熵原理解读人类疾病和衰老.docx

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1、一、墙及其对人类疾病和衰老的影响燧，是德国物理学家于1865年所提出的一个物理量，即热力学系统的状态函数，也是四大热力学定律中的第二定律的另外一种表达形式。热力学第一和第二定律（即能量守恒与转换定律）并称为放之四海皆准的物理学定律和自然规律。最初，焙是根据热力学第二定律导出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量和规律：在孤立系统中，体系与环境没有能量交换，体系总是自发地向混乱度增大或者说是能量失去做功能力的方向变化，使整个系统的燧值增大，直至达到最大端值，但系统的总能量并无变化（符合能量守恒的热力学第一定律）。这就是燧增定律或端原理，也即热力学第二定律的内涵。嫌增原理告诉人们，宇宙万物包括生

2、命体在内都具有同样的归宿，那就是从其诞生之日起，便在一个转折点上开始向消亡的终结点发展，即其峭变的发展方向或趋势都是，也只能是不可逆的燧增过程（即从有序走向无序），没有例外，只有蜡增速率之不同而已！但是，嫡增法则在生命系统与非生命系统之间有一个重要的不同点，那就是生命系统有能力在一定的时期内和一定的条件下阻止峭增进程，甚至逆熠增过程而发生精减。当将熠概念应用于生命系统时，无序状态意味着机体各层次结构的退化。例如，蛋白质、DNA和RNA等大分子的错误折叠或变形，或组织和器官的破坏。由于精增而导致的丧失做功能力是指分子、细胞、组织或器官的生理功能下降或丧失。生命系统即有机体在发育过程中（如发育和生

3、长的早期阶段）和在特定条件下（即给予足够的营养摄入、有效的代谢活动、强大的自我防御能力和自愈能力），具有逆转峭增的能力。这是因为，作为一个远离平衡的、具备高度有序耗散结构的开放系统，有机体可以与周围环境交换物质、能量和信息，从而获得负燧（即减少机体的无序性）来对抗熠增加；同时，开放系统还能够将体内所产生的热峭释放到环境中，使机体系统进入焙减过程，用于抵消机体自身的燧增，并使自身的无序状态转变为一种在结构和功能上有序的非平衡状态，从而维持生命。越来越多的科学证据表明,埔增是人类健康恶化和人类衰老过程加速的根源。研究团队发现，人类个体在其寿命期间（以自然死亡为准），即一生中所产生的累计总爆增或蜡的

4、生成（entropygeneration）是一个固定值（即嫡增上限值），大约为11404kJkgK这个值被称为熠增上限或极限燧或寿命熠。同时，他们计算出峭产速率。他们根据燧产速率值预测出美国人平均年龄分别为：男性73.78岁和女性81.61岁，这与实际人口统计数据（男性74.63岁和女性80.36岁）的平均寿命非常接近。因为寿命熠是一个固定值,我们可以推断,峭增速率快的人，其达到寿命燧上限值所需时间较短，故其寿命也较短；相反，峭增速度慢的人，其达到嫡增上限值所需时间较长，故其寿命也较长。“生与“死的区别，无非就是生命系统有序与无序的区别。生命的维持有赖于机体机构和功能的高度有序性，亦即机体的低

5、嫡状态；而死亡则是机体逐渐丧失维持低峭状态能力的后果。同理，“健康意味着身体处于结构与功能高度有序的低端状态，而“疾病则意味着生物体的结构和功能陷入无序或高端状态。换句话说，峭的增加一一在分子、细胞、组织、器官或系统水平上失去秩序或功能和结构的无序性增加一一必定会导致疾病。同理，我们也可以运用皤原理来审视人体的健康与疾病状态。健康代表机体系统处于高度有序化的低端状态，而疾病则表明机体系统内部结构和功能受损而进入或处于混乱无序的（即有序性降低）高燧状态。机体有序度越高，其系统墙值就越低，机体健康状态就越好；反之，机体有序度越低，其系统墙值就越高，机体健康状态就越差，疾病就越多或越严重。科学研究发

6、现，人类个体（即使是年轻人）在处于疾病状态时，其机体端值升高，具体体现在患病器官的峭值增加，但也常常会表现为整体燧值的升高。这种异常端值升高已经在各类疾病中测得，包括代谢性疾病（如单纯性肥胖症、糖尿病、代谢性高血压、癌症、痛风、骨质疏松症等）、代谢综合征（胰岛素抵抗、肥胖、高血糖、高血压、血脂异常、高血黏、高尿酸、高脂肪肝等）、代谢性炎症，病毒和细菌感染，慢性阻塞性肺炎及各类心脏疾病（冠心病、心力衰竭、心律失常等）。特别值得注意的是,科学研究证明，焙增发生于各类癌症患者身上，如肺癌、胃癌、肠癌、肝癌、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、黑色素瘤等。而且，这些疾病的发病机制都可以追溯到细胞、亚细胞、蛋白组

