威而鋼（Viagra）是有史以來最著名的藥物之一。幾乎每個美國成年人都聽說過這種藥物，並且知道它的作用。
自1998年推出以來，前共和黨總統候選人Bob Dole曾擔任這種藥物的代言人，假藥的製造數量迅速增加，威而鋼笑話也成為流行文化中的永久特色。
當威而鋼按預期工作時，會導致性刺激的男性勃起。
威而鋼是如何做到這一點的？為什麼威而鋼只有在男性受到性刺激時才會起作用？究竟是什麼引起了勃起？在本文中，我們將回答所有這些問題及更多問題。
這是一個迷人的故事——它涉及人體的技術以及科學家用藥物控制人體不同部位的方法。在威而鋼的情況下，故事從陰莖開始。
男性陰莖的解剖結構
為了更好地理解威而鋼的作用，我們有必要了解陰莖的工作原理。
對許多人來說，談論陰莖是困難的。這個身體部位被認為是私密的，不會公開討論（至少在禮貌的公司中）。然而，陰莖只是男性解剖結構的一部分，旨在完成一項任務，我們在此將其視為如此。
陰莖實際上負責兩項任務：
- 從膀胱排放尿液，稱為排尿
- 從前列腺排放精子和精液，稱為射精
威而鋼有助於完成第二項任務：射精。
當一切正常時，射精是一個三步過程：
- 男性受到性刺激。
- 陰莖反應變得勃起。
- 刺激陰莖導致射精。
這聽起來很簡單，但在許多情況下，第二步不會發生，這使得第三步變得困難或不可能。儘管男性受到刺激，陰莖卻沒有變得勃起。要了解原因，需要了解勃起的技術。
勃起的技術
勃起類似於充滿壓力血液的氣球，而不是充滿壓力空氣的氣球。
當你想移動身體的幾乎任何部分時，你是通過肌肉來完成的。無論是移動手指、腳趾、手臂還是腿，都是肌肉在起作用。即使當你伸出舌頭，也是通過肌肉來完成的：
- 你想要移動身體的某個部分。
- 相應的肌肉收縮。
- 該身體部分移動。
肌肉讓你可以精確控制地自願移動身體。
然而，陰莖完全不同。陰莖勃起不涉及肌肉收縮。為了變得勃起，陰莖使用的是壓力。
陰莖負責兩項任務：排尿和射精。
最容易理解陰莖如何勃起的方法可能是想像一個氣球。如果氣球沒有充氣，它是軟的。當你往軟氣球裡充入一些空氣時，它會變得拉長和硬挺。
陰莖使用類似的機制，但不是使用壓力空氣來變硬，而是使用壓力血液。陰莖包含兩個雪茄狀的結構，稱為海綿體（單數：海綿體），它們用來變得勃起。
將海綿體想像成氣球狀的管子。動脈將血液帶入這兩個管子，靜脈將血液帶出。陰莖可以處於軟或勃起狀態，這取決於血液流動：
- 在非勃起狀態下，運送血液到海綿體的動脈有些收縮，而排出血液的靜脈是開放的。沒有辦法在陰莖內部建立壓力。在這種狀態下，陰莖是軟的。
- 當男性受到刺激時，通往陰莖的動脈打開，使壓力血液迅速進入陰莖。排出陰莖的靜脈收縮。壓力血液被困在海綿體中，這些血液使陰莖拉長並變硬。陰莖處於勃起狀態。
如果通往陰莖的動脈未能正常打開，男性的陰莖將難以或不可能變得勃起。這個問題是勃起功能障礙（ED）的主要原因。
要解決由於血流不暢引起的勃起問題，你需要打開動脈。我們來看看如何做到這一點——以及在威而鋼出現之前是如何做到的。
威而鋼出現之前的陰莖注射
治療勃起功能障礙的第一個真正突破是在1983年。之前，人們認為勃起功能障礙——即無法勃起——主要是心理問題。
這一觀念在1983年美國泌尿科協會在拉斯維加斯舉行的會議上被徹底顛覆。當時，Giles Brindley博士用苯托拉明藥物注射自己的陰莖。注射後，Brindley在舞台上出現，並脫下褲子向驚訝的泌尿科醫生展示了首批藥物引起的勃起之一。
苯托拉明做了什麼？它放鬆了一種肌肉。
體內有幾種類型的肌肉：
- 骨骼肌是我們在奧運會上看到的——鼓起的二頭肌等。
- 心肌為心臟提供動力。
