“脾气虚”证态概念的中西医融合探讨(十六)

“脾气虚”证态概念的中西医融合探讨(十六)
山西医科大学附属晋中第一人民医院主任医师兼副教授(退休)郝守玉
脾气水精物质运行的调控网络关系功能研究,与脑的神经网络的关系功能研究相似,依据目前的科学水平,仍然应该是以整体黑箱方法为主。因为神经、内分泌、细胞基因蛋白因子调控网络,依照生物系统论的方法,从基因组学、蛋白组学起步,应用计算机程序的母体和遗传算法,可被视为具有特定非线性动力学的人工复杂系统。这一白箱方法目前仍然存在很大的困惑。
生物系统论应用计算机仿真方法,神经计算和DNA计算虽然可不必致力于研究天然脑或天然DNA的实体构成,应用功能模拟方法,这一状况可与飞机的建构相对比。当放弃了模拟飞鸟并根据空气动力学发现了新的技术方法后,飞机的飞行获得了成功。系统生物学也是沿着这一思路向前迈进。但是由于生物系统的复杂不确定性,继续发展遇到了阻力。
吴家睿在“系统生物学面面观”一贴中说,作为人类基因组计划的发起人之一,美国科学家莱诺伊·胡德(Leroy Hood)也是系统生物学的创始人之一。在胡德看来,系统生物学和人类基因组计划有着密切的关系。正是在基因组学、蛋白质组学等新型大科学发展的基础上,孕育了系统生物学。
什么是系统生物学?根据胡德的定义,系统生物学是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成,以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。也就是说,系统生物学不同于以往的实验生物学——仅关心个别的基因和蛋白质,它要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然,系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学。
作为后基因组时代的新秀,系统生物学与基因组学、蛋白质组学等各种“组学”的不同之处在于,它是一种整合型大科学。首先,它要把系统内不同性质的构成要素(基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等)整合在一起进行研究。系统生物学研究所的第一篇研究论文,就是整合酵母的基因组分析和蛋白质组分析,研究酵母的代谢谢网络。由于不同生物分子的研究难度不一样,技术发展程度不一样,目前对它们的研究水平有较大的差距。例如,基因组和基因表达方面的研究已经比较完善,而蛋白质研究就较为困难,至于涉及生物小分子的代谢谢组分的研究就更不成熟。因此,要真正实现这种整合还有很长的路要走。
对于多细胞生物而言,系统生物学要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。《科学》周刊系统生物学专集中一篇题为“心脏的模型化——从基因到细胞、到整个器官”的论文,很好地体现了这种整合性。我们知道,系统科学的核心思想是:“整体大于部分之和”;系统特性是不同组成部分、不同层次间相互作用而“涌现”的新性质;对组成部分或低层次的分析并不能真正地预测高层次的行为。如何通过研究和整合去发现和理解涌现的系统性质,是系统生物学面临的一个带根本性的挑战。
系统生物学的理想就是要得到一个尽可能接近真正生物系统的理论模型;建模过程贯穿在系统生物学研究的每一个阶段。离开了数学和计算机科学,就不会有系统生物学。也许正是基于这一考虑,科学家把系统生物学分为“湿”的实验部分(实验室内的研究)和“干”的实验部分(计算机模拟和理论分析)。“湿”、“干”实验的完美整合才是真正的系统生物学。
根据系统论的观点,构成系统的关键不是其组成的物质,而是组成部分的相互作用或部分之间的关系。这些相互作用或者关系,从本质上说就是信息。换一个角度来说,生命是远离平衡态的开放系统,为了维持其有序性,生命系统必须不断地与外部环境交换能量,以抵消其熵增过程。奥地利物理学家薛定谔早在1940年代发表的著作《生命是什么?》中就已指出,生命以“负熵流”为食,而“负熵”其实就是信息的另一种表示方法。因此,我们可以这样说,生命系统是一个信息流的过程,系统生物学就是要研究并揭示这种信息的运行规律。信息规律就是系统内各要素之间、子系统之间、系统的无穷层次之间的相互关系及其涌现。生物系统论就是企图应用计算机仿真方法研究信息规律。
鲁强等在“系统生物学综述”一贴中说,生物系统是最复杂系统之一。其结构、行为复杂,大量高度组织的细胞构成的生物体涌现出难以想象的复杂特征。对比相对简单的物理系统,复杂的生物系统研究极具挑战性。结构的复杂产生系统的复杂。以细胞为例,作为一个基本的生物系统。其众多通路错综复杂,通路之间的交互导致描述系统所需的参数指数递增。细胞区室与细胞骨架的存在,活体细胞中生化反应如翻译、转录等具有空间定位特征,DNA中成千上万的基因控制,这些复杂的结构都远非人类智能可以直观把握。不仅如此,生物系统参数不断自调整、结构自组织,大量的细胞基于局部的信息作出反应,而生物体总是表现出协调的行为,然而这种行为又不可预测。生物复杂性的特征,使传统的研究方法如求解方程、统计分析都显得无能为力。值得庆幸的是,来自技术的进步反过来为科学研究提供了理论与实验方法外的第三种研究手段——计算机仿真。生物系统结构行为复杂,直观的理解已经不可能。此外,生物系统众多的状态变量不可观不可控。改变系统结构和参数来分析系统的动力学特性,难以通过实际的生物实验来完成,而只有建立模型,通过对模型的仿真研究来获得对生物系统的理解,预测生物系统的行为。
仿真是系统生物学最重要的研究手段。在仿真中,计算机将逐个描述各个部分简单的规则如单个的生化反应,而后建立数量众多的交互关系,整合成一个硅上系统(in silico system),从而模拟真实的生物体。对生物体局部或整体特征简单抽象而成的规则,是解释、预测系统行为的基础。基于模型的研究也因此是系统生物学重要的特征。当然,好的模型并非要完全忠实于真实系统。对于生物系统而言,应该选择合适的层次建立模型来把握感兴趣的问题。尽管计算技术已经能处理海量的数据,但是通过仿真每一个分子的细节来预测人体的行为显然只会浪费永远都不够的计算资源,而且不能把握问题的本质。系统生物学从微观到宏观的整合方法遇到了困惑。
四川大学陈雨思教授认为,中医、西医以至于系统科学,都遇到一个世纪困惑:复杂与不确定性困惑。那么,怎样来解决这个复杂与不确定性困惑呢?作为应对这个困惑的办法之一,是系统科学界提出了这样一个口号:“把复杂性当作复杂性来看待”。也就是说,既然“宏观现象与微观现象之间的关系往往是不确定的”,我们为什么一定要通过微观来了解宏观呢?为什么不可以通过微观来了解微观,通过宏观来了解宏观,然后再发现它们之间的联系呢?推而广之, 复杂系统有许多层次,我们为什么一定要通过低层次来了解高层次呢?为什么不可以通过同层次来了解同层次,然后再发现各层次之间的联系呢?