7、、转录组、基因组水平的有序性丧失。此外，科学家用免疫焙来衡量免疫系统的完整性和功能及其与人群健康状态的关系，发现被感染或患乳腺癌的人群比无患病的健康人群具有更高的免疫焙值，表明患者的免疫系统混乱度高、有序度低。因此有学者建议将根据免疫特征所测得的免疫墙用于监测个人和人群健康的一个简单方法和指标。虽然熠增加己被公认为疾病的根源，但一个至关重要的问题至今仍未得到明确的解答：正常人体如何保持其低燧状态?二、维持机体低燃状态的潜在机制众所周知，人类与生俱来就具备了若干特殊的能力，包括自组织能力、自卫能力、自愈能力、抗磨损能力。在此，作者提出这四个属性构成保持人体低端状态的核心机制。以下内容将呈现支持这

8、一假设的科学证据。（一）自组织系统自组织能力是指在没有外部指令条件下，开放系统内部各子系统之间能自行按照某种规则（如遗传蓝图或程序）形成一定的有序结构或功能的现象,也就是系统从原本相对无序的状态，自发地转变为时空上和功能上的宏观有序状态，形成新的、稳定的有序结构的能力（即有机体的形态发生）。自组织能力是生命系统的基本特征。在细胞水平上，细胞具备固有的自行组织而构成机体各组织和器官的能力，而且细胞的自组织能力在生命形成的动态过程中表现出各向异性特征，即不同的细胞构成不同的组织或同样的细胞分化为不同的组织。在基因组水平上，正如MiSteli所指出的那样，基因组是一个相当复杂的三维（3D）结构，这样

9、的结构是由其功能特征的驱动而形成，而基因组的功能活动则受控于染色质的结构特征。就自组织现象而言，这些特征相互作用，塑造了染色质的结构特征和细胞核结构的多样性以及细胞的异质性。自组织现象还解释了基因组在进化上保守的功能特征。蛋白质自组织最典型的例子之一是大肠杆菌中Min蛋白的振荡性运动，这有助于感知细胞的几何形状。从宏观层面上看，心脏电传导系统极好地诠释了高度组织化、复杂和综合的时空生理结构。心脏可根据其独特的结构和功能特性分为几个解剖区域，包括窦房结、心房（左心房和右心房）、房室结、心室（左心室和右心室）、瓣膜、希氏束、束支和浦肯野纤维。这些有序的非均匀的空间结构协同产生连续的电兴奋和机械收缩

10、，从而为全身供血。更具体地说，心肌在每一个收缩周期中，其电生理活动所体现出来的时空序列包含以下五个主要步骤：包含起搏器细胞的窦房（SA）节点产生一个兴奋信号（即动作电位）；兴奋波扩散到心房，导致心房收缩；电兴奋到达房室（AV）结后，信号传导发生一定时间的延迟；之后电兴奋传导到希氏束，沿着室间隔传导；希氏纤维束和浦肯野纤维沿心室传播电脉冲，使心室收缩。如果这些时空顺序事件中的任何一个受到扰乱并且失去生理秩序，就会发生心律失常，造成混乱的心肌机械收缩活动，并导致心脏功能和血液供应受损。简而言之，自组织涉及从无序构建有序或重建有序的过程，从而实现系统的低端状态。自组织能力的大小取决于系统与周围环境交

11、换物质、能量和信息的能力，即新陈代谢。机体的自组织能力越强，其保持低墙状态的能力就越强，亦即保持健康状态和活力的能力越强。自组织现象同时还是一个防止或消除机体代谢过程中所产生的废物和埔（以产热的形式）积累的过程。合成代谢以生长和构建为中心，也就是说，它涉及分子的组织，其中由分解代谢产生的简单的小分子（氨基酸、核甘、脂肪酸和葡萄糖）被构建成复杂的大分子（如蛋白质、核酸、脂质、糖原等）。这是一个峭释放过程，有助于形成和保持高度有序的生理结构。显然，适当的新陈代谢是自组织的基础，而维持健康有赖于细胞、组织和器官中分解代谢和合成代谢信号网络的同步活动及两者间的平衡，依此决定机体内燧的水平。基于这一概念

