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[转载]CK:现代内分泌学简史(上)——激素的发现

已有 6788 次阅读 2019-3-23 09:46 |个人分类:思考中医|系统分类:科研笔记| 内分泌学, 发展史 |文章来源:转载

CK序:每年的欧洲糖尿病年会EASD都会颁出克劳德·伯纳德奖(Claude Bernard Award)、卡米洛·高尔基奖(Camillo Golgi Prize)、阿尔伯特·雷诺奖(Albert Renold Prize)、闵科夫斯基奖(Minkowski Prize),但Claude Bernard、Camillo Golgi、Albert Renold、Minkowski是什么人?

每年的美国糖尿病年会ADA都会颁发班廷(Frederick Banting)科学成就奖和Kelly West糖尿病流行病学杰出成就奖,但班廷和Kelly West又是谁?

“返老还童”与内分泌的诞生

远在古代,人们就知道吃了动物或敌人的心脏,性腺或脑等器官,可以增进健康。这个古老的信念带进了早期的医学实践,发展到用健康器官的提取物来治疗同类器官的疾病。从某种意义上讲,这就是替代疗法的萌芽。我国古代人民早在公元前11世纪(西周时期)就对动物和人的阉割有了认识,这就为认识性腺与人体的关系提供了基础。虽然那时不了解阉割的作用机理,但从经验证明,睾丸与人的生殖能力和第二性征具有密切关系。公元2世纪末,道家甘始,东郭延年和封君达就饮用人尿来强壮身体,7世纪的孙思邈就推荐用尿沉渣来治疗某些小儿疾病,8世纪(唐朝)就应用紫河车(胎盘组织)治病。现在知道,胎盘中含有大量的雌激素和前列腺素。11世纪(北宋时代),从人尿中炼出了“秋石还原丹”,运田于临床治疗,取得了良好效果。实际上那是由于从人尿中提取出了性腺激素,只是当时对性腺和性激素这些概念尚未形成。西方国家最早记述的动物阉割是在公元前4世纪,那时古希腊哲学家Aristotle(公元前384—322)详细描述了阉割对鸟类的影响,并把阉割引起的退化现象同人阉割后所产生的变化进行了比较。

1.webp.jpg 紫河车

1848年,德国哥丁根城的伯索尔德(A.A.Berthold)将小公鸡的两个睾丸去除,发现阉割后鸡冠萎缩,但只要植入一个没有神经联系的睾丸就能使鸡冠恢复正常生长。他的结论是,睾丸向血液释放出某些物质,维持着雄性行为和第二性征。伯索尔德对其实验结果的解释受到他遗传概念的影响——一种泛生论的变种。这个理论认为,从身体各部分释放出一些颗粒,通过血液在全身循环,最后集中于生殖器官,在此形成一种聚合物,能产生与亲本或双亲相似的后代。这种实验形成了两个有用的概念:即身体的某些部分向血液释放特异物质,并携带到身体的特定部位,为特殊需要而利用。虽然他以后没有继续进行研究,但已清楚地开辟了一条通向新的科学领域的道路。

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伯索尔德(A.A.Berthold)

而现代内分泌概念的建立,与形态学和生理学研究的进展密切相关。在人体的生理现象中,像出汗、流唾液,生理学家们肉眼就能明显看到,就是胃液的分泌,通过实验也可以看到,它们是从汗腺、唾液腺和消化腺这类导管样的看得见的腺体释放出来的。但是,著名的法国生理学家、实验医学的奠基人之一克劳德·伯纳德(Claude Bernard,1813-1878)从1848年起,在一系列的实验中,发现动物和人的肝脏具有生成糖原即动物淀粉的功能,却看不见有任何导管样的器官。三年后,即1851年,在论文《人和动物肝脏的新功能》中,伯纳德谈到了这个问题,认为这是因为人体内存在一种看不见的腺体,是这种腺体所产生的“内分泌”(internal secretion)作用的关系。这是生理学文献上第一次应用“内分泌”这个术语,为生理学开拓了一个新领域,伯纳德因此第三次被法兰西科学院授予实验生理学奖。

