系统生物学应用范文

时间:2023-12-28 17:49:23

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系统生物学应用

篇1

关键词:无纸化考试系统;教学;应用;意义

中图分类号:TP39文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)06-1354-03

Application of Non- paper Tests in Microbiology’s Teaching

LI Qin, DU Lin

(METC, College of Light Industry and Food Science, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China)

Abstract:The characteristic and the significance of the "Non-paper Tests" system were analyzed in this paper. Meanwhile, we also de? scribed the application of non- paper tests in microbiology’s teaching.

Key words:non-paper tests system; teaching; application ;significance

随着计算机及网络技术的快速发展及高校校园网络应用的普及,计算机及网络技术在教师实际教学中的应用也越来越广泛。考试是教学过程的一个重要部分,以纸和笔为主的传统的考试形式在现代实际教学中显现出制作环节多、保密性差等缺陷。基于网络的无纸化考试系统,因其具有公正性、安全性、准确性、灵活性、随机性、及时性、方便性等特点,在实际教学过程中的应用越来越显示出了它的优势。

1无纸化考试系统在实际教学中应用的优点

相对于传统的纸质卷面答题考试方式,无纸化网络考试具有它的优越性,主要体现在以下几个方面。

1.1充分体现考试的安全性、公正性、准确性

传统考试模式中试卷在制作及保管中涉及环节较多,相应地,考试内容安全性就有所降低。而基于网络的无纸化考试模式其参与的人相对较少,系统也有自动组卷功能,可以有很好的保密性和安全性。因此,考试的公正性、公平性可得到保障;同时,考生提交考试答案后,系统自动会根据教师设定的正确答案评分,从而减少了错判和漏判的发生,更体现了公正性与准确性。

1.2充分体现考试的及时性、方便性、经济性

在基于网络的无纸化考试中,题库和答案已保存到专用计算机中,考试时只需要从题库中调用,避免了以往制卷、印刷、分发试卷等众多环节,考务工作得以简化。由于减少了纸质化环节,可节省打印、制版和印刷等费用,同时还节省了纸张。考试完成后系统自动批改,可节省阅卷人的时间。考试完成后考生可即时查询相关题型考试成绩。同时,无纸化考试系统还可快速分析该考生各题型的得分情况,及时统计出及格率、优秀率等情况,以便老师针对学生掌握知识的薄弱章节,可以相应做出补习等措施使学生全面掌握教学计划中应掌握的知识。从而教师对学生掌握知识情况一目了然。

无纸化考试系统不但应用于考试时,在平时学习过程也可应用,如学习完一章课程内容,老师便可以就本章知识内容形成一些课后习题便于学生对所学知识内容加以巩固,从而提高学生的学习效率及学习兴趣。1.3充分体现考试的灵活性、随机性、全面性

传统的考试模式基本上是将考试题目出好后再行印刷在纸上,考试内容是固定的,每个考生面对的题目都是相同的,尽管教师在出题时会尽量考虑到重要知识点,但一份试卷不可能全部包括整本书的重要知识点。而考试系统则可以通过自动组卷来形成考卷,这样就可以让考生所考的试卷不同,这可使教师全面了解学生对该学科内容的掌握情况,同时也避免了考试作弊等情况的发生。

2《微生物学无纸化考试系统》介绍

目前无纸化网络考试系统类型较多,根据硬件、网络、应用要求等情况我们选择建立适合自己的考试系统即《微生物学无纸化考试系统》,现对该考试系统进行简单介绍。

2.1建立《微生物学无纸化考试系统》的基本流程

2.2《微生物学无纸化考试系统》结构特点

该无纸化考试系统分为前台和后台程序,管理端可以添加题库,按需要可选择手动和自动组卷等方式,手动方式管理员可以从题库中抽取适合考生的题目,自动组卷方式则随机抽取试题;本系统包括单选题、多选题、判断题、简答题、填空题等题型,该系统题库试题可以按难易程度分类,在考试结束后可以自动统计单选题、填空题、多选题得分,并给出正确答案,简答题提交到管理端由老师打分后统计出总分;管理端可以修改、删除题库中的试题。

2.3《微生物学无纸化考试系统》功能模块介绍

该无纸化考试系统分为三大模块:用户注册模块、考试模块和系统管理模块。其中系统管理模块是进行题目的添加、存储和删除,是系统运行的基础。考试模块是客户端学生或教师通过自己的姓名和学号登陆系统,进入界面时由系统按照出题教师预先设置好的试卷结构从题库中随机抽取适合的题目。

2.4《微生物学无纸化考试系统》操作介绍

本考试系统可以两种安装方式:一种是在教师机或者专用服务器上安装软件的服务器端,在学生机上安装客户端,考试时通过局域网将二者联系起来,由客户端向服务器端发送个人信息后,服务器端收到信息核查无误后,考生则可以开始考试,同时开始计时,考试结束时将考生数据保存在服务器端;另外一种方式是服务器端和客户机端都安装在服务器或教师控制机上,将客户端文件夹设置为共享并给出适当的访问权限,学生机通过“网上邻居”来访问服务器(教师机)端的共享资源来调取考试题目,答题结果可保存在服务器(教师机)端,也可以在交卷时直接在学生机端显示考试成绩。以下就共享操作方式做简单介绍:

(1)下载测试系统压缩文件,并解压。

(2)双击Exam.exe,进入测试系统客户端,点击登录,在“网上邻居”上选择相应题库。

(3)出现登录信息,要求输入学生姓名、学号,选择新的测试按钮,则可进入测试界面(如图1所示)

(4)进入测试界面,则选择开始答题,进入正式答题,开始倒记时间。在测试时可以自由选择题目类型及题目,做完试题后,便可交卷,若考试时间已结束考生还未交卷,则系统会自动交卷。(如图2所示)

(5)在交卷后点击成绩统计即可查询单项选择题,多项选择题和填空题得分情况。(如图3所示)

2.4《微生物学无纸化考试系统》应用情况

在微生物学的这门课程中,涉及到许多如需学生理解、识记、应用等要求的知识点,需要识记的知识点也比较多,在平时教学过程中,在每讲授完一章的课程后,我们便把各章相应的知识点,设计成单选题、多选题、判断题、填空题等题型的试卷,然后存储在服务器上,学生可以在用到校园网的地方,用我们服务器上指定路径的数据源来进行自我测试,测试完后马上知道知识点掌握的情况,对还未掌握的知识点,加以强化学习,这样逐章的学习,形成了循序渐进的过程,使学习过程变得轻松,掌握的知识也扎实,增加学习的效果。在期末时,我们选了一间网络机房作为考试场地,设计成单选题、多选题、判断题、填空题、简答题等题型的试卷,为了考核学生对该门课程综合掌握的情况,我们选择了自动组卷方式,考试结束后单选题、多选题、判断题、填空题等题型的分数在学生考试完后就自动显示出来,同时也把学生未掌握的知识点信息反馈给他们,简答题则由我们批改完后才和主观题型的分数相累计这样才能得出各个学生的期末成绩。

3推广无纸化考试的意义

随着计算机在教学领域的深入及校园网络的普遍应用,考试形态也逐步向自动化迈进。结合《微生物学考试系统》的应用情况,无纸化考试日益显示其公正性、安全性、准确性、灵活性、随机性、及时性、方便性、经济性等特点,使教师在考试这一环节中节约了大量时间,也提高了学生自主学习的兴趣,从而提高了教师的工作效率和学生的学习效率。

无纸化考试给教师和学生带来了一个新的教育和学习观念。教师可围绕教学大纲开展个性化教学,可以有多种教学手段;学生也可以书本同电脑相结合,从以前被动学习而发展为主动学习。把教学和学习变成一件有趣而轻松的事。

4结束语

无纸化考试系统是现代科学技术发展下教育思想、教学方法和教学手段的重大变革。无纸化考试系统可以极大地提高考试的灵活性、公正性、公平性、及时性。随着计算机技术的发展、网络应用能力的提高,无纸化考试已成为未来发展的必然趋势。尽管无纸化考试有很多优点,但是,在现阶段还存在一些如:主观题无法进行阅卷、受环境限制、影响因素较多等方面缺陷不容我们忽视,还不能完全替代传统笔试,所以当前作为考试手段还要两种考试方式加以结合,充分发挥它们各自的优势与作用。

参考文献:

[1]刘洋,史鑫.浅议无纸化网络考试系统[J].科技创新导报, 2008(34):30.

[2]程道光.推广计算机无纸化考试探讨[J].计算机教育, 2007(11):217.

篇2

生物也是一门实践性和讨论性较强的科学,也比较适合采用协同模式来加以学习.在实施这个学习模式过程中,也需要注意教学目标的定制、学习过程的控制、学习策略的组织和学案的设计等四个方面的相关内容.

一、制定教学目标,将教学目标的引导性和学生学习目标个性化弹性结合

学案导学协同学习模式需要教师的学案作为学习的引导.教学学案的编写也要注意具有目的性和引导性.例如在“生态系统的能量流动”的课程复习中,学案的教学目标可以大致定为能够解读能量流动图示、能够用图解法分析流经某营养级的过程、能够进行能量传递效率的相关计算、能够设计调整能量流动方向的方案这四个方面.在确定教学目标后,学生可以对照教学目标和自己的学习进度,制定自己的学习任务,然后通过小组协同学习,如果学习能力较好的完成了学习目标,可以总结自己的学习心得,来分享给小组,实现共同的进步.

二、学习过程的控制,学生作为学习的主体,教师监督和指导

协同模式的学习,要以学生作为学习的主体,教师在学生学习的过程中加以指导和监督.课堂上教师要避免一讲到底,留够充分的时间来让学生们展开小组学习,自主安排学习目标.一节课程的时间设置是四十五分钟,如果是比较容易看懂理解的知识点,教师可以把主要的时间交给学生.例如可以让学生分成小组来讲课,在小组讲完课后进行共同进行评断讲课的好坏,也能够了解学生的掌握程度.生物的知识点许多都需要记牢,很多知识点涉及的名词多又容易混淆,在课堂上分组后,小组成员可以互相提问记忆,例如常用的试剂、常用的物质、生物的种类等等,还可以开展问答竞赛来强化记忆.此外对于一些复杂的知识点则需要老师在学生讨论后留出一定的时间来讲解透彻,教师讲完后可以留下相关的练习.

