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学术交流系统动物医学与稳态自耦合体系
依照系统科学的理论体系,建立一个将动物生理学、病理学、临床医学、环境控制、营养学及饲养管理等要素,按照互作用和相互依赖的特定功能统一整合在一个体系的理论体系称为系统动物医学;自耦合原指电磁耦合,是指两个实体相互依赖于对方的一个量度,稳态可以用自耦合系统来描述。将稳态自耦合系统引入到生物医学领域,沃尔特·坎农在1932年正式确立内环境稳定—自稳态概念,用稳态自耦合解释有机体维持自身稳定的机理。
动物病康复是动物在兽医的帮助下自己达成的。所以,动物医学的任务就是在去除病因的同时,务必做到如何维系和强化动物体的承受能力,努力使动物体抗病力最大化,这是我们研究系统动物医学和稳态自耦合体系的核心要义。
1 猪病康复是猪在兽医帮助下自己达成的
人们都说医生越老越值钱。笔者已经当了40年的兽医,可是越来越不自信了!多年来笔者防治猪病有很多成功案例,而且还在中国农业出版社还出版了专著《猪病临床快速诊疗指南》,当然也有失败的教训。随着防控猪病的经验越来越多,就越来越觉得有很多案例和以前所学的东西不相符合。和经典兽医学相比,我们姑且把现代兽医学称为现代动物医学或者叫现代生物医学。
在现代动物医学领域取得了前所未有的进步,我们研发出了很多高水平疫苗,有大量的动物疫病被控制,非洲猪瘟的发病率和致死率也大大降低,养殖业由于防控疫病使经济效益、社会效益也大大地提高了。随着分子生物技术的进步,我们可以从患病动物的表面看到内部,看到细胞,看到蛋白分子,看到基因等,防控动物疫病的手段也日益增多。然而即使是这样,我们动物医学工作者却越来越不自信了,因为我们认为什么是病,什么是健康,怎样把握防治动物疫病的度,什么样的病该治,什么样的病不该治,抗生素应该如何使用,我们还没有真正搞清楚。
先给大家讲一个故事。一个业内知名公司的兽医服务人员应约到了一个猪场,发现猪群精神不振的、食欲减退的、体温升高的猪占猪群中有一定比例,于是判定该猪群感染了疾病,必须进行治疗,而且越早越好、越快越好。于是就开了处方,列了一大堆药物,比如磺胺类药拌料、替米考星加黄芪多糖饮水、添加支原净等。加药一周后情况稳定,前述所有症状基本没有了,猪场大喜,纷纷说这位兽医技术就是有水平,真是诊断准确,治疗及时,药到病除。
又过了一段时间,这位兽医又遇到了一个和这个猪场情况十分类似的猪场,他如法炮制,又几乎同样地开了一大堆药并让猪场尽快使用。结果,由于这家猪场效益不太好,资金紧张,当兽医开了药方后猪场老板没让下属去买药,更没给猪群加这些药,基本就是“躺平”了任情况自然发展。可奇怪的事情发生了:过了一周后猪群症状都基本上没有了,猪群又恢复了正常状态。
那么问题来了,这家猪场的猪病是怎么自愈的?前一家猪场的猪群到底是不是病?这位高明的兽医给上一家猪场开的一大堆药到底有没有必要?如果是病,就必须用药治疗;那么后一家猪场的没加药,没治疗,猪病是怎么自己好的呢?如果说第一家猪场不是病,那么加了那么多、那么长时间的药有啥副作用吗?有没有可能不但白白花费了大笔的药费冤枉钱,而且还可能花钱买来了祸害呢?
其实这么多年来笔者自己有时也十分困惑。比如是否有了症状就是病?到底应该怎样防治猪病?我也经常遇到猪场咨询疾病的情况,有些看似疾病的问题真的需要治疗吗?有一个不争事实,不过很少有我们兽医同行当着养猪人的面愿意承认,那就是有些猪病的好转,不是兽医治愈的,而是猪自行康复的。
给大家介绍一个笔者处理的案例。几年前山西大同的一家猪场,中大猪连续死亡,3周左右已经死亡了500~600头育肥猪。期间检测蓝耳病、伪狂犬病、猪副嗜血杆菌病、链球菌病等均为阳性,没有检出非洲猪瘟。临床症状有发烧的也有不发烧的,有呼吸困难的也有不咳喘的。食欲、饮水情况有好有坏、参差不齐。各种疫苗、抗生素只要能想到的他们都用遍了,就是没有明显效果。于是找到了我这位所谓大专家出高招。我暗自苦笑,都到了这种程度,任教授又能有什么好办法呢?可是作为专家还是要撑脸面的,怎么也得出出主意呀。于是,笔者做了如下建议:(1)立即淘汰病重治疗无望的病猪;(2)严格执行隔离、消毒等生物安全措施;(3)停用所有抗生素,饮水加复合多维、微生态制剂、黄芪多糖以及酸化剂;(4)对于能吃料的猪提高营养强度。简而言之,就是在一段时间内,大猪喂小猪料,小猪喂乳猪料;(5)加强环境控制,改善饲养条件。
