整体观念,是中医学关于人体自身的完整性及人与自然、社会环境的统一性的认识。整体观念认为,人体是一个多层次结构构成的有机整体。构成人体的各个部分之间,各个脏腑形体官窍之间,结构上不可分割,功能上相互协调、相互为用,病理上相互影响。人生活在自然和社会环境中,人体的生理机能和病理变化,必然受到自然环境、社会条件的影响。人类在适应和改造自然与社会环境的斗争中维持着机体的生命活动。
整体观念是中国古代社哲学思想和方法在中医学中的具体体现,是同源异构及普遍联系思维方法的具体表达,要求人们在观察、分析、认识和处理有关生命、健康和疾病等问题时,必须注重人体自身的完整性及人与自然社会环境之间的统一性和联系性。整体观念贯穿于中医学的生理、病理、诊法、辨证、养生、防治等各个方面,是中医学基础理论和临床实践的指导思想。
中医学的整体观念,主要体现于人体自身的整体性和人与自然、社会环境的统一性两个方面。
1、人体是一个有机整体
人体是一个内外联系、自我调节和自我适应的有机整体。人体是若干脏腑、形体、官窍组成的,而各个脏腑、形体和官窍各有不同的结构和机能,但它们不是孤立的、肢解的、彼此互不相关的,而是相互关联、相互制约和相互为用的。因此,各个脏腑形体官窍,实际上是人体整体结构的一部分;保个脏腑形体官窍的机能,实际上是整体机能的一部分。
(1)生理上的整体性:人体自身在生理上的整体性,主要体现于两个方面:一是构成人体的各个组成部分在结构与机能上是完整统一的,即五脏一体现;二是人的形体与精神是相互依附、不可分割的,即形神一体现。
五腑一体现:人体由五脏(心、肝、脾、肺、肾)、六腑(胆、胃、小肠、大肠、膀胱、三焦)、形体(筋、脉、肉、皮、骨)、官窍(目、舌、口、鼻、耳、前阴、后阴)等构成。各个脏腑组织器官在结构上彼此衔接、沟通。它们以五脏为中心,通过经络系统“内属于脏腑,外络于肢节”的联络作用,构成了心、肝、脾、肺、肾五个生理系统。
心、肝、脾、肺、肾五个生理系统之间,又通过经络系统的沟通联络作用,构成一个在结构上完整统一的整体。每个生理系统中的任何一个局部,都是整体的一个组成部分。
结构的完整为机能的统一奠定了基础。精、气、血、津液是构成人体的重要组成部分,又是维持人体各种生理机能的精微物质。精、气、血、津液分布、贮藏、代谢或运行于各个脏腑形体官窍中,支撑了它们各自的机能,并使它们之间密切配合,相互协调,共同完成人体的各种生理机能,从而维持了五个生理系统之间的协调有序。同时,脏腑的机能活动又促进和维持了精、气、血、津液的生成、运行、输布、贮藏和代谢,从而充实了形体,支持了脏腑形体官窍的机能。这种以五脏为中心的结构与机能相统一的观点,称为“五脏一体现”。
根据五脏一体现,人体正常的生命活动,一方面要靠各脏腑正常地发挥自己的功能,另一方面要依靠脏腑间,即五个生理系统间的相辅相成的协同作用和相反相成的制约作用,才能维持协调平衡。
人体的脏腑组织器官各有不同的机能,但都在心的主持下,协调一致,共同完机体统一的机能活动。因此,人体又是一个以心为主导,各脏腑密切协作的有机整体。
心因其藏神而为五脏六腑之大主。心神是机体生命活动的主宰。神能驭气,气有推动和调控脏腑机能的作用,故心神能够控制和调节全身脏腑经络形体官窍的机能。诸如心气推动和调控心脏的搏动以行血,肝气疏泄以调畅气机、舒畅情志,肺气宣降以行呼吸和水液,脾气运化水谷和统摄血液,肾气主生殖、司水液代谢和纳气等,都有赖于心神的统一主导。故《素问·灵兰秘典论》说:“主明则下安,主不明则十二官危”。
人体的生命活动正常与否,除心为主导外,还取决于五脏之间是否协调。在完成整体机能方面,五脏之间是密切配合,协调统一的。如血液的循行,虽由心所主,还需要肺、肝、脾等脏的协助。心脏的搏动推动血液运行全身;肺主气而辅助心运血;肝主疏泄而促进血液于脉中。此四脏紧密配合,才能维持正常的血液循环。五脏既各司其职,又相互协调,是维持人体复杂机能的保证。
由于人体外在的形体官窍,分别归属以五脏为中心的五个生理系统,而这五个生理系统之间又存在着协调统一的关系,因而这些外在形体官窍的机能,不仅与其内在相应的脏腑密切相关,而且与其他脏腑也有联系。如筋的作用是联缀关节而主司运动,主要依赖于肝血的滋养,故称肝主筋。但筋的机能还依靠全身气血津液的濡养。因某种原因致使气血津液耗伤过多,也往往出现筋脉拘挛、抽搐等现变。这说明筋不但与肝有关,而且与心、脾等脏也有密切的关系。又如目是主司视觉的,而目之所以能视万物,主要依靠肝血的濡养。肝血亏虚而不能养目时,就会出现两目干涩,视物昏花等现象。但《灵枢·大惑论》又有“五脏六腑之精气,皆上注于目”之论。故目之视觉功能,不但于肝血盈亏有关,而且与其他脏腑的精气是否充足亦有关。由此可见,人体外在的形体官窍与内在脏腑密切联系,它们的机能实际上是整体机能的一个组成部分。这充分体现了人体内外的整体统一性。
形神一体现:形体与精神生命的两大要素,二者既相互依存,又相互制约,是一个统一的整体。
