董福田
(南京師范大學地理科學學院,江蘇 南京 210046)
健康是人類賴以生存和繁衍的基石,疾病是殘害人類健康的罪魁禍首,醫(yī)學是從預防、治療疾病的角度來維護健康的。診斷和治療統(tǒng)稱為診治,根據(jù)疾病研究的不同角度和方法,診治和疾病之間的關(guān)系可以分為線性和非線性關(guān)系。因此,圖1可以用來分析疾病和診治之間的關(guān)系。
圖1 對非線性圖形進行了簡化
西醫(yī)是以結(jié)構(gòu)失衡來定義疾病的辨病論治,認為疾病的發(fā)生必然存在結(jié)構(gòu)失衡的物質(zhì),即致病源,運用現(xiàn)有醫(yī)學檢驗手段尋找致病源,建立標準化的診治模式與流程,疾病和診治之間的關(guān)系是圖1中的線性關(guān)系,但生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生多少種失衡難以計數(shù),讓診治變得非常復雜。中醫(yī)辨證論治,強調(diào)“病”、“證”、“癥”相結(jié)合。辨證論治是以“人-癥-病-證”為核心的體系,癥、病、證雖然所指各有不同,但又相互聯(lián)系,彼此交織在一起,結(jié)構(gòu)、功能、癥狀三者之間是一個復雜的非線性關(guān)系,因此疾病和診治之間的關(guān)系呈現(xiàn)出圖1中“同病異治”的非線性A 和“異病同治”的非線性B 關(guān)系,其復雜度可想而知[1]。如果我們不是從疾病的角度來防護健康,而是從健康的角度來防護健康,其困難程度又是如何呢?
從疾病的角度防護健康,治療每個疾病都依賴于對疾病的致病原因/機制的認知。從健康的角度防護健康,就要研究健康是什么,健康是怎么來的。健康是對生命的整體而言的,對于生命而言,無論是宏觀還是微觀,部分還是整體,都是由細胞這個基本的生命單位所構(gòu)成,也就是人的生命是由生命所構(gòu)成。人的健康包括細胞,細胞之間相互作用所構(gòu)成的組織、器官、系統(tǒng)等從微觀到宏觀、從部分到整體都是健康的。因此,研究健康要先研究生命演化規(guī)律,如單細胞生物是怎么來的,是如何演化為多細胞生物的,再研究如何利用這種生命的演化規(guī)律來維護健康?!饵S帝內(nèi)經(jīng)》:“天地合氣,命之曰人”和恩格斯在《自然辯證法》一書中說的“生命是整個自然的結(jié)果”的論斷,說明生命是由宇宙演化而來的。
《太極圖說》中闡釋了中國傳統(tǒng)文化的宇宙觀,即“太極”是宇宙的本原,它既是自然秩序的本體,又是萬物生成的邏輯?!疤珮O”的自然秩序,既體現(xiàn)在混沌之中,也體現(xiàn)在有序之中,二者是一個統(tǒng)一的整體。太極聯(lián)通著物質(zhì)世界的“有”和“無”,是用來統(tǒng)一陰陽、五行觀念的最高范疇,“五行,一陰陽也;陰陽,一太極也;太極,本無極也。[2]”認為“二五之精”化生萬物,“二五”就是陰陽五行?,F(xiàn)代科學正在從結(jié)構(gòu)的角度探究宇宙的演化規(guī)律。宇宙大爆炸之初首先出現(xiàn)了正、負電荷,兩者相互作用形成一個簡單的物質(zhì)結(jié)構(gòu)氫,然后這個簡單結(jié)構(gòu)通過相互作用形成其他更復雜的結(jié)構(gòu),并最終形成了包括整個生物界在內(nèi)的宏觀物質(zhì)。因此,宇宙萬物統(tǒng)一于結(jié)構(gòu)。那么是否能將中國傳統(tǒng)哲學的“陰陽五行”和現(xiàn)代科學的結(jié)構(gòu)研究融為一體來研究宇宙演化的規(guī)律呢?
