耗散結(jié)構(gòu)理論與醫(yī)學
楊 輝
(右江民族醫(yī)學院 右江533000)
本文試從耗散結(jié)構(gòu)的形成和保持條件與人體健康的形成和保持條件的一致性,探索耗散結(jié)構(gòu)理論對醫(yī)學的啟迪和借鑒作用。
1 人體能夠形成和保持耗散結(jié)構(gòu)
耗散結(jié)構(gòu),是普利高津在研究不違背熱力學第二定律情況下,如何闡明生命系統(tǒng)自身的進化過程時提出的新概念。什么是耗散結(jié)構(gòu)?用通俗的話來講,就是一個遠離平衡的包含有多組分多層次的開放系統(tǒng),在外界條件變化達到一定閾值時,經(jīng)“漲落”的觸發(fā),量變可能引起質(zhì)變;系統(tǒng)通過不斷與外界進行物質(zhì)和能量交換,在耗散過程中產(chǎn)生負熵流,就可能從原來的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時間、空間或功能的有序狀態(tài)。這種非平衡態(tài)下形成的新的有序結(jié)構(gòu),就是耗散結(jié)構(gòu)。
普利高津本人曾對耗散結(jié)構(gòu)形成的條件,作過簡單通俗的說明。他寫道:“生物和社會組織包含著一種新型的結(jié)構(gòu),……社會和生物的結(jié)構(gòu)的一個共同特征是它們產(chǎn)生于開放系統(tǒng),而且這種組織只有與周圍環(huán)境的介質(zhì)進行物質(zhì)和能量的交換才能維持生命力。然而,只是一個開放系統(tǒng)并沒有充分的條件保證實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。只有在系統(tǒng)保持“遠離平衡”和在系統(tǒng)內(nèi)的不同元素之間存在著“非線性”的機制的條件下,耗散結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)”[1]。顯然,人既有生物的屬性,又有社會的屬性,人的生命過程既參與生物運動,也參與社會運動,更具備形成耗散結(jié)構(gòu)的條件。
首先,生命的本質(zhì)在于運動。人體是一個遠離平衡的系統(tǒng),它需要保持動態(tài)平衡才能存在。平衡就意味著生命的終止。興奮和抑制、收縮和舒張平衡了,心跳也就停止了。動脈、靜脈各部分血壓平衡了,毛細血管有效過濾壓等于零,物質(zhì)交換也就沒有了。細胞內(nèi)液與外液中的Na+、K+的濃度是非平衡的,神經(jīng)細胞膜內(nèi)K+濃度為膜外30倍,膜外Na+濃度為膜內(nèi)12倍,這種離子濃度非平衡,對細胞的興奮及機能是必要的。如果離子濃度平衡,生物電就消失,細胞功能也就喪失。其次,人體又是一個包含有多子系統(tǒng)多層次的復雜開放系統(tǒng)。從橫向看,包括骨胳、肌肉、神經(jīng)、消化、呼吸、泌尿生殖系統(tǒng)等子系統(tǒng)。從縱向看,包括群體、個體、器官、組織、細胞、亞細胞、分子、量子等層次。此外,還有與上述要求有關(guān)又自成一體的免疫系統(tǒng),等等。而且各子系統(tǒng)之間、各層次之間存在著復雜的聯(lián)系和相互作用。人既要吃、喝、吸氣,又要拉、撤、呼氣,因而是一個開放系統(tǒng)。機體走向封閉,就會生病甚至死亡。中醫(yī)所說“不通則痛”就是這個道理。再次,人體內(nèi)各元素之間存在非線性機制。所謂非線性,是指引起系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)的復雜過程的,主要不是逐步演變的擴散型,而是產(chǎn)生突變(或質(zhì)變)的化學反應型。人體生理病理轉(zhuǎn)化過程中,存在大量通過爆發(fā)性漲落而擺脫連續(xù)性的情況。即使是最簡單的細胞中,正常的新陳代謝也要引起無數(shù)個偶合的化學反應;新陳代謝還要有特定的酶。因此,正常人體是離不開非線性機制的。最后,人體生命現(xiàn)象中,還大量存在時間節(jié)律和周期行為。所以,人體能夠形成和保持耗散結(jié)構(gòu)。