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Claude Bernard(EASD欧洲糖尿病学会每年会颁出以Claude Bernard命名的大奖)

Claude Bernard(1813-1878)生平:

法国生理学家,首先提出盲法试验的人之一。哈佛大学历史学家伯纳德·科恩称其为“科学界最伟大的人物之一”

1847年伯纳德的父亲去世,家人债务缠身。伯纳德和当地的一名牧师学习了拉丁语,此后他前往维尔弗朗施(Villefranche)的一所耶稣神学学院学习,但是那里没有开设科学课程。因为没有毕业文凭,19岁的伯纳德给一位药剂师当学徒。

1834年秋天,他完成了一部五幕英雄剧的手稿。文学评论家圣-马克·吉拉丹(Saint-Marc Girardin)读了这个剧本后建议伯纳德放弃戏剧写作,转而学医。

1839年,伯纳德勉强合格,在巴黎几家医院工作。他精湛的解剖技术引起了著名的医生弗朗索瓦·马让迪(Francois Magendie)的注意和欣赏。马让迪雇他做了他脊神经研究的助手。这份工作使伯纳德有机会从事到神经病学和新陈代谢方面的工作,他还发表了这两个领域的论文。

1843年,伯纳德获得了医学博士学位,他的博士论文写的是消化中的胃液。尽管伯纳德没有通过医学院教师资格证的考试,他还是继续和别人合作研究消化和一种名为箭毒(curare)的毒药。

1844年,31岁的伯纳德辞去了研究助手的职务,并开始考虑再度行医。

1846年,伯纳德做出了一个重要的发现。他发现在消化过程中,胰腺分泌物会把脂肪分子分解为脂肪酸和甘油。他还展示了血液里有糖并不一定就是糖尿病的症状。随后伯纳德发现肝脏会把糖转化为肝糖(glycogen),也就是动物淀粉。肝糖是一种用来维持血糖水平的物质。

1853年,伯纳德获得了理学博士的学位,博士论文写的就是肝糖。此外,伯纳德还发现了神经系统是如何控制血液循环的。他最后一个重要发现是箭毒会在不影响感觉神经的情况下破坏运动神经,进而引发中风和死亡。

1854年,伯纳德当选为科学院院士,并被任命为普通生理学主席,这个职位是政府为他专设的。1855年,马让迪去世,伯纳德成为法兰西学院医学教授。

1861年,他成为医学院的一员。他还在建立如何进行生命科学实验的准则中起到了重要作用。实验应该被设计成证实或驳倒研究人员所研究的主导假说。

1865年,伯纳德最著名的书《研究实验医学研究入门》(Introduction to the Study of Experimental Medicine)出版。在书中他提出医学只有在实验生理学的基础上才可能有发展。他还驳倒了认为“生命力”是生命的来源的说法。他提出由体液(多血质、粘液质、胆汁质[黄胆质]和抑郁质[黑胆质])构成的“内部环境”的观点。血液和淋巴无论在生物体内外都会保持稳定。当这种稳定的环境被打乱的时候,生物体会开始重建这种环境。这本书使他当选为法兰西学院院士。

19世纪70年代,伯纳德开始了在新领域的研究。这一研究使得《动植物常见生命现象》(Phenomena of Life Common to Animals and Plants)一书在他死后出版。1878年2月10日,伯纳德因肾病在巴黎逝世。他是法国第一个获得国葬殊荣的科学家。