- 平滑肌可以在血管、腸道和胃中找到，通常是自動運作的。
平滑肌在每次勃起中都扮演著關鍵角色，而苯托拉明是一種放鬆平滑肌的藥物。
1983年，注射苯托拉明產生勃起的原因尤其有趣，因為之前沒有人真正考慮過這個問題。以下是發生的事情：
- 軟陰莖的動脈收縮，阻止血液進入海綿體。
- Brindley的注射放鬆了陰莖內動脈壁的平滑肌，導致它們打開。
- 血液湧入海綿體，血壓使他的陰莖膨脹，迅速勃起。
從20世紀80年代中期開始，患有勃起功能障礙的男性常常注射放鬆平滑肌的藥物來治療這個問題。
威而鋼通過藥片而不是注射來簡化這一過程。威而鋼相比於苯托拉明注射的另一個優勢是，威而鋼只有在男性受到性刺激時才會引起勃起。而苯托拉明則會引起立即且無法控制的勃起。
藥片如何只作用於陰莖中的平滑肌而不是全身，並且只有在男性受到刺激時才起作用？這些問題的答案從理解血液流動的工作原理開始，所以讓我們從這裡開始。
理解血液流動
要了解如何製造特定於陰莖的藥物，首先需要了解血液在體內的流動方式。你的身體只有一個泵——心臟。但身體的不同部分在不同時候需要不同量的血液。例如，如果你正在跑馬拉松，你的身體需要向手臂和腿部肌肉輸送更多的血液，可能會減少流向胃（和其他非必要器官）的血液，以節省氧氣供腿部使用。
換句話說，你的身體需要一組閥門來增加和減少流向身體某些部分的血液量——而你的大腦需要一種控制它們的方法。
身體用來在身體任何部分打開閥門的機制是一個簡單的小化學機器：
- 大腦向特定的神經纖維發送信號。這條神經纖維終止於動脈中的神經細胞，靠近需要改變血流量的地方。
- 這些神經細胞——稱為非腎上腺素性-非膽鹼能性細胞（NANC）——產生一氧化氮並將其注入血液和周圍細胞。
- 一氧化氮刺激附近細胞中的一種酶（鳥苷酸環化酶），使其開始產生一種叫做環鳥苷酸單磷酸酯（cGMP）的化學物質。
- cGMP告訴襯在動脈上的平滑肌放鬆。當它們放鬆時，血流量增加。
- 最後一部分這個化學機器：另一種酶，稱為磷酸二酯酶（PDE），在此期間不斷地使cGMP失活。
只要大腦在向動脈中的神經纖維發送信號，cGMP就會持續產生。當大腦停止發送信號時，所有的cGMP都會因為PDE的作用而消失。這就是大腦隨時打開和關閉閥門的方式。
接下來，我們將了解威而鋼如何發揮其魔力，討論一些副作用以及市場上的新競爭者。但首先，讓我們深入了解化學原理。
夢境與勃起
平均而言，男性每晚在睡覺時會有四到八次自發勃起。它們通常發生在夢境最多的快速眼動（REM）階段。
當醫生想知道患者難以勃起是由於身體還是心理原因時，一種方法是給患者的陰莖裝上傳感器，看看患者的夢境勃起是否正常。如果不正常，問題很可能是身體性的。
臥室的化學課
當情侶談論他們之間的“化學反應”時，誰知道這是一個如此準確的描述？
大腦向動脈中的NANC細胞發送信號。NANC細胞釋放一氧化氮（NO）。一氧化氮作為信號分子，刺激附近細胞中的一種酶稱為鳥苷酸環化酶。鳥苷酸環化酶將一種叫做GTP的化學物質轉化為另一種叫做cGMP的化學物質。cGMP使動脈壁的肌肉放鬆。這種放鬆增加了血液流量。與此同時，PDE正在分解cGMP，將其轉回GTP。這是一個循環——鳥苷酸環化酶將GTP轉化為cGMP，而PDE將cGMP轉化為GTP。一氧化氮啟動了這個循環。
只要大腦在向動脈中的神經纖維發送信號，cGMP就會持續產生，這些神經纖維會產生一氧化氮並保持循環運行。當大腦停止發送信號時，所有的cGMP都會因為PDE的作用而消失。這樣，大腦可以隨時打開和關閉閥門。
這與勃起有什麼關係？