三、学习的组织策略,实现合作学习、个别学习与竞争学习的有机结合

采用协同学习模式,教师可以根据学生之间的差异,分组采取自愿和指定分配相结合的方式,优劣互补,合理搭配,实现合作学习、个别学习与竞争学习的有机结合.在确定小组后,每个小组定制小组目标,教师也可以留下相关作业由小组共同探讨完成.不同的小组可以进行评比,互相刺激.在小组的内部,学习任务的完成可以通过互相多多交流探讨,学习理解能力较强的可以多多带领引导其他成员思考,小组成员有不同意见也可以积极提出来讨论,最后得出统一意见完成作业,加深学生对学习内容的理解.教师在对小组作业成绩进行评估时,可以根据学生小组的总体成绩、学生的个人成绩以学生在小组中的表现和学生取得的进步来共同评判,这样也能够进一步刺激小组成员之间的学习合作.在小组的学习后,教师可以根据小组学习任务的完成情况以及反馈的问题来进行重点精讲,帮助进一步的巩固和学习.

四、教学学案的设计,结合重点和实时热点内容设计相关专题,帮助学生构建知识框架

学案是用来对学生的学习加以引导的,所以教学学案的设计显得至关重要.教师可以根据复习的进度来确定专题.一轮复习时按照教材,二轮复习则可以跨越相关知识体系来构建专题,帮助学生构建知识框架.

以图表题型来设计专题.图形图表题在近年来的高考生物中占有较大的比重,它对学生的信息识别提取、筛选和转换能力都能有效的培养,可以根据教材的内容来设置“模式图专题、流程图专题、曲线图专题”.例如主要用来展示实验过程或者生理过程的全貌的流程图可以集合成一个专题.

根据重要的知识点、线来设计微专题.可以根据某一物质、结构、实验等相联系的点来设计微专题.按照生物中的分类,设置水、葡萄糖、酶等物质专题,设置红细胞、染色体、酵母菌等结构专题,设置结果异常原因分析实验专题等等.这些专题又分别按照点、线来设置.小型的知识点就按点来设置,例如“水专题”这个知识点按点来构建,可以分为水在生物体中的含量、水在生物体内的来源和消失、水与其他生命活动的关系、与水有关的实验等.大型的知识体系则可以按线来构建,例如可以围绕“细胞 个体生态系统生物圈 ”构建一个“生命信息系统传递”专题,然后对照四个层次的知识点的重要考点又按点展开专题,这样就可以比较系统的把握住知识点.

篇3

[关键词] 凝胶法;动态浊度法;原辅材料;MB-80微生物动态检测系统

[中图分类号] R37 [文献标识码]B [文章编号]1674-4721(2010)03(a)-130-02

《中国输血技术操作规程》1997版中规定血站使用的一次性血袋和一次性注射器必须进行热原检测,检查方法使用细菌内毒素检查法[1]。为保证血液质量,本站将制备血液的各种原辅材料也参照上述检测项目进行实验。以往本站使用凝胶法对原辅材料内毒素进行检测,只能判定是否合格,而无法检测出准确的内毒素含量。为提高血站原辅材料质量控制水平,本站引进了MB-80微生物动态检测系统进行细菌内毒素定量检测,通过实验与摸索,建立了各种原辅材料内毒素的检测方法。通过对122份各种原辅材料样本使用动态浊度法和凝胶法进行内毒素实验,检测结果一致。现将实验方法报道如下:

1 资料与方法

1.1 一般资料

2009年1~12月抽检的共122份各种原辅材料样本(包括血袋、滤器、注射器、复方甘油、浓氯化钠、氯化钠、各种空腔耗材等)。

1.2 仪器与试剂

1.2.1 仪器动态浊度法:MB-80微生物动态检测系统(北京金山川科技发展有限公司);凝胶法:TAL-40A试管恒温仪。

1.2.2 试剂动态浊度法:细菌内毒素工作标准品(10 EU/支,批号:070618);革兰阴性菌脂多糖检测试剂盒(灵敏度:0.01 EU/ml,批号:EKT105);以上试剂均由北京金山川科技发展有限公司提供。凝胶法:细菌内毒素工作标准品(10 EU/支,批号:0703260);鲎试剂(灵敏度:0.25 EU/ml、0.06 EU/ml,批号:0705181、0703161);以上试剂均由湛江安度斯生物有限公司提供。所有试剂均在有效期内。

1.3 实验方法

1.3.1 供试品处理将血袋在百级净化台内将血液保存液释放入空袋内,再与红细胞保存液混合,在密闭系统内反复混匀,置于37℃恒温箱浸提1 h,取混合保存液作为供试品检测。其余装有液体的样本,直接抽取袋内溶液作为供试品检测。空腔耗材根据产品标准规定的内毒素限值确定授提介质体积,用内毒素检查用水浸泡器具内腔,置37℃恒温箱浸提1 h制备供试液。

1.3.2 标准曲线的可靠性试验用标准内毒素配成2、0.25、0.031 25 EU/ml 3个浓度作标准曲线。每一浓度做3支平行管,同时做2支阴性对照。检测结果,阴性对照反应时间均>3 600 s,大于标准曲线最低浓度的反应时间,r=-0.992 24,实验有效。

1.3.3 确定最大有效稀释倍数(MVD)MVD=CL/λ;其中C是供试品浓度为1.0 ml/ml;L是原辅材料内毒素限值;λ是标准曲线上最低的内毒素浓度为0.031 25 EU/ml。

1.3.4 干扰实验选择0.5 EU/ml作为原辅材料干扰试验中添加的内毒素浓度。选择原液及各稀释倍数的供试品作为实验溶液,稀释剂使用革兰阴性菌脂多糖检测试剂盒中提供的样品处理液,按照中国药典2005年版细菌内毒素检查法操作[2]。实验结果回收率在50%~200%之间的,不存在干扰作用。依此实验确定原辅材料细菌内毒素定量检测的稀释倍数。

1.3.5 本法与凝胶法的对照实验将122份原辅材料样本先按照相应方法进行处理并按照干扰实验确定的稀释倍数稀释后,按照干扰实验的操作步骤进行操作,使用MB-80微生物动态检测系统进行检测,同时用凝胶法做对照实验。

2 结果

见表1。

实验结果,使用动态浊度法和凝胶法对122份原辅材料样本同时进行细菌内毒素检测,结果完全一致。

3 讨论

依据干扰实验结果,确定样品稀释倍数。样品的内毒素回收率在50%~200%范围内,表明在该实验条件下,所稀释的样品浓度已对动态浊度法内毒素定量测定无干扰。该检测浓度可以作为日常检查的样品浓度。

原辅材料使用凝胶法检测,很容易出现假阳性或假阴性的结果,使用MB-80微生物动态检测系统进行检测,使用计算机监控,样品的反应情况在电脑上能够直观地反映出来。而且抗干扰能力较凝胶法强。

以往使用的凝胶法因为是手工检测、肉眼观察,所以无原始记录保留,而使用MB-80微生物动态检测系统因是定量检测而且使用计算机判读,能够清楚地保留实验的原始记录,这对于血站一旦发生输血纠纷时的举证非常关键。

使用MB-80微生物动态检测系统进行原辅材料内毒素检测,操作较凝胶法更简单,且能更直观地观察样品的变化情况,尤其是临界值的样本,对于原辅材料的质量控制具有非常重要的意义,且对于选择供应商具有重要的参考价值[3]。

MB-80微生物动态检测系统不但能够进行原辅材料的细菌内毒素检测,还能进行血液内毒素、血液真菌的检测,对于血站的血液质量控制具有意义重大[4]。

内毒素是目前医药工业中最普遍和最主要的外源性热原,控制内毒素污染就等于控制热原污染,为保证血液安全,严格控制每一批原辅材料的内毒素是十分必要的[5],使用MB-80微生物动态检测系统进行原辅材料的内毒素检测,方便、快速、灵敏,且与凝胶法结果完全一致。因此,应用MB-80微生物动态检测系统使用动态浊度法定量检测原辅材料细菌内毒素含量的方法是可行的,且较凝胶法具有更重要的意义。

[参考文献]

[1]中华人民共和国卫生部.中国输血技术操作规程血站部分[M].天津:科学技术出版社,1997:49.

[2]国家药典委员会.中华人民共和国药典[M].2部.北京:化学工业出版社,2000:附录88.

[3]刘芳,董小平,许淑春,等.LKM-32-02细菌内毒素检测系统在血站使用初探[J].基层医学论坛,2009,13(4):344-345.

[4]李冰,李俊杰,张振宇,等.血站一次性无菌采血器材的检测[J].中国误诊学杂志,2008,6(7):2524-2525.