1969年欧洲糖尿病学会为纪念Claude Bernard以其名字设立克劳德·伯纳德奖,用于奖励在糖尿病及相关代谢疾病领域做出巨大贡献的学者。

所谓“内分泌”的现象激发了布朗-塞加尔(Brown-Séquard)的兴趣,于是,他在巴黎圣雅克街的实验室里,就集中研究人体内这一看不见的无导管腺体组织系统。1856年,布朗-塞加尔报导说,在肾脏的顶端,左右各有一内分泌腺,就是肾脏的腺体,虽然大小只有50X25X5毫米左右,重量也仅约四五克,但其作用极大,如果将两侧这肾脏腺体摘除,人就会心率衰竭、体温下降,数小时内即会死亡,比被摘除两只肾脏还要死得快。所以,肾脏的腺体是人和哺乳动物生命所不可缺少的。布朗-塞加尔的这项报导被认为是生理学上最重要的发现之一。人类从远古时代起,就有阉割的习俗,有关阉人的情况,布朗-塞卡从文献中也有相当的了解。于是,到了1869年,就曾有一个新的想法出现在他的脑际。他想,既然摘除睾丸会丧失男性气概,而且人体的衰老过程又与性的消退同时发生,那么,从“否定的否定”出发,吸取这种器官里的精髓,不是可以获得男性雄姿,延缓人体的衰老,甚至使人返老还童吗?

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布朗-塞加尔

最后,他在对睾丸制造精子和分泌睾酮这两项基本功能进行了切实的研究之后,试验将精液注入动物体内,遗憾的是都没有成功。现在,虽然已经过去20年,贝尔霍尔德的实验又使这位年龄已经高达72岁、个性仍旧像青年一样执着的老人振奋不已,给自己注射了动物性腺制作的浸膏,并于1889年6月1日,向巴黎生理协会大会做了有关这一自体实验的报告:

“达松瓦尔医师和我制备下来自一只2岁狗和一些年幼豚鼠睾丸的提取液。该液体与精液和来自睾丸静脉的血液相混合,用蒸馏水稀释3-4倍。上述稀释液为一种浑浊的红色溶液。从5月15日起,我开始每天在自己的左臂或腿的皮下自我注射1毫升上述溶液。该提取物的滤液事先被进行澄清处理,以减少注射点疼痛与发炎的可能性。在详述我的研究成果前,我将说明自己的身体状况,使你们能够正确判断上述研究的结果。”

“在我的整个青少年与中年时期,我拥有适应工作的强健体魄与极好的食欲。科学研究、演讲,照看病人,整天专心工作16个小时以上,我每天约在凌晨3点便开始工作。这种健康状况大约持续到10年前,才开始有听改变。我过去常常连续上下楼梯,但现在走楼梯很困难,只能小心谨慎和稳当地移动自己。更糟的是,我在实验室里只工作半小时就得坐下来休息。甚至在自己书桌前写作仅三四个小时后,便由于精疲力尽而不得不停笔休息。晚上6点坐车回到家后,我已累得要急于躺下,只好匆匆吃完晚饭便上床就寝。但即使如此,我在最初几小时睡醒,就恢复精神。”

“仅仅作了8次注射后,我感觉身体状况有很大程度的好转且更像以前的我,或者说更像只有我一半年龄的人的身体状况。我的体力已恢复到自己过去常常能连续做数小时实验而不需要坐下或休息的状态。一些年来,我在晚上无法从事任何重要的脑力工作,但在5月23日,在经过连续三个半小时的实验室工作后,我依然感觉思维活跃和精神饱满,使我饭后仍能就棘手的主题写作近两小时。你们完全能想象出我过去的活力,经恢复后我的精神状态。”

“其获益不只是脑力。我曾失去在自己膀胱中容纳较多尿液的能力,且尿流不过是涓滴。当我在注射后再次于小便池测量尿流时,我发现其排尿量增加了三分之一!“便秘甚至更为痛苦。结肠肌像膀胱肌一样受脊髓的神经调控,且神经活性减弱,肌强度亦下降。然而,在注射处理数天后,我的肠功能和规律性比其他任何器官功能得到了更好的改善,我不再需要通便剂。这种强壮物明显改善了我的脊髓功能的所有方面。”

