“内环境稳态”与“躯体智慧”--系统医学理论基

一、医学、复杂性和系统理论

医学是人学。医学的研究对象是人。人是当今世界最复杂的系统。要认识和解决这样复杂巨系统及其疾病，就不能没有解决复杂系统问题的指导理论和方法的应用。

传统的解剖学、组织学、生理学、病理学以及近年成为医学研究热点的基因等组学研究和临床各专科，都是以简化论（分析－还原论）方法从人的某一部分、层次、要素认识人体。难免有片面性，也就不能解决复杂的医学难题。

 贝塔朗菲（系统论奠基人）

无论如何、我们被迫在知识的一切领域中运用‘整体’或者‘系统’来处理复杂性问题，这将是对科学思维的一个根本改造。

    强调把生物作为一个整体或系统来考虑。

《一般系统论》秋同，袁嘉新译 , 社会科学文献出版社 , 1987，6，第一版

钱学森     “从整体上加以把握”是系统科学最基本的原理。

北野宏明（HiroakiKitano）.Systems Biology: A Brief Overview. SCIENCE 2002, 295: 1662.www.sciencemag.org

系统水平上理解（System-levelunderstanding），即系统生物学所提倡的方法。

要求我们转变生物学中 “寻求什么”（发现什么）的观念。尽管对基因和蛋白质的理解仍不失其重要性 ，但一个系统不只是一个由基因和蛋白质组成的集合，它的种种特性无法仅仅通过描绘它们之间互相联系的图表而得以完全理解。

医学“竖井”

很多科学家意识到，若要有任何机会治愈癌症，他们就必须突破医学 “竖井”。当今医学的一个重要悖论是，尽管科技日趋跨越医学“竖井”，但医学研究人员比以往更僵化地固守自己所在的狭窄领域。如果你与在庞大的美国医疗体制内工作的个人探讨，听到官员们恐惧地介绍困扰着强大的美国国家卫生研究院(NIH)的那些“竖井”（ NIH有27个不同部门，彼此间往往不愿合作）。罹患帕金森症的演员迈克尔·J·福克斯(Michael J Fox)讲述了影响帕金森症治疗研究的“竖井”；他创建自己的研究基金会的原因之一恰恰是他对目睹的这种各自为战的格局感到害怕。拜登和其他人强调，突破这些“竖井”几乎与在癌症“登月计划”方面投入资金一样重要。 “但我们必须找到突破这些‘竖井’的办法。这一点至关重要。” 突破医学“竖井”吉莲·邰蒂.攻克癌症：拜登的“登月计划”.英国《金融时报》2016年03月02日

二、什么是系统systems ？

1. 什么是系统？就是由相互关联部分组成并有特定功能的整体。系统是自然界物质的重要存在方式。自然界，从基本粒子到宇宙天体，从无机界到有机界，从单细胞生物到人，都存在一个个系统。整体并不都是系统，有些整体是没有组织结构或简单加和的整体，而系统的整体是有组织结构和系统功能的整体。个体人是独立自然生命系统，细胞也是相对独立的生命系统，而人群不是。人体的器官、组织也不是系统，而是构成系统的不同层次。

2. 系统环境

系统边界以外并与系统相关联的所有事物构成系统环境。任何系统都是在一定环境中产生，又在与环境关联中存在、活动和演变。系统与环境主要通过物质、能量、信息的交换发生关联。没有不与环境关联的孤立系统。

系统的结构、功能、行为、状态都与环境密切相关。系统环境是系统整体特性和功能的主要决定因素之一。系统环境变化必然导致系统整体结构、功能、行为的改变，称为系统对环境的适应性。环境的复杂性是造成系统复杂性的重要根源。适应性造就复杂性。

3. 生命与环境

任何生命系统都必须在一定环境中才能生存。

个体生命-----外环境

器官生命-----器官内环境

细胞生命-----内环境

二、“内环境稳态”概念的历史

1857年法国生理学家贝尔纳（ Bernard ）首先提出“内环境”概念。认为内环境独立于外环境而维持其恒定性，使人能够更自由地选择栖息场所，而不像单细胞机体那样只能在适宜的环境中生存。

