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人体与疾病/耗散结构和人体健康 ..

 育则维善余言 2009-01-21
人体与疾病
  人是天然自然物,是世界上最高级的自组织系统。所谓组织,是指系统形成有序化的机制和过程。自组织和他组织,两者的区别在于组织的动力、指令、调节不同。自组织是指动力、指令、调节都来自系统自身内部的组织机制和过程;而他组织是指动力、指令、调节都来自系统自身外部的组织机制和过程。
  
  如所周知,耗散结构理论是比利时物理学家普利高津于1969 年创立的,于1977 年荣获诺贝尔奖。这一理论指出,一个远离平衡的开放系统,通过不断地与外界交换物质和能量,在外界条件的变化达到一定的阈值时,可能从原有的混沌无序的混乱状态,转变为一种在时间上或功能上的有序状态,这种远离平衡情况下所形成的新的有序结构,普利高津把它命名为“耗散结构”。他证明了,在不违背热力学第二定律的前提下,系统可以出现负熵增加机制,使系统总的熵变化趋于减少,即增加有序性,实现系统从无序向有序的进化。这为理解生命的本质、健康的本质,提供了最新的理论支柱。
  
  人体就是一个耗散结构,首先人体是一个远离平衡的系统,它需要保持动态平衡才能存在。平衡就意味着生命的终止。兴奋和抑制、收缩和舒张平衡了,心跳也就停止了。动脉、静脉各部分血压平衡了,毛细血管有效过滤压等于零,物质交换也就没有了。其次,人体又是一个包含有多子系统多层次的复杂开放系统。而且各子系统之间、各层次之间存在着复杂的联系和相互作用。再次,人体内各元素之间存在非线性机制。所谓非线性,是指引起系统处于非平衡状态的复杂过程的,主要不是逐步演变的扩散型,而是产生突变(或质变)的化学反应型。人体生理病理转化过程中,存在大量通过爆发性涨落而摆脱连续性的情况。即使是最简单的细胞中,正常的新陈代谢也要引起无数个偶合的化学反应;新陈代谢还要有特定的酶。因此,正常人体是离不开非线性机制的。最后,人体生命现象中,还大量存在时间节律和周期行为。所以,人体能够形成和保持耗散结构。
  
  人的疾病和成因及其诊断是人类生存面临的永恒课题。医学研究病理的深层规律并提出“系统的整体性原”和“系统的联系性”原理,认为“相互作用是疾病的真正终极原因”。系统论的联系性原理反映了相互作用在事物的形成和发展和变化中的决定作用和地位,这是世界上的一种普遍规律。黑格尔在对立统一规律的研究中,明确提出,交互作用是事物的真正终极原因。
  
  现代科学和哲学的系统中心论揭示了因果关系的更深刻、更本质的客观规律性,更符合人的疾病的实际,可以用来指导研究病因、病理和病机。其特点是,其一,人的病变的终极原因是其所处的相互作用异常。即内部要素与要素之间的关系,要素与整体之间的关系,其与外界的关系,这三方面关系形成复杂的关系网,其中某一方面关系异常,或关系网的某个或某些环节异常,都可能引起病变和故障。其二,“实体”致病的“因”作用不过是关系网异常的一种“果”,实体性因素是否发生致病和产生故障的作用并不是由其本身决定,而是由其所处的关系网决定。
  
  从人类的疾病史和治疗史的角度来看,人的疾病已有300万年历史,而真正意义上的医疗活动不过万年左右,这就是说,人类的历史有99%以上的时间是“缺医少药”的,然而,人类并没有被疾病征服和消灭,靠的就是生命的自组织机制,是机体对内外环境的复杂作用能够防御、调节、适应的机制和能力,是机体对自身所发生的异常(病变)自主地调节、恢复到正常值并保持稳定的机制和能力。将人看成是一个“耗散结构”,健康的本质是处于“有序稳定”状态,保持健康的根本点不在于那种宏观的稳定状态,而在于调节控制那些建立和保持这种状态的具体机制,对于这个系统运行状态可用“熵病”和“有序度”来评价。疾病的痊愈终归还得依靠人体的自愈能力,包括免疫、防御、代偿、修复和适应等。 医学实践表明,除了少数突发疾病以外大多数疾病发生是有一个渐进过程的,而相互作用是疾病的终极原因。在疾病形成过程中可能有若干因果关系,其最初始原因,往往是由于环境气候、情志变化或饮食不良引起的,如果早期发现,及时采取恰当的措施是完全可以防止的。在系统论指导下,采用“自主调理”治疗原理。