篇4

麝香保心丸系统生物学研究意义重大

系统生物学是以整体性和系统性研究为特征的一门科学,强调整体性和系统性,可以从分子水平层次阐明复方中药整体作用特点,是当今中药创新研究中的热点领域。治疗冠心病的经典中药麝香保心丸不仅是第一个具有促进缺血心肌血管新生作用的中成药,也是缓解胸闷、胸痛起效最快的中成药。然而,由于麝香保心丸成分复杂,要完全清晰该药对机体的整体治疗机制难度较大。为了解决这一难题,在国家“十一五”科技支持计划、“重大新药创制”等科技重大专项的支持下,清华大学、上海第二军医大学等开展了麝香保心丸的系统生物学研究,打破了“中成药成分不明确”的历史,揭示了麝香保心丸治疗心肌梗死的作用机制,同时也为中药复方标准的制定、深入开展中药复方的系统生物学研究奠定了基础。

麝香保心丸有改善心肌缺血后差异基因表达的作用

物质组学研究是系统生物学研究的基础,上海第二军医大学张卫东教授带领的课题组从麝香保心丸中分离得到95个纯化合物,30个入血成分。在此基础上,代谢组学研究发现,麝香保心丸对心肌梗死治疗作用的药理机制主要是通过调节炎性反应、能量代谢及心肌肥大等通路的代谢过程抑制心肌梗死的进展,其疗效优于备受海外认可的治疗冠心病的复方西药Polypill。罗国安教授课题组通过基因组学方法对麝香保心丸作用机制进行研究,结果显示,心肌缺血后表达水平升高的基因在麝香保心丸干预后水平降低,而心肌缺血后表达水平降低的基因在麝香保心丸干预后水平升高,说明麝香保心丸有改善心肌缺血后差异基因表达的作用。同时研究证实,麝香保心丸对心肌梗死有明显的治疗作用,可降低大鼠LDH、CK活性,保护缺血心肌,缩小梗死范围,促进梗死边缘区心肌小血管生成,增加心肌供血。

麝香保心丸具有多靶点协同治疗作用

研究者在国际上率先提出利用系统生物学结合网络生物学研究中药复方的思路与方法,通过构建疾病作用网络及药物一疾病作用网络,从蛋白水平、分子水平阐明麝香保心丸的多作用靶点,为麝香保心丸临床疗效与安全性评价提供了重要依据。[该在国际著名杂惠《生物信息学前沿》《Briefings InBioinformatics》上,影响因子9.283。]

通过系统生物学研究,揭示了麝香保心丸是由多个有效成分通过多靶点协同作用发挥药效,由此更清晰地阐明了其作用机制。同时,大量的临床应用也证实了麝香保心丸用于冠心病心绞痛防治的有效性,现已有超过1亿人次获益。

篇5

关键词:穴位敷贴疗法;作用机理;中医药系统生物学;综述

DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2017.03.033

中图分类号:R245.9 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2017)03-0134-03

Research Review of Functional Mechanism of Treatment by Way of Pasting TCM on Acupoints HE Yan-ping1, XIAO Xiao-qin1, DENG Gui-ming2, OUYANG Lin-qi2, CHEN Zhen2, ZHANG Zhi-guo2 (1. Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410208, China; 2. First Affiliated Hospital of Hunan University of Chinese Medicine, Changsha 410007, China)

Abstract: Treatment by way of pasting TCM on acupoints has a long history and the clinical efficacy is determined. In this article, based on the concept of TCM wholism and meridian theory, the mechanism of acupoint pasting therapy was expounded from the aspects of medicine effects on local stimulation of the body, meridian conduction, medicine transdermal absorption. Combining with the research hot spots of modern medicine transdermal delivery system, metabolomics, and efficacy material, this article proposed a new study mode of systems biology of TCM.

Key words: acupoint pasting therapy; mechanism of action; systems biology of TCM; review

穴位N敷疗法最早见于《五十二病方》,是以中医理论为基础,以整体观念和辨证论治为原则,根据经络学说,选取一定的腧穴,并采用适当的药物进行贴敷,通过经络刺激与药物的作用,调理脏腑阴阳,疏通经络气血,从而达到预防和治疗疾病目的的一种疗法[1-3]。

穴位敷贴疗法是中医外治法的特色,目前在临床上已经广泛应用于内、外、妇、儿等科急慢性疾病,疗效肯定,尤其对肺系疾病如哮喘、慢性支气管炎、过敏性鼻炎防治效果显著[4-8]。

穴位敷贴疗法作用机制非常复杂,在国内外研究者对中药穴位给药机制进行的初步研究中,一般认为是药物透皮吸收和经络系统对人体调节的双重效应[9]。本文主要从以下3方面论述穴位贴敷疗法作用

基金项目:国家中医药管理局中药炮制学重点学科(2012年);湖南省中医药管理局重点项目(201443);湖南省教育厅重点项目(13A067);张志国全国名老中医药专家传承工作室建设项目(2016年)

通讯作者:肖小芹,E-mail:

机理,为今位贴敷疗法的临床应用和实验研究提供依据。

1 对机体的局部刺激

即相当于药物灸疗法,使局部血管扩张,促进血液循环,并通过神经反射,激发机体的调节作用。现代研究表明,当药物作用人体穴位后,使该穴位的组织结构、皮肤、神经、血管、淋巴均发生一定的变化,某些中药能刺激穴位使局部的温度增高,毛细血管扩张,有利于药物成分通过皮肤穿过毛孔不断地进入淋巴液、血液,从而发挥其药理作用。穴位敷贴还可能通过刺激机体局部以及药物的吸收、代谢对机体的有关物理和化学感受器产生影响,直接反射性地调整大脑皮层和植物神经系统的功能,通过细胞免疫和体液免疫增强抗病能力,从而达到防病治病的目的[10-11]。

但目前中药药效成分及经络调节机制尚未阐述清楚,寻找其他途径的研究方法对于揭示中药穴位贴敷给药的机制更有意义。而从中药药效物质基础和代谢组学探求中药药效物质基础已经成为当今中医药界乃至整个药学界关注焦点问题[12]。刘莉等[13]通过超高效液相色谱结合高分辨率质谱联用(UPLC-Q-TOF- MS)技术研究中药穴位贴敷治疗豚鼠尿液代谢物图谱,初步确认部分哮喘发作潜在的生物标志物和治疗哮喘潜在的生物标志物。该研究建立了基于豚鼠尿液的UPLC-Q-TOF-MS代谢组学研究方法,初步阐释了中药穴位敷贴治疗哮喘的代谢组学机制和中医穴位敷贴透皮给药的内涵。研究结果对用现代生物科学技术解释传统中药制剂理论有一定的启发作用。

2 穴位刺激及经络传导

研究表明经络和穴位不同于血管和血液,它可以使药物直接到达相关脏腑发挥作用,而不是像血管和血液将药物广泛分布到全身[10]。各种病邪侵犯人体,脏腑功能受损,导致经络涩滞,郁而不通,气血运行不畅,引起各种疾病,此时可能在经络循行部位尤其在其所属腧穴部位出现麻木、疼痛、红肿、结节或特定敏感区及与经络相关脏腑的疾病等异常情况。用中药贴敷相关穴位,激发经气,既有穴位刺激作用又通过经络传导,使药物充分发挥其功效。改善经络气血的运行,纠正脏腑的阴阳失衡,对五脏六腑的生理功能和病理状态具有良好的治疗和调整作用,从而达到抗御病邪,保卫机体的作用[14]。腧穴作为脏腑气血汇聚之所,有其独特的生理功能,现代医学研究还认为,经穴对药物具有外敏感性和放大效应,经络系统是低电阻的运行通道,因此,药物贴敷于特殊经穴,能迅速在相应组织器官产生较强的药理效应,起到单相或双相调节作用[11]。

3 透皮吸收

药物贴敷于相应穴位后,经皮肤渗透吸收,进而通过血液循环最终到达脏腑经气失调的病所,发挥药物的“归经”和功能效应,从而产生治疗疾病的作用[15-17]。

中药经皮给药系统(TDS)是将中药或中药提取物与适当基质和/或透皮吸收促进剂混合后,敷贴于皮肤表面或相应穴位以起到治疗作用[18]。穴位贴敷与TDS概念不谋而合,因此对TDS和中药体外透皮吸收的研究对揭示中药穴位给药机制具有重要意义。穴位敷贴具有经皮给药的优点,不仅可以避免因口服给药导致胃肠内消化酶对药物的分解作用和肝脏的首过效应,还可以通过控制药剂输送的速率,产生持续稳定的血药浓度,降低药物的毒副作用,减少给药次数,经济安全,简便易行。故将中药经皮给药与穴位功能结合起来研究其作用机理可以发挥更大的优势。

传统的穴位敷贴给药局限于丸、散、膏、糊等制剂,药物的溶解率不高,且有效成分难以迅速充分透皮透穴吸收利用,限制了药效发挥和进一步研究应用[19-20]。国内外研究者从物理促渗、化学促渗剂促渗和剂型因素3方面进行了中药经皮给药促渗技术的研究[21-24],取得了很好的效果。本课题组曾对咳喘穴位贴散进行了质量控制研究及剂型改进,采用超临界CO2萃取技术提取了咳喘穴位贴散配方药物的有效部位[25]。在处方确定的基础上优选了基质的配比组成,筛选了1%氮酮为贴片透皮促进剂,对贴片的成型性进行了研究,采用热熔法制备了新型咳喘穴位贴片[26];并进行了贴片体外透皮吸收和释放性研究以及2种剂型的体外透皮特性比较研究[27]。这些工作都表明利用现代科学和实验技术可以进一步促进穴位敷贴药物的渗透吸收,更好发挥其药理作用,为穴位敷贴进一步的研究与开发利用提供了扎实的基础。

4 展望

中药穴位敷贴疗法以中医整体观念和经络学说为指导,既有药物本身的渗透吸收作用,又有药物对穴位的刺激作用以及经络穴位的传导功能,它们之间相互影响、相互作用、相互补充,共同发挥整体叠加治疗作用。中药通过多成分、多靶点、多环节的整合效应而发挥其综合作用的优势。但传统的中医药理论只对方药效果给出直观和取象比类的说明,没有药效物质成分,也没有揭示产生药效的过程和机制,且中医理论没有指出疾病的病因病理的物质基础,有一定的局限性。近年来,中医药研究在国内外得到空前的重视和发展,各种现代科学和高新技术介入传统中医药研究开发,给中医药带来了新的发展机遇。系统生物学在目前中医药方法学创新研究中最受关注,系统生物学以整体性研究为特征,以整合多种组学信息为手段,力图实现从基因到细胞、组织、个体的各个层次的整合,是当前复杂生命体系研究中比较公认的思维方式和研究手段,中医药同样是一个复杂的系统,其理论中最具特色的“整体观”“辨证观”“动态观”,与系统生物学的研究思路十分一致。因此,积极引入系统生物学的新思路、新方法,将可能成为推动中医药的现代化探索一个突破口,也开辟了系统生物学研究的一个新兴领域――中医药系统生物学。因此,以中医药理论为指导,结合现代科学分析与生物信息学技术,基于中医药系统生物学模式进行探索,加强基础研究,从药效物质组学、代谢组学等方面研究中药穴位敷贴疗法治疗疾病的药效物质基础及作用机制,将可能发现穴位敷贴药物药效作用的活性分子群、作用机理及可能作用靶点,实现药效物质基础与作用机制研究的一体化。基于临床疗效确切的咳喘穴位贴散,同时对传统敷贴进行剂型和制作工艺的改革,借鉴现代透皮给药的新技术、新方法,研制高效、新型的外用敷N药物,将有更广阔的市场前景。