形体,是构成人体的脏腑、经络、五体和官窍及运行或贮藏于其中的精、气、血、津液等。它们以五脏为中心,以经络为联络通路,构成一个有机整体,并通过精、气、血、津液的贮藏、运行、输布、代谢,完成机体统一的机能活动。
神,有广义与狭义之分:广义的神,是指人体生命活动的总体现或主宰者;狭义的神,是指人的意识、思维、情感、性格等精神活动。
形神一体现即是形体与精神的结合与统一。在活的机体上,形与神是相互依附,不可分离的。形是神的藏舍之处,神是形的生命体现。神不能离开形体而单独存在,有形才能有神,形健则神旺。而神一旦产生,就对形体起着主宰作用。形神统一是生命存在的保证。
精是构成人之形体的最基本物质,也是化气生神的物质基础,而精藏于脏腑之中而不妄泄,又受神和气的控制和调节。气是人体内活力很强不断运动的精微物质,是推动和调节人体生命活动的根本动力。气也是化生神的基本物质,气充则神旺,而气的运行,又赖神的控制和调节,即所谓“神能驭气”。精、气、神为人身“三宝”:精为基础,气为动力,神为主宰,构成“形与神俱”的有机整体。
由于精与气是构成人体和维持人体生命活动的基本物质,人体又是以五脏为中心构成的有机整体,因而精神活动与五脏精气有着密切的关系。中医学认为,精神活动由五脏精气产生,由五脏共同主持,但总由心来统领。五脏精气充盛,机能协调,则精神充沛,思维快捷,反应灵敏,言语流利,情志活动处于正常范围,既无亢奋,也无抑郁。若五脏精气不充,机能失调,则会出现精神方面的异常变化。另一方面,精神活动的异常也可影响五脏的机能,突然强列或长期持久的情志刺激,超越了人体的生理调节能力,常易影响五脏气机,引起五脏精气的相应病变。
(2)病理上的整体性:中医学在分析病证的病理机制时,着眼于整体着眼于局部病变引起的整体性病理反映,把局部病理变化与整体病理反映统一起来。既重视局部发生病变的脏腑经络形体官窍,又不能忽视病变之脏腑经络对其他脏腑经络的影响。
人体是一个内外紧密联系的整体,因而内脏有病,可反映于相应的形体官窍,即所谓“有诸内,必形诸旬”(《孟子·告子下》)。在分析形体官窍疾病的病理机制时,应处理好局部与整体的辨证关系。一般地说,局部病变大都是整体生理机能失调在局部的反映。如目的病变,既可能是肝血、肝气的生理功能失调的反是非曲直,也可能是五脏精气的功能失常的表现。因而对目病之病理机制,不能单从目之局部去分析,而应从五脏的整体联系去认识。
脏腑之间,在生理上既然是协调统一、密切配合的,在病理上也必然是相互影响的。如肝气的疏泄功能失常时,不仅肝腑本身出现病变,而且常影响到脾气的运化功能而出现脘腹胀满、不思饮食、腹痛腹泻等症,也可影响肺气的宣发肃降而见喘咳,还可影响心神而见烦躁不安或抑郁不乐,影响心血的运行而见胸部疼痛。因此,五脏之中,一脏有病,可影响他脏。在分析某一脏病的病机时,既要考虑到本脏病变对他脏的影响,也要注意到他脏病变对本脏的影响。
由于人体又是形神统一的整体,因而形与神在病理上也是相互影响的。形体的病变,包括精、气、血、津液的病变,可引起神的失常,而精神活动的失常,也是损伤形体而出现精、气、血、津液的病变。
(3)诊治上的整体性:人体的局部与整体是辨证统一的,各脏腑、经络、形体、官窍在生理与病理上是相互联系、相互影响的,因而在诊察疾病时,可通过观察分析形体、官窍、色脉等外在病理表现,推测内在脏腑的病理变化,从而作出正确诊断,为治疗提供可靠依据。如《灵枢·本藏》说:“视其外应,以告知其内脏,则知所病矣。”
验舌诊病是一种由外察内的诊病方法。由于舌直接或间接地与五脏六腑相通,因而内在脏腑的机能状态可反映于舌。验舌不但可知脏腑精气的虚实,而且还可推断疾病的轻重缓急和逆顺转归。面部色泽是内在脏腑精气的外荣,故诊察面部色泽可知脏腑精气的盛衰以及病邪之所在。验舌与面部色诊都是中医学整体诊病思想的具体体现。
在疾病的治疗方面,中医学也强调在整体层次上对病变部分进行调节,使之恢复常态。调整阴阳,扶正祛邪,以及“从阴引阳,从阳引阴,以右治左,以左治右”,“病在上者下取之,病在下者高取之”,都是在整体观念指导下确立的治疗原则。
局部病变常是整体病理变化在局部的反映,故治疗应从整体出发,在探求局部病变与整体病变的内在联系的基础上确立适当的治疗原则和方法。如对口舌生疮的治疗,由于心开窍于舌,心与小肠相表里,口舌生疮多由心与小肠火盛所致,故可用清心火的方法治疗。处方遣药时,酌加利水之品,以让火热随小便而出。心火与小肠火得泻,口舌生疮自愈。再如久泻不愈,若属肾阳虚衰,其病虽发于下,但可以艾灸巅顶之百会穴以调之,督脉阳气得温,肾阳得充,泄泻自愈,即所谓“下病上取”;眩晕欲仆,若为水不涵木,其病虽发于上,但可以针灸足心之涌泉穴以调之,肾水得充,涵养肝阳,眩晕自减,即所谓“上病下取”/
人体是形神统一的整体,形病可引起神病,神病亦可致形病,故中医学强调形神共养以养生防病,形神共调以康复治疗疾病。在养生方面,既要“饮食有节,起居有常,不妄作劳”,并加强身体锻炼以养其形,使形健而神旺,又要“恬淡虚无”,怡畅情志以养神,使神清而形健。在康复治疗疾病时,若因躯体病变引致精神病变时,当以治疗躯体疾病(治形)为先;若为精神的伤害引致躯体疾病,则当先调理精神的失调(治神)。但由于“神乃形之主”,躯体疾病多伴有程度不同的精神损害,而这些精神损害又常阻碍躯体疾病的治疗和康复,故重视调理精神在整个疾病治疗和康复过程中的作用,强调首先“治神”。