在有機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中,每個結(jié)構(gòu)都存在與其相互促進和制約的結(jié)構(gòu),一個理想的結(jié)構(gòu)模型就是符合中國傳統(tǒng)文化中“陰陽五行”的結(jié)構(gòu)模型,稱之為“陰陽五行結(jié)構(gòu)模型”。
通過數(shù)學推理的方法已經(jīng)證明按照“陰陽五行結(jié)構(gòu)模型”所構(gòu)建的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的具有動態(tài)穩(wěn)定的特性。假設(shè),“陰陽五行結(jié)構(gòu)模型”中的要素包括A、B、C、D、E,見圖2。其中A 促進B,B 促進C,C 促進D,D 促進E,E 促進A,E 制約B,B制約D,D 制約A,A 制約C,C 制約E,E 為起點,f(A1)、f(E1)為已知。經(jīng)證明,f(En)+f(An)+f(Bn)+f(Cn)+f(Dn)+f(En+1)=f(Dn)-f(Cn-1)=0;
圖2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作用模型
f(En)+f(An)+f(Bn)+f(Cn)+f(Dn)+f(En+1)=0;
而不是f(En)+f(An)+f(Bn)+f(Cn)+f(Dn)=0。
因此,說明“陰陽五行結(jié)構(gòu)模型”具有驅(qū)使其循環(huán)往復的內(nèi)在“動力”,是動態(tài)平衡系統(tǒng)。某個數(shù)值會周期性出現(xiàn)在相互作用的要素之中,見圖3。數(shù)值的大小代表此要素的功能強弱、屬性強度等。在受到外部條件干擾時,沒有超出要素本身的闕值時,符合“陰陽五行結(jié)構(gòu)模型”的系統(tǒng)會保持動態(tài)平衡,且在系統(tǒng)要素的相互作用下,外部條件干擾會在系統(tǒng)的每個要素間依次傳遞[4],見圖4。如果一個系統(tǒng)的要素異于五,那么與每個要素發(fā)生相互作用的要素不是少于四個就是多于四個。如果多于四個,仍然可以根據(jù)其他要素促進它的結(jié)構(gòu)與其他要素制約它的結(jié)構(gòu)、它促進其他要素的結(jié)構(gòu)與它制約其他要素的結(jié)構(gòu)進行要素之間組合,仍然可以歸結(jié)為四種要素;如果少于四個,則在這個系統(tǒng)之中,一定有一個要素缺少一種促進它或者制約它的結(jié)構(gòu),這樣的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不能保持持久的動態(tài)平衡。
圖3 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)周期律
圖4 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)
宇宙萬物演化的過程,就是結(jié)構(gòu)之間相互作用的過程,都可以歸結(jié)為太極的陰陽之間的相互作用、相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系?!捌浯鬅o外,其小無內(nèi)”,大至宇宙,小至人體,微至粒子……都是一個個太極,即太極也是由太極構(gòu)成的。生命一開始也是處于“無”的狀態(tài),當能量相互作用形成穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu);多個原子結(jié)構(gòu)相互作用形成了穩(wěn)定的分子或者晶體結(jié)構(gòu);多個分子結(jié)構(gòu)相互作用形成更復雜的結(jié)構(gòu)(例如有機物),直至形成一個具有自適應、自組織并能保持自身動態(tài)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),進而演化出生命。
現(xiàn)代生物學研究證明,生命的本質(zhì)是新陳代謝和自我復制,前者與酶(具體結(jié)構(gòu))的催化作用密不可分,而后者對于儲存遺傳信息的核酸(抽象結(jié)構(gòu))必不可少。核酸中的遺傳信息記錄了蛋白質(zhì)的抽象結(jié)構(gòu),編碼蛋白質(zhì)形成;核酸的合成和復制需要酶的催化,蛋白質(zhì)和核酸的相互作用形成核酸-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng),是生命起源的關(guān)鍵。
核酸-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為遺傳信息載體與表達系統(tǒng),在生物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中起到主導作用。一段核酸片段復制并不會直接影響另一段核酸片段復制,但會通過所編碼的蛋白酶去發(fā)生參與核酸的復制,形成催化循環(huán)。如果抽象結(jié)構(gòu)與具體結(jié)構(gòu)相互作用形成的符合“陰陽五行結(jié)構(gòu)模型”的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),就會具有自適應、自組織、維持自身穩(wěn)定存在的功能。該結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在與外界交換物質(zhì)、信息、能量的過程中,可以對外界干擾做出反應,并保持內(nèi)部的一致性和自身整體性。于是乎,在35億年前的某時、某地誕生了地球上的第一個細胞,這是一個有外膜包裹、含5000個蛋白質(zhì)、以RNA 傳遞信息,由DNA 調(diào)控一切的,具有“自我維生結(jié)構(gòu)”的生命個體。