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篇6

一、人类基因组计划与基因组学

在荣膺1962年诺贝尔生理学医学奖的沃森(JamesDeweyWatson)、克里克(FrancisHarryComp?tonCrick)和威尔金斯(MauriceHughFrederickWilkins),于1953年发现DNA双螺旋结构之后。相继于1958年和1980年罕见地两次荣获诺贝尔化学奖的桑格(FrederickSanger),先后完整定序了胰岛素的氨基酸序列和发明很重要的DNA测序方法,这些划时代的杰出成就于20世纪后半叶完全“打开了分子生物学、遗传学和基因组学研究领域的大门”。于是20世纪80年代形成了基因组学,在随后20世纪90年代人类基因组计划实施并取得很大进展后,基因组学取得了惊人的长足进展。

基因(gene)是DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传特征的特定核苷酸序列的总称,系具有遗传物质的DNA分子片段。基因位于染色体上,并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代,还可以使遗传信息得到表达。例如不同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同,是基因差异所致。基因是生命遗传的基本单位,不仅是决定生物性状的功能单位,还是一个突变单位和交换单位。由30亿个碱基对组成的人类基因组,蕴藏着生命的奥秘。

基因组(genomes)是一个物种的完整遗传物质,包括核基因组和细胞质基因组。即基因组是生物体内遗传信息的集合,是某个特定物种细胞内全部DNA分子的总和。显然原先只关注单个基因是远远不够的,应当深入研究整个基因组,于是产生了基因组学。

基因组学(genomics)是专门从分子水平系统研究整个基因组的结构(以全基因组测序为目标)、功能(以基因功能鉴定为目标)以及比较(基于基因组图谱和序列分析对已知基因和基因的结构进行比较)的分支学科。基因组学着眼于研究并解析生物体整个基因组的所有遗传信息,突出特点是必须以整个基因组为研究对象,而不是只研究单个基因;同时还要研究如何充分利用基因在各个领域发挥作用。基因组学概括起来涉及基因作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学问题。这门分支学科交叉融合了分子生物学、计算机科学、信息科学等,并以全新视角探究生长与发育、遗传与变异、结构与功能、健康与疾病等生物医学基本问题的分子机制,同时提供基因组信息以及相关数据系统加以利用,进而解决生物、医学和生物技术以及相关产业领域的有关问题[3]。基因组学的主要目标包括认识基因组的结构、功能及进化规律,阐明整个基因组所涵盖遗传物质的全部信息及相互关系,为最终充分合理利用各种有效资源,以提供预防和治疗人类疾病的科学依据。

人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)的确立和实施极大地促进了基因组学的发展。人类基因组计划的提出,可追溯到寻求新方法解决日本广岛长崎原子弹幸存者及其后代的基因突变率检测低于预期问题。1984年12月美国能源部资助召开的环境诱变和致癌物防护国际会议,第一次提出测定人体基因和全部DNA序列,并检测所有的突变,计算真实的突变率。1985年6月,美国能源部正式提出了开展人类基因组测序工作,形成了“人类基因组计划(HGP)”的初步草案。历经几年酝酿与论证,1988年美国国会批准拨款,支持这一被誉为完全可以与“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗登月计划”并列相比美的宏伟科学计划。1990年正式启动后,陆续扩展成为美国、英国、法国、德国、日本和中国共同参加的国际性合作计划。2000年人类基因组工作框架图(草图)完成,是人类基因组计划成功的标志。

HGP这项规模宏大,跨国家又跨学科的大科学探索工程。旨在测定组成人类染色体(指单倍体)中所包含的30亿个碱基对所组成的核苷酸序列,从而绘制人类基因组图谱,并且辨识其载有的基因及其序列,达到破译人类遗传信息,解码生命奥秘,探索人类自身的生、老、病、死规律,揭示疾病产生机制以提供疾病诊治的科学依据。截至2005年,人类基因组计划的测序工作已经完成,但基因组学等研究工作一直在不断深人和扩展。例如,2006年启动了肿瘤基因组计划力求揭示人类癌症的产生机制以及癌症预防与治疗的新理念。当下已经迈进后基因组时代,从揭示生命所有遗传信息转移到在分子整体水平上对功能的研究(功能基因组学)。21世纪的生命科学以新姿态和新方法阔步向着纵深发展,同时有力推进了基础与临床医学、生物信息学、计算生物学、社会伦理学等相关学科的蓬勃发展。为促进这些相关学科及其应用的更好发展,尤其推动在人类健康与疾病、个性化医疗、农业、环境、微生物等诸多领域的广泛应用,自2006年以来巳经召开了十届国际基因组学大会(ICG)。第10届国际基因组学大会于2015年10月在中国深圳举行,特别就临床基因组学、生育健康、癌症、衰老、精准医疗、人工智能与健康、农业基因组学、合成生物学、生命伦理和社会影响、相关组学及生物产业等热点问题进行深人研讨,展现了相关组学的旺盛活力。

二、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等与基因组学相辅相成

基因组学作为研究生物基因组的组成,组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的科学,又必须从系统生物学角度与方法,着眼于整体出发去研究人类组织细胞结构、基因、蛋白质及其分子间相互作用,并通过整体分析研究人体组织器官的功能代谢状态,从而才能更有效地探索解决人类疾病发生机制及其诊治与保健问题。

虽然人类基因组图揭示了人类遗传密码,而对生命活动起调节作用的是蛋白质。基因组研究本身不能体现蛋白质的表达水平、表达时间、存在方式以及蛋白质自身独特活动规律等。因此,自从基因和基因组学问世以后,分子生物学的组学大家庭中,不断延伸分化形成了相互密切关联的转录组学(tmnscrip-tomics)、蛋白质组学(proteomics)、代谢组学(metabo-lomics),以及脂类组学(lipidomics)、免疫组学(lmmu-nomics)、糖组学(glycomics)、RNA组学(RNAomics)等,这些相互密切关联的组学构成丰富的系统生物学以及组学生物技术基础。

转录组学是一门在整体水平上研究细胞中基因转录情况以及转录调控规律的分支学科。也即转录组学是从RNA水平研究基因表达的情况。转录组即一个活细胞所能转录出来的所有RNA的总和,是研究细胞表型和功能的一个重要手段。可见在整体水平上研究所有基因转录及转录调控规律的转录组学,乃是功能基因组学研究的重要组成部分。

蛋白质组(proteome)是指一个基因、一个细胞或组织所表达的全部蛋白质。而蛋白质组学研究不同时间、空间发挥功能的特定蛋白质及其群体;从蛋白质水平上研究蛋白质表达模式和功能模式及其机制、调节控制及蛋白质群体中各个组分。蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征,包括蛋白质的表达水平,翻译后的修饰,蛋白与蛋白相互作用等,由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生,细胞代谢等过程的整体而全面的认识。基因组相对稳定,而蛋白质组是动态的概念。研究蛋白质组学是基因组学研究不可缺少的后续部分,也即生命科学进人后基因时代的特征。

代谢组学的概念源于代谢组,代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物。代谢组学则是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新分支学科。代谢组学以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处理为手段,以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支。继基因组学和蛋白质组学之后新发展起来的代谢组学,是借助基因组学和蛋白质组学的研究思想,对生物体内所有代谢物进行定量分析,并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系。基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探寻生命的活动,而实际上细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的。因此有研究者认为“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生,而代谢组学则告诉你什么确实发生了”。所以,代谢组学迅速发展并渗透到诸多领域,例如疾病诊断、医药研制开发、营养食品科学、毒理学、环境学、植物学等与人类健康密切相关的各领域。

三、放射组学在交叉融合中应运而生

2015年是伦琴发现X射线120周年,正如简明不列颠百科全书所评价:X射线的发现“宣布了现代物理学时代的到来,使医学发生了革命”W。近40多年来计算机科学技术的交叉融合,以X射线透射开始并不断拓展许多种类型的医学成像技术,又经历了数字化革命而呈现出跨越式发展。数字化医学影像学已经成为现代医学不可或缺的重要手段和必不可少的组成部分。医学影像学在保健査体、疾病预防、疾病筛査、早期诊断、病情评估、治疗方法选择、康复疗效评价等,以及生命科学研究方面发挥了越来越大的不可替代作用。随着多排螺旋CT、双源CT、能谱CT、磁共振成像(MRI)、单光子和正电子计算机断层显像(SPECT与PET)、图像融合一体机成像(PET/CT等等)诸多影像医学新设备、新技术、新方法层出不穷,医学影像学巳经从结构成像发展到功能成像,又迈向分子影像学的新阶段。尤其进人21世纪后,分子影像学方兴未艾地蓬勃发展,已经成为分子生物学的重要手段。当前数字化医学影像学所形成的大数据又密切关联到相关基因组学,应运而生了放射组学(radiomicsV)。如果说20世纪驱动医学影像学的发展主要是依靠物理学和计算机科学技术、电子工程科学技术等,而21世纪则迫切需要与医学、分子生物学(包括基因组学等诸多组学)等相关学科进一步深人交叉融合相辅相成。

放射组学(亦有称之为影像组学)、分子影像学完全是与基因组学、蛋白质组学等相关组学彼此关联并相互促进而不断发展的。整合各种技术实现运用影像学手段显示人体组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子,并能反映活体状态下分子水平变化,从而对其生物学行为在分子影像层面进行定性和定量研究,无论在人体保健与疾病的诊断治疗,或者在药物研究开发,以及在基因功能分析与基因治疗研究等方面,都凸显了巨大优势和良好前景。