2、人与自然环境的统一性
人类生活在自然界中,自然界存在着人类赖以生存的必要条件。大自然存在的阳光、空气、水、温度、磁场、引力、生物圈等,构成了人类赖以生存、繁衍的最佳环境。同时,自然环境的变化又可直接或间接地影响人体的生命活动。这种人与自然环境息息相关的认识,即是“天人一体”的整体观。
人类是宇宙万物之一,与天地万物有着共同的生成本原。中国古代哲学家认为,宇宙万物是由“道”、“太极”或“气”产生的。以“气”作为宇宙万物初始本原则的思想,艰险是“气一元论”。气分阴阳,以成天地。天地阴阳二气交感,万物化生。如《周易·系辞上》说“天地氤氲,万物化醇。”《素问·宝命全形论》说:“天地合气,命之曰人”;“人以天地之气生,四时之法成”。人体的生命过程,必然受到大自然的规定和影响,而自然环境的各种变化,如寒暑的更替、地域的差异也必然对人体的生理病理产生直接或间接的影响。故《灵枢·邪客》说:“人与天地相应也”。
(1)自然环境对人体生理的影响:自然环境主要包括自然气候和地理环境,古人以“天地”名之。天地阴阳二气处于不断的运动变化之中,故人体的生理活动必受天地之气的影响而有相应的变化。
气候是由自然界阴阳二气的运动变化而产生的阶段性天气征象。一年间气候变化的规律一般是春温、夏热、秋凉、冬寒。自然界的生物在这种规律性气候变化影响下,出现春生、夏长、秋收、冬藏等相应的适应性变化,而人体生理也随季节气候的规律性变化而出现相应的适应性调节。如《灵枢·五癃津液别》说:“天暑衣厚则腠理开,故汗出……天寒则腠理闭,气湿不行,水下留于膀胱,则为溺与气。”同样,气血的运行,在不同季节气候的影响下也有相应的适应性改变。人体的脉象可随季节气候的变化而有相应的春弦、夏洪、秋毛、冬石的规律性变化,如《素问·脉要精微论》说:“四变之动,脉与之上下。”“春日,如鱼之游在坡;夏日在肤,泛泛乎万物有余;秋日下肤,蜇虫将去;冬日在骨,蜇虫周密。”明·李时珍《涉湖脉学》也指出了四时脉象的规律性变化:“春弦夏洪,秋毛冬石,四季和缓,谓之平脉。”表明人体的生理机能随季节气候的变化自有相应的适应性调节。另外,人体经络气血的运行还受风雨晦明的影响。据《素问·八正神明论》所言,天温日明,阳盛阴衰,人体阳气也随之充盛,故气血无凝滞而易运行;天寒日阴,阴盛阳衰,人体阳气亦弱,故气血凝涩而难行。
不仅备战季气候变化对人体生理活动有影响,一日之内的昼夜晨昏变化,对人体生理也有不同影响,而人体也要与之相适应。《素问·生气通天论》说:“故阳气者,一日而主外,平旦人气生,日中而阳气隆,日西而阳气已虚,气门乃闭。”这种人体阳气白天趋于体表,夜间潜于内里的运动趋向,反映了人体昼夜阴阳二气的盛衰变化而出现的适应性调节。
地域环境是人类生存环境的要素之一,主要指地势的高低、地域性气候、水土、物产及人文地理、风俗习惯等。地域气候的差异,地理环境和生活习惯的不同,在一定程序上也影响着人体的生理活动和脏腑机能,进而影响体质的形成。如江南多湿热,人体腠理多稀疏;北方多燥寒,人体腠理多致密。长期居住某地的人,一旦迁居异地,常感到不适应,或生皮疹,或生腹泻,习惯上称为“水土不服”。这是由于地域环境的变化,机体暂时不能适应之故。但经过一段时间后,也就逐渐适应了。这说明地域环境对人体生理确有一定影响,而人体的脏腑也具有适应自然环境的能力。
人对生存环境的适应不是消极的、被动的,而是积极的,主动的。随着科学技术的发展,人们对客观世界的认识逐渐深入,人类自身不仅能主动地适应自然,而且能在一定程度上改造自然,美化环境,使大自然为人类服务。
(2)自然环境对人体病理的影响:人类适应自然环境的能力是有限的,如果气候变化过于剧烈或急躁,超越了人体的适应能力,或机体的调节机能失常,不能对自然环境的变化作出适应性调节时,就会导致疾病的发生。因此,疾病的发生关系到人体正气的适应、调节、抗邪等能力与自然界邪气的致病能力两个方面。若人体正气充沛,适应、调节及抗病能力强,能抵御邪气的侵袭,一般不会发病;若气候特别恶劣,而人体正气相对不足,抵御病邪的能力相对减退,病邪就会乘虚侵入而致病。
在四时气候的异常变化中,每一季度都有其不同特点。因此,除一般性疾病外,常可发生一些季节性多发病或时令性流行病。如《素问·金匮真言论》说:“长夏善病洞泄寒中,秋善病风疟。”在疾病发展过程中,或某些慢性病恢复期中,也往往由于气候剧就或季节交替而使病情加重、恶化或旧病复作。如关节疼痛的症证,常在寒冷或阴雨天气时加重。也有一些疾病,由于症状加重而能预感到天气即将发生变化或季节要交替等情况,如《素问·风论》指出头风病“先风一日则病甚”。
昼夜的变化,对疾病也有一定影响。《灵枢·顺气一日分为四时》说:“夫百病者,多以旦慧、昼安、夕加、夜甚……朝则人气始生,病气衰,故旦慧;日中人气长,长则胜邪,故安;夕则人气始衰,邪气始生,故加;夜半人气入藏,邪气独居于身,故甚也。”中午之前,人身阳气随自然界阳气的渐生而渐旺,故病较轻;午后至夜晚,人身阳气又随自然界阳气的渐退而渐衰,故病较重。