當大腦受到刺激時，它向陰莖發送信號。陰莖海綿體中的神經細胞開始產生一氧化氮，這導致cGMP的產生。cGMP使海綿體中的動脈擴張，導致大量血液流入陰莖。流入的額外血液使陰莖像氣球一樣膨脹。勃起發生了。
當男性有勃起功能障礙時，可能有很多原因導致這個問題。但在老年男性中，最常見的原因之一是陰莖中的動脈在大腦發出信號時未能充分擴張。男性受到刺激，陰莖中的神經產生一氧化氮，但產生的cGMP量不足以維持勃起。
威而鋼解決這個問題的方法非常巧妙。
威而鋼究竟做了什麼？
如果你想製造一種增加陰莖血流量的藥物，有至少三種方法可以實現：
- 增加陰莖中產生的一氧化氮的量。
- 增加陰莖對一氧化氮反應所產生的cGMP的量。
- 消除陰莖中的PDE，使cGMP積聚而不是被PDE分解。
威而鋼採用了第三種方法——它消除了分解cGMP的PDE，使cGMP在陰莖中積聚並對動脈壁產生更大的影響。cGMP的量越大，血流量越大，勃起的程度越高。
威而鋼採用這種技術的原因在於PDE的一個有趣特點。事實證明，人體至少有11種不同的PDE，其中只有一種——PDE5——主要存在於陰莖中。一旦科學家發現這一事實，製造威而鋼變得相對簡單。輝瑞只需要找到一種能選擇性阻斷PDE5而不影響其他PDE的化學物質。當PDE5被阻斷時，cGMP可以在陰莖中積聚，增加那裡的血流量而不影響身體其他部分。
諾貝爾獎
1998年，三位科學家——羅伯特·F·弗克特、費裡德·穆拉德和路易斯·J·伊格納羅——因發現一氧化氮作為心血管細胞之間的信號裝置而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
威而鋼化學的魔力
酶是由氨基酸組成的蛋白質。 HOWSTUFFWORKS.COM
之前，我們談到了酶PDE。為了更好地理解其功能，考慮一下酶是一種特別摺疊的蛋白質，可以加速化學反應。（例如，文章《細胞如何工作》描述了麥芽糖酶。）
在附圖中，你會看到麥芽糖由兩個葡萄糖分子結合在一起（1）。麥芽糖酶是一種完美形狀的蛋白質，能接受麥芽糖分子並分解其鍵（2）。然後釋放出兩個葡萄糖分子（3）。單個麥芽糖酶可以每秒分解超過1000個麥芽糖鍵，並且只接受麥芽糖分子。
PDE5是一種接受cGMP並將其分解的酶。輝瑞需要一種能阻止PDE5完成其工作的化學物質。他們發現的這種化學物質叫做西地那非檸檬酸鹽。它可以直接嵌入PDE5酶中並使其失效。
威而鋼包含西地那非檸檬酸鹽，以藥片形式包裝。當一個男性服用威而鋼藥片時，西地那非檸檬酸鹽在他體內流動，但它實際上只影響陰莖中的PDE5酶。該藥物在血液中停留約四小時，然後由肝臟和腎臟排出。
這就是威而鋼工作原理的結尾：
- 男性服用威而鋼藥片。
- 西地那非檸檬酸鹽進入他的血液並在全身流動。
- 西地那非檸檬酸鹽附著於他陰莖中的PDE5酶並使大部分酶失效。
- 當男性受到性刺激時，大腦向陰莖中的神經細胞發送正常信號，這些神經細胞會照常產生一氧化氮。
- 一氧化氮產生cGMP，開始放鬆陰莖中的動脈。
- 由於PDE5已被失效，陰莖中的cGMP不會分解。相反，它積聚起來，使陰莖中的動脈充分擴張。
- 他的陰莖充滿血液，男性獲得完全勃起。
這對大多數男性來說效果完美——除了幾個小問題。
計時
威而鋼的專利將於2012年3月在美國到期。專利到期後，預計更便宜的仿製藥將湧入市場。為了應對市場份額的擔憂，輝瑞在墨西哥推出了一種新的可咀嚼版本的威而鋼——Viagra Jet。
威而鋼的可能副作用
很少有藥物能完美運作，威而鋼也不例外。