12、，作者提出呼吸系统、消化系统、心血管系统和排泄系统是新陈代谢和自组织的关键系统。呼吸系统和消化系统负责摄入氧气、水和食物，随后在体内转化为“负蜡，它们还与排泄系统一起排出新陈代谢过程中产生的废物和热峭。心血管系统作为连接各系统的纽带，乃是所有代谢活动的中心。为方便起见，作者将这几个系统合并为一个，并将其称为“代谢/自组织系统。该系统使人体成为一个开放系统，具有输入端口或入口和输出端口或出口，能够与外界交换物质、能量和信息。代谢/自组织系统的生理特征和功能的重要性表明，它是人体最容易发病的系统，尤其是传染病和慢性疾病。统计数据显示，慢性非传染性疾病导致的死亡占中国全部死亡的85%,其中，脑血管事

13、件、恶性肿瘤、呼吸系统疾病和心脏病位居死亡原因的前四位。肺癌是发病率和死亡率均居首位的癌症，慢性阻塞性肺炎是呼吸系统最常见的慢性疾病。排名前25位的恶性肿瘤（肝癌、胃癌、食道癌和结直肠癌），以及由肠道菌群失衡引起的代谢综合征以及肥胖和糖尿病，主要起源于消化系统。心脑血管疾病是严重威胁生命的常见慢性病，发病率、致残率和死亡率都高居榜首。全球每年死于心血管（冠状动脉疾病、心肌病、心力衰竭）和脑血管（中风）疾病的人数高达1500万。（二）自卫系统作为一个开放系统，人体从外部来源摄取生命元，产生“负嫡，从而对抗蜡增并保持自身的低峭状态。但外部环境不仅仅是有机体的生命之源，也是疾病之源，因其中充斥着各种

14、病原体（细菌、病毒、真菌和寄生虫等）和其他致病因子（化学和物理因子）。个体摄取营养时，难免同时摄入致病因子。同理，机体新陈代谢所产生的自由能和维持各种结构所需的物质，总是伴随着高活性自由基（尤其是活性氧）和其他有害代谢物的产生，以及DNA复制过程中所频繁发生的错误、表观遗传的异常变化、基因的错误转录和剪接、生化合成过程中所产生的错误等。为抵御外源性致病因素的入侵和内源性有害代谢物的产生，人体天生具有至少六种防御机制：免疫、炎症反应、内源性抗氧化系统、应激反应、自噬和细胞凋亡。在此，作者将这六种机制统称为“天然自卫系统。自卫是一种对抗措施，目的在于保护个体的生命和健康免受伤害威胁；在体内，细胞自

15、我防御与传统免疫提供的全身保护协同作用，赋予机体抵抗病原体侵袭的能力。免疫系统通过持续性地监控全身防御状况、抵抗外来病原体入侵、消除体内产生的有害因子来保护人体。细胞自主免疫保护个体免疫细胞和非免疫细胞免受病原体感染的威胁。通过这种方式，它保持了体内组织和器官的结构和功能的有序性、复杂性和完整性。然而，过度活跃的免疫反应会导致许多自身免疫性疾病，例如，1型糖尿病就是由于自身免疫所造成的。一项研究报道了一种运用香农燧方法的措施来连续测定800名属于不同群体的受试者的免疫特征。研窕人员发现，免疫焙受某些群体特征的影响，并且因个体而异。患有感染或乳腺癌的群体通常比无患病的人群具有更高的峭值。因此，研

16、窕人员提倡使用免疫燧作为一种简单的方法来监测个人和人群的健康状况。此外，熠分析用于评估与免疫介导疾病相关的免疫遗传参数。燧也被认为是体液免疫反应的有效指标。众所周知，HIV-I通过在活跃表位内（存在于抗原表面的，决定抗原特异性的特殊性结构的化学基团）和周围积累突变以逃避CD8+T细胞的识别和杀伤。据透露，通过降低峭可以显著减缓这种逃逸。正常情况下，炎症是机体对有害刺激的防御反应，是损伤组织的愈合机制之一。然而，侵袭性炎症如细胞因子风暴可诱发危及生命的全身性炎症综合征；同样，慢性炎症（也称为持续性、低度炎症）也是极其有害的，因为促炎因子会攻击人体自身的细胞和组织，导致广泛的慢性疾病（如代谢综合征，包括2型糖尿病、心脏病疾病和肥胖症）。活性氧ROS是生物体由于正常的细胞代谢和环境因素刺激所产生的一组高反应性离子和分子，当其处于正常生理水平时，是一种强大的信号传导介质，参与多种生物过