过了两周,死亡基本控制住了,猪群基本上恢复了健康状态。因为这个事情,猪场老板很感谢我。他们都在琢磨,这个方案里有什么秘密?莫非这种组合方案产生了化学反应,衍生出了神药?还是遇到了任教授这位神医?我暗自苦笑,哪来的什么神医神药!这些方案养猪人都知道。在我看来,病猪康复的根本原因就是生物体本身的自愈力。我的方案只是在去除病源的同时,帮助猪提升了或者强化了这种自愈力。动物靠自身的自愈力战胜了疾病,这是一个不争的事实。就像皮肤破了可以自愈,感冒了会自己好了一样。医疗的作用是帮助、强化这种自愈力,加快康复进程。
2 新的动物医学思维模式
很多情况下兽医对动物疾病的发展和预后是有直觉的,可是如何描述这种直觉?能否量化?能否把这种直觉做出理论解释?如果不能从理论上做出解释,那么医疗的干预度,也就是说什么样的病该不该治疗以及如何把握治疗的度就无法界定,这些问题一直在困扰着我们,把我们陷入了一个无法自拔的境地。这显然不是医疗技术的困境而是生物医学思维方式的困境。
为了解决这些困惑,笔者去请教了一些哲学领域的专家、学者,并且在我们团队内系统开展了系统科学理论、系统工程方法以及系统医学方面的学习和探讨。经过了多年的系统学习和研究,笔者从多年防治猪病实践中梳理出了许多案例和问题,同时也全面学习了系统论的创立和发展。如1857年克罗德.贝尔纳(Claude Bernard,1813-1878,法国生理学家)第一次提出了生物体内环境的概念;1932年美国的沃尔特·坎农(Walter Bradford Cannon)正式确立了内环境稳定的概念,说明生物体内是有自动纠偏能力,纠偏的机制,就像生物体不会因为喝多了醋就会酸中毒;还有诺伯特·维纳(Norbert Wiener,美国应用数学家,控制论的创始人)的文章等。我们重点学习和研究了我国哲学家、医学家金观涛、凌锋等所著的《系统医学原理》等著作。我系的穆祥教授还专门开设了《动物细胞微环境》的研究生课程。
研究表明,坎农所说的生物体微妙的自我纠偏机制实际上就是负反馈。所谓负反馈就是用结果来矫正过程,努力使结果减少偏差,回归原本正常状态。我们之所以骑自行车向前直线运动而不倾倒,就是这个原理。那么,偏离的、放大的就是正反馈,正反馈使结果沿着既定的方向逐级放大。就像多米弄骨牌一直往前推一样,力量会越来越大,结果会越来越可怕。使偏离缩小,减少结果的放大影响,不使结果发生越来越大的偏离情况就叫负反馈,也就是让偏离回到原来的状态。
动物体的这种维稳纠偏机制不是一两个负反馈达成的,而是由很多个小的负反馈组成了有机体整体系统的纠偏机制,这样的整体系统论的建立,使我们摆脱了机械因果论的束缚,有了整体看问题的视角,在这个探究过程中力图给猪病防控实践遇到的困惑找到解决方案。在现代的经典兽医学之外,我们完全可以根据系统科学的系统论建立起一个将生理学、病理学、临床动物医学、环境控制、营养学及动物福利都统一整合在一个框架里面的理论体系,这个理论体系就叫做系统动物医学,这标志着一种崭新的动物医学思维模式的诞生。
笔者在2011年率先提出了“用系统科学的理论指导养猪防病”的理念,并在2016年12月13日中国猪业高层论坛第六届大会上做了《养猪防病与系统科学》的主旨发言。大家要会问,什么是养猪防病与系统科学?简单地说,就是把养猪防病作为一个由诸多要素组成的具有特定功能的系统整体,运用系统论的理论和系统工程的方法,来思考和解决养猪防病系统的问题。
3 系统动物医学是科学体系
系统动物医学的理论是科学的吗?回答是肯定的。因为这套理论具备科学体系的三大要素,即公理系统、数学表达和实验验证。
首先是公理表达。我们所建立的系统动物医学,重要的基本公理就是稳态可以用自耦合体系来描述。自耦合原义是指电磁耦合,概括地说耦合就是指两个实体相互依赖于对方的一个量度,变化的电场会产生磁场,变化的磁场又会变成电场,磁场和电场相辅相生,相互影响即为电磁耦合,稳态可以用自耦合系统来描述。将稳态自耦合系统引入到生物医学领域,坎农创立的内环境稳定—自稳态概念,机体微妙自我纠偏机制实际上就是稳态负反馈。读者朋友可能觉得这个稳态自耦合体系很玄妙,实际上我们可以把生物体看成一个能够自我纠偏(稳态负反馈)的一个大不倒翁,它的内部有很多个小不倒翁组成的一个庞大的稳态调节机制。每一个不倒翁都有它自己的一个纠偏机制,比如维持机体内环境的酸碱平衡机制,我们既可以把酸碱平衡看成一个不倒翁,酸碱平衡调节又有很多种缓冲体系,可以把它看成一个维持酸碱稳定整体,生物体里有无穷多个这样的小不倒翁组成一套纠偏系统,这个自耦合系统可以用数学公式来表达,所以它符合科学构成的体系—公理系统。