然后,生物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以具體結(jié)構(gòu)和抽象結(jié)構(gòu)相互作用為核心,利用自適應、自組織等能力不斷與周圍環(huán)境結(jié)構(gòu)建立平衡,甚至內(nèi)化外部結(jié)構(gòu),更新結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的物質(zhì)、信息、能量,在動態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建更高一級的動態(tài)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)系統(tǒng),不斷螺旋發(fā)展,構(gòu)成生命的螺旋,是生物生存、繁衍與進化的基礎(chǔ)[5]。
生命體的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有自適應、自組織的功能,在與環(huán)境結(jié)構(gòu)相互作用過程中,不但能構(gòu)建與環(huán)境結(jié)構(gòu)之間的動態(tài)平衡,甚至將其內(nèi)化為生命體的一部分,形成新的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),而實現(xiàn)生物進化。在生命體與環(huán)境相互作用的過程中,當生命體的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中存在或者產(chǎn)生能對環(huán)境結(jié)構(gòu)起到制約作用的結(jié)構(gòu),那么生命體就能免受其害,有效防御;當環(huán)境結(jié)構(gòu)的某個作用對生命體產(chǎn)生有利的影響,那么就能將這個外部結(jié)構(gòu)“化敵為友”了,例如腸道菌群促進人體消化和代謝,甚至參與機體的免疫反應。在長期相互作用過程中,生命體甚至將環(huán)境結(jié)構(gòu)逐漸的與自身的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)融為一體,即如果生物體能通過自身結(jié)構(gòu)形成此環(huán)境結(jié)構(gòu),脫離對外部環(huán)境的依賴,那么這個外部環(huán)境結(jié)構(gòu)就成為整個生命動態(tài)平衡結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一部分。生命體內(nèi)化是一種通過結(jié)構(gòu)系統(tǒng)自身的自適應、自組織能力讓環(huán)境結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有利于自己的進化方式,特別是兩個生命結(jié)構(gòu)系統(tǒng)之間的相互作用而演化出新特性的生命系統(tǒng),例如:內(nèi)共生起源學說認為,線粒體是由被細胞吞入的細菌演化而來[6]。
我們通過陰陽五行的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型來研究生命演化的內(nèi)化作用。如圖5所示,假設(shè)生命結(jié)構(gòu)系統(tǒng)f(S)包含一個由A、B、C、D、E 要素構(gòu)成的動態(tài)平衡結(jié)構(gòu)系統(tǒng),X 是與f(S)相互作用的環(huán)境結(jié)構(gòu)。假設(shè)結(jié)構(gòu)A 生成出結(jié)構(gòu)F,F(xiàn) 對X 具有制約作用,抑制X 對f(S)的損害;假設(shè)X 對f(S)中的結(jié)構(gòu)具有價值的促進或者制約作用,比如對B 或者B 所包含的某個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生促進作用,那么X 對 f(S)是有益的。在長期的相互作用過程中,假設(shè)E 中產(chǎn)生了能促進X 的結(jié)構(gòu)G,從而脫離對環(huán)境的依賴,X 也就內(nèi)化為f(S)自身的一部分,成為f(S)中一個新的動態(tài)平衡系統(tǒng)的一個要素,如圖6所示,其中K 包含了F 和E 中促進X 的結(jié)構(gòu),L 包括了X 和制約A 的結(jié)構(gòu),以此類推,形成了一個新的,甚至是更高層次的符合陰陽五行模型的動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。
圖5 環(huán)境結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的作用
圖6 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)對環(huán)境結(jié)構(gòu)的內(nèi)化