1932年，美国生理学家坎农（Cannon）发表了《躯体的智慧》。完善“稳态（homeostasis）”概念，全面论述和明晰了生理学最重要的“内环境稳态”概念。

三、“内环境稳态”概念

贝尔纳指“内环境”由血液和各种体液构成。坎农称为“液床”。内环境稳态，是指身体内环境受到严密的调控。并以某些生物学变量的恒定性为特征，诸如温度、血压、许多物质在体液中的浓度等。贝尔纳说：“内环境的恒定是自由和独立生命的条件，生命活动虽然是多种多样的，但全部只有一个目的，这就是维持它所生活的内环境条件的恒定。”

四、内环境稳态的重要

坎农解决了一个令无数学者不解的问题：生命体的每一个部分都十分脆弱，却为何能在严酷的外部环境下生存数十年？因为机体有非常复杂的各种机制，保持内环境稳态。生命整体及其组成的百万亿细胞，才能维持与经常施以各种干预的外环境的平衡状态，实现不断的物质、能量、信息交换，得以生存。

用系统医学整体观理解内环境稳态理论，真正把环境、个体、各生理系统、器官组织和细胞的关系紧密联系起来研究和理解，是我们揭开复杂人体及其疾病奥秘的金钥匙。

五、内环境稳态、个体生命与细胞生命

个体生命要生存必须与外环境进行物质、能量、信息交换。个体生命的新陈代谢分散在100万亿细胞中。绝大多数细胞与外环境无直接关联，如何获得物质、能量，维持自身及个体生存？通过组分相互关联、进化突现出内环境（细胞外液）和循环系统而获得！

1.     内环境（细胞外液）

按解剖实际，内环境由各器官细胞外液组成，通过循环系统连接起来。细胞外液的核心

功能在于为每一个细胞提供养分、运走废料，提供稳定的共同生存环境。细胞分化、组成各种组织、器官，为躯体提供各种功能。

“内环境”稳定，使所有细胞不受经常变化、波动的外环境影响。多数细胞健康—躯体健康；“内环境”失稳，多数细胞不稳--重大疾病，危及整体生存！

图1  细胞外液---内环境

2.     细胞、“器官内环境”与循环系统

细胞分化、组合为不同功能的组织，多种组织组成不同器官。“内环境”，坎农称为“液床”，即由不同器官的细胞外液和血液、淋巴液共同组成。循环系统输送细胞代谢必需的氧气和葡萄糖、蛋白质、脂肪等营养物给各器官，运走CO₂、代谢废物。但血液在血管内，以毛细血管膜与各器官细胞外液分隔。所以循环系统既是血细胞的内环境，又是各“器官内环境”的联系通道，其功能正常是各“器官内环境”稳态的前提和保证。

图2 内环境与“器官内环境”、循环系统（坎农《躯体的智慧》）

3.     内环境稳态的维持机制

躯体为什么能保持内环境稳态？因为人体有多个非常复杂、精密、高效的稳态维持机制。

坎农发现：稳态维持不是由具备适应性智力的大脑皮质来操控的，而是依靠其低级中枢—自主神经系统控制的，即有两个中枢。维持内环境稳态主要靠生命中枢-神经-内分泌系统：丘脑下部-自主神经：交感、副交感神经；丘脑下部-垂体-内分泌腺-激素。