自然,这所谓的“恢复青春”的效果并不持久,多半是布朗-塞卡自己心理上的“自我暗示”作用,没有多少天,他的身体情况仍旧像原来一样,说明他的实验是失败了。但是,谬误也可能导致真理,因为在布朗-塞卡宣布自己恢复青春之后,生理学家们都要对他的实验进行检验,而且由此还会扩大到对其他内分泌器官的研究,这样就会促进内分泌学的发展。布朗-塞加尔的自体实验,在生理-医学史上给人留下了难忘的情景,科学史家评价它是激素疗法的第一次有计划的认真尝试,显示出一个有理想的科学家的开拓精神,开创了“内分泌学”这门有趣的、极富吸引力的现代新学科,并把他作这次报告的1889年6月1日,定为“内分泌学”诞生的日子。

巴甫洛夫的遗憾

真正的内分泌科学是通过贝利斯(William M Bayliss)和斯塔林(Ernest H Starling,1866~1927)通过1902-1905年的实验而诞生的。他们指出了分泌素的存在和作用方式。当酸性食物从胃进入十二指肠时,其粘膜细胞释放出一种分泌物,通过血液循环到达胰脏,并刺激胰脏经胰管分泌胰液。虽然在此以前已经认识到各种内分泌腺对机体都有影响,但这一新的发现是划时代的,它第一次明确地证明了,在没有神经系统参与下可以出现化学调节,从而肯定了某些特异腺体产生化学因子的观点,这些因子进入血液循环,并对远距离的靶器官和组织有调节作用。

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贝利斯

贝里斯(1860~1924)生平(CK):

贝利斯(Bayliss,William Maddock),英国生理学家。他是内分泌学的奠基人之一,贝利斯和E.H.斯塔林长期合作,在消化生理、循环生理、普通生理学方面有建树。

1882年获伦敦大学科学学士学位。

1888年在牛津大学瓦特哈姆学院获生理学博士学位。此后一直在伦敦大学学院任职。

1890年,他们阐明了哺乳动物心脏电活动的规律;

1894年,阐明了小肠蠕动波规律;

1902年发现促胰液素-第一个被认识的激素,他们由此提出了机体功能受体液调节的新概念,开辟了内分泌学研究的新领域。

1903年,阐明了轴索反射,同年还发现了胰蛋白酶原在小肠内被肠激酶激活的现象。

1909年,他独自阐明了胶体渗透压的作用

1912年升为普通生理学教授。

第一次世界大战期间,在皇家学会研究创伤性休克,他提出的用6%胶体生理盐水治疗创伤性休克获得成功,至今仍有重要的临床价值。

1917年曾赴法国前线服务。他于1890年被选为英国生理学会会员并任过秘书和司库。

1903年被选为英国皇家学会会员、常任理事。还被选为丹麦与比利时皇家科学院院士、巴黎生物学会会员,并应邀访问过美国。

1911年以来,先后荣获过英国皇家勋章、巴利勋章、科普利勋章。

1914年出版的《普通生理学原理》一书,被视为生理学的经典著作。

1922年被英国政府封为爵士。

1902年1月。当英国两位生理学家贝利斯和斯他林在研究小肠的局部运动反射时,他们看到一篇新发表的法国科学家Wertheimer的论文,声称在小肠和胰腺之间存在着一个顽固的局部反射。对此,他们感到了很大的兴趣。这个法国人的实验是这样的:当将相当于胃酸的盐酸溶液注入狗的上段小肠时,会引起胰液分泌。为了进一步分析它的机制,他发现直接把盐酸溶液注入狗的血液循环,并不能引起胰液分泌;中等剂量的阿托品(能阻断副交感神经)也不能消除这个反应。Wertheimer甚至还进行了更为关键的进一步实验:他把实验狗的一段游离小肠袢的神经全部切除,只保留动脉和静脉与身体其它部分相连。当把盐酸溶液输入这段小肠袢后,仍能引起胰液分泌。但他仍然坚信这个反应是“局部分泌反射”,一个顽固的神经反射,因为他认为,小肠袢的神经是难以切除得干净、彻底的。