地域环境的不同,对疾病也有一定的影响。某些地方性疾病的发生,与地域环境的差异密切相关。如《素问·异法方宜论》指出:东方傍海而居之人易得痈疡,南方阳热潮湿之地易生挛痹。地域环境不同,人们易得的疾病也不一样。隋·巢元方《诸病源候论·瘿候》指出瘿病的发生与“饮沙水”有关,已认识到此病与地域水质的密切关系。
(3)自然环境与疾病防治的关系:由于自然环境的变化时刻影响着人的生命活动和病理变化,因而在疾病的防治过程中,必须重视外在自然环境与人体的关系,在养生防病顺应自然规律,在治疗过程中遵循因时因地制宜的原则。《素问·阴阳应象大论》说:“故治不法天之纪,不用地之理,则灾害至矣。”
气候变化影响着人体的生理、心理和病理变化,故在养生防病中,要顺应四时气候变化的规律,“法于四时”、“四时调神”、“春夏养阳,秋冬养阴”,以与自然环境保持协调统一,使精神内守,形体强壮。在气候变化剧烈或急骤时,要“虚邪贼风,避之有时”,防止病邪侵犯人体而发病。在治疗疾病时,要做到“必先岁气,无伐天和”,充分了解气候变化的规律,并根据不同季节的气候特点来考虑治疗用药,即所谓“因时制宜”。因时制宜的用药原则一般是春夏慎用温热,秋冬慎用寒凉。但对“能夏不能冬”的阳虚阴盛者,夏不避温热,对“能冬不能夏”的阴虚阳亢者,冬不避寒凉。夏用温热之药培其阳,则冬不发病;冬用凉润之品养其阴,则夏日病减。遵四时之变而预培人体之阴阳,可收到事半功倍之效。此即所谓“冬病夏治”,“夏病冬治”。另外,根据人体气血随自然界阴阳二气的盛衰而有相应的变化,并应时有规律地循行于经脉之中的推理,古人创立了“子午流注针法”,按日按时取穴针灸,可更有效地调理气血、协调阴阳以防治疾病。
人体的生理病理变化还受地域影响,故在养生防病中,要选择适宜的地理环境,充分利用大自然所提供的各种条件,并积极主动地适应和改造自然环境,以提高健康水平,预防疾病的发生。我国的地理特点,是西北地势高而东南地势低,西北偏于寒凉干燥而东南偏于温热湿润。由于地有高下之异,气有温凉之别,故治疗时应因地制宜,西北少用寒凉之药而东南慎用辛热之品。
3、人与社会环境的统一性
人生活在纷纭复杂的社会环境中,其生命活动必然受到社会环境的影响。人与社会环境是统一的,相互联系的。
人不单是生物个体,而且是社会中的一员,具备社会属性。人体的生命活动,不仅受到自然环境变化的影响,而且受到社会环境变化的制约。政治、经济、文化、宗教、法律、婚姻、人际关系等社会因素,必然通过与人的信息交换影响着人的各种生理、心理活动和病理变化,而人也在认识世界和改造世界的交流中,维持着生命活动的稳定、有序、平衡、协调,此即人与社会环境的统一性。
(1)社会环境对人体生理的影响:社会环境不同,造就了个人的身心机能与体质的差异。这是因为社会的变迁,会给人们的生活条件、生产方式、思想意识和精神状态带来相应的变化,从而影响人的身心机能的改变。一般说来,良好的社会环境,有力的社会支持,融洽的人际关系,可使人精神振奋,勇于进取,有利于身心健康;而不利的社会环境,可使人精神压抑,或紧张、恐惧,从而影响身心机能,危害身心健康。金元时期的李杲曾指出处于战乱时期的人民,身心健康受到严重损害:“向者壬辰改元,京师戒严,迨三月下旬,受敌者凡半月。解围之后,都人之有不病者,万无一二;既病而死者,继踵不绝”《内外伤辨惑论·论阴证阳证》。
政治经济地位的高低,对人的身心机能有重要影响。政治经济地位过高,易使人骄傲、霸道、目空一切,如《灵枢·师传》指出养尊处优的“王公大人,血食之君,骄恣纵欲,轻人”。政治经济地位低下,容易使人产生自卑心理和颓丧情绪,从而影响人体脏腑的机能和气血的流通。政治经济地位的不同,又可影响个体体质的形成。如明·李中梓指出:“大抵富贵之人多劳心,贫贱之人多劳力;富贵者膏梁自奉,贫贱者藜藿苟充;富贵者典房广厦,贫贱者陋巷茅茨;劳力则中虚而筋柔骨脆,劳力则中实而骨劲筋强;膏梁自奉者脏腑恒娇,藜藿苟充者脏腑坚固;典房广厦者玄府疏而六淫易客,茅茨陋巷者腠理密而外邪难干”(《医宗必读·富贵贫贱治病有别论》)。因此,由于个人所处的环境不同,政治经济地位不同,因而在身心机能和体质特点上有一定差异。
(2)社会环境对人体病理的影响:社会环境常有变更,人的社会地位、经济条件也随之而变。剧烈、骤然变化的社会环境,对人体脏腑经络的生理机能有较大的影响,从而损害人的身心健康。《素问·疏五过论》指出:“尝贵后贱”可致“脱营”病,“尝富后贫”可致“失精”病,并解释说:“故贵脱势,虽不中邪,精神内伤,身必败亡;始富后贫,虽不伤邪,皮焦筋屈,痿 为挛。”这说明社会地位及经济状况的剧烈变化,常可导致人的精神活动的不稳定,从而影响人体脏腑精气的机能而致某些身心疾病的发生。不利的社会环境,如家庭纠纷、邻里不和、亲人亡故、同事之间或上下级之间的关系紧张等,可破坏人体原有的生理和心理的协调和稳定,不仅易引发某些身心疾病,而且常使某些原发疾病如冠心病、高血压病、糖尿病、肿瘤的病情加重或恶化,甚至死亡。故《素问·玉机真藏论》说:“忧恐悲喜怒,令不得以其次,故令人有大病矣。”