生命不僅僅表現(xiàn)為終究要死亡,要從有序走向無序,而且在于它要努力避免很快地衰退為惰性的平衡。因此,從某種意義上說,人體時刻都處在有序無序有序的轉(zhuǎn)化過程中。在正常生理過程,機體內(nèi)部借助新陳代謝的作用,把細胞或機體中陳舊、多余的或有害的物質(zhì)分解,把衰老、垂死的或受傷的組織成分拆除,釋放其中的能量,使機體內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)不斷遭到破壞,這可以說是人體自身產(chǎn)生的正熵,由于正熵存在,機體由有序趨向無序。但與此同時,機體又通過合成代謝,從外界吸收物質(zhì)和能量,引進負熵,建造自身結(jié)構(gòu)所需要的組織成分,以替代被拆除的組織成分,產(chǎn)生新的更高層次的有序狀態(tài),使無序趨向有序,從而使機體保持正常的生命活動。機體這種相對穩(wěn)定有序是通過自身調(diào)控機制實現(xiàn)的。一旦致病因素造成調(diào)控機制混亂,機體與外界進行物質(zhì)、能量、信息交換發(fā)生障礙,系統(tǒng)內(nèi)正熵增加,有序性遭到破壞,積累到一定的閾值,經(jīng)漲落觸發(fā),就會從有序變?yōu)闊o序,這就是病態(tài)。疾病的醫(yī)治實際上是通過強化輸入負熵流防止輸入正熵,并促進機體遠離平衡以達到系統(tǒng)熵增為負或正熵不大的低熵有序狀態(tài),從而消除疾病,轉(zhuǎn)為健康。
2 耗散結(jié)構(gòu)理論對醫(yī)學的啟示
耗散結(jié)構(gòu)理論試圖認識自組織的機制和規(guī)律,即有序和無序相互轉(zhuǎn)化的機制和條件問題。“醫(yī)學是認識、保持和增強人類健康,預防和治療疾病,促使機體康復的科學知識體系和實踐活動”[2]。其首要任務是認識健康和疾病轉(zhuǎn)化的機制和條件問題。因而,二者是一致的。前者對后者必定具有啟迪和借鑒作用。
2.1 耗散結(jié)構(gòu)理論可以深刻揭示人體的統(tǒng)一性及其與外界因素的統(tǒng)一性,為醫(yī)學模式轉(zhuǎn)變提供理論依據(jù)。因為,這一理論用整體觀研究生命現(xiàn)象,并且認為只有開放的、能與外界進行物質(zhì)、能量、信息交換的系統(tǒng),才能形成穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。人體正是這樣的系統(tǒng)。但是,傳統(tǒng)生物醫(yī)學模式忽視了人的社會性和心理因素的影響,對生理病理過程的考察往往帶有封閉或半封閉性質(zhì),而且使用的是脫離整體聯(lián)系發(fā)展的孤立、靜止研究方法。這就使得它不可能正確反映和解決作為開放系統(tǒng)的人體穩(wěn)定、有序、健康問題,因而不可避免地要被新的醫(yī)學模式所代替。所以,醫(yī)務工作者掌握耗散結(jié)構(gòu)觀點,首先有助于實現(xiàn)從生物醫(yī)學向生物、心理、社會醫(yī)學模式轉(zhuǎn)變。其次,有助于臨床工作中,系統(tǒng)整體思維和全方位立體思維的形成和運用。此外,人體有序、健康的形成和保持,實際上是多組分多層次的人體系統(tǒng)為主體和物質(zhì)基礎(chǔ),以與外界交換所得能量為動力,以來自內(nèi)部信息為指令,以神經(jīng)體液為調(diào)控手段,以時空或功能有序為目標的自組織過程。因此,耗散結(jié)構(gòu)理論的提出,使系統(tǒng)科學方法變得更加完善,其應用于人體生理病理過程的解釋,必將進一步推動現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展。