包含分子影像学的数字化医学影像学迅速发展,可提供越来越丰富的多层次医学影像数据资料,显然必须加以深度发掘并充分利用这些极其庞大的数字化信息。通过放射组学研究,解码隐含在医学影像信息中的因患者的细胞、生理、遗传变异等多因素共同决定的综合影像信息,并客观且定量化将其内涵呈现在临床诊治、预后分析的整个过程,这无疑会成为临床医学具有重大意义的革命。应运而生的放射组学,就是致力于应用大量的自动化数据特征化算法将感兴趣区域(regionofinterest,R0I)的影像数据转化为具有高分辨率的可发掘的特征空间数据。数据分析是对大量的影像数据进行数字化的定量高通量分析,得到高保真的目标信息来综合评价肿瘤的各种表型(phenotypes),包括组织形态、细胞分子、基因遗传等各个层次。例如近期文献报道,放射组学可揭示肿瘤预测性的信号,能够捕获肿瘤内在的异质性,并与潜在的基因表达类型相关联。

美国的国家癌症研究所(NationalCancerInstitu?te,NCI),已经建立量化研究网络(quantitativere?searchnetwork,QIN),旨在共享数据、算法和工具,以加速影像信息量化的合作研究网络U5]。他们将放射组学的建设及应用框架分为5部分:①图像的获取及重建;②图像分割及绘制;③特征的提取和量化;④数据库建立及共享;⑤个体数据的分析。当然这些均是很有挑战性的工作。

放射组学通过标准化的图像获取以及自动化的图像分析等,能为疾病的诊断、预后及预测提供有价值的信息。近期的研究还提示放射组学能有效预测不同患者中的肿瘤基因异质性等,可见放射组学有着广阔应用前景。四、发展相关组学更好共促精准医疗

从基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等2直到新形成的放射组学,均是在相关学科交叉融合中,当条件与时机发展到一定程度而瓜熟蒂落催生。

这些相互关联的组学全部都兼备着学科分化以及整合的特色。学科交叉融合根据发展需要分化催生出4新分支,而所有这些组学分支学科又都从系统生物学角度出发,注重对形成的分支学科自身整体开展研I究。正是如此辩证统一的现代科技发展特点,如同DNA的螺旋结构一样在不断深化中而螺旋式上升,7推动科学技术向更深层次和更高水平发展。

篇7

1990年启动的人类基因组计划把生物学由分子生物学时代推向了系统生物学时代,生物学由分解转向整合。代谢组学是继基因组学、转录组学、蛋白质组学之后,系统生物学的重要组成部分。细胞内的生命活动大多发生在代谢物层面,如细胞信号释放、能量传递、细胞间通信等,因此,代谢组学被认为是“组学”研究的最终方向[1]。中医药学是有着几千年历史的古老科学,中医药的现代化研究迫切要求将古老的中医“语言”用现代科学加以阐释,而近年来用现代医学的还原论思想模式来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。代谢组学与中医药学都是用整体思维模式来研究机体的,因此,如果能寻找到有机的切合点,将处于科学研究前沿的代谢组学与中医药学研究结合起来,势必能更好地推动中医药现代化的进展。笔者重点探讨了代谢组学与中医药学的联系及代谢组学在中医药现代研究中的应用,以期抛砖引玉,为代谢组学应用于中医药的现代化研究提供理论帮助。

1  代谢组学与中医药学理论体系的联系

   

中医药学是有着数千年历史的古老科学,在历代医家不懈的医疗实践中,形成了以整体观念和辨证论治为特点的理论体系。所谓整体观念,是关于人体自身的完整性及人与自然和社会环境统一性的认识,是整体思维方法在中医理论中的体现。中医药学非常重视人体的统一性和完整性,认为人体的每个局部都是整体的一部分,都具有整个生命的全部信息;另一方面注重人体与环境的统一性,认为人的生命活动与自然运动规律相统一。这种观念贯穿于中医学对人体的生理活动和病理变化乃至疾病的诊断、预防和治疗等各个方面的理性认识之中。近年来,中医药现代化研究已经成为学术科研上的焦点问题,学者们力图用现代科学方法论来衡量和改造中医药学,却出现了中医药学在现代科学面前无法证明其科学性的尴尬局面[2]。这都是由于现代医学的方法论与中医药学的方法论之间存在着明显的鸿沟,中医药学研究用的是整体思辨的网状思维模式,它注重把握事物之间的联系,而不是事物本身,因而其知识结构是综合的、整体性的;同时,中医药学善于把人与环境因素综合地加以考虑,其思维呈网状结构。而现代医学研究是还原分析的链式思维模式,它是建立在实验分析基础上的,注重研究事物本身的特性,往往忽略了事物之间的联系,其知识结构是分析性的、局部的。然而,人体本身是一个复杂的整体,人体的复杂性及疾病的联系性,与中医的整体网状思维模式接近现代医学,也正由一元化向多元化转变,由单一性向系统型转变。基因组计划基本完成,标志着生物学研究进入了“后基因时代”,而系统生物学研究是后基因时代的最主要研究任务。基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学都是系统生物学的重要组成部分,基因组学、转录组学和蛋白质组学分别从基因、mrna、蛋白质层面探寻生命的活动,然而,代谢物是生命活动的最终产物,代谢物的水平可以被看作是基因或环境发生变化时生物体作出的最终的应答,正如oliver fiehn所认为的“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”[3],“基因组学和蛋白质组学告诉你可能发生什么,而代谢组学则告诉你已经发生了什么”[4]。因此,代谢组学是系统生物学研究的终点。总之,代谢组学属于全局系统生物学(global systems biology)研究方法,与中医药学的整体观念相对应;且代谢组学研究的目标是代谢物,而“代谢物是基因型到表现型之间的桥梁”,其研究更接近表现型,由此,代谢组学用于中医药现代化研究具有不可比拟的优势。

2  代谢组学与“证”的现代研究

辨证论治是中医学认识和治疗疾病的基本思路,是中医理论体系的基本特点之一。“证”是辨证论治的起点和核心。所谓“证”,是指在致病因素作用下,机体内外环境各系统之间相互关系发生紊乱所产生的综合反应,是反映疾病处于某一阶段病因、病性、病位、病势等病理要素的综合性诊断概念。因此,“证”的现代研究是中医药现代化研究的核心任务。近年来,学者们对“证”进行了广泛而深入的研究,主要集中在证候的标准化、客观化、证候的本质、计量诊断、证候的动物模型等方面。其中证的标准化、规范化是进行“证”的其它方面研究的基础,如果对证候没有一个客观的尺度加以评价,其它方面的研究也就无法进行。每一个证候都有其外象(外候)与内涵,证的标准化研究中,对其外候的研究主要是根据中医文献及临床资料,并结合临床流行病学研究,制订某些证的诊断标准,使辨证达到规范化,并将现代医学的实验指征结合到证的研究标准之中;但外候是用四诊——望、闻、问、切所获得的信息进行整理而得,很难量化,即使用流行病学方法加以分析,亦是靠专家经验打分,最多亦只是半定量。这种诊治的准确性很大程度上依赖医生的诊疗经验,无论在准确性、稳定性、敏感性等方面都更多地受到医患双方主观因素的影响。因此,从证的内涵方面去制定“证”的诊断标准十分有意义。近年来,学者们致力于探索证候的高特异性和高灵敏性的指标,试图建立证候实验诊断单个金指标,然而,由于证的整体性、动态性和异病同证、同病异证等特征,不可能用单一指标作定性、定量、定位的说明。据此,证候客观化研究采用综合指标,精选非特异指标进行特异组合,建立能反映证本质并能区别它证的定性、定量、定位综合实验指标,辅助四诊,确定证候诊断具有重要的意义。代谢组学正具备反映和解决这些问题的“组”、“群”、“谱”集成的分析功能。它能够通过检测不同时间患者的尿液或血液,对这些代谢产物进行分析,从而确定不同的证所对应的代谢组,使“证”可以得到客观化的表述。另外,利用代谢组学方法,通过研究代谢物图谱随时间的变化,能够帮助人们更好地理解疾病过程中“证”的变化与机体内物质的代谢途径和代谢状况的关系,还有助于疾病生物标记物的发现和辅助诊断,使诊断、治疗达到个体化。其准确性依赖于仪器的性能,可以提高诊治的科学化、定量化,避免了人为因素的误诊。

3  代谢组学与中医药疗效的整体评价

既然疾病具有系统化、动态化、整体化的特征,所以,在治疗时应随疾病的进程不同相应地调整药物剂量和种类。因为疾病发生的不同阶段需要不同的药物组分发挥调节作用,而以单一成分作用到单靶点的西药对此束手无策。从这个意义上讲,中药没有无效成分。所谓无效成分只是相对疾病的不同阶段而言。因此,未来的若干年,复方药或多组分药将在疾病治疗中担当重要角色。中药及复方具有多种组分,其多效性、多靶点、多途径发挥作用等特点又为其临床疗效评价带来了很多难题。近年来,对于中医药的临床疗效评价,自觉不自觉地照搬西医过去生物医学模式的疗效评价和标准,从单侧面、单生物学因素着手,缺少系统地反映中医个体诊疗特色和复合干预策略的疗效评价方法和指标[5],这一点严重影响了中医药的质量和水平及其可信度。另一方面,又无法有效地将可能存在的临床疗效优势客观的表现出来。因此,中医药的临床疗效必须用系统方法学加以评价,寻找客观、系统的临床疗效评价方法是中医药现代研究中急需解决的重点问题。