(3)社会环境与疾病防治的关系:由于社会环境的改变主要通过影响人体的精神活动而对人体的生理机能和病理变化产生影响,因而预防和治疗疾病时,必须充分考虑社会因素对人体身心机能的影响,尽量避免不利的社会因素对人的精神刺激,创造有利的社会环境,获得有力的社会支持,并通过精神调摄提高对社会环境的适应能力,以维持身心健康,预防疾病的发生,并促进疾病向好的方面转化。
综上所述,中医学不仅认为人体本身是一个有机整体,而且认为人与自然、社会也是一个统一体。它以人为中心,以自然环境与社会环境为背景,用同源性和联系性思维对生命、健康、疾病等重大医学问题作了广泛的讨论,阐述了人与自然、人与社会、精神与形体以及形体内部的整体性联系,认为人体自身的结构与机能的统一、“形与神俱”以及人与自然、社会环境相适应是其健康的保证,而这种人体自身的稳态及其与自然、社会环境协调的被破坏则标志着疾病的发生。因此,中医学在讨论生命、健康、疾病等重大医学问题时,不仅着眼于人体自身,而且重视自然环境和社会环境对人体的各种影响。在防治疾病的过程中,要求医者“上知天文,下知地理,中知人事”(《素问·著至教论》),既要顺应自然法则,因时因地制宜,又要注意调整病人因社会因素导致的精神情志和生理功能的异常,提高其适应社会的能力。若以整体观念与现代医学模式相比较,可见中医学早就从宏观上勾画出了现代医学模式的全部构架,并且给这一现代模式增添了新的内容——天人一体现。
生物化学是一门边缘学科,研究的是生命的化学,所以与其它有关的生物学科必然有或多或少的关系.生物学科总是互相为用,互相渗透的.生物体不只一种,因此生物化学有研究动物(包括昆虫)方面的,也有研究植物方面的,还有研究微生物方面的.它们之间有差异、也有共同之处.生物化学在医药、卫生、农业及工业等方面都有应用,是一门基础医学学科,也是一门基础农学学科,而在工业上,如食品加工、酿造、制药、生物制剂制备、以及制革等上,都有应用.
(一)生物化学是从有机化学及生理学发展起来的
一直到现在,它与有机化学及生理学之间,仍然关系密切.了解生物分子的结构及性质,并将其合成,乃是有机化学和生物化学的共同课题;在分子水平上弄清生理功能,显然是生理学和生物化学的一个共同目的.从现在的趋向来看,生理学是在更多地采用生物化学的方法,使用生物化学的指标,以解释许多生理现象.
(二)微生物学及免疫学
在研究病原微生物的代谢、病毒的化学本质,以及防治措施等,无不应用生物化学的知识和技术.就免疫学而言,不论是体液免疫,还是细胞免疫,都必须在分子水平上,才能阐明机理问题,近来一些生物化学家常以微生物,尤其是细菌为研究材料;这样,一方面可验证在动物体内得到的结果,另一方面由于细菌繁殖生长极其迅速,为在分子水平上研究遗传,提供有利条件;于是应运而生出生化遗传学,又称分子遗传学,进而又派生出遗传工程学.由此不难看出,生物化学与微生物学、免疫学及遗传学之间的关系是何等密切.
(三)生物物理学是从生物化学发展起来的
主要应用物理学的理论和方法来研究生物体内各种生物分子的性质和结构,能量的转变,以及生物体内发生的一些过程,如生物发电及发光.生物物理学与生物化学总是相辅相成的.随着量子化学的发展,生物体内化学反应的机理,特别是酶促反应的机理,将来必定要应用生物分子内及作用物分子内电子结构的改变来加以说明.
(四)近代药理学往往以酶的活性、激素的作用及代谢的途径等为其发展的依据,于是出现了生化药理学及分子药理学等.病理生理学也注重运用生物化学的原理及方法来研究生理功能的失调及代谢途径的紊乱.甚至,组织学、病理解剖学及寄生虫学等学科,也开始应用生物化学的知识和方法,以探讨和解决它们的问题.这些学科的名称之前,现在多冠以“分子”字样,就是这方面的一个证明.
(五)生物化学称为医学学科的基础,在医药卫生的各学科中广泛应用,是理所当然的.事实也是如此.临床医学及卫生保健,在分子水平上,探讨病因,作出论断,寻求防治,增进健康,莫不运用生物化学的知识和技术.镰状细胞性贫血已被证明是血红蛋白β链N未端第六位上的谷氨酸为缬氨酸所取代的结果.关于许多疾病的防治方面,免疫化学无疑是医务工作者所熟知的一种重要的预防、治疗及诊断手段.肿瘤的治疗,不论是放射疗法,抑或是化学疗法,都是使肿瘤细胞中重要的生物分子,如DNA、RNA、蛋白质等分子,改变或破坏其结构,或抑制其生物合成.放射疗法主要是对DNA起作用.而抗肿瘤药物,如抗代谢物、烷化剂、有丝分裂抑制剂及抗生素等,有的在DNA生物合成中起作用,有的在RNA生物合成中起作用,还有的在蛋白质生物合成中起作用,当然不能除外有的药物能抑制不只一种生物合成过程.只要这三种生物分子中任何一种的生物合成有阻碍,都会使肿瘤细胞遭到不同程度的打击,其最致命的要算是破坏DNA的生物合成了,至于用生物化学的方法及指标作为诊断的手段,最为人们所熟知的莫若肝炎诊断中的血液谷丙转氨酶了.总之,生物化学在临床医学及卫生保建上的应用的例子是很多的.