2.2 耗散結(jié)構(gòu)理論提出“非平衡是有序之源”的觀點,對糾正“平衡有序”觀念和貫徹積極治療,推動有關(guān)非平衡區(qū)生命穩(wěn)定有序的研究,對搞好防病治病有著重要意義。
非平衡,不是不平衡,也不是平衡,而是巨漲落前的遠離平衡態(tài),是處于失穩(wěn)臨界點附近沒有超過臨界點的穩(wěn)態(tài)。與此相對應,失穩(wěn)包括兩方面,一是因平衡變?yōu)椴黄胶舛Х€(wěn),如細胞外液pH值過高過低將導致鹼中毒或酸中毒。二是不平衡趨向平衡而失穩(wěn),如細胞外液鉀濃度增高,而致高血癥;各種組織中較特異酶譜由區(qū)別而趨向一致性,意味著癌癥出現(xiàn)。所以,現(xiàn)代醫(yī)學強調(diào)的是動態(tài)平衡。然面,我們許多醫(yī)務工作者在實踐中,努力糾正不平衡的同時,往往不自覺地走向另一極端追求平衡。而且忽視了心理,社會動態(tài)平衡對健康的意義,這對實踐是有害的。實踐告訴我們,難治性心力衰竭一類頑癥之所以難治,就在于只引入負熵流(即各種改善心衰的措施,包括藥物等)并不一定能刺激機體達到臨界點,要使機體完成“無序→有序”的躍進,必須使機體遠離平衡即機體要有相當?shù)淖陨砘盍偷挚沽?通過漲落達到臨界點才能使新的躍進完成,使機體從無序狀態(tài)恢復到有序狀態(tài)。所以,我們必須注意,治療中不能單純依靠藥物等一系列外來因素的作用,還必須大力提高患者的整體機能,包括非藥物的心理治療,排除影響機體機能恢復的各種干擾[3]。
同時,耗散結(jié)構(gòu)理論的提出,推動醫(yī)學工作者進一步從各方面探索處于非平衡區(qū)生命系統(tǒng)穩(wěn)定、有序、健康的維持問題。諸如什么是穩(wěn)態(tài)?有什么抗干擾的特性?失穩(wěn)的臨界點在哪里?在什么條件下,通過什么方式,人體有序變無序,穩(wěn)態(tài)變失穩(wěn)?在失穩(wěn)、生病后在什么條件下,通過什么方式恢復穩(wěn)態(tài)、健康?等等。這對提高醫(yī)療衛(wèi)生工作質(zhì)量無疑是有益的。例如,布魯塞爾學派對腫瘤免疫的研究,就屬于抗干擾特性研究的一部分。該派傾向于細胞免疫起主要作用。體外實驗表明,效應細胞每次可以與一個或幾個腫瘤細胞結(jié)合然后分解為原來形式的效應細胞和失去復制能力的死亡腫瘤細胞。布魯塞爾學派為此建立起腫瘤生長的數(shù)學模型。在對這一模式的求解中,它給出何種條件腫瘤會長大或抑制,即在某些條件下,小于臨界大小的腫瘤將消失,大于臨界大小的腫瘤則長大。在另一些條件下,埋沒腫瘤中的正常組織若大于一定臨界大小時會不斷長大,從而擺脫癌狀態(tài),反之若該正常組織過小則會為腫瘤組織所吞沒。該模型給出的腫瘤細胞數(shù)的時間振蕩行為與臨床觀察一致”[4]。這樣的探討,對臨床上因勢利導防治腫瘤就很有價值。又如,臨界點問題,不但研究穩(wěn)態(tài)的生物(或理化)臨界點,而且研究心理、社會臨界點,以及對臨界值隨年齡、性別,特別是作用因素的量與時間兩者關(guān)系所決定的個體適應與不適應之間的差異,這些對醫(yī)學理論和實踐都有著十分重要的意義。此外,掌握“非平衡是有序之源”的觀點,還有助于動態(tài)思維的形成。