代谢组学的出现为中医药临床疗效评价提供了全新的思路和工具,中药(尤其是复方)的整体性作用机制和疗效在系统代谢组学的研究方法下将可能得到充分的展示和挖掘。疾病状态可以引起机体内代谢物的整体发生变化,成功的治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须的代谢途径的调控[6]。利用代谢组学方法,通过监测分析尿液、血液、唾液及细胞和组织的提取液等一系列样品的谱图在用药前后的整体变化,再结合模式识别方法,不仅可以客观地评价药物对于疾病的治疗效果,还可以对人体功能活动、生存质量和影响健康等的重大事件加以评价。中药及复方的临床疗效评价得以客观化后,对于中医药学用循证医学的方法进行进一步疗效评价提供了可能性。另外,在中医药研究中要高度重视其对肠道菌群的影响。现代研究发现,在正常情况下肠道菌群之间存在着复杂的动态平衡关系,此种平衡不仅为肠道正常菌群的生存所需要,而且对其宿主的多种生理功能(尤其是代谢)乃至生命活动亦至关重要,即肠道微生物群落实际上参与了人体的生理、病理和药理(毒理)过程,形成了人类代谢网络中重要的组成部分。中医从整体出发研究人体的平衡与失调问题,并通过中药使其恢复平衡,与肠道内微生态环境的平衡理论有异曲同工之处。中药大多数给药途径是通过口服,经过消化道在局部起作用或通过吸收在全身起作用。中医药的整体观虽然与西医相比具有其特殊性,但与现代微生态学具有一致性,因此,肠道菌群研究很可能会成为用代谢组学的方法来研究中医药的突破口。正如代谢组学鼻祖nicholson教授所提出,“在global systems biology的框架下,将人看作一个superorganism来进行代谢组学研究的思想,把人与环境(地理的、社会的)、人与肠道菌群之间的相互作用加以综合考虑,使我们能够更全面、真实地反映人体疾病与代谢变化的关系,从而达到个性化医疗(personalized healthcare)的理想目标”[7]。这种思想与传统中医药强调人与社会环境的整体观、四时和饮食对人的影响、辨证施治等思想是一致的。

4  代谢组学与中药新药研究

中药的化学成分复杂,中药及复方在治疗疾病时,主要是由于药效组分在多靶点或多器官上发挥整体综合调节作用,具有多因微效的特点。正由于中药及复方的多组分和作用具有多效性、多靶点性、多途径性等特点,为其新药开发带来了诸多的障碍,如中药的质量控制、发挥作用的物质基础、作用机理、安全性研究等都是中药新药研究亟待解决的重点和难点问题[8]。

中药材的质量直接影响中药饮片和中成药的质量,最终影响其临床疗效。中药材的质量好坏与其所含的化学成分直接相关。因此,对中药组成成分的控制是中药材质量控制的着眼点。中药的多种组分,其实质就是其多种代谢产物的集合,其组成、含量和存在状态等受到产地、气候、采集季节及后处理等多方面因素的影响。代谢组学可以用于分析中药中各种组分的类型、含量和状态随各种因素的变化,可以定量地对其进行评价,从而实现对其质量进行控制。所以,代谢组学用于中药栽培、采集、加工阶段,符合药品生产质量管理规范(gmp)的质量控制以及药物监督部门针对药物质量的控制,无疑是最佳方法。这种方法准确、重复性好,而且不依赖于操作人员的经验[9]。对于中药及复方的药理作用机制的研究,代谢组学也具有绝对的优势。成功的疾病治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时又不得干扰其它维持健康所必须代谢途径的调控。药物的作用机制的研究就是研究药物在这种调控作用中所起到的作用和如何起作用。通过认识体液“代谢指纹图谱”变化的原因,联系基因组学和蛋白质组学的方法,可以寻找药物作用的靶点或受体,从而发现药物作用的机制。正如nicholson教授提出的proteo-metabonomics的概念,即将蛋白质组学与代谢组学相结合,以便更全面、有效和准确地寻找药物作用的生物标志物。在中药及复方的安全性评价方面,代谢组学通过分析与毒性作用的靶位和作用机制密切相关的生物体液中的代谢产物谱随时间的变化,可以确定毒性作用的靶器官和组织、毒性作用的过程和生物标志物[10-11]。因此,代谢组学可以反映出毒性效应的终点状况,并且可以与生化和病理指标联系起来。所有的代谢物都有其特征nmr 谱峰,故代谢变化的指纹图谱可以作为毒物检测的定性依据,以便从功能和安全性两方面使药物筛选更有效,为新药临床前安全性评价提供可靠的技术支持和保障。因此,代谢组学在毒物药物学的研究中将发挥极其重要的作用。

5  结语

代谢组学是处于科学研究顶端的前沿性科学,近些年中,其发展非常迅速。虽然由于技术和设备等的局限,我国在这方面的研究才刚起步,但其在中医药领域的应用已初步显现出了明显的优势,将其用于中医药学的研究,必将对中医药的现代化研究起到推波助澜的作用。因此,引进先进的技术和设备,大力开展代谢组学在中医药领域的研究,对于推进中医药现代化的进程具有重要的现实意义。

【参考文献】

 

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[4] german jb,bauman de,burrin dg,et al.metabolomics in the opening decade of the 21st century building the roads to individualized health[j].j nutr,2004,134(10):2729.

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[8] 梁鑫淼,徐 青,章飞芳.中药现代化研究的几点思考[j].中国科学院院刊,2004,19(3):218-220.

[9] 沈一丁,费贵强,张 宇.代谢组学促进中医药现代化[j].精细化工, 2005,22(6):444-446.

篇8

近年来,笔者结合系统生物学、中医药信息学和生物信息学等学科的最新研究成果,提出了血液指纹图谱藏象信息模型这一中医药信息学研究新方法。为方便大家了解和认识这一方法,笔者一直以现代科学的一些研究进展为参照来介绍这一方法。但是,在具体的研读过程中,却有了如下一些新的重要发现。这要从自稳态开始。

自稳态:正常机体主要在神经和体液的调节下,在不断变动的内外环境因素作用下能够维持各器官系统机能和代谢的正常进行,维持内环境相对的动态稳定性,这就是自稳调节控制下的“自稳态”,或称内环境稳定(homeostasis)。

生理学,是研究人体机能的学科,其要点在于稳态和调节。稳态是生理学核心概念,生理学研究的主题,从整体水平解释生命现象和机体的行为。

张有和、任秀玲、杨殿兴等认为中医的实质是状态医学。它是通过对人体功能状态进行研究,从而对生命信息进行正确的归纳与认识,进而形成独特的认识系统的。还有学者认为中医是过程状态医学,其实质与之一致。

所以,自稳态可以看作是沟通中西医的关键点。已经有许多学者做了一定的论述。

1 自稳态与阴阳

赵国求[1]认为,中医阴阳平衡等价于人体复杂巨系统的最佳自稳态。刘成源[2]指出,自稳平衡思想是气化理论的核心。王春燕:阴阳自和蕴含着中医稳态理论。张克家:西医和中医都认为,人或动物体是由体内各种调节机制调控而维持的一种动态平衡,西医称之为“自稳态”,中医称之为“阴平阳秘”。金光亮:稳态学说的发展,与《内经》对人体生理功能活动的有关认识愈来愈接近。

从现代生物学角度上看,自稳体系是多层次的,也是多元的。它的多层次,表现在整体水平、器官组织水平、细胞水平、分子水平。无论在哪个水平,都是自稳结构。而中医的阴阳五行认识恰恰是最高的一层——整体水平。

2 自稳态与藏象

刘成源[2]:人体中的稳态是以五脏为中心,按照五脏与五腑、五体、五官、五华、五色、五音、五声、五味、五志的功能联系,形成一个以五脏为中心的五大功能系统,以五脏为中心的五大系统之间以生克乘侮关系达到稳态;并达到与社会及四时阴阳的和谐统一。

李梢认为,依据五脏促进、制约的相互作用,机体在生理状态的一定条件下能够形成较大幅度的稳态机制,并实现五脏功能随时间变化的性质,从而阐发中医整体观以及机体稳态的控制论机理。并开展了基于控制论的中医学四时五脏系统稳态性能仿真研究。

余如瑾,郭霞珍:外界因素与五脏的关系是通过五脏调控系统来实现的,五脏调控系统与现代医学的一些理论有相通之处。

严灿认为,中医五脏调控理论充分反映了中医学的稳态观。同时,随着现代生物技术的飞速发展,五脏调控系统的调控机制可以在细胞、细胞间识别及大分子信息物质的研究水平得到不断深入的揭示。

2.1 生物节律是自稳态的定性与定量化描述 生物节律(biorhythm) 从生理指标到整体机能都不是固定不变,也不是匀速运动,往往表现出周期性变化的规律。在生理学中,把按一定的时间顺序发生变化,即按一定的时间重复出现、周而复始的功能活动变化节律叫做生物节律。自稳态的调定点是有节律性波动的,生物节律是对自稳态的定性与定量化描述,生物节律也就是对人体状态或者功能态的定性与定量化描述。

2.2 藏象理论把人体功能态划分为五个阶段和环节,并对其功能定性 中医藏象理论把机体自稳态依时间次序划分为五个单元,在这五个单元里面依次功能旺盛的部分也有五个,他们被分别命名为肝、心、脾、肺、肾五藏,共同组成了整体。这就是中医由功能确定结构属性的方法,由于这五藏对应于金、木、水、火、土五行,所以他们互相之间作用和影响的时候遵循生克制化乘侮等规律。应该说这是对阴阳的细化,也就更加实用。而且是在整体这个水平上的细化。而西医目前对自稳态研究的细化,主要表现在向器官组织水平、细胞水平、分子水平细化。缺乏在整体水平上的横向细化。

2.3 藏象理论把人体功能态划分为多个层次 藏象理论对人体功能态划分是由生理到病理的次序。

3 自稳态与疾病、证本质

西医的研究进展表现在其疾病观与中医日趋接近。具体表现在中医的证与西医的疾病观念日趋一致。

3.1 新的疾病观 《病理生理学》:疾病(disease)是机体在外界致病因素和体内某些因素的作用下,因自稳态调节紊乱而发生的生命活动障碍过程。疾病过程的共同规律中,居首位的是自稳态调节功能紊乱。