   此外，每一个细胞、器官、生理系统都为维持内环境稳态做出贡献。“这种相互作用提供了连续的自动化的身体”。

4.     按人体系统层次结构与功能子系统组成，可这样划分：

（1）物质能量供应-输送-交换系统：

  循环系统：脑循环网：通过保证脑血流，维持脑结构功能稳定。

             心循环网：维持心肌产能，保证心搏出量。

             肺循环网：气体交换

             消化系统循环网：营养、吸收、生成、转换、贮存

             骨骼肌循环网：产生身体运动和劳动的体能

             肾循环网：滤过净化血流，维持水、电解质平衡。

      皮肤循环网：维持皮肤健康，满足体温调节需要。

全身血量只有体重的8%。当机体处于日常生活、剧烈运动、休息、睡眠、思考、惊恐等不同状态下，循环系统“七网”血流，只能重新按需分配，以满足“主网”血流增加，同时保证其他网的基本需要。

   消化系统、呼吸系统，血液系统，泌尿系统

（2）防卫功能系统：皮肤-粘膜，免疫系统

（3）生殖系统（延续种族生命）

（4）生命自主调控系统：下丘脑--自主神经—效应器

                        下丘脑--垂体-内分泌系统 

（5）高级生命功能系统

      体能系统：大脑--传入：视、听、嗅、体感

                     传出：体能控制--运动系统（骨骼—肌肉系统）

      智能系统:  大脑--传出：语言、音乐、文字、思想、艺术、虚拟精神世界

5.      “内环境稳态”概念是整体层次概念

“保持生命体内大多数稳定状态的协调一致的生理学过程，对于生物来说，如此之复杂，如此之专门化----包括脑、神经、心脏、肺、肾、脾等器官都要协调一致地工作着----以至促使我提出表示这些状态的专门名称：稳态（homeostasis）。这个词不是表示某种固定不变的事物，表示一种停滞状态。它表示这样一种情况----一种可变的而又保持相对恒定的情况”。坎农.《躯体的智慧》

可见，这是指内环境整体的稳定状态。各“器官内环境”是组成该器官的所有细胞的生存环境，通过生命中枢-神经-激素和循环系统的协调，使整体内环境保持稳态，它不是分别指内环境中一个个生理参数的稳态。

6.     “稳态”概念的还原论扩大化

现代医学的稳态概念已不再局限指内环境，而是扩大到从细胞和分子、器官和系统到整体水平的各种生理功能活动。文献中充斥了如“血管稳态”，“血压稳态”，“血糖稳态”，“血管疾病稳态”、“胰岛素原稳态”、“线粒体稳态”等，其实都是脱离系统（整体）水平的“内环境”谈“稳态”；把不同层次的复杂生理活动过程分解-还原为无限个别、互不关联参数的稳态！系统论变成了简化论。

坎农的《躯体的智慧》中，虽然也分别论述血糖稳态，血脂稳态，血蛋白稳态、血钙等多种参数的稳态。但他是在“内环境”的大前提下讨论，并重视其彼此关联。与当今医学脱离生命整体及内环境，强调个别参数（状态）稳态的简化论模式完全不同。

六、“内环境稳态”是系统医学概念

1.     内环境稳态为所有细胞，也为所有组织器官提供适宜生存环境。

2.     内环境稳态标志着人整体各种生理参数动态平衡；更表明各器官系统生理功能活动经常的相互协调适应，也包括相互影响，互补、代偿。

3.     所有器官内环境都必须靠循环系统输送营养和运走废物；也要靠生命中枢-神经-内分泌系统综合调控。

4.     各器官组织的细胞生存（新陈代谢）一靠氧气（呼吸系统），二靠葡萄糖（消化系统），三都要靠以水与电解质为基质的循环血液运输。器官缺血意味着细胞缺氧又缺糖！

总之，“内环境稳态”整体概念，把微观的“细胞”生命与中间的组织器官结构功能及宏观的个体生命和环境紧密联系起来，成为系统医学整体观的理论基石。系统整体观是我们弄清复杂人体的结构与功能、健康、衰老及各种复杂疾病奥秘的指导理论。

