现今对人体调节、控制的认识
随之对人体微观结构的认识深入,人们日益看到每个层次的结构及其功能的活动与人体其他层次的结构和功能之间存在着复杂的联系,并且受着整体直接或间接的调节与控制。正是这些联系和调节控制,使人体能以一个整体在自然界中生存,并能在迅速变化的外界环境中保持相对稳定,使自己生存在最佳化的水平。
在人体的调节、控制系统中,神经系统调节是最引人注目的。因为它可以迅速感受和传递体内外来的各种信息并加以综合分析,在激素的配合下,控制细胞的代谢过程和调节整体活动,使机体适应外界环境的变化。如心血管活动的迅速、精确,就是神经系统的调节作用。长期以来,认为延髓中有关神经元是调节心血管运动的基本部位。但20世纪60年代以来,经研究表明,在各种心血管反射中,来自外周的传入冲动并非仅到达延髓,而是与中枢神经系统各个水平的神经元都发生联系,它包括下丘脑、中脑、脑桥和延髓中的各级神经元,同时脑干以上的神经结构也参与血管功能的调整;在大脑中,特别是边缘系统的一些结构。实现神经系统对心血管的调节,主要是通过各种心血管反射来完成的。由各种感觉器官传入心血管中枢的神经冲动,通过反射引起各种心血管效应,以维持血压的相对稳定,并使各脏器的组织血流量调配适应代谢变化的需要。这种在不同环境刺激和机体状态下,中枢神经对全身各部分器官的活动进行复杂整合,使机体作为一个整体作出反应,对机体的机能活动具有重要意义。
机体除了神经系统的调节外,还有一个大的调节系统是体液调节。激素作为生命体的化学信息分子,它的作用涉及到机体一切重要的功能调节方面。它调节着机体的新陈代谢,调节细胞外液的组织含量,调节生长,发育和生殖,以及增加机体对有害刺激和剧烈变化的耐受性。各分泌腺所产生的激素分别具有一种或几种的作用,对同一种作用来说,各激素间或者是协同作用,或者是相互拮抗作用,情况极为复杂。经证明,激素能对特定组织和细胞发挥调节作用,这在于靶细胞具有能和激素特异结合的物质,称之“激素受体”。它和相应的激素结合后,能将激素信号转化成一系列细胞内的化学反应,最后表现出激素的生物效应。
作为调节机体活动的激素,本身的分泌也受到种种限制。调节控制激素的分泌因素亦相当复杂,它受神经系统调节也受着其他体液调节。前者如下丘脑-垂体系统在神经系统控制下调节着全身主要内分泌腺;后者以血液化学成分和物理性质的变化为重要因素。激素的调节机理,主要是以反馈形式发挥作用的。对于其具体环节的解释,目前流行的有第二信使学说和基因调节系统学说等。近年来这方面的研究进展很快,它不仅具体地解释了机体调节控制的情况,还使人们认识到机体信息网络的存在及其多向反馈,是保持人体系统高度有序的根本条件。
人体还存在着一种自身调节。在内外环境变化时,组织,细胞不依赖于神经或体液(主要是激素)调节而产生适应性反应。如在微循环中当某一区域的血流量不足时,局部微血管平滑肌因血管内压力不降而弛缓,于是微血管扩张,局部血流量也相应增加。这就是一种组织水平的自身调节。它所产生的效应与神经和激素的调节相似,也常是准确稳定的。细胞水平的自身调节,在于细胞内某一种酶的活性可影响某种物质的生成量,但该物质反过来又影响该酶的活性,这就是该物质的浓度能通过对酶活性的调节而维持相对恒定。这种通过关键酶活性改变来实现的代谢调节,又可在分子水平上分为两类。一种是慢调节,主要通过诱导或抑制DNA的转录和mRNA的翻译,来控制酶分子的合成或降解的速度,从而调节细胞内酶分子的绝对含量。另一种是快调节,指的是对已合成的酶分子的空间结构,通过激活或抑制,使其发生改变,来调节酶促反应的速度。化学修饰调节就是这种快调节的一种。(https://www.daowen.com)
20世纪40年代控制论问世后,为生理学研究人体的调节与控制提供了新的思想与方法。对人体的功能研究从定性过渡到定量,从静态过渡到动态,从而推动了向纵深的发展。按照控制论创始人维纳的说法,此即关于动物和机器的控制和通讯的科学。就其思想来源看,应联系到近代生理学由谢灵顿、谢切诺夫、巴甫洛夫逐步明确和完善起来的反射概念和伯尔纳、坎农提出来的稳态学说。机体反射概念和稳态学说关于机体在环境条件变化下,能够进行合理适应和有效调节的论述,引导人们认识人体内存在着自动控制和调节过程。维纳概括了这些科学思想,并利用了电子技术、通讯工程技术、电子计算机等新的技术,用控制论原理来研究人体的调节活动时,人体的各种功能调节被认为是一种带有反馈回路的闭环控制系统。可将神经、体液或自身调节中的调节部分,看作是施控系统;把效应器、靶细胞看作是受控部分;而将后者的状态或所产生的效应称为输出变量,用以分析人的各种功能调节。由于系统的各部分,各种组织总是处在空间的不同位置,因而它们之间的反馈作用需要一定的信号传递。这些信号的特点与方式各不相同,可以是神经冲动,也可以是化学反应或机械刺激。为了更好的揭示控制系统的本质并有助于对控制过程的定量研究,控制论则从形形色色的信号中抽象出一个一般的概念,即信息概念。把实施控制的过程和信息传递的过程,看成是统一的过程。因为控制部分是根据反馈信息的量来纠正和调整它所发出的信息量的,所以反馈信息和控制信息之间必然存在着某种函数关系。从控制论来说,研究生理功能的调节与控制,主要就是从数学的角度来研究控制过程中的信息传递、贮存、加工和转换。如对小脑震颤,帕金森征等生理调节控制失常现象,也作了模拟和数学阐述。这种控制论的研究方法,不一定要认识结构才能认识功能。因为在一个特定系统中,各元件也许就是一个非常复杂的子系统,它可能是由另外一些更小的元件构成的反馈系统。但由于特定系统的机构已经确定,它是作为系统的一个元件而存在,因而就可以对它不作更细的考察。
在人体的调节控制中,存在着物质和能量的转换。但物质和能量的转换,要依靠人体内的信息传递和处理才能实现。
正常人体的各种生命现象,如新陈代谢、生长、遗传、运动、感觉、思维认识等等,都有其信息的传递、处理和反馈过程。人体发生疾病,从信息的角度看,皆与信息传递干扰和信息传导障碍有关。如传染病就是由于异种蛋白或毒素使信息畸变,扰乱了机体的正常活动所致。很多内分泌低下的疾病,往往并非激素分泌不足,而是由于信息受阻所致。像糖尿病的病因中就存在着信息传递异常,使环一磷酸腺苷形成受阻和细胞内酶类膜结构及细胞器异常,导致信息不能正常表达的原因。至于癌细胞的形成,则有更丰富的资料说明,是由于DNA模板的错误所致。
对人体信息过程的认识,不仅会对人体的调节控制作出更具体的了解,同时还以促进微观与宏观结合,从整体上认识人体控制的一般规律。