贝利斯和斯塔林看了这篇论文后,立即用狗重复了法国学者的上述实验,证实了他的结果,即放置盐酸溶液于这段切除了神经的小肠袢后,确能引起胰液分泌。但他们深信切除神经是完全的。那么,怎样解释这个结果呢?他们大胆地跳出“神经反射”这个传统概念的框框,设想:这可能是一个新现象——“化学反射”;也就是说,在盐酸的作用下,小肠粘膜可能产生了一个化学物质,当其被吸收入血液后,随着血液被运送到胰腺,引起胰液分泌。为了证实上述设想,斯他林立即把同一条狗的另一段空肠剪下来,刮下粘膜,加砂子和稀盐酸研碎,再把浸液中和、过滤,做成粗提取液,注射到同一条狗的静脉中去,结果,引起了比前面切除神经的实验更明显的胰液分泌。这样,完全证实了他们的设想。一个刺激胰液分泌的化学物质被发现了,这个物质被命名为促胰液素(secretin)。

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斯塔林

斯塔林(1866-1927)生平(CK):

Ernest Henry Starling;英国生理学家,曾研究跨毛细血管壁的液体平衡、内分泌的调节作用和心脏功能的机械调节等。创“激素“一词,提出“心脏定律”。著作有《人体生理学原理》

1866年4月17日生于伦敦,1882年入伦敦盖伊医院医学院学习。

1889年获医学学士学位。1885年夏季在海德堡的屈内实验室工作。1890年在大学学院谢弗实验室兼职,这对他的思想(否定经验主义,以生理学为基础科学与临床之间的桥梁)很有影响。

1899年任大学学院教授。第一次世界大战期间到希腊服役,战后继续研究循环生理。晚年健康不佳但仍坚持科学研究直至逝世。

他在大学学院开始了与W.M.贝利斯的终生合作。贝利斯博学、谨慎、注重科研方法。斯塔林活跃、急躁、有时不切实际,其实验往往设计简单,有时实验结果不能充分支持其论点,但他善于对资料与观点进行有意义的综合概括与准确理解。他们的合作取长补短,成绩卓著;他们使传统生理学的面貌发生巨大改变,其影响遍及生理学和医学的数个领域。他用化学及物理学原理说明生理学问题。设计的动物实验技术也影响很大。最初主要研究淋巴液生成,提出毛细血管内压与渗透压之间的平衡(后称“斯塔林平衡”)。

1902年他们发现肌反射、证明十二指肠受盐酸刺激可产生促胰激素,促胰液素进入血循环到胰脏,促进胰液分泌;

1905年他们将内分泌腺产生的化学物质称为“激素”。后来其兴趣转到心脏生理,将狗的心肺摘出体外,并保持其肺循环及冠状动脉供血(心肺制备)以进行观察。

1915年提出“心脏定律”,说明心脏的收缩力与心肌初长(心室舒张末期容积或压力)成正比。又曾用心肺制备灌流离体肾脏,研究排泄功能。他还尖锐批评英国当时的教育体系,呼吁教育改革,注重实效。

1912年著的《人体生理学原理》,一直用作国际性的标准教材,多次修订再版。

1927年5月2日卒于牙买加金斯顿。

促胰液素的发现,使贝利斯和斯他林很快意识到,这不仅是发现了一个新的化学物质,而是发现了调节机体功能的一个新概念、新领域,动摇了完全由神经调节的概念。也就是说,除神经系统外,机体内还存在着一个通过化学物质的传递以调节远处器官活动的方式。为了寻找一个新词来称呼这类化学信使,他们采纳了同事哈代(W.B.Hardy)的建议,创用了源于希腊文的一个字“激素”(hormone,“刺激”的意思)这个名称(1905)。按其实际定义来讲,这个术语并不完全令人满意,但一般仍在使用。现在已知激素既有激发作用,也有抑制作用。并且激素不能促使代谢转化,只能改变这些转化的速率。促胰液素是历史上第一个被发现的激素。

