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2018-10-09 01:07:54 科学百科 阅读 21 次

简介/内稳态理论 编辑

亨德森(L·J·Henderson,1879—1942)是一位美国医师,同时又是生理学家、哲学家和社会活动家。他从酸碱平衡的研究中,发现了血液的缓冲作用;从体液平衡的角度为内环境的稳定提供了科学依据。

学习过程/内稳态理论 编辑


在哈佛大学学习时,亨德森对阿伦尼乌斯的电离理论非常感兴趣,并且坚信这个电离理论可以直接应用于生物学研究。大学毕业后,他到德国斯特拉斯堡跟著名胶体化学家霍夫迈斯特(F·Hofmeister,1850—1922)学习物理化学。在那里他不仅受到了良好的科学训练,而且深受德国分析学派思想的影响。他也曾确信一个生物学家必须使用物理化学方法去研究生物体的结构和功能。他们认为生命现象可以分解成物理化学中的分子、原子和离子,能用实验证实。1904年他回到哈佛任教,在阿伦尼乌斯电离理论的基础上着手研究酸碱平衡问题。

亨德森通过精确测量水溶液中氢离子(H+)浓度与未解离的酸或盐总量(关系)定量地描述了缓冲系统的作用和特点。向缓冲系统中加入酸或碱,系统可以通过改变弱酸盐或弱碱盐解离比率保证溶液中氢离子浓度相对稳定。我们的身体体液中包含着酸、碱和盐,一定存在着缓冲体系。于是,亨德森着手研究血液或组织液的缓冲作用。因为血液的组成成分相当复杂,他首先研究简单的模拟血液中的缓冲系统,定量地测定了人造缓冲系统的物理化学特征。不久他就发现血液中包含着多种缓冲体系,而且生理缓冲系统比人造缓冲系统有效得多。比如说碳酸和碳酸氢纳在试管中只有中等的缓冲效力,但在血液中缓冲效力却很大。通过对水溶液和模拟血液的研究之后,亨德森开始利用这些方法和原理全面系统地研究异常复杂的血液系统。他选择了最重要的七种相互有关的变化成分进行深入细致的研究,取得了大量的物理化学数据。他巧妙地利用了一种像笛卡尔列线图(cartesian nomofram)一样的图解格式对七组数据进行了处理,终于找到了一种解释和显示他选出的七种变化成分相互作用的方式。他清楚的发现血液的总缓和势并不是各组分缓冲势的简单累加。这些成就都概括在《作为物化体系的血液》一书中。

亨德森把贝尔纳的内环境思想和自己的实验结合起来,阐述了自己对生命现象的独特见解。他认为生命系统是由相互作用的因子组成的,具有调节自己各种活动过程的能力。生理过程依赖于生命体内的物理和化学条件,但是通过孤立研究这个系统的任何组成部分都不能完全真正阐明生命现象的机理。亨德森承认物理一化学方法是一种重要的分析手段,但仅仅依赖它将会导致作出过于简化或错误的结论。他特别强调应该研究生命现象的整合作用和协调作用。这与贝尔纳的思想是一脉相承的。亨德森是在美国传播贝尔纳思想的主要干将。1927年他第一次把贝尔纳的《实验医学研究导论》译成英文。亨德森通过自己出色的工作大大地发展了贝尔纳的思想。他的同事坎农在贝尔纳和他工作的基础上,结合谢灵顿的神经态合理论将内环境理论推向了一个新的高度——建立了内稳态理论。

坎农(W.B.Cannon,1871—1945)和亨德森一样曾在哈佛受过良好医学生理学训练。通过对休克的研究,他清楚地意识到这种身体不能自我维持的生理状态是机体调节机制衰竭的结果。他认识到全身生理过程的调节像温度,代谢率、血糖水平、心博率和呼吸速率的调节等并不是完全像亨德森所强调的那样依靠血液的缓冲作用,还要靠甚至更主要是靠神经系统和内分泌系统的相互作用来实现。这是一个异常复杂的问题。坎农先研究了脊椎动物身体上调节不随意反应如营养,血管、生殖机能自主神经的交感分支。他发现交感神经系统起着主导作用,实际上控制着身体的其他调节系统。例如当气温升高时,交感神经系统一方面使皮肤表层的毛细血管舒张并刺激汗腺分泌汗液,另一方面促使肾上腺释放更多的肾上腺素到血液加速身体的代谢过程。这些相互作用的结果将使体温维持相对恒定。通过对肾上腺髓质机能的深入研究,坎农认识到肾上腺髓质的机能本质上是一种适应机制,一种有助于动物准备好逃跑或战斗应付紧急情况的机制。坎农通过对交感神经系统和与此相关的内分泌功能的研究,对贝尔纳的内环境理论有了更深刻而具体的理解。1932年他在《人体的智慧》一书明确提出了内稳态理论。

内稳态这一术语描述了维持内环境稳定的自我调节过程。他提出内环境的稳定不是靠使生物与环境隔开,而是靠不断地调节体内的各种生理过程。稳态是一种动态的平衡不是恒定不变;各个组成部分不断地改变,而整个系统却保持稳定。坎农虽然认识到了身体内环境的稳态是神经、内分泌以及血液缓冲作用的结果,但其具体作用机制仍然有待进一步探讨。坎农和亨德森晚年一样确信生命现象不能完全分成物理化学过程,即生命系统各部分的结构及其相互作用与简单的物理化学过程不同。他将生物体视为一个整体,每一部分都有其自己的功能,但要通过各种控制过程对各部分进行整合。这反映了一个古老而时髦的哲学命题:整体大于部分的总和。

坎农和亨德森的工作合在一起再加上霍尔丹对呼吸速度调节机理的研究代表了20世纪新生物学或生理学中最有影响的理论取向。他们改变了一直在生理学中占重要地位的还原论研究方式。他们坚信生命系统各部分的作用遵循基本的物理一化学规律,但又强调整体的作用不能完全用物理一化学来解释。他一方面避免陷入活力论,另一方面又摆脱了还原论的局限。宏观与微观相结合,理论与实验相结合,为生理学乃至生物学的发展建立了良好研究方式。他们的这种方式被认为是唯理主义科学观(rationalistic science)的重要组成部分。他们是整体唯物主义者,他们坚信事物起因的物质性,并且强调探索系统中各组成部分之间的相互联系。

一般认为内稳态理论是现代生理学建立的标志,也是生理学进一步发展的基础。进入20世纪后,生理学的发展出现了两个激烈的领域:神经生理和内分泌生理。