第三节 现代医学
一、现代医学的形成与发展
20世纪是人类在探索自然奥秘的征途上取得辉煌成就的年代。现代科学技术的发展从物理学革命开始。X射线、放射性元素和电子的发现揭开了这场革命的序幕。19世纪物理学上的一系列新发现，向经典物理学提出了挑战。1895年，德国物理学家伦琴（Rntgen,1845—1923）发现了X射线；1897年，英国科学家克鲁克斯（Crooks,1832—1919）发现阴极射线；1899年，法国物理学家贝克勒尔（A.H.Becquerel,1852—1908）发现铀盐的放射性质；不久比埃尔·居里（Pierre Curie,1859—1906）和玛丽·居里（Marie Curie,1867—1934）夫妇发现钋、镭等放射性元素；1911年，物理学家卢瑟福（E.Rutherford,1871—1937）提出原子有核模型，1919年他又发现原子核内的质子，随后又证实了中子的存在。20世纪30年代后又发现了一系列基本粒子。相对论与量子力学是20世纪物理学中最有影响的两次重大突破，从理论上揭示了时间、空间、物质运动的统一性与相对性，使人类在时空观上发生了一次重大革命。
物理学中的一系列发现，直接对医学产生重要的影响。伦琴发现X射线几个月后，就被用于体外治疗，成为诊断疾病的技术。放射性元素发现后人们即用它来治疗肿瘤等疾病。1934年，约里奥·居里夫妇发现了人工放射性，并制成第一个放射性核素。放射性核素不仅用来诊断疾病，还用来治疗疾病、研究疾病。随着核医学技术的发展，核素和加速器在医学上的应用越来越广泛，从而出现了一门新兴学科核医学。
19世纪电磁学的发展，导致本世纪电子技术的一系列进步。特别是20世纪40年代末期发明晶体管，促成了电子工业的革命。电子技术很快就渗透到医学领域的各个方面，电子医疗器械成为现代医学的主要工具。
激光技术是20世纪60年代所取得的一项出色成果。1954年美国、苏联的专家分别独立发明了最早的微波激光器，1960年美国物理学家梅曼（Maiman,1927—2007）研制了世界上第一台红宝石激光器，次年即被医学家应用于眼科。目前，激光医学已成为一门独立的学科，正在迅速发展。
从19世纪到20世纪中叶，物理光学的进展促进了光学显微镜的改进，制造出各种性能的显微镜，推动了生物学与医学的发展，揭开了细胞层次的有关生命的一系列奥秘。随着电子显微镜的使用，人们对生命的认识进入了超微结构，导致了生命科学的又一次飞跃。
20世纪生物学的进展，特别是分子生物学与遗传工程的出现，不仅促进了当代医学的发展，而且决定着未来医学发展的方向。化学和化工工业的发展，特别是高分子化学的发展，给医学领域以极大的影响。高分子材料不仅是医药部门重要的材料，而且为现代人工器官的研制创造了条件。
20世纪以来，现代医学取得的突出成就表现在：药物学与治疗学、分子生物学、免疫学、医学遗传学的飞速发展，人造器官与器官移植的兴起，医学模式的转变，传染病防治的新动态，医学影像学的发展与革命。一系列医学成就在医学实践中的应用、推广，促进了现代医学突飞猛进的发展。
总之，医学科学和实践在20世纪有了空前迅速的发展，从20世纪物理学的革命开始，化学和生物学都产生了革命性的变化。20世纪50年代后，技术科学也取得了前所未有的飞速发展，以原子技术、电子计算机技术、空间技术为代表的现代三大技术，以及自动化、半导体技术的出现，这一系列的进步推动着医学的发展。医学学科一方面越分越细，研究越来越深。另一方面，学科间的关系越来越密切，科学研究朝着综合性方向发展，使医学在基础理论、临床诊断和治疗等各方面都发生了深刻的变化，包括了医学观念的变化、医学模式的转变、医学各学科的分化和综合、医学研究技术的改进、医学科学的社会化趋势等，形成了现代医学体系。