3.2 自稳态与证本质 鲁兆麟教授说:“中医是一门注重综合的状态医学,其描述的对象是病人的整体状态。”《中医基础理论》:“证,是机体在疾病发展过程中的某一阶段的病理概括。由于它包括了病变的部位、原因、性质以及邪正关系,反映出疾病过程中某一阶段的病理变化的本质,因而它比症状更全面、更深刻、更正确地揭示了疾病的本质。”马晓燕[3]:稳态观指导下的功能调节系统方法要求在有序度的变动中建立和维持最佳的有序稳态。中医学正确地把有序稳态的保持或破坏理解为健康或疾病。把体内多种多样的运动变化过程和相互作用的有序稳态称为“阴平阳秘”,是健康的表征,反之阴阳偏盛或偏衰则导致疾病,是体内多种相互作用和运动变化的不正常过程的综合反映。祝恒琛《未病学》: 内稳态调节是中医基本治法。周东浩提出了证候就是“能反映机体自稳调节紊乱所致的相对稳定的生命系统异常状态实质的特征性的、具有内在联系的各种症状、体征以及各种检查结果的总和”,而证的实质就是这种生命系统异常态。

申维玺[4]:中医证发生的机理是由于细胞因子网络调节系统自稳态平衡破坏的结果,是一类细胞因子网络“功能态”的失常。

证的定义:中医藏象理论和六经理论,把一个完整的日、年等时段内的自稳态划分为若干个单元,一个或者几个自稳态单元的调节功能紊乱就是证。

3.3 中西医的区别已经缩小,即西医已经向中医大幅靠拢

通过对比自稳态与阴阳平衡,证与西医疾病的概念,我们可以看到中西医的区别已经缩小。这就要求,我们重新认识中医独特的优势。

中西医比较研究,在本质上,是中医现代化研究的前提和基础,起参照系的作用。它帮助确定中医对自身的定位以及确立中医现代化的目标。这一工作的严重滞后,当然会造成严重后果。

过去,我们说辨证论治是中医学区别于现代医学的一大特色,现在西医已经可以简单的辨阴阳证了,我们就需要改为各种辨证体系是中医学区别于现代医学的一大特色。

过去说西医是结构观、还原论指导下的结构医学或实证医学,中医是运动观、系统整体论指导下的过程医学或状态医学。现在也要修改了。4 自稳态与指纹图谱、模式识别

庄永龙、李梢开展了基于控制论的中医学四时五脏系统稳态性能仿真。结果发现依据五脏促进、制约的相互作用,机体在生理状态的一定条件下能够形成较大幅度的稳态机制,并且能够实现五脏功能随时间变化的性质,从而提示了机体五脏功能系统及四时五脏相互作用的控制论机理。

由于西医传统思维上的惯性和在科学上操作难度极大, 西医自稳态的研究方向主要表现在向器官组织水平、细胞水平、分子水平细化。

但是,分子生物学、系统生物学和生物信息学的发展,促进了西医研究方法中系统、整体和信息方法的发展。生物节律、时间生物学的提出和应用。神经-内分泌-免疫网络系统理论的提出和应用。蛋白质指纹图谱、代谢指纹图谱方法的提出和应用。细胞信号转导方法的提出。生物模式识别的广泛应用……这些与中医取象比类的整体性方法日趋接近。

应用指纹图谱工具研究自稳态节律已经呼之欲出。王永炎院士主张:(1) 将生物信息学切入到中医研究,主张用字符数学图表达,但是中医许多东西信息学目前尚解决不了,如“神”的问题。(2) 中医证候的研究很重要。既要看到中医和西医的区别,也要看到两者在理论层面的趋同性。(3) 中西医现都已认识到,人体这样一个复杂系统应该是非线性的,而且应是用自组织自调节自稳态的一个系统来切入研究。新世纪,中西医朝真正在理论层面的结合变为可能,但需要一个很长的过程。运用信息学方法,以证候为主体,探讨与疾病、方剂的相关性。中医基础理论的构建与研究方法——香山科学会议第219次学术讨论会纪要。

笔者一直认为中医的弱项是技术工具而不是理论和方法,近50年来现代医学的发展充分证明了这一点。中医现代化最主要的是技术工具现代化,汉字输入输出现代化之前,汉字落后论花样百出何其堂皇,20世纪80年代基于电子计算机的汉字输入法五笔字型开发成功以后,谁还相信汉字落后。所以,中医现在最需要的是应用信息技术工具实现自己的理论方法和应用,具体说,就是笔者的,基于系统生物学、中医药信息学和生物信息学等学科最新研究成果的,血液指纹图谱藏象信息模型这一中医药信息学研究新方法。这一方法实际上已经实现了,中医研究技术工具的现代化,或者说,现代技术工具的中医化[5]。

参考文献

1 赵求国,童忠良.中西医理论结合的困难.中国中医基础医学杂志,2004,10(2):10.

2 刘成源, 罗红艳. 气化理论及中医学的自稳平衡思想. 中国中医基础医学杂志, 2000, 6 (3): 4-6.

3 马晓燕.系统观认知方式与中医学认知方式之比较.医学与哲学,2000,21(9):41-42.

4 申维玺,孙燕.论中医证的化学本质是蛋白质和肽及证本质的分子标准.中国中西医结合杂志,1999,1130.

篇9

中医认为“证”是病的某一阶段的主要矛盾的概括,它受病的基本矛盾的干扰,两者之间存在不可分割的联系。因此,证候诊断离不开具体疾病的诊断,证候诊断的规范化研究应采用病证结合的研究思路,这样才能对疾病过程中各个发展阶段的证候作出正确的诊断,才能将中医的证候演变规律更清晰地凸现出来。由于相对于中医学病名而言,西医学病名往往诊断明确,机制比较清晰,所以应选择西医诊断明确,而中医治疗有优势,又严重威胁人类健康的临床常见病和多发病,采用西医辨病,中医辨证,以病为经,以证为纬,病证结合的研究思路。“方”与“证”密切相关,方由证立,证随方名,方能测证,证能验方。很多有效的经方、名方是结合了中医理论精华和长期临床实践经验配伍而成,与其特定的证候有较明确的对应关系。而且,临床疗效是临床医学的核心和关键问题,证候分类在一定程度上应建立在方剂疗效观察的基础上,通过以方测证还可以对“证”进行动态的研究。所以,有课题组提出“以候为证,以象为素,病证结合,方证相应,是建立辨证方法新体系的依据”[2];也有学者提出“围绕证候病机及其与疾病和方剂的相关性这一中医证候研究的重要科学问题,突出中医学思维特征与现代科学设计融合的研究思路,以方剂干预治疗效果作为比较参照系统,基于中医以方测证的逆向思维的认‘证''''方法,不断积累、完善,由此构建出具有坚实临床科学基础的证候标准,应该是病证结合研究的重要发展方向之一”[3]。但是,近10多年来,由于对“方证相对”的理解存在歧见,故有学者提出“以方测证”作为一种证候研究的方法并不可行。有的认为:每个汤方都有相对应的证,只要有此证即可用此汤方,常称为“汤证”,汤证(方剂辨证)不同于八纲、病因和脏腑辨证,是指以汤辨证,相符即可应用,其实质是找出汤方的适应证[4]。有的引用柯韵伯《伤寒来苏集》的话说:“合是证便用是方”,即某证只能用某方,某方只能治某证,处方用药必须与病证对应,才能取得最佳的临床效果[5]。这种观点后来被研究《伤寒论》的学者们继承下来,被概括为“有是证用是方”。持有这种观点的学者们认为“方证相对”及“以方测证”不能对“同证异方、同方异证”的现象作出合理的解释,应改称为“方证相关”。还有学者认为“方证相对”应理解为“对症治疗”、“方病相对”等等。朱邦贤教授在分析上述观点后则提出,中医所讲的“方证相对”是指方剂的药物组成与配伍,与其主治病证所内寓的基本病机具有高度的针对性或相关性[6]。应当明确的是,“方证相对”中的方证或汤证,是指某方与某一特定病证间所存在的直接对应的主治关系,这一关系是建在该方内涵的“理”(该组方所针对的基本病机)和“法”(根据基本病机所确立的治疗大法或具体治则)之上的。笔者是这样认为的:“方”与“证”密切相关,如朱教授所述两者是通过理与法相关联,但由于关联的程度不同,可以是多方对应于一证,也可以是一方与多证对应,其对应的程度取决于临床疗效,所以,根据临床疗效可以求得最佳对应的方证,以最佳对应的“方”来测最佳对应的“证”,这是目前证候诊断规范化研究的主要思路。

2在文献调研、专家咨询及病例回顾的基础上,遵循临床流行病学原则,进行多中心、大样本的临床前瞻性研究,运用循证医学的研究方法对证候诊断标准进行系统评价和完善,是证候诊断规范化研究的重要途径

早期的中医证候诊断规范化研究是以文献调研与专家咨询为主要途径。所以,由此而建立的证候诊断标准必然会受到医者水平、学术流派等影响,出现标准之间互不相同的现象。临床流行病学的核心内容是设计、衡量和评价(design,measurement,evaluation,DME)。它把群体作为研究对象,强调在临床医学研究中应用科学的方法学,强化科研设计,排除各种偏倚和干扰因素的影响,确保研究结果的真实性和研究结论的可靠性。所以,为提高证候诊断规范化研究的科学性、客观性和准确性,应在文献调研、专家咨询和病例回顾的基础上,遵循临床流行病学的原则,开展多中心、大样本、前瞻性的临床研究。循证医学(evidence-basedmedicine,EBM)则强调从系统研究中获取证据,并重视临床实践中个人经验与系统研究中获得的科学证据相结合,对患者个体做出合理的临床医疗决策,是临床流行病学和现代信息学与临床医学结合的典范。赖世隆教授[7]评价说:“临床流行病学和循证医学是当今医学界公认的进行临床研究最为科学的方法学。”所以,应该运用循证医学的研究方法对证候诊断标准进行系统评价和完善,包括对证候诊断标准建立方法和研究质量、诊断标准的诊断效能和诊断标准在临床应用中的系统评价[8]。但运用EBM与DME方法时需要克服样本量大,时间周期长等困难,解决出版偏倚(发表偏倚)、伦理和资金等问题。

3加强四诊客观化研究,在系统生物学的引领下,开展组学研究是证候诊断规范化研究的重要环节

由于受历史条件的限制,以经验为基础的中医学缺乏还原论的研究方法。所以,它无法解释系统内部的组成成分和相互作用的关系,不能对信息进行量化。因此,必须将中医思辨性的经验描述和宏观性概括过渡到高层次的分析与综合相结合,这是中医学现代化的必由之路,其实质是解决客观化与定量化问题[9]。