(一)物质组成及生物分子
生物体是由一定的物质成分按严格的规律和方式组织而成的.人体约含水55-67%,蛋白质 15~18%,脂类 10~15%,无机盐3~4% 及糖类1~2%等.从这个分析来看,人体的组成除水及无机盐之外,主要就是蛋白质、脂类及糖类三类有机物质.其实,除此三大类之外,还有核酸及多种有生物学活性的小分子化合物,如维生素、激素、氨基酸及其衍生物、肽、核苷酸等.若从分子种类来看,那就更复杂了.以蛋白质为例,人体内的蛋白质分子,据估计不下100000种.这些蛋白质分子中,极少与其它生物体内的相同.每一类生物都各有其一套特有的蛋白质;它们都是些大而复杂的分子.其它大而复杂的分子,还有核酸、糖类、脂类等;它们的分子种类虽然不如蛋白质多,但也是相当可观的.这些大而复杂的分子称为“生物分子”.生物体不仅由各种生物分子组成,也由各种各样有生物学活性的小分子所组成,足见生物体在组成上的多样性和复杂性.
大而复杂的生物分子在体内也可降解到非常简单的程度.当生物分子被水解时,即可发现构成它们的基本单位,如蛋白质中的氨基酸,核酸中的核苷酸,脂类中脂肪酸及糖类中的单糖等.这些小而简单的分子可以看作生物分子的构件,或称作“构件分子”.它们的种类为数不多,在每一种生物体内基本上都是一样的.实际上,生物体内的生物分子仅仅是由不多几种构件分子借共价键连接而成的.由于组成一个生物分子的构件分子的数目多,它的分子就大;因为构件分子不只一种,而且其排列顺序又可以是各种各样,由此而形成的生物分子的结构,当然就复杂.不仅如此,某些生物分子在不同情况下,还会具有不同的立体结构.生物分子的种类是非常多的.自然界约一百三十余万种生物体中,据估计总大约有1010~ 1012种蛋白质及1010种核酸;它们都是由一些构件分子所组成.构件分子在生物体内的新陈代谢中,按一定的组织规律,互相连接,依次逐步形成生物分子、亚细胞结构、细胞组织或器官,最后在神经及体液的沟通和联系下,形成一个有生命的整体.
(二)物质代谢
生物体内有许多化学反应,按一定规律,继续不断地进行着.如果其中一个反应进行过多或过少,都将表现为异常,甚至疾病.一旦这些反应停止,生命即告终结.
生物体内参加各种化学反应的分子和离子,不仅有生物分子,而更多和更主要的还是小的分子及离子.有人认为,没有小分子及离子的参加,不能移动或移动不便的生物分子便不能产生各种生命攸关的生物化学反应.没有二磷酸腺苷(ADP)及三磷酸腺苷(ATP)这样的小分子作为能量接受、储备、转运及供应的媒介,则体内分解代谢放出的能,将会散发为热而被浪费掉,以致一切生理活动及合成代谢无法进行.再者,如果没有Mg2+、Mn2+、Ca2+、K+等离子的存在,体内许多化学反应也不会发生,凭借各种化反应,生物体才能将环境中的物质(营养素)及能量加以转变、吸收和利用.营养素进人体内后,总是与体内原有的混合起来,参加化学反应.在合成反应中,作为原料,使体内的各种结构能够生长、发育、修补、替换及繁殖.在分解反应中,主要作为能源物质,经生物氧化作用,放出能量,供生命活动的需要,同时产生废物,经由各排泄途径排出体外,交回环境,这就是生物体与其外环境的物质交换过程,一般称为物质代谢或新陈代谢.据估计一个人在其一生中(按60岁计算),通过物质代谢与其体外环境交换的物质约相当于60000kg水,10000kg糖类,1600kg蛋白及1000kg脂类.
(三)物质代谢的调节控制
物质代谢的调节控制是生物体维持生命的一个重要方面.物质代谢中绝大部分化学反应是在细胞内由酶促成,而且具有高度自动调节控制能力.这是生物的重要特点之一.一个小小的活细胞内,几近两千种酶,在同一时间内,催化各种不同代谢中各自特有的化学反应.这些化学反应互不妨碍,互不干扰,各自有条不紊地以惊人的速度进行着,而且还互相配合.结果,不论是合成代谢还是分解代谢,总是同时进行到恰到好处.以蛋白质为例,用人工合成,即使有众多高深造诣的化学家,在设备完善的实验室里,也需要数月以至数年,或能合成一种蛋白质.然而在一个活细胞里,在37℃及近于中性的环境中,一个蛋白质分子只需几秒钟,即能合成,而且有成百上千个不相同的蛋白质分子,几乎象在同一个反应瓶中那样,同时在进行合成,而且合成的速度和量,都正好合乎生物体的需要.这表明,生物体内的物质代谢必定有尽善尽美的安排和一个调节控制系统.根据现有的知识,酶的严格特异性、多酶体系及酶分布的区域化等的存在,可能是各种不同代谢能同时在一个细胞内有秩序地进行的一个解释.在调节控制方面,动物体内,除神经体液发挥着重要作用之外,作用物的供应及输送、产物的需要及反馈抑制,基因对酶的合成的调控,酶活性受酶结构的改变及辅助因子的丰富与缺乏的影响等因素,亦不可忽视.
(四)结构与功能
组成生物体的每一部分都具有其特殊的生理功能.从生物化学的角度,则必须深入探讨细胞、亚细胞结构及生物分子的功能.功能来自结构.欲知细胞的功能,必先了解其亚细胞结构;同理,要知道一种亚细胞结构的功能,也必先弄清构成它的生物分子.关于生物分子的结构与其功能有密切关系的知识,已略有所知.例如,细胞内许多有生物催化剂作用的蛋白质——酶;它们的催化活性与其分子的活性中心的结构有着密切关系,同时,其特异性与其作用物的结构密切相关;而一种变构酶的活性,在某种情况下,还与其所催化的代谢途径的终末产物的结构有关.又如,胞核中脱氧核糖核酸的结构与其在遗传中的作用息息相关;简而言之,DNA中核苷酸排列顺序的不同,表现为遗传中的不同信息,实际是不同的基因.生物化学近年来在这方面的发展极为迅速,有人将这部分内容叫作分子生物学.