二、现代医学体系的建立与完善
医学的体系结构即医学领域内的结构组成，是根据一定的目的、现状及发展趋势对医学不同学科群进行层次划分的方法。研究医学的体系结构，有益于我们在整体上认识和把握医学的发展方向，学习和掌握合理的知识结构，改革医学教育，促进卫生立法及医疗卫生事业的发展。由于现代科学技术的推动，现代医学已发展为精密、定量、高度分化与综合的庞大科学知识与技术体系。随着自然科学和社会科学的发展，医学学科之间及医学与其他学科之间的相互交叉、相互渗透、相互联系增多，从而形成了现代医学比较完整的科学体系。
关于医学体系结构的划分，历来存在着不同的分类方法，如根据时代，分为古代医学、近代医学、现代医学等；根据医学发展的不同阶段，分为经验医学、实验医学和现代医学；根据国家、民族和地域，分为中国医学、印度医学、阿拉伯医学等；根据治疗手段，分为内科（系统）、外科（系统）；根据专业性质分为眼科、耳鼻咽喉科学、妇产科学、泌尿科等。上述分类方法都有一定的价值和根据，也有存在的必要。但现代医学拥有庞大的学科群，关系错综，内容庞杂。就其整体来说涉及科研、教学、应用和管理等实践活动。如何有益于开展上述几个方面的工作，促进医学科学的发展，应该有一个统揽全局的划分方法。 近年来，针对现代医学的体系结构出现了一些新的观点，例如把现代医学划分为四个组成部分，分别是基础医学、应用医学、理论医学和医药工程技术等。这些新的分类方法反映了处于变化之中的现代医学的一些特点，都是对医学本身进行反思的有益尝试。
三、现代医学的未来
在未来医学发展的过程中，医疗卫生信息技术、基因组学研究、干细胞技术和纳米生物技术等对医学的发展都将产生重大影响。因此，必须重视我国医学科学技术发展战略的研究，认真贯彻我国医药卫生科技总体战略和战略目标。
（一）医疗卫生信息技术与医学的未来
1992年美国总统大选时，“信息高速公路”一词经比尔·克林顿的口中传向了世界。1993年9月,“信息高速公路”计划的正式提出，拉开了人类“第二次信息革命”的序幕，标志着信息社会的到来。信息化的社会也必将造就信息化的医学，造就医疗卫生信息高速公路。设想不久的将来，医疗服务机构必定会打破地域的限制，不再局限于某一建筑群中，而是通过高速计算机网络上的虚拟医院、远程医疗、远程会诊、远程教育、全国医学信息网络等方式将各种服务拓展到医院以外，以至世界各地。
目前，国际上对医疗卫生信息高速公路的开发和研究仍处于起步阶段，因此，我们可以大胆设想，如果说完整全球性医疗卫生服务网络体系如同高速公路的主干道，那么，在其支干道上，将活跃着诸如医院信息管理系统（Hospital Information System,HIS）、医院电子病案系统、远程医疗服务系统、家庭办公系统、医学信息情报检索系统等诸多系统，它们除了各司其职之外，共同构建着全球性的医疗卫生服务网络，实现其强大的功能。
在预防医学方面，随着医疗卫生信息高速公路的应用及发展，疾病的三级预防及突发性公共卫生事件的三级预防、突发性公共卫生事件的预警系统、公共卫生事件的调查分析等各方面都将充分发挥其预想的作用，实现其真正意义上的功能。由于信息高速公路的出现，信息资源流通极为便利，为“三早”（早发现、早诊断、早治疗）预防措施的实施创造了良好的环境。预警系统更能迅速、准确、全面地反映事件，尽可能地减少社会动荡、维持社会稳定、减少资源浪费，有利于社会进一步发展。