2.3 “非線性”理論對醫(yī)學實踐有著重要的啟迪和借鑒作用。系統(tǒng)的不同元素之間存在著非線性機制,是耗散結(jié)構(gòu)形成的重要條件之一。多組分多層次的開放系統(tǒng)只有處于遠離平衡的非線性區(qū),才有可能經(jīng)漲落的觸發(fā),從無序突變?yōu)榉€(wěn)定的有序的時空結(jié)構(gòu)。非線性區(qū)有兩個特征:一是突變、飛躍的臨界點所在,二是存在可逆和不要逆的兩種不同趨勢。因此,掌握非線性區(qū)對醫(yī)療實踐的意義是不容忽視的。例如,在每一個正常子宮頸粘膜上皮細胞中46個染色體,當細胞中染色體數(shù)量略有增加或減少,并出現(xiàn)畸形時,正常細胞就變成了間變細胞。間變階段是正常細胞向癌變細胞轉(zhuǎn)變的中間階段,亦即非線性區(qū),它存在著可逆和不可逆兩種趨勢。如經(jīng)過積極治療,染色體數(shù)量恢復正常,“間變”就消失,變成正常細胞;如遇到延緩治療或治療不當?shù)确N種不利條件,染色體數(shù)量就會劇增,若每個細胞中的染色體增至六十到九十個時,間變就發(fā)生癌變。所以認識到這一點,定期檢查,早期發(fā)現(xiàn)間變細胞,就可以采取措施,阻止間變向癌變發(fā)展,預防宮預癌發(fā)生。醫(yī)務工作者必須樹立防重于治的思想,努力掌握各種疾病的非線性區(qū),把好病理性質(zhì)變這道最后防線。
耗散結(jié)構(gòu)理論關(guān)于生命系統(tǒng)進化過程中的非線性漲落的作用,與醫(yī)學實踐中生理和病理相互轉(zhuǎn)化中漲落的作用有所不同(前者是單向的、積極的;后者是雙向的,利弊兼有的)。但可以啟發(fā)醫(yī)務工作者在實踐中,因勢利導,盡可能防止和減少漲落的破壞作用,充分利用其積極作用,更好地防病治病。耗散結(jié)構(gòu)理論指出:“生命的保持和發(fā)育是跟大量的化學反應和運轉(zhuǎn)現(xiàn)象分不開的。是由許多高度非線性的復雜因素,如激活、抑制、直接的自身催化等連鎖制約的”[5]。這就告訴我們,盡管研究病因要從生物、理化、心理、社會等多方面著手;認識疾病的本質(zhì)要從各個層次上進行探索,但作為生命有機體的線性機制,首先存在于微觀層次中,并主要通過微觀層次表現(xiàn)出來。因此,我們無論考察生理向病理轉(zhuǎn)化,還是病理向生理復歸的量變質(zhì)變過程,都應把重點放在微觀層次上,堅持微觀深層導向性。這不是回到片面強調(diào)理化指標為依據(jù),著重分析的還原論老路上去,而是要走向綜合兼容辯證還原的新思維方式。
綜上所述,耗散結(jié)構(gòu)理論可以為醫(yī)學提供啟迪和借鑒作用。誠然,不應夸大它的作用。只有把它與系統(tǒng)科學方法的其他理論(系統(tǒng)論、信息論、控制論、協(xié)同論、超循環(huán)論、突變論等)結(jié)合起來,才能充分發(fā)揮其應有的作用。
參 考 文 獻
1 普利高津復雜性的進化和自然界的定律.自然科學哲學問題.1980,3.
2 艾鋼陽等著.醫(yī)學論.科學出版社,1986,2.
3 周恩茂.生命活力的本質(zhì)特征是有序.醫(yī)學與哲學,1988,(4):7.
4 漆安慎.關(guān)于耗散結(jié)構(gòu)與理論生理學.醫(yī)學與哲學,1986,(10):9.
5 王雨田主編.控制論.信息論.系統(tǒng)科學與哲學.中國人民大學出版社,1986:465.
6 許立人等編.自然辯證法概論.黑龍江人民出版社,1991.