七、两个神经中枢

坎农发现：稳态维持不是由具备适应性智力的大脑皮质来操控的，而是依靠其低级中枢—自主神经系统控制的。他说：“维持内环境稳态，目的是使机体从应付各种失衡和干扰的繁杂工作中解放出来，去从事那些必须由思考和判断方可完成的工作，诸如寻找猎物、躲避危险、发现机会，乃至审美和研究。人每天对水、盐、糖、蛋白质、脂、氧、体温、血压等的调节工作何其繁杂，哪一次由有意识的大脑皮层完成？”

我们也可以问：让高级中枢（大脑）或高明的医生，时时代替病人复杂高效的生命中枢去维持内环境稳态，结果将是什么？

两个神经中枢的事实为精神-心理性疾病和老年慢性疾病防治提供了理论根据。

八、内环境稳态与生理参数

目前临床医学一直以每个生理参数“达标”作为治疗目标。本来临床生理学规定的正常生理参数都是以人群的平均值加减2个标准差表示的，亦即生理正常值都有一个上限和一个下限，处于上下限之间的都是正常的。而目前临床上打着为了更好预防心脑血管病的旗号，多个学会的权威指南或专家共识，人为规定了远低于生理正常值的血压、血糖、血脂、体重标准，这导致将所有高血压、高血糖、高血脂、肥胖当作疾病。在商业利益和各种媒体鼓动下，医患中已造成一种生理参数越低越好的错误氛围。以至长期用多种药物过度降低“三高”，这对身体显然弊大于利。其实，生理参数与病理参数不同，升高原因除病理性外，还有生理性、代偿性、适应性，它们是机体应对内环境失衡的重要保护机制

老年慢性非传染性疾病的一、二级预防，以什么为重点？终生服药控制“三高”，意味着机体生命中枢和内环境稳态调控机制长期完全被药物抑制，或药物完全被调控机制屏蔽。

急重症抢救，如何确定需矫正参数和需稳定参数的轻、重、缓、急？

九、系统医学整体观与基础医学研究

1.     人是独立的生命系统，生存在外环境中。组成人体的100万亿细胞的每一个也都

是独立的生命系统，生存在不同的“器官内环境”中。所谓一切疾病都起源于“基因—环境”的相互作用。这环境是外环境，还是内环境？基因能直接与内、外环境关联吗？以DNA为载体的基因组，是遗传信息的携带者，也是细胞的调控中心，只能在细胞中存在。受精卵内的基因组遗传信息表达，是以受精卵整体与母体子宫环境互相作用为前提的，基因组信息要先转换成RNA信息，再转成蛋白质才能向细胞内外传递信息。目前的医学大热门—全基因组测序，以为最终可以揭示所有健康、疾病、甚至语言、智能、寿命等生命奥秘。这是典型的简化论思维。DNA、蛋白质是细胞内构成层次，细胞是人体最基本的结构功能要素层次，细胞组成组织，组织构成器官、生理系统。健康、疾病、寿命是人体整体系统功能特性，与各生理系统、器官、组织、细胞等层次都密切相关，但相互关系、影响权重异常复杂，除某些单基因遗传病外，复杂性疾病单与所谓“致病基因”关系不大。更不要说，主要决定于后天环境影响和学习、训练的语言、智能。系统哲学认为，层次分析是分析复杂系统结构的重要方面。首先要确定系统分哪些层次，再确定讨论的问题在什么层次内，不同层次间如何关联和相互作用。再认清不同层次行为所遵循的不同的客观规律。层次混淆是思维混乱、概念不清、方向迷失的重要原因。这将成为我们批评和矫正当前医学研究“唯基因论”方向性失误的重要理论和事实基础。

2.     揭示分子、基因、药物作用机制：内环境有众多生理参数，有各器官参与、众多调

控机制调控这些参数稳定。而众多不同参数间又有复杂的相互作用。单一及多种分子或药物如何影响及与多种调控介质相互作用，干预细胞与机体各参数、各器官功能活动，来维持内环境稳态，起预防和治疗疾病作用？