在基础医学方面，医疗卫生信息高速公路的重要作用在于利用这些高科技的手段，推动学术的交流、经济的发展，科技的发展又将进一步为科研工作提供更高档、更精密的仪器设备，这些仪器设备不仅缩短了实验时间、提高了工作效率，而且提供了更为可靠的实验结果，从而促进科研工作的开展。像聚合酶链反应仪、DNA序列分析仪、全信息处理技术等这样的电化学仪器和新型生物技术的研发与使用将进一步加快信息高速公路的步伐，推动科学的进步。
总之，医疗卫生信息高速公路可以最大限度地利用医疗卫生资源，实现全人类的资源信息共享。从基础医学到临床医学，从医疗、预防到教育、科研，从专业技术交流到行政事务管理，都将发生翻天覆地的变化。医疗卫生信息高速公路的建成，将极大地推动医疗卫生事业的发展，大大提高医疗质量和服务水平，将彻底改变医疗卫生事业的构成和医院管理模式。
（二）基因组学研究与未来医学革命
人类基因组计划(Human Genome Project,HGP)自诞生之日起，备受世人瞩目，其首要原因在于人类对健康的需求。对健康的追求，是人类最重要的行为，也是人类不得不考虑并不懈努力的问题。随着基因组与后基因组研究的发展，“基因医学”应运而生，医学家将充分应用研究所提供的各种信息和知识储备、基因预测、基因预防、基因诊断、基因治疗使整个医学改观。人类基因组计划正如众人所期盼，已经将它的成果医学化，将引发医学的革命性变革，为人类健康造福，同时也将带动医药产业的蓬勃发展。
人类常见疾病中，恶性肿瘤、心脑血管疾病、神经系统退行性疾病、自体免疫性疾病及代谢性疾病均是难治之症。这些疾病均涉及先天性缺陷与后天的基因突变，涉及细胞生长、分化与凋亡的调控失衡。随着人类10万个基因结构与功能的阐明，以及对维持人类基因组稳定性、基因表达调控、DNA复制与修补物质基础的了解，人类在疾病的预防、诊断、治疗上会有新的突破。
利用基因诊断，医疗将从目前千篇一律的“大众医疗”时代，过渡到依据个人遗传背景的“个体化医疗”时代。使用基因芯片分析人类基因组，研究人员可以在数秒内鉴定出导致癌症的突变基因。借助一小滴测试液，医学家们能预测药物对患者的功效和是否有不良反应。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势，它可以在一张芯片上同时对多个患者进行多种疾病的检测。仅用极小量的样品，在极短时间内，向医务人员提供大量的疾病诊断信息，这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。对肿瘤、糖尿病、传染性疾病等常见病和多发病的临床检验及健康人群的检查，均可以应用生物芯片技术。今后人们可以拥有个人化验室，无论在地球任何地方，随时可以对自己的健康状况进行监测。
1990年，第一例正式批准的基因治疗进入人体试验，目前已有近2000例患者尝试，方案200余种，涉及癌症、艾滋病、肝炎和几种单基因疾病。基因治病有两种可以利用的方法:一种是基因疗法，是把一个或更多的基因注射进患者体内,从而替换那些缺失或不能正常发挥作用的基因。这种方法可以用来治疗少见的酶缺失病和临床试验中已应用基因疗法攻克的范围较广的各种疾病，如心脏病、多种类型的癌症、关节炎、艾滋病、血友病及肌营养不良等。另一种就是小分子治疗方法，即将一种小分子（一种药）提供给患者以修改其体内一个或几个基因。医药和生物技术公司正对这些方法进行大量的投资。
随着基因医学的发展，功能基因与疾病相关基因的阐明，有针对性的个体化基因治疗将成为临床常规治疗手段。DNA序列差异的研究，将有助于人类了解不同个体对环境易感性与疾病的抵抗力，因而DNA序列分析有可能成为最快速、最准确、也最便宜的诊断手段之一。将来什么基因型的人可以用什么药，都反映在一张卡上，一刷卡，该用哪种药就一目了然，连用药剂量也有讲究，因而可能根据每个人的“基因特点”对症下药，即21世纪医学的“个性化医学”。