这个口号应用到医学上,就是:人体是一个复杂系统,具有基因、细胞、组织、个体等层次,我们为什么一定要通过低层次来了解高层次呢?为什么不可以通过同层次来了解同层次,然后再发现各层次之间的联系呢?这个口号具体应用到中医现代化研究上,就需要改变“通过西医方法来研究中医”的传统观念,而采用 “以系统观念为指导,以中医方法为核心,结合西医方法”的新观念来研究中医。
中医辨证论治的证概念是反映人体整体宏观层次状态变化的概念,西医学的内稳态概念也是反映人体宏观层次细胞外液的稳定状态,属于同一层次的概念,但是这两个同一层次的概念,却由于东西两种文化的差异,由于两种逻辑方法的差异,由于两种理论发展方向的差异,时至今日,仍不能沟通融合,例如脾虚证状态,在西医学中,仍然找不到适当的位置,因为西医学没有认识到食物在人体的运化过程,就是属于内环境稳态过程。没有认识到西医学也应该在整体思维框架下,以系统论为指导进行归类综合。没有认识到人体是复杂系统,反而把复杂系统分割拆解为零散部件了。把内环境稳态的整体观念,也给于分割‘还原’微观化了。没有认识到疾病的本质是系统稳态的变化,反而把疾病的本质归结为静态死结构的形态改变。这样看起来,中医学还比较接近系统整体观点,大体上来说,中医学认为人体是一个“形与神俱”的整体系统。人体的健康是阴平阳秘,治疗的方向是以平为期。把疾病的本质归结为人体稳定状态的“证”变化,治疗方法是辨证论治。
从层次上讲,中医现代化研究之所以要以系统观念为指导,是因为中医是面对人体的,而人体是复杂系统之一,关于系统的一般理论和方法对人体研究具有指导意义。不过,系统研究又不能代替中医研究,况且系统科学本身还需要发展,因而,中医现代化研究只能是“以系统观念为指导”。中医现代化研究之所以要结合西医方法,是因为宏观现象与微观现象之间除了不确定的一面,还有可确定的一面,因而,结合西医方法,有利于促进中医现代化研究。中医在自己的长期发展过程中,形成了一套判断问题和解决问题的方法,以系统观念为指导,把这些方法搜集起来,整理起来,再结合西医方法,就可能形成一套科学而系统的中医方法,应用这种方法来研究中医,许多问题都可能获得解决。
中医学就是把人体视为一个系统,通过测定和改变系统的输入和输出来调节系统的状态。虽然传统中医学的缺点在于,它只能进行“黑箱操作”,不能解释系统的内部组成成分和动力学过程。但是却能弥补系统生物学方法的不足,能够克服把包括人体在内的生物系统化为“白箱”时的困惑,因为生物完全白箱化,不仅要了解系统的结构和功能,而且还要揭示出系统内部各组成成分的相互作用和运行规律,就会遇到复杂性的困惑问题。因而在研究医学、研究复杂系统时,还要应用另一种方法,这也就是格式塔心理学,在研究心理学时应用的格式塔完型概念。当遇到研究人脑功能的机制发生困难,避开这个困难,改变方法,从外部的行为加以研究,这看来是畏难而退,实际上是要开辟一条新的途径,绕道前进。这在方法论上是可取的。这就是黑箱方法,弥补了白箱方法的不足,解决了白箱方法所遇到的困惑。这就是我们在研究脾气虚“证”与内环境稳态两个同一层次的概念,具有的共同黑箱问题,以进一步明确仍然处于黑箱中的神经、内分泌、细胞基因蛋白因子网络调控的主要方法。内环境稳态概念,也主要是在耗散活结构的物质流、能量流方面进行研究,而在信息流方面仍然是黑箱。所以应用黑箱方法探测网络调控,仍然是研究医学的主要手段,也就是中西医学基本证态概念,包括脾气虚在内的,沟通融合的切入点。