假設(shè)生命結(jié)構(gòu)系統(tǒng)f(S),在生命存在和繁衍的過程中,其自身因為基因突變會產(chǎn)生很多新的結(jié)構(gòu),如果這個新的結(jié)構(gòu)恰好能促進f(S)保持自身的動態(tài)平衡,則這個新的結(jié)構(gòu)因為f(S)自身的自適應、自組織、保持自身穩(wěn)定的功能而得以保留,形成了新的、甚至是更高層次的動態(tài)穩(wěn)定平衡系統(tǒng),更有利于生命在變化的環(huán)境結(jié)構(gòu)中得以生存,比如細菌產(chǎn)生抗藥性的結(jié)構(gòu)。如果f(S)所處的環(huán)境結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化,甚至是系統(tǒng)性的劇變,f(S)因為基因突變而產(chǎn)生的許多有利于和這個劇變的環(huán)境結(jié)構(gòu)作用下達到平衡而得以保留,甚至這些因為基因突變所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)之間、與其他結(jié)構(gòu)之間,相互協(xié)調(diào),相互促進,相互制約,共同組裝成更高級的動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),產(chǎn)生新的功能,甚至演化出新的組織、器官、系統(tǒng)等。后一層次的結(jié)構(gòu)是由前一層次結(jié)構(gòu)相互作用、變化形成的。后一層次結(jié)構(gòu)形成不僅與前一層次結(jié)構(gòu)相聯(lián)系,而且正是由于前一層次結(jié)構(gòu)的相互作用,引起了更高層次結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生,從而發(fā)展成更復雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),演化出地球上豐富多彩的生命生態(tài)[7]。
世界衛(wèi)生組織提出“健康不僅是沒有疾病或虛弱,而是軀體上、心理上和社會適應上的完好狀態(tài)。”的健康觀[8]。健康就是個體與環(huán)境在心理、軀體上的適應、協(xié)調(diào)的結(jié)果,是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)保持動態(tài)平衡的狀態(tài)[9]。當受到外界結(jié)構(gòu)環(huán)境對人體總負荷打破原有的動態(tài)平衡,人體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的無序性增加,人體健康狀態(tài)就會被打破。我們把從信息和健康的角度建立生物健康的理論,稱之為信息健康學。
生命體不能脫離環(huán)境而獨立存在,無時無刻都在與外部環(huán)境結(jié)構(gòu)進行物質(zhì)、信息、能量交換,每一個個體都是一個動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),是基因的結(jié)構(gòu)和環(huán)境結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果。結(jié)構(gòu)的秩序歸結(jié)為能量的秩序,結(jié)構(gòu)之間的相互作用歸結(jié)為能量之間的相互作用。動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),也是能量的動態(tài)平衡系統(tǒng),能量結(jié)構(gòu)是比物質(zhì)結(jié)構(gòu)更為抽象的結(jié)構(gòu)。
生命體所生存環(huán)境中的風、寒、暑、濕、燥、宇宙射線,生命體攝取的食物等環(huán)境結(jié)構(gòu),都會對生命體自身的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)生作用,而生命體的自適應、自組織、保持自身穩(wěn)定的功能會調(diào)節(jié)自身的結(jié)構(gòu)來和環(huán)境結(jié)構(gòu)建立平衡,這個是生物存在和演化的基礎(chǔ),也是生物衰老以及產(chǎn)生疾病的關(guān)鍵所在。如圖7,假設(shè)生命結(jié)構(gòu)系統(tǒng)f(S)包含一個由A、B、C、D、E 要素構(gòu)成的動態(tài)平衡結(jié)構(gòu)系統(tǒng),G 是與f(S)相互作用的環(huán)境結(jié)構(gòu),對A 起到了促進作用。當G 對A 的促進作用超過一定量時,f(S)會通過自身的自適應、自組織功能,通過相應基因表達的調(diào)節(jié),降低甚至不再合成結(jié)構(gòu)E,如果G 對A 的作用足夠強,和E 相關(guān)的基因表達可能會形成基因記憶,即使G 的結(jié)構(gòu)不存在了,相應的基因表達也不能自動調(diào)節(jié)回到正常情況,從而造成f(S)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失衡,由于與其相互作用的要素或者系統(tǒng)也歸屬于具有自適應、自組織的動態(tài)平衡系統(tǒng),因此在相互作用中就會呈現(xiàn)“代償”功能,但是隨著失衡的結(jié)構(gòu)增多,就會產(chǎn)生衰老或者疾病。生物所處環(huán)境中的結(jié)構(gòu),有些結(jié)構(gòu)會周期性的變化,生物針對這種周期性變化的結(jié)構(gòu)演化出了相應的生物節(jié)律來適應;同時,存在著千變?nèi)f化或者偶然性環(huán)境結(jié)構(gòu)的作用,而且即使周期性變化的結(jié)構(gòu),其作用強度和作用時間也不是一成不變的。因此,生物在這樣的環(huán)境下依靠其自適應、自組織的功能保持自身存在的過程,也是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)失衡造成衰老乃至產(chǎn)生疾病的過程。生物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是建立在動態(tài)平衡系統(tǒng)之上的動態(tài)平衡系統(tǒng),生物健康就是所有層次的動態(tài)平衡系統(tǒng)所包含的結(jié)構(gòu)都處于正常狀態(tài),同時其所有的結(jié)構(gòu)也都處于相應的動態(tài)平衡系統(tǒng)之中。
圖7 環(huán)境結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響