（三）干细胞技术与医学发展的未来
科学家们认为，干细胞研究有着不可估量的医学价值。从理论上说，干细胞可以用来治疗各种人类疾病。科学家发现，取自人胚胎或骨髓的干细胞可用于培育不同的人体细胞、组织或器官，这有望成为移植器官的新来源。组织器官移植有可能成为21世纪人类攻克某些重大疾患(如心脑血管疾病、癌症、老年性疾病等)的根本措施。干细胞及其衍生组织器官的临床广泛应用，将导致新的医疗技术革命。干细胞技术的应用前景及其对医学研究和治疗技术的影响至少有以下几个方面。
目前，在干细胞生物学上已能在体外鉴别、分离纯化、扩增和培养人体胚胎干细胞、原始生殖干细胞及多种组织干细胞。用干细胞可以治疗很多疾病，尤其适于组织坏死性疾病，如缺血引起的心肌坏死、化学烧伤等引起的角膜缺失、退行性病变（帕金森病）、自体免疫性疾病（胰岛素依赖型糖尿病）等。瑞典神经学家比约克伦德(Bjorklund)应用从流产胎儿脑中分离的神经组织细胞，移植入患者的脑中来治疗帕金森病，经对一位术后10年的患者跟踪研究，发现移植的神经元仍然存活并继续产生多巴胺，患者的症状明显改善。瘫痪通常是因为中枢神经细胞被破坏，这些细胞一直被认为是身体内最难再生的。而神经干细胞则与之不同，它具有分裂增殖和多样分化性的特点。利用这种特点，通过细胞移植技术，用神经干细胞替代被破坏的神经细胞，有望使瘫痪患者站立起来。造血干细胞工程产品如骨髓、脐带血、纯化的CD34+细胞、扩增及定向诱导分化的造血细胞和免疫细胞、转基因的基质细胞等均已经进入临床应用。
组织工程是利用细胞培养技术在体外人工控制细胞分化、增殖并生长成需要的组织，使之批量产出，用来修补由于意外损伤等引起功能丧失的体内组织，满足临床康复的需要，并有可能对一些目前尚没有根治办法的疾病，如恶性肿瘤、帕金森病、中风等提供解决方案。以干细胞工程为代表的现代组织工程是一个迅速发展的新领域。近年来，组织干细胞研究已取得了重大进展。具有多种潜能的人组织干细胞在体内多种组织中都有发现，如肌肉、软骨、骨、神经系统等，尤其是针对骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)和神经干细胞，这两种具有重要应用前景的组织干细胞研究进展更加迅速。MSCs将可能成为组织工程种子细胞的一种重要来源，神经干细胞有其巨大的发展潜力，所以受到了研究人员的特别关注。
体外克隆人体器官应用于临床移植治疗是干细胞研究的重要方向。其目标是：用患者的体细胞移植到去核的卵母细胞内，经过一定的处理使其发育成囊胚，再利用囊胚建立胚胎干细胞，在体外进行诱导分化成特定的组织或器官，如皮肤、软骨、心脏、肝脏、肾脏、膀胱等，再将这些组织或器官移植到患者身上。从理论上讲，利用干细胞技术，将从根本上解决同种异体器官移植过程中最难的免疫排斥反应问题，同时还较好地解决了组织器官的来源问题。
多能干细胞使更多类型的细胞实验成为可能。新的药物治疗方法可以先用人类细胞系进行实验，如目前的癌细胞系就是为这种实验建立的。虽然这些实验不可能取代在整个动物和人体进行的实验，但这会使药品研制的过程更为有效。胚胎干细胞提供了新药的药理、药效、毒理及药物代谢等细胞水平的研究手段，大大减少了药物实验所需动物的数量。胚胎干细胞还可用来研究人类疾病发生机制和发展过程，以便找到持久有效的治疗方法。