在生物化学中,有关结构与功能关系的研究,才仅仅开始;尚待大力研究的问题很多,其中重大的,有亚细胞结构中生物分子间的结合,同类细胞的相互识别、细胞的接触抑制、细胞间的粘合、抗原性、抗原与抗体的作用、激素、神经介质及药物等的受体等.
(五)繁殖与遗传
生物体有别干无生物的另一突出特点是具有繁殖能力及遗传特性.一切生物体都能自身复制;复制品与原样几无差别,且能代代相传,这就是生物体的遗传特性.遗传的特点是忠实性和稳定性,三十多年前,对遗传的了解,还不够深入.基因还只是一个神秘莫测的术语.近年来,随着生物化学的发展,已经证实,基因只不过是DNA分子中核苷酸残基的种种排列顺序而已.现在DNA分子的结构已不难测得,遗传信息也可以知晓,传递遗传信息过程中的各种核糖核酸也已基本弄清,不但能在分子水平上研究遗传,而且还有可能改变遗传,从而派生出遗传工程学.如果能将所需要的基因提出或合成,再将其转移到适当的生物体内去,以改变遗传、控制遗传,这不但能解除人们一些疾患,而且还可以改良动、植物的品种,甚至还可能使一些生物,尤其是微生物,更好为人类服务,可以预见在不远的将来,这一发展将为人类的幸福作出巨大的贡献.
生物化学是一门较年轻的学科,在欧洲约在160年前开始,逐渐发展,一直到1903年才引进“生物化学”这个名词而成为一门独立的学科,但在我国,其发展可追溯到远古.我国古代劳动人民在饮食、营养、医、药等方面都有不少创造和发明,生物化学的发展可分为:叙述生物化学、动态生物化学及机能生物化学三个阶段.
(一)叙述生物化学阶段
1.饮食方面:公元前21世纪,我国人民已能造酒,相传夏人仪狄作酒,禹饮而甘之,作酒必用曲,故称曲为酒母,又叫做酶,与媒通,是促进谷物中主要成分的淀粉转化为酒的媒介物.现在我国生物化学工作者将促进生物体内化学反应的媒介物(即生物催化剂)统称为酶,从《周礼》的记载来推测,公元前12世纪以前,已能制饴,饴即今之麦芽糖,是大麦芽中的淀粉酶水解谷物中淀粉的产物.《周礼》称饴为五味之一.不但如此,在这同时,还能将酒发酵成醋.醋亦为五味之一.《周礼》上已有五味的描述.可见我国在上古时期,已使用生物体内一类很重要的有生物学活性的物质——酶,为饮食制作及加工的一种工具.这显然是酶学的萌芽时期.
2.营养方面:《黄帝内经·素问》的“藏气法时论”篇记载有“五谷为养,五畜为益,五果为助,五菜为充”,将食物分为四大类,并以“养”、“益”、“助”、“充”表明在营养上的价值.这在近代营养学中,也是配制完全膳食的一个好原则.谷类含淀粉较多,蛋白质亦不少,宜为人类主食,是生长、发育以及养生所需食物中之最主要者;动物食品含蛋白质,质优且丰富,但含脂肪较多,不宜过多食用,可用以增进谷类主食的营养价值而有益于健康,果品及蔬菜中无机盐类及维生素较为丰富,且属于粗纤维,有利食物消化及废物的排出;如果膳食能得到果品的辅助,蔬菜的充实,营养上显然是一个无可争辩的完全膳食.膳食疗法早在周秦时代即已开始应用,到唐代已有专书出现.盂诜(公元7世纪)著《食疗本草》及昝殷(约公元8世纪)著《食医必鉴》等二书,是我国最早的膳食疗法书籍.宋朝的《圣济总录》(公元前12世纪)是阐明食治的.元朝忽思慧(公元14世纪)针对不同疾患,提出应用的食物及其烹调方法,并编写成《饮膳正要》.由此可看出我国古代医务工作者应用营养方面的原理,试图治疗疾患的一些端倪.
3.医药方面:我国古代医学对某些营养缺乏病的治疗,也有所认识,如地方性甲状腺肿古称“瘿病”,主要是饮食中缺碘所致,有用含碘丰富的海带、海藻、紫菜等海产品防治.公元 4世纪,葛洪著《肘后百一方》中载有用海藻酒治疗瘿病的方法.唐·王焘(公元8世纪)的《外台秘要》中载有疗瘿方36种,其中27种为含碘植物.而在欧洲直到公元1170年才有用海藻及海绵的灰分治疗此病者.脚气病是缺乏维生素B1的病.孙思邈(公元581~682年)早有详细研究,认为是一种食米区的疾病,分为“肿”、“不肿”及“脚气入心”三种,可用含有维生素B1的车前子、防风、杏仁、大豆、槟榔等治疗.酿酒用的曲及中药中的神曲(可生用)均含维生素B1较丰富,且具有水解糖类的酶,可用以补充维生素B1的不足,亦常用以治疗胃肠疾患.夜盲症古称“雀目”,是一种缺乏维主素A的病症.孙思邈首先用含维生素A较丰富的猪肝治疗.我国最早的眼科专著《龙木论》记载用苍术、地肤子、细辛、决明子等治疗雀目.这些药物都是含有维生素A原的植物.
我国研究药物最早者据传为神农.神衣后世又称炎帝,是始作方书,以疗民疾者.《越绝书》上有神农尝百草的记载.自此以后,我国人民开始用天然产品治疗疾病,如用羊靥(包括甲状腺的头部肌肉)治甲状腺肿,紫河车(胎盘)作强壮剂,蟾酥(蟾蜍皮肤疣的分泌物)治创伤,羚羊角治中风,鸡内金止遗尿及消食健胃等.而最值得一提的是秋石.秋石是从男性尿中沉淀出的物质,用以治病者.其制取确实是最早从尿中分离类固醇激素的方法,其原理颇与近代有所相同.近代的方法为Windaus等在本世纪30年代所创,而我国的方法则出自11世纪沈括(号存中)著的《沈存中良方》中,现仍可在《苏沈良方》中寻着.其详细制法,在《本草纲目》上亦有记载,可概括为用皂角汁将类固醇激素,主要为睾酮,从男性尿中沉淀出来,反复熬煎制成结晶,名为秋石.皂角汁中含有皂角苷,是常用以提炼固醇类物质的试剂.这样看来,人类利用动物产品,调节生理功能,治疗疾病是从10世纪开始,实为内分泌学的萌芽.