第一個問題是，威而鋼會有溢出效應。它阻斷PDE5，但也會影響PDE6。PDE6存在於視網膜的錐細胞中，因此威而鋼可能會影響色覺。許多服用威而鋼的人會注意到他們對綠色和藍色的感知發生了變化，或者他們會看到幾個小時內的世界有藍色的色調。因此，飛行員在飛行前六小時內不能服用威而鋼。
第二個問題是對於服用硝酸甘油等藥物來治療心絞痛的人。硝酸甘油通過增加一氧化氮來工作，有助於通開供氧給心臟的動脈。如果同時服用硝酸甘油和威而鋼，增加的一氧化氮加上PDE5的阻斷可能會導致問題。
威而鋼的其他問題包括頭痛（該藥物在某些男性中作為副作用會擴張大腦內膜的動脈並導致過多的壓力）和心臟病發作。心臟病發作的可能性是威而鋼是一種處方藥而不是像阿司匹林那樣的非處方藥的原因之一。醫生需要了解你的病史並確保威而鋼不會引發心臟病發作。
威而鋼最著名的副作用？長時間（如幾小時）且疼痛的勃起。
最後，有人擔心一些男性——特別是那些為了娛樂而服用威而鋼且沒有實際身體需要的年輕男性——可能會對該藥物產生依賴，並且無法在不服用威而鋼的情況下保持勃起。
威而鋼避孕套
雖然被稱為“威而鋼避孕套”，但CSD500產品實際上與威而鋼沒有任何關聯。該避孕套內襯有一種凝膠，可以幫助男性保持勃起。公共衛生專家希望這一創新能鼓勵使用避孕套，減少性病的傳播。CSD500預計將於2011年在英國推出。
威而鋼的競爭者
威而鋼是一種非常成功的藥物，因此其他製藥公司自然也想分一杯羹。他們開發了不同的化學物質來阻斷PDE5酶，並創造了兩種新藥：Cialis（他達拉非）和Levitra（伐地那非）。（還有另一種藥物Staxyn，具有與Levitra相同的活性成分，最近上市。這是一種口腔崩解片，雖然與Levitra化學相似，但不可互換。）
由於Cialis和Levitra阻斷PDE5酶，因此它們的工作原理與威而鋼完全相同。它們幫助那些因血流問題而難以保持勃起的男性，並且只有在男性受到性刺激時才有效。
由於它們使用不同的化學物質來阻斷PDE5，因此這三種藥物之間存在一些差異。例如：
- Cialis會在一些患者中引起肌肉疼痛和背痛，這是Levitra或威而鋼沒有的副作用。
- 威而鋼在血液中持續約四小時，而Levitra持續五小時。Cialis在血液中停留的時間更長（其半衰期為17.5小時），因此可以有效超過一天——因此，Cialis預計將很快超過威而鋼的銷量。它的綽號？“周末藥”。
- Cialis的起效速度比Levitra或威而鋼快——約15分鐘。
- 脂肪食物似乎會影響威而鋼和Levitra在體內的效果，但不影響Cialis。
總是有新藥物在開發中。以下是一些未來的可能性：
- Uprima（阿普嗎啡）在歐洲可用，但在美國不可用。它作用迅速，可能會影響性興趣，但也會引起噁心，有時會引起昏厥。它作用於中樞神經系統。此外，還在開發一種鼻噴劑版本。（有趣的是，它曾用於厭惡療法中試圖將同性戀男性“轉化”為異性戀——噁心的副作用在這方面派上用場。）
- Topiglan（前列腺素）將是目前用於注射或栓劑形式治療ED的藥物的外用版本。這對那些因其他藥物無法安全服用口服ED藥物的男性非常有幫助。
- Avanafil，是另一種PDE5抑制劑，可能比目前市場上的藥物起效更快，副作用更少。它處於第三階段臨床試驗中。
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女性版威而鋼
目前正在尋找“女性版威而鋼”。威而鋼不是壯陽藥，但當女性報告性功能障礙時，通常是由於缺乏慾望。製藥公司已將對女性的研究轉向增加慾望和性慾的藥物。一種叫做flibanserin的藥物在2010年顯示出一些希望，但FDA諮詢委員會否決了它，理由是其副作用（包括抑鬱症）超過了其性方面的益處。