干细胞研究者们预计，应用干细胞技术治疗疾病要经历三个发展阶段。第一阶段是把一种组织的成体干细胞直接移植给相应组织坏损的患者以治疗疾病。如用造血干细胞重建造血功能，用神经细胞治疗神经变性疾病(帕金森综合征)等。第二阶段是如果掌握了干细胞向某种组织细胞分化的条件，就可以在体外对干细胞进行诱导使之“定向分化”成所需的细胞。对于某些遗传性疾病，还可对干细胞进行基因修饰。对经过“定向分化”或“基因修饰”后的干细胞进行筛选后，把合格的细胞移植给患者。这也是一种细胞替代方法。第三阶段是希望在体外进行“器官克隆”以供临床移植治疗。这是一种器官替代方法，是干细胞技术应用于临床治疗疾病的理想阶段。但要真正在体外形成一个具有空间结构和正常生理功能的人体器官，还有很长的研究道路。
（四）纳米生物技术与医学发展的未来
纳米材料一般指纳米微粒和由它构成的纳米固体。纳米生物材料一般也分为两类：一类是适合于生物体内应用的纳米材料，这类材料可以具有生物活性，也可以不具有生物活性，只是易于被生物体接受，不引起不良反应；另一类是利用生物分子的特性而发展起来的新型纳米材料，它也可以用于纳米技术的其他应用。纳米医学的发展，很大程度取决于纳米生物材料的发展。纳米生物材料将对纳米医学的发展产生深远影响。目前纳米生物材料在医学领域中已经得到了很多成功的应用。
药物纳米载体和纳米颗粒基因转移技术，是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将药物、DNA或RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，并在颗粒表面偶联特异性的靶向分子，如特异性配体、单克隆抗体等，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。
药物载体或基因载体的一个重要特征就是生物降解性，通过降解，载体与药物或基因片段定向进入靶细胞后，表层的载体被生物降解，芯部药物释放出来发挥疗效，避免了药物在其他组织中释放。可降解性高分子纳米药物和基因载体目前已成为恶性肿瘤诊断与治疗研究的主流。利用生物性高分子如蛋白质、磷脂、糖蛋白、脂质体、胶原蛋白等物质的亲和性与基因片段和药物结合形成生物性高分子纳米颗粒，再结合上含有氨基酸序列的定向识别器，靶向性与目标细胞表面的整合子结合后将药物送进肿瘤细胞，达到杀死肿瘤细胞或使肿瘤细胞发生基因转化的目的。纳米载体的研究与医学应用，将大大改进恶性肿瘤、糖尿病和老年性痴呆等疾病的疗效。美国麻省理工学院已研究成功以纳米磁性材料为药物载体的靶向药物，称为“纳米导弹”。就是在磁性三氧化二铁纳米微粒包敷蛋白质表面携带药物，注射到人体血管，通过磁场导航输送到病变部位释放药物，达到治疗的目的。
在很多方面，DNA几乎是构筑纳米尺度结构的理想材料。现在人们正在开发一种新的探测遗传畸变的生物传感器，在这种传感器上装配所要探测的特制DNA序列。在此，DNA链是导电的，杂交DNA所引起的删除或变化，均起阻碍电流的作用，计算机通过测量电导变化就能识别DNA的异常。这种生物传感器还能用于鉴别混合物和筛选结合于DNA的抗瘤药物等。
具有更好的生物相容性和高抗血栓形成作用的纳米碳材料，可用来制备人工骨、人工齿、人工血管、人工心瓣膜、人工关节、肌腱和韧带等人工器官，为器官移植的发展带来了新的希望。
纳米生物器件的发展，对医疗设备的现代化具有重要意义，它将会开创一个医疗器械的新时代。纳米引擎即分子马达，是纳米尺度（分子水平）的一种复合体，是能够作为机械部件的最小实体。它的驱动方式是通过外部刺激（如采用化学、电化学或光化学等方法改变环境）使分子结构、构型或构象发生较大变化，并且这种变化必须是可控和可调的，从而使体系在理论上具有对外做机械功的可能性。