明代李时珍(公元1522~1596年)撰著《本草纲目》,凡52卷,共载药物1800余种,其中除植物药物外,尚载鱼类63种,兽类123种,昆虫百余种,鸟类77种及介类45种.书中还详述人体的代谢物、分泌物及排泄物等,如人中黄(即粪)、淋石(即尿)、乳汁、月水、血液及精液等.这一巨著不但集药物之大成,对生物化学的发展也不无贡献.
这样看来,中国古代在生物化学的发展上,是有一定贡献的.但是由于历代封建王朝的尊经崇儒,斥科学为异端,所以近代生物化学的发展,欧洲就处于领先地位.18世纪中叶, Scheele研究生物体(植物及动物)各种组织的化学组成,一般认为这是奠定现代生物化学基础的工作.随后,voisier于1785年证明,在呼吸过程中,吸进的氧气被消耗,呼出二氧化碳,同时放出热能,这意味着呼吸过程包含有氧化作用,这是生物氧化及能代谢研究的开端.接着,Beaumont(1833年)及Bernard(1877年)在消化基础上,Pasteur(1822~1895年)在发酵上,以及Liebig(1803~1873年)在生物物质的定量分析上,都作出显著的贡献.1828年Wohler在实验室里将氰酸铵转变成尿素,氰酸铵是一种普通的无机化合物,而尿素是哺乳动物尿中含氮物质代谢的一种主要产物,人工合成尿素的成功,不但为有机化学扫清了障碍,也为生物化学发展开辟了广阔的道路.自此直到20世纪初叶,对生物体内的物质,如脂类、糖类及氨基酸的研究,核质及核酸的发现,多肽的合成等,而更有意义的则是在1897年Buchner制备的无细胞酵母提取液,在催化糖类发酵上获得成功,开辟了发酵过程在化学上的研究道路,奠定了酶学的基础.9年之后,Harden与Young又发现发酵辅酶的存在,使酶学的发展更向前推进一步.
以上包括我国古代及欧洲的发明创造、研究发现,均可算是生物化学的萌芽时期,虽然也有生物体内的一些化学过程的发现和研究,但总的说来,还是以分析和研究组成生物体的成分及生物体的分泌物和排泄物为主,所以这一时期可以看作叙述生物化学阶段.
(二)动态生物化学阶段
从20世纪开始,生物化学进入了一个蓬蓬勃勃的发展时期.在营养方面,研究了人体对蛋白质的需要及需要量,并发现了必需氨基酸、必需脂肪酸、多种维生素及一些不可或缺的微量元素等.在内分泌方面,发现了各种激素.许多维生素及激素不但被提纯,而且还被合成.在酶学方面Sumner于1926年分离出尿酶,并成功地将其做成结晶.接着,胃蛋白酶及胰蛋白酶也相继做成结晶.这样,酶的蛋白质性质就得到了肯定,对其性质及功能才能有详尽的了解,使体内新陈代谢的研究易于推进.在这一时期,我国生物化学家吴宪等在血液分析方面创立了血滤液的制备及血糖的测定等方法,至今还为人们所采用;在蛋白质的研究中,提出了蛋白质变性学说;在免疫化学上,首先使用定量分析方法,研究抗原抗体反应的机制;在营养方面,比较荤膳与素膳的营养价值,并发现动物的消化道可因膳食中营养素价值的不同及丰富与否而发生一定的改变;食素膳者与食荤膳者相比,胃稍大而肠较长.自此以后,生物化学工作者逐渐具备了一些先进手段,如放射性核素示踪法,能够深入探讨各种物质在生物体内的化学变化,故对各种物质代谢途径及其中心环节的三羧酸循环,已有了一定的了解.第二次世界大战后,特别从50年代开始,生物化学的进展突飞猛进;对体内各种主要物质的代谢途径均已基本搞清楚,所以,这个时期可以看作动态生物化学阶段.
(三)机能生物化学阶段
近20多年来,除早已在研究代谢途径时所使用的放射性核素示踪法之外,还建立了许多先进技术及方法.例如,在分离和鉴定各种化合物时,有各种各样敏感而特异的电泳法及层析法,还有特别适用于分离生物大分子的超速离心法;在测定物质的化学组成时,可使用自动分析仪,如氨基酸自动分析仪等;甚至在测定氨基酸在蛋白质分子中的排列顺序时,也有可供使用的自动顺序分析仪.还有不少近代的物理方法和仪器(如红外、紫外、X线等各种仪器),用以测定生物分子的性质和结构.在知道生物分子的结构之后,就有可能了解其功能,还有可能用人工方法合成.1965年我国的生物化学工作者和有机化学工作者首先人工合成了有生物学活性的胰岛素,开阔了人工合成生物分子的途径.除此之外,生物化学家也常常采用人工培养的细胞及繁殖迅速的细菌,作为研究材料,并用现代的先进手段,不但把糖类、脂类及蛋白质的分解代谢途径弄得更清楚,而且还将糖类、脂类、蛋白质、核酸、胆固醇、某些固醇类激素、血红素等的生物合成基本上己搞明白;不但测出了某些有生物学活性的重要蛋白质的结构(包括一、二、三及四级结构),尤其是一些酶的活性部位,而且还测出了一些脱氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA〕的结构,从而确定了它们在蛋白质生物合成及遗传中的作用.体内构成各种器官及组织的组成成分都有其特殊的功能,而功能则来源于各种组成的分子结构;有特殊机能的器官和组织,无疑是由具有特殊结构的生物分子所构成.探索结构与功能之间的关系正是现时期的任务.所以,可以认为生物化学已进入机能生物化学阶段.