  黑箱和白箱是控制论的概念,是根据对于被控制系统的内部结构和作用机制了解的不同程度而区分的。黑箱是指内部结构和作用机制尚不了解的系统,白箱是指内部结构和作用机制已经了解清楚的系统。西医学在近代的发展,主攻方向是运用分解还原方法,对人体进行白箱研究,以解剖学为基础,一步一步地把人体内部的结构和作用机制弄清楚。西医的临床诊治是以白箱研究为基础的,力图进行白箱控制。黑箱的研究是在不打开研究对象的情况下,对对象进行考察,主要是给以输入,测定其输出,经过多次重复,分析和掌握输入和输出之间的规律性关系,由此断定系统内部造成输入与输出之间这种特定关系的作用机制或性质。一般认为黑箱方法在中医学得到了广泛的应用。实际上,中医是具有“透视”功能的“水晶箱”方法,即认为人是整体的又是透明的,对人体内部结构和作用机理是清楚地,整体又没被分解的。

  [注]此文主要参考《未来装备医工程思维》高金吉 北京化工大学
 
 
耗散结构和人体健康

   

      伊利亚.普利高津博士(Ikya Prigogine,1917-2003)。现代热力学奠基人,比利时物理化学家,美国得州大学物理学和化学工程学教授,中国生物物理化学学会名誉会员。普利高津获得1977年诺贝尔化学奖。其耗散理论(Dissipative Structure Theory)被誉为是堪称与牛顿经典力学,爱因斯坦相对论,珀尔·海得堡量子力学具同等划时代历史意义的科学成果。

 

    所谓耗散结构,用其创立者普利高津博士的原话来说:“在远离平衡态的地方,一些新型的结构可能自发地出现,在远离平衡的条件下,我们可能得到从无序、从热混沌到有序的转变。可能产生一些物理的新力学态,反映了给定系统与其周围环境相互作用的态。我们把这些新的结构叫做耗散结构,以强调耗散过程在这些结构的形成中所起的建设性的作用。”

    或者我们可以这样解释,可能更易明白,所谓耗散结构,是相对于平衡而言的,在物理学中,经典热力学所研究的主要对象是在平衡状态下一个系统的稳定有序结构。那么,处于非平衡状态下的系统是否也具有这种稳定的有序结构呢?普利高津发现开放系统在到达远离平衡态时,由于非线性的复杂因素,通过不断与外界能量、物质和信息的交换,当达到某一个临界值时,就会出现以新的方式组织起来的现象(即突变),结果会使原来的状态进入某种在时间、空间和功能上的有序状态(动态平衡点)。这种远离平衡态新的有序结构,只有靠耗散能量才能保持稳定有序。普利高津把这种空间或时间有序的结构命名为耗散结构。

 

    

      实验出现的耗散结构总有许多和谐的中国元素,所以说:耗散结构理论获诺贝尔奖其实是中国科学的荣耀。耗散机构理论与中国传统学术思想包括中医理论对疾病的认识和治疗原则注重完整机体的动态调节关系十分吻合。普利高津曾评价:“中国传统的学术思想是着重于研究整体性和自发性,研究协调和协和,现代新科学的发展,都更符合中国的哲学思想。”

 

    耗散结构有四大形成条件:一、开放的系统;二、远离平衡态;三、不稳定的阈值条件;四、非线性。在维持耗散结构的过程中,还有一个重要的特点,就是需要不断耗散能量(包括物质、能量、信息等),才能维持其平衡。

 

    在我看来,人体是一个典型的复杂的耗散结构,健康是远离平衡下的一种动态稳定。我们生存在远离平衡的条件下,是一个开放的、非线性的系统,需要不断耗散能量才能保持平衡,那么,需要研究的是,在达到不稳定的阈值条件时,究竟存在着多少稳定的耗散结构分支,而系统选择怎样的耗散结构分支才能使我们健康。…………………………………………………………

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