩时骨骼肌细胞胞浆内的游离钙离子浓度高于不给terbutaline的对照，提示大量分泌的肾上腺素可提高骨骼肌细胞兴奋-收缩耦联过程中胞浆内游离钙离子浓度，从而提高骨骼肌细胞的收缩能力。图3terbutaline对骨骼肌细胞肌浆内游离钙离子浓度及收缩张力的影响
04cAMP类似物dibutyrylcyclicAMP可提高骨骼肌的收缩能力既往文献显示，肾上腺素通过激活腺苷酸环化酶促进ATP转化为cAMP的浓度，cAMP再作为第二信使引起细胞效应。为探讨肾上腺素的下游信号分子cAMP对骨骼肌收缩的影响，在体外实验中加入可通过细胞膜进入细胞的cAMP类似物dibutyrylcyclicAMP来观察cAMP对骨骼肌收缩的影响，结果发现，dibutyrylcyclicAMP与terbutaline一样，均可提高骨骼肌的收缩能力，提示肾上腺素很可能是通过cAMP来作为第二信使来加强肌肉收缩能力。图4dibutyrylcyclicAMP和terbutaline对骨骼肌细胞收缩张力的影响
05肾上腺素可通过促进骨骼肌细胞终池膜上钙离子释放通道（RyR1）的磷酸化而提高对钙离子的通透性，促进兴奋-收缩耦联时钙离子的释放骨骼肌细胞终池膜上钙离子通道因可与植物碱雷诺丁（ryanodine）特异结合，而被称为雷诺丁受体（ryanodinereceptor，RyR）。骨骼肌细胞终池膜上的RyR为RyR1亚型。体外研究报道，RyR1蛋白的位丝氨酸被cAMP依赖蛋白激酶（PKA）磷酸化后，可提高对钙离子的通透性。离体实验显示，β2受体激动剂异丙肾上腺素（isoproterenol，ISO)可以增加野生型小鼠骨骼肌的收缩能力，但不能提高RyR1基因突变小鼠SA（RyR1蛋白位丝氨酸被丙氨酸替代，不能被PKA磷酸化）的骨骼肌的收缩能力。这提示肾上腺素可通过PKA的介导促进骨骼肌细胞终池膜上钙离子释放通道（RyR1）的磷酸化，提高对钙离子的通透性，促进兴奋-收缩耦联时钙离子的释放。图5异丙肾上腺素（ISO)对野生型小鼠和RyR1基因突变小鼠SA骨骼肌收缩能力的影响
综上所述，紧张导致肾上腺素大量分泌，肾上腺素通过与骨骼肌细胞膜上的β2肾上腺素能受体结合，激活腺苷酸环化酶，使得细胞内cAMP浓度增高，激活PKA引起RyR1磷酸化，提高其对钙离子的通透性，使得骨骼肌兴奋-收缩耦联过程中终池能释放更多钙离子，最终提高了骨骼肌收缩能力。当知道所射对象为石头时，李广的紧张状态消除，肾上腺素的分泌恢复到基础水平，血液中肾上腺素浓度降低，骨骼肌收缩能力恢复到平时水平。据测定，人体内血浆肾上腺素浓度的半衰期约为1.68±0.16min。
图6肾上腺素引起骨骼肌收缩能力增高机制的示意图
最后还要指出的是，科学家们为探索肾上腺素对骨骼肌收缩能力的影响及作用机制，进行了一系列的研究。前面所展示的研究结果只是其中小部分的代表性结果。
但管中窥豹，我们还是能了解到肾上腺素在肌肉收缩过程中的重要性，以及它是如何为李广将军“能缚射雕，甞格猛兽”的威名立下“赫赫功劳”的。
文案
罗自强
编辑
张艺璇
审核
冯丹丹，罗自强
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