生命與非生命的主要區(qū)別在于生命是活的,生命是能夠通過信息自主調(diào)控實現(xiàn)自適應、自組織和自復制的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)[10]。薛定諤將熱力學“負熵”的概念引入到生物學中,提出“生命賴負熵為生”的觀點[11]。生命系統(tǒng)總熵變dS=deS+diS,其中deS 表示由系統(tǒng)與外界之間進行物質(zhì)和能量交換引起的熵變,稱為熵流。對于生命體這個開放系統(tǒng),無時無刻不在進行熵變活動,其中deS ≠0,生命系統(tǒng)內(nèi)部熵不可逆轉(zhuǎn)且不斷增加,需要通過不斷地吃進負熵來抵消,從而使系統(tǒng)保持有序穩(wěn)定的狀態(tài),即健康狀態(tài)[12]。若有生命體從外界獲得負熵,生命體的熵變dS<0,這時系統(tǒng)的熵降低,系統(tǒng)從某種有序結(jié)構(gòu)上升到更高階的有序結(jié)構(gòu),生命體會變得更健康甚至更年輕;若生命體的熵變dS=0,系統(tǒng)將保持一定的有序結(jié)構(gòu),生命有機體處于穩(wěn)態(tài)階段;若生命系統(tǒng)短期內(nèi)或局部出現(xiàn)熵積累過多,生命體的熵變dS>0,系統(tǒng)的熵增加,出現(xiàn)短期或局部的混亂、無序狀態(tài),會造成機體生病、退化、衰老[13]。假如要提高系統(tǒng)的有序穩(wěn)定程度,系統(tǒng)總熵要降低,熵變dS<0,即從外界引進充足的負熵,系統(tǒng)可以自發(fā)組織形成有序穩(wěn)定的狀態(tài)。信息健康學的調(diào)理觀,是將結(jié)構(gòu)信息作為負熵引入生物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中,調(diào)控生物體基因表達,恢復結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)平衡或同外界結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建立平衡,從而恢復健康,甚至也可以引入其他結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特性,將更有利于生物的健康生存和繁衍。
假設(shè)生物的健康結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由n 個結(jié)構(gòu)要素組成,f(S)=f(S1)+f(S2)+......+f(Sn),其中所有層次的動態(tài)平衡系統(tǒng)所包含的結(jié)構(gòu)都處于正常狀態(tài),同時其所有的結(jié)構(gòu)也都處于相應的動態(tài)平衡系統(tǒng)之中。將f(S)以及f(S)所包含的結(jié)構(gòu)要素都稱之為“正”。相應的需要被調(diào)理的生物結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為f(S')=f(S1’)+f(S2’)+......+f(Sn’),若結(jié)構(gòu)失衡(比如缺失)的要素為f(Sk’)(1 ≤k ≤n),那么在f(S)中找到需要結(jié)構(gòu)f(Sk’)參與相互作用才能建立平衡的結(jié)構(gòu)f(Sj)(1 ≤j ≤n)。用f(Sj)結(jié)構(gòu)所對應的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作用于f(S')(如口服),f(S’)會識別f(Sj)的結(jié)構(gòu)信息,然后f(S')結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的自適應、自組織功能,根據(jù)識別的f(Sj)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的信息來調(diào)節(jié)其基因表達,即調(diào)節(jié)f(S')結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),從而建立同f(Sj)之間的平衡,也就是調(diào)節(jié)和f(Sk’)相關(guān)的基因表達,從而恢復平衡。生命體包含多個層次的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),可分為生命體、系統(tǒng)、器官、組織、細胞、以及更微觀的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等,將各級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)稱為“正”。而失衡的結(jié)構(gòu)是“正”的子集,包含在相應的“正”之中。如果將包含失衡結(jié)構(gòu)的“正”作為調(diào)理的“靶標”,那么用上述方法對“靶標”進行調(diào)理,稱之為“以正扶正”,也可以稱之為“靶向激發(fā)生命體自愈”。
在生物體的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中發(fā)生何種結(jié)構(gòu)失衡是不確定的、無限的,因結(jié)構(gòu)失衡產(chǎn)生的癥狀更是千差萬別,現(xiàn)代醫(yī)學根據(jù)結(jié)構(gòu)或功能失衡來定義疾病,因此疾病是無限的,通過治療疾病來恢復健康變得非常困難而繁雜。而從健康和信息的角度,“正”都是一樣的,“以正扶正”就是以不變的“正”,應對“正”不同失衡造成萬變的病,是有限和無限的統(tǒng)一,是簡單和復雜的統(tǒng)一,可以有效維護生命的健康,從而為健康事業(yè)做出更大貢獻。