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用能量和信息的原理推动中医理论的科学发展

文章来源:中国科技新闻网   文章作者:本站编辑   更新时间:2017-02-24    

  【编者按】最近的一年里,国家主席习近平曾在会见世卫组织官员,会见马其顿总统伊万诺夫,以及出访俄罗斯等多个场合多次讲到促进中医药发展的重要性。并表示,将促进中西医结合及中医药在海外发展,推动更多中国生产的医药产品进入国际市场。

  进入21世纪以来,中医存废的争论一直未断,国际学术界也一直未把中医放到科学平台上进行研讨,之所以有此状况其根本原因是中国科学界没有开展用现代科学原理解读中医理论的基础研究。中国科学院生物物理研究所研究员徐建兴根据几十年对呼吸链酶系结构与功能的基础研究成果,从生物物理学的角度解读呼吸链的功能,把呼吸链看作是分子尺度的“生命引擎”,把人体看作是巨大数量“生命引擎”的集合体,用热力学“耗散结构”描述人体,用 “有序性”(负熵)描述健康,建立了健康长寿的生物能量学原理。该原理从认识论的高度揭示出以能量和信息原理为医学理念建立起来的中医学和以分子结构功能为基础发展起来的西医学是互补的,中医和西医本来就具有平等的学术地位。

  由于西医处于领军地位,人们潜意识中以为西医科学而中医不科学,但是当我从能量学角度思考人体健康问题时,我发现这种潜意识是错误的。人体是物质、能量、和信息的统一体,而且人体的物质结构相当复杂和高度有序。物质有序性结构的构建和维持是需要能量的,结构有序的物质是有功能的,功能的发挥不仅需要能量支撑而且需要信息指挥。所以思考人体健康问题不仅需要认清生物分子的结构与功能,而且需要了解能量和信息如何在生命过程中起作用。

  当前生命科学的发展已经深入到了分子水平,西医学紧跟生命科学的进展从基因和蛋白分子的结构与功能的角度对疾病做了非常深入的分析和实验研究,但是从能量和信息的角度探讨问题的研究比较少。本人试图从能量和信息的角度思考健康问题,投石问路中发现中医学的医学理念完全符合能量和信息的科学原理。

  从能量学的角度探讨健康问题的灵感来源于本实验室的一项研究成果:呼吸链电子漏旁路的发现及其医学应用价值。人不能停止呼吸,原因是生命需要氧气。氧气通过肺吸入体进入血液运送到全身的每一个细胞,最终在细胞的线粒体中通过呼吸链的电子传递功能把食物氧化(等同于燃烧),其结果是把食物中储存的太阳能转移到了能量载体分子ATP上。我们每人每天消耗ATP的数量相当可观,若换算成重量几乎等于体重。ATP的能量被利用后转变成ADP,ADP在线粒体中再度充值能量成为ATP,如此循环往复支撑着生命活动的全部能量需求。一个细胞中有很多的线粒体,在线粒体的内膜上分布有很多很多呼吸链酶系。如果把线粒体比作是细胞的发电厂,那么每一个呼吸链酶系就是一部制造能量分子ATP的“分子发电机组”。

  食物经消化吸收后在体内有两种去向:一种去向是通过合成代谢进入构建人体细胞结构的新陈代谢过程,保证人体“有序性”结构的实时更新;另一种去向是通过分解代谢转变为呼吸链的底物,呼吸链酶系以接力式传递电子的方式把底物逐步氧化分解成CO2和H2O还回大自然,与此同时把固化在底物中的太阳能一股一股地转移到ATP上供机体生命活动之需。

  本实验室的研究成果是发现了呼吸链的漏电旁路,证明呼吸链在传递电子制造ATP的同时,总有少量电子通过漏电旁路产生潜在有害的氧毒性中间体(ROS)。这一发现使我领悟到:呼吸链的功能其实等同于分子尺度的“生命引擎”。



徐建兴演讲

  “引擎”燃烧石油产生驱动机械运转的动力,呼吸链作为“生命引擎”燃烧的是粮食,产生的是驱动生命活力的能量载体分子ATP。“引擎”是热机,热机遵循热力学原理做“有用功”的同时也做“无用功”。“有用功”对使用者有用,“无用功”用于克服摩擦阻力,对使用者无用。呼吸链通过电子传递制造ATP如同热机做“有用功”,通过漏电旁路产生氧毒性中间体(ROS)如同热机做“无用功”。“无用功”导致热机老化,ROS对呼吸链的氧化损伤作用也是引起人体衰老和疾病的分子基础。

  如果把人体看作是巨大数量“生命引擎”的集合体,我们就可以用热力学原理探讨人体健康问题,把人体看作是热力学“耗散结构”,用“有序性”描述健康,从而奠定整体医学的理论基础。

  热力学的思维方法与大家熟悉的结构功能研究方法不大一样。结构功能研究注重细节,一个反应一个通路的仔细分析。但是人体的复杂性远远超过预期,呼吸链漏电产生的ROS可以是引起氧化损伤造成疾病和衰老的原因,但更重要的是ROS可以作为生物信号启动机体免疫机制和损伤修复机制,这又是维护人体健康的正能量。人体怎样决定ROS功能的取向很难一个反应一个通路的分析。热力学研究的是物质结构的能量状态,至于通过怎样的过程达到该状态不重要,这很适合用于整体医学的研究。