3.     内环境稳态与重大疾病  当前威胁人健康与生命的，首先是心脑血管病，包括高血

压、动脉硬化、糖尿病、冠心病和脑卒中。黑格尔说：交互作用是事物的真正的终极原因。通过深入研究内环境稳态与循环系统，从循环系统整体水平上，弄清循环系统与心、脑、肾等器官及与血压、血糖、血气调控的相互关联，必能解开高血压、糖尿病、冠心病和脑卒中等复杂的病因和发病机制难题，为有效防治提供切实可行的方案。

其次是癌症，2012年中国癌症发病人数为306.5万，约占全球发病的1/5；癌症死亡人数为220.5万，约占全球1/4。过去30年研究及医疗领域的工作大大加强，相关经费投入也大幅上升，但美国每年因癌症死亡人数却上升了73%，是人口增长速度的1.5倍。癌症是非常复杂的疾病，病因至今没有真正突破，原因在于过度注重从基因、分子等低层次研究。忽视从内环境与细胞生存、整体与外环境的相互关联出发，就难以揭开癌症复杂病因。

十、“躯体的智慧”与健康长寿及医疗改革

用系统医学整体观改善的“内环境稳态”新概念更充实和发展了坎农“躯体的智慧”思想：人的健康长寿靠生命亿万年进化获得的整体内环境稳态和各器官功能的协调机制。后天“健康生活方式”使人更好适应内外环境的变化。也合乎中医的“阴平阳秘”百病不侵的核心理念。

“健康生活方式”---即健康长寿的四大基石中最重要的一项---适当运动，很多人不理解、不赞同。正如前述，循环系统功能正常是各“器官内环境”稳态的前提和保证。剧烈运动时，骨骼肌血流可增加20倍，氧摄取量增加近14倍，心搏出量和冠状动脉血流量可增加4倍!如经常运动就可为肌肉、心肺及循环系统预留充分的功能贮备，是防治高血压、动脉硬化、心脏病、糖尿病的最有效方法。相反，如果停止锻炼2－8月，心血管优化的结构功能改变就会逐渐消失。只有一定时间和质量的脑力活动，才能保持大脑功能，战胜脑功能衰退和痴呆。“用进废退”，人又是“奔跑的动物”，所以，人的生命在于运动完全正确，对乌龟可能不正确。

坎农说：“只有懂得了躯体的智慧，我们才能达到控制疾病和痛苦的目的”。让亿万群众都接受“躯体智慧”观念，坚持“健康生活方式”而不迷信医生药。政府对医疗卫生的投资，不单是多建医院、多培养医生及多生产药械，而更应将重点转向改善民生和生态环境，宣传及推广全民健康教育、群众体育运动。“看病贵，看病难”将不攻自破，医疗改革难题也将迎刃而解。

十一、医学革命性研究项目---系统医学理论与临床

循此深入研究，将能解决重大复杂医学难题，全面推进医学发展。将解除亿万（不是全部）老人“三高”疾病帽子，有效防治癌症，使亿万老人真正健康长寿，同时为他们和国家节约千万亿元，这是巨大的社会、经济效益。也是应对“人口老年化”的根本方法之一。

为大数据、超级计算机应用于医学提供了众多现实可行的、原创性的重要研究课题。

为开辟系统、整体研究个体生命的系统医学（与当前主流的转化医学、精准医学、循证医学的主攻和发展方向完全不同）指明方向，并将引导一场深刻的医学和医学教育改革。

这无疑是一系列高水平的重大医学研究项目。不及时组织实施，将痛失先机，悔之晚唉！ 

主要参考文献

1. 贝尔纳. 实验医学研究导论

2. 坎农. 躯体的智慧

3. 贝塔朗菲. 生命问题－现代生物学思想评价

4. 迈尔. 生物学思想发展的历史

5. Guyton A C ,Hall J E. Textbook of Medical  Physiology.

6. Rhoades R A , Tanner G A. Medical Physiology.

7.王中宇.W.B.坎农的视角.科学时报 2008-2-12

8.苏镇培.系统哲学简论.科学网博客 2011.1.1