关于稳态(纠偏)的数学表达。生物体具有康复能力,也就是上面说的自愈力。于是就得到了系统论的数学表达基本公式:
S=B/[1-(K+A)]
公式中,S代表一个健康状态(稳态)的偏离的严重程度;B代表致病力(偏离)的外因;A代表致病力(偏离)的内因;K代表稳态系数。S越大,大到会像停止前行的自行车失去平衡,不但会偏离直线行走的方向,还会引起整车完全倾倒,对于生物体就会引起稳态非常不利的偏离,那么这个偏离对于动物体来讲就是病了,而且偏离越大病情越严重。
1-(K+A)表示机体抵抗力、康复力或者维稳纠偏能力的强弱。以前动物的这种1-(K+A)的抵抗力只能靠兽医的直觉或者经验来判断。现在就可以用这样一个数学语言来简单明了地给它描述清楚,并且可以量化。这个公式实际上是用数学简洁、准确的语言来解释疾病(偏离)是由于B这个外因致病力太强,或者是1-(K+A)这个抗病力因素太弱,或者两者兼而有之所导致的。它是解释整个疾病和抗病过程,也就是偏离和恢复稳态的过程。不能简单地理解为兽医套上这个公式就可以防治疾病了。我们要懂得这个道理,就是说不论是什么病,影响了有机体的稳态,我们必须区别开来它是内因还是外因引起的,以及二者在疾病发生、发展过程中所占的权重。其实我们中医经常会用扶正祛邪的治疗原则,实际上也是用的这个道理。
前文我们说的山西猪场发病案例,其实对猪群进行的各种医疗干预,比如说抗生素治疗、抗病毒疗法及激素类疗法等等对机体的稳态都会造成非常大的干扰,削弱了动物自体抗病能力的1-(K+A),同时也加大了B。1-(K+A)太小了,这个B过大了,那么这个S就过大,机体就无力回天了,出现大量猪的死亡是必然结果。所以动物医学的任务就是在去除病因B同时,务必做到如何维系和强化机体的承受能力,努力使机体抗病力1-(K+A)最大化,这是我们研究的系统动物医学和稳态自耦合体系的核心要义。
关于系统动物医学体系的实验验证,前述的3个案例以及无数的动物疫病防治实践,都一再证明维持、强化机体抗病力[1-(K+A)]的重要性,是防止动物疫病的重要基础和前提条件。
4 系统动物医学和现代动物医学的差异(表1)
表1 系统动物医学和现代动物医学的差异
项目 |
分类 |
|
现代动物医学 |
系统动物医学 |
|
方法论 |
还原论 |
系统论 |
思维逻辑 |
因果关系 |
系统耦合 |
基本分析对象 |
器官、细胞和基因 |
自耦和稳态 |
治疗 |
去除病因 |
保持稳态 |
是何场景 |
直线因果问题 |
复杂问题 |
临床应用 |
找出治疗靶点 |
评价和预测 |
系统动物医学和现代动物医学的不同在于:现代动物医学所用的是还原论的思维,是把疾病的病因作为治疗疾病的靶标;无论是抗生素疗法、手术疗法以及消毒方法等都是还原论的思维;而系统动物医学在防治动物疾病过程中也注重病因,但是不仅仅注重病因,还关注病因引起的整个机体稳态的偏移,它更重视生物体自身的康复能力,在人的医学领域更是如此。如最初武汉的新冠肺炎治疗是系统医学的应用典范,在治疗新冠过程中主要是维持病人的生命体征稳定,像在隔离病房里的锻炼、做体操等,这就是让病人自己产生、强化抗病力1-(K+A)。但是,没有医生的帮助,就像最初的新冠疫情如此严重的状态下,很多病人可能就等不到康复的机会了。所以说新冠肺炎治疗,可以说是病人在医生的帮助下实现了自愈。最终的成功是建立在病人自己康复能力上的,而不是去除病因的结果。
我们建立的系统动物医学,本质上是一种新的动物医学思维,它不是要取代目前的主流兽医学思维,而是弥补它的不足。就像前面讲的两个猪场案例,在确定是否需要进行治疗时,应该使用系统论,用系统的动物医学思维进行判定;而在实施具体防治方案时要采用还原理论,去确定具体防治方案和药物。
5 总结与展望
我们研究建立的系统动物医学和稳态自耦合体系有用吗?能解惑吗?其实我们要放眼未来,医学的进步会大大超越人们的预期,但无论医学技术如何进步都不可能动摇公理,也不可能偏离动物体的生来具有的自我维稳和纠偏功能,未来的发展可以有更多先进的、我们想象不到的防控动物疫病的科学方法和技术手段,我们会借助大数据和人工智能获得更多、更重要的动物健康数据和健康的标准,动物医生们会根据系统医学的原理,全面、系统地分析每一个具体情况,提供一套既维持机体稳态,又能去除病因的解决方案,实现这种状态也许需要很长的时间,但前途一定光明,相信系统动物医学在生命的长河中会展现另一缕曙光。
文章来源于:今日养猪