  如果把生命引擎做有用功视为“阳”,做无用功视为“阴”,那么呼吸链就是分子尺度的“阴阳元素”,人体就是巨大数量“阴阳元素”的集合体,这使得中医调理阴阳的医学理念成为整体医学的典范,具有了坚实的科学基础。

  按照热力学耗散结构理论,我们可以把人体一生的健康状态分为很多阶段和层次。“与生俱来的有序性”是初态,中医叫“元气”,是从父母双方基因遗传继承下来的结构“有序性”。自剪短脐带之时起,人体就开始独立地与环境中各种不良因素进行抗争,不良因素的破坏使“与生俱来的有序性”逐渐下降,所以人生的不同阶段会经历多个不同层次的亚健康状态。生命力是维护“与生俱来的有序性”不受伤害或把损伤的有序性重建起来恢复健康的驱动力,呼吸链把食物中储存的太阳能转变为人体可用的能量分子ATP,ATP就是生命力做功的资本,只要呼吸链正常工作,生命力就会及时修复损伤回到健康状态,所以生命力的存在使多数不同层次的亚健康状态可以逆转。



徐建兴座谈

  然而,“与生俱来的有序性”不是完美无缺的,遗传基因的缺陷使“有序性”出现“薄弱环节”,一旦“薄弱环节”受伤害人体健康就可能出现不可逆的拐点。从可逆变为不可逆是生命的悲剧,拐点之后人体就面对死亡,所以说强化生命力是健康的保证,是延长寿命的法宝。生命力是人体可以自我感知的自愈伤能力,悲剧是,不是每个人都能自觉地创造条件让自身的生命力充分发挥其维护健康修复损伤的作用。相反,常常出现的情况是当身体受的损伤积累到接近不可逆拐点时才被警惕,可惜这时已经晚了。所以每个人都应当建立起养生的意识,给自己制定一个适合自己的生活方式,保证少受损伤,及时修复损伤,避免损伤累积,这是人生最最重要的生活理念。中医“养元气、扶正祛邪、治未病”的医学理念正是体现了有序性损伤可以逆转的热力学原理。

  中医学和西医学是两种科学思想体系,源于人类认识事物的两种思维方法。由于思维方法和研究手段的不同,形成了中医学和西医学的巨大差异。从能量和信息的角度思考健康问题可以为整体医学提供理论基础,中医先辈出于对自然的尊重不自觉地运用了热力学原理构建起中医理论,语言虽然不同但科学内涵是相通的。

  国际医学界没有关注中医学是医学发展历史上的遗憾,中国医学界没有建立专门的基础科研队伍推动中医的科学化发展也是一种认识上的失误。

  发展中医科学绝不是把中医改造成西医,而是让两种医学思想体系并存各求发展。经络就是中医率先西医涉足的科学领域,经络的实质是人体全部细胞彼此之间相互感知和相互依存的通讯机制,应用信息学原理探讨细胞有序性堆积的机制是发展中医科学的重要任务,因为几千年的中医实践证明“经络疏通了,人体就健康了”。

  专家简介:

  徐建兴,中国科学院生物物理研究所研究员、博导、资深科学家。他一生专注呼吸链酶系结构与功能研究,用心血和智慧培育出三项科研成果。

  第一项是呼吸链酶的结构研究成果:他与清华大学饶子和教授合作完成了猪心呼吸链复合物Ⅱ晶体结构2.4埃的解析,论文发表在2005年Cell上。该成果是继日本科学家完成牛心呼吸链复合物Ⅳ晶体结构解析和美国科学家完成牛心呼吸链复合物Ⅲ晶体结构解析之后呼吸链酶系晶体结构研究的又一重大成果,标志了我国在国际生物能量学和膜蛋白晶体学领域占有一席之地。

  第二项是呼吸链功能的研究成果:在国际生物能学力家普遍关注呼吸链如何传递电子制造能量分子ATP的功能时,徐建兴思考了呼吸链如何受损伤失去制造ATP能力的问题并提出了呼吸链电子漏旁路假说。在论证假说的研究中证明了细胞色素C具有清除线粒体中O2-和H2O2的抗氧毒性新功能,发现了细胞色素C通过两条呼吸链电子漏旁路对线粒体中O2-和H2O2的水平进行调控的原理,提出了线粒体自由基代谢的概念和自由基代谢失调导致病理状态的理论。该理论不仅把Mitchell理论与实验检验之间存在偏差的来源解释清楚了,更重要的是它揭示出呼吸链电子漏生成的氧毒性分子O2-和H2O2是损伤呼吸链和线粒体的元凶,这为探讨衰老、神经退行性疾病、运动疲劳、缺血再灌流损伤等与氧毒性有关的重大医学问题提供了新思路。最近他以呼吸链传递电子制造ATP为“阳”,以呼吸链漏电产生氧自由基为“阴”,对中医阴阳五行理论的分子生物学基础提出了科学的解释,为中西医的互相理解和认同提供了依据。从维护保养呼吸链功能的角度他申报了克服辅酶Q副作用这一瓶颈问题的发明专利。

  第三项是愈伤医学的研究成果:回顾国际创伤医学领域使用生长因子治疗顽固难愈合溃疡临床研究所面临的种种困境,提出了“天然愈伤分子组合”的概念,并在这一概念指导下挖掘中药发明了治疗糖尿病足、褥疮、顽固溃疡等顽症的特效治疗手段,从中医特色医疗的角度攻克了国际愈伤医学界面临的难题。

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