美国康奈尔大学科学家研制出的世界上第一台只能在显微镜下才能看到的微型医疗设备，即利用ATP酶制作的分子马达。这是一种可以进入人体细胞的纳米机电设备，称为“纳米直升机”。这种微型设备包括两个金属推进器和一个金属杆，由生物分子组件将人体的“生物燃料”ATP转化为机械能量，使金属推进器能连续运转2.5h，运转速率达8圈/s。当然这一技术目前仍处在研制阶段，将来可以在人体细胞内完成包括发放药物在内的各种医疗任务。
此外，还有纳米探针，可以监控细胞的蛋白质和其他生化物质，可以探测基因表达和靶细胞蛋白生成，还可用于筛选微量药物等。微小的“纳米机器人”还能进入血管和心脏进行全身健康检查，完成血管的修补，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等。
纳米生物医学着重于亚细胞结构领域的研究，即结构的特征以纳米为尺度。纳米生物学覆盖的主要内容包括细胞内动力学、纳米范围中心信号检测、在蛋白质构象状态和微管聚集状态下的连续通信响应、作为微复制子的病毒、作为协同系统的膜、纳米尺度的控制系统、纳米水平的生命机制（如修复和复制）、有关细胞骨架的加工、纳米水平的能量交换、生物系统信息处理、纳米工程（如分子细胞机制的调控过程）、纳米生物医学应用、纳米机械和纳米水平的生物过程的协调运转等。
生物芯片是指在一块指甲大小（1cm2）面积上，装配一种或多种生物活性物质，仅用微量生理或生物采样就可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动规律的物质。生物芯片包括基因芯片(DNA芯片)、细胞芯片、蛋白质芯片和组织芯片。它们都具有集成、并行和快速检测的特点。随着生物芯片技术和杂交技术的发展，基因芯片将可能直接用于临床诊断。
（五）中西医结合将成为世界潮流
我国目前西医学习中医的人数已达13万，中西医学、医药密切结合，扬长避短，相互补充，应用现代科学方法开展研究和临床治疗，已在许多方面突破了西医定论，创立了新的疗法，明显地提高了疗效。天津骨科研究所创造的小夹板固定治疗骨折的新疗法，经10万余例临床验证，取得了良好的效果，其疗法远较西医疗法为快，骨折愈合时间平均缩短1/3，功能恢复缩短1/4的时间，肢体功能恢复良好者达97％，并发症基本消失。1987年，我国著名中医学家陈可翼与美国东方医学院著名医生余娟合作，应用中药有效地治疗已确认为艾滋病的男性美籍白种人，达到了缓解临床症状、改善身体素质、延长生存时间的效果，接着又相继应用中药治疗艾滋病患者取得了相应的效果，从而证明中药是治疗艾滋病的一种有效药物。此外，中国传统的气功疗法、针灸及推拿按摩，在医治疾病方面也具有神奇功能。对气功外气的研究表明，外气对一些细菌具有杀伤和促进增殖的双向作用。例如，外气对乙型肝炎病毒、流感病毒乃至某些肿瘤细胞均有杀伤作用。将来，医学界将把外气对微生物作用的研究深入到分子水平。中西结合的基础理论研究方兴未艾，除阴阳学说、肾本质研究以外，经络本质、活血化瘀治疗研究及针刺麻醉原理研究均取得了较大成就。五运六气学说与现代科学相结合，用于临床实践，也引起了医学界的关注。中医辨证微观化已使宏观的中医理论与侧重微观的西医开始了突变性的结合。我国这一颇具特色的医学科学优势已受到世界瞩目，它必将在21世纪的医坛上闪烁异彩。
思考题
1.世界医学的发展经历了哪几个阶段？各个阶段的特点是什么？
2.未来医学有可能在哪几个方面有所突破，从而对医学的发展产生重大影响？