这样,“激素调节”这个新概念产生了,从而真正建立了“内分泌学”这个新领域。从此,国际上一个寻找激素的热潮开始了,使内分泌学出现了惊人的发展。迄今,不论在植物界和动物界都有激素存在。在低等和高等动物机体内已经发现了几十种激素,而且每年都有新的激素被发现,激素的重要意义是不言而喻的。其实,这个故事还应当从巴甫洛夫实验室讲起,因为他们对这个问题研究得最早,也很深入,但把问题弄得异常复杂了。关于酸性食糜进入小肠引起胰液分泌这个现象,早在1850年就由著名的法国实验生理学家克劳德·伯纳德(Claude Bernard)发现过,但似乎没有引起世人注意。后来又被俄国巴甫洛夫实验室的道林斯基(Dolinski)于1894年重新发现。我们知道,巴甫洛夫被认为是现代消化生理学的奠基人,他对消化生理学的贡献是十分卓越的。在上世纪末叶,他和他的门徒们积20多年的创造性工作,写成了《消化腺工作讲义》(1897;英译本1902)这部经典著作,获得了1904年诺贝尔生理学或医学奖,赢得世界荣誉。根据当时传统的神经论主导思想,也是巴甫洛夫学派特别信仰的思想,他们认为,盐酸引起的胰腺分泌是一个反射。他们原先设想,迷走神经和内脏大神经都可能是这个反射的传出神经,因为在此之前,他们发现刺激这两组神经,都能引起胰腺分泌。在1896年,巴甫洛夫的另一个学生帕皮尔斯基(Popielski)对上述现象的产生机制进行了分析。他发现,切断双侧迷走神经、切断双侧内脏大神经以及损坏延髓后,这个反应仍然出现。他设想,在胃的幽门部可能存在着一个胰液分泌的“外周反射中枢”。又过了几年,帕氏发现,即使切除了太阳神经丛、毁坏脊髓以及切去胃的幽门部,盐酸溶液仍能引起胰液分泌。因此,帕皮尔斯基于1901年被迫修正了他自己过去的假设,认为这是一个局部短反射,其反射弧连接十二指肠粘膜和胰腺的腺泡细胞,通过位置于胰腺外分泌组织中的神经节细胞而实现局部短反射作用。法国学者Wertherimer等进行同样机制的分析是于1901~1902年独立地在法国进行的。

贝利斯和斯他林的促胰液素的发现于当年发表(JPhysiol,1902,28:325)后,引起了全世界生理科学工作者极大的兴趣,也引起巴甫洛夫实验室工作者的极大震惊。这个新概念动摇了后者多年来奉为圭璋的消化腺分泌完全由神经调节的神经论思想,使他们一时难以接受。他们一方面力图收集已有的证据来反驳这个化学调节理论,一方面认真重复贝、斯二氏的实验。但促胰液素的客观存在是经得起实践检验的。曾离开前苏联定居加拿大的巴甫洛夫的一个老学生巴布金(B.P.Babkin)在撰写巴甫洛夫传记时,有这样一段生动的描述:“巴甫洛夫让他的一个学生来重复贝利斯和斯他林的实验,巴氏本人和其他学生都静静地立在旁边观看。当出现(提取物引起)胰液分泌时,巴氏一言不发地走出实验现场回到书房。过了半小时后,他又回到实验室来,深表遗憾地说:‘自然,人家是对的。很明显,我们失去了一个发现真理的机会!”

文章主要来源:

医学的历史与文化

医学的10大重要进程

百度百科



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