3.1加强四诊的客观化研究中医“证”是对临床信息进行全面分析后得出的概括性结论。这个结论能否反映疾病的本质,关键在于通过四诊所获得的信息资料是否准确、真实和科学,以及医生分析、综合的思维结果是否合乎疾病发展的实际。受古代条件的限制,医生只能依据感觉器官,通过望、闻、问、切来获取临床信息。所以,信息收集过程中主观性很大,影响了研究结论的真实性和可靠性。为加强四诊的客观化,学者们做了大量的研究工作,如利用内窥镜、显微镜、现代影像技术等扩展医生望诊的范围和深度;研制了多种舌诊、脉诊仪器,使人们通过仪器“望舌”、“切脉”时能直接读数,定性、定量地进行分析;利用先进的化学技术,对气味进行分离研究;尝试制定问诊方案与步骤,使问诊科学化、程序化等等。但研究与临床实际应用还有很大的差距,如研制的舌诊仪、脉诊仪获取的信息量不够,欠灵敏;有些四诊信息,如病人的感觉,本身就是病人的一种主观体验,很难利用仪器设备来测定等等。所以,如何借助现有的科学技术来客观地采集分析中医临床信息还需要进一步探讨。

3.2在系统生物学的引领下,开展组学研究宏观辨证是中医的传统辨证方法,它是根据“知内揣外”、“有诸内必形诸外”的观点来认识和诊断疾病的。从理论上说在宏观辨证的基础上,慎重地选用一些现代医学的微观指标可以使中医证候诊断由定性转变为半定量或定量,从而提高其客观性,并且,拓宽和加深传统“四诊”的视野,丰富辨证论治的内涵,为中医在“无症可辨”的情况下提供一定的辨证依据。为此,现在及以往的中医证候诊断规范化研究是采用西医还原论的研究方法,从整体、细胞、分子水平,从理化、免疫、代谢、微量元素等方面来筛查与中医证型相关的微观指标,分析其内在的相关性;研究同一疾病不同证型的微观指标的异同,不同疾病同一证型的微观指标的异同,来寻求中医“证”的共性与个性指征;对证型的主要症状的特征进行现代医学阐释等等。但研究结果只发现某些指标与某些病证有某种相关性或提示性,相关的程度及提示的准确与否并不清楚。而且,随着研究的广泛深入,很多指标的特异性逐渐被否定,许多观察指标随着观察者的不同而出现矛盾的结果。由此可见,采用西医的还原论方法来研究中医,则中医的整体性和个体化诊治的特点就会被破坏,反而阻碍了中医的发展。因此,今后不宜再把寻求诊断某一证型的特异性指标作为研究重点,而应该从多层次、多角度来研究某证型的指标群。有研究认为参考现代心理学行为功能量化及生命质量量化等评分方法,可以对症状、体征进行等级积分,对证候辨证进行半定量化的分析[10];通过对中医临床症状、体征分级记分,采用相加计数法、累积记数法、分类记数法等方法进行指征积分的记数,然后根据指征的出现率和指征积分数的高低,并适当考虑临床实际,对证候进行计量诊断。还有学者在半定量的同时引入统计学权重的概念[10],经过统计学处理,以不同权重来反映不同症状体征的主次,又以不同积分反映症状体征的轻重程度变化,对证候进行定性与定量(等级)相结合的计量诊断。但目前的这些研究思路与方法都无法真正实现证候的量化诊断。系统生物学由LeroyHood创立,是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成及在特定条件下这些组分之间的相互关系的新兴学科。生命科学的研究重点已经开始从还原论研究转向系统论研究,系统生物学的发展将引领医学进入新的疾病诊治模式,推动医学进入预测医学、预防医学和个体化医学的新时代[11]。中医学的整体观、治未病观、辨证论治和方剂配伍等理论与系统生物学的意旨具有相通之处。钱学森曾说:“系统论是还原论和整体论的辩证统一。”所以,系统生物学的发展可以弥补中医的缺陷,中医证候研究应在系统生物学的理论和方法的引领下,综合数学、信息科学和生物学等多学科知识,在基因组、mRNA组、蛋白质组和代谢组等各个层面开展组学研究,通过数据的整合,来建立证候的诊断模型,精确、量化地预测证候[12]。

4数据挖掘技术及计算机智能的发展为证候诊断规范化研究提供了强有力的技术支持

数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中提取出潜在的、有价值的知识(模型或规则)的过程,也称为数据库中的知识发现。中医证候和证之间没有明确的函数关系,只能在大量的文献资料及临床资料中进行数据挖掘。数据挖掘所涉及的学科领域和方法很多。

4.1引入复杂性科学理论对证候进行降维升阶处理,寻找证素应证组合的演变规律中医证候涉及复杂生命现象的功能、整体和动态层面,它具有典型的开放性、层次性、涌现性和高维性特征,所以,中医证候诊断系统是一个非线性的、多维多阶的、可以无限组合的复杂巨系统。引进复杂性科学理论,通过证候的降维升阶处理则能解决变量间的多重共线性和非线性关系。张志斌等[13]由此而提出建立辨证方法新体系的设想,即通过证候要素的提取,将复杂的证候系统分解为数量相对局限、内容相对清晰的证候要素,然后通过各证候要素间的组合、证候要素与其他传统辨证方法系统的组合等不同的应证组合方式,使辨证方法体系不再是各种具体证候单纯联系组合的线性平面,而具有复杂的多维多阶立体交叉的非线性特征。如1991年列入国家科委科技攻关项目的“中风病证候学与临床诊断的研究”课题组所建立的“中风病证候诊断标准”,就是一个降维升阶工作的较好范例[14]。目前这方面研究还仅仅局限于临床具体病种,需要加强中医证候临床研究与基础研究的合作。

4.2引入模糊数学与粗糙集理论模糊数学的创始人查德曾指出:当系统的复杂性日益增长时,找出系统特性的精密而有意义的描述的能力将相应降低,直至达到这样一个界限,即精密和有意义(或适当性)变成两个互相排斥的特性。中医作为一个复杂系统,其证候在某一特定时期或阶段的表现可以是典型的,但在大多数情况下,证候表现却是不典型的,具有一定的模糊性。亦有学者认为“证”是一种模糊集合元,主要表现为:证的有些症状其性质、状态是不能精确断定的,“证”所包含的内容与各个症状所包含的内容,不是一个简单的整体与部分之间的关系,而是一个统一体与个体之间的集元性关系[15]。所以,根据模糊数学的原理,认为“证”是一个模糊概念,可以使用模糊数学中的“隶属度”来刻划,进行量化分析,确定“证”的模糊集合中某些症状隶属于某证的程度,从而建立起“证”的数学模型[16]。粗糙集理论是继模糊数学理论之后的又一种处理不精确和不确定问题的数学方法。它是波兰学者Z.Pawlak在20世纪80年代初提出来的。近年来,已有学者尝试将粗糙集理论引入到中医证候诊断的规范化研究中,如秦中广等[17]利用粗糙集理论建立了中医诊断类风湿的模型。他们还将该方法与模糊数学方法进行了比较,发现前者的诊断正确率远远高于后者。随着粗糙集理论的发展,它还可以与诸如模糊识别、神经网络等技术相结合。

4.3多元统计分析方法多元分析,即多因素分析,它主要是探讨高维数据的内在规律。在以往的研究中,研究者通常是通过临床流行病学的方法收集患者的症状,并根据传统的辨证理论对每个病人进行辨证,确定为“某证”,然后采用判别分析和回归分析(常用如Fisher判别方法和Bayes判别、逐步线性回归分析、Logistic回归分析等)建立函数方程,并进行回代检验。但这两种方法都无法消除获得应变量(Y)值时的经验性和主观性;同时还必须基于各变量的作用与其他变量无关,各变量的作用可以叠加这不甚合理的假定前提下;所建立的证候和证之间的关系只是一种简单线性描述;二者的Y值都只是简单的A与非A的类别区分,不可能进行轻重程度的等级划分等。之后有学者提出将聚类分析、主成分分析及因子分析等多元统计方法应用于证候诊断的规范化研究。聚类分析又称集群分析,可以将随机现象进行归类。主成分分析法和因子分析法可通过寻求少数的几个变量(或因子)来综合反映全部变量(因子)的大部分信息。以上几种统计方法都可以实现证候的降维,有利于疾病证候分类中主、次症(征)及特征性表现的提取,有利于发现疾病调查群体中各类证候的症状、体征的组合及变化规律等等。在因子分析的基础上,再通过方差最大化正交旋转则能简化和明确对因子的解释。但是聚类分析在定义指标间或样品间相似性的度量时存在主观性,根据空间上的“距离”或形状上的相似性,对对象(指标、样本)进行刚性分割,它不能把同一个对象在不同的类别中体现出来,而且,它不能对多边关联同时进行分析。主成分分析要求资料为计量资料,且各主成分之间互不相关,同样也不可能有症状轻重程度的划分。因子分析则要求“公因子或共性因子”和所有变量均有关系,且是一种线性关系。另外,如何看待舍去的其他成分及特殊因子还需要作进一步探讨。通过以上分析可以发现,单独使用上述几种统计方法都会暴露出诸多不能克服的问题。因此,需要将多种统计方法联合运用以取长补短,提高结果的可靠性。但证候诊断规范化研究到底选用哪些多元统计方法,如何进行联合应用,还在不断探索之中。

4.4结构方程模型结构方程模型属于隐变量分析方法,是近年来在统计领域发展十分迅速的一个分支。它主要是运用统计学中的假设检验对有关现象的内在结构理论进行分析。即研究者可根据专业理论知识提供变量间存在的内在关系即先验关系,应用图形来表示变量间存在的直接或间接作用,然后检验所假设的模型与数据资料的拟合程度。如果拟合优度好,则认为变量间所假设的关系是成立的;反之,则拒绝原假设。利用结构方程模型分析方法可以将隐变量和直接测变量一并考虑,并且,可以对变量的测量误差及其方差作出估计。所以,设想通过结构方程模型可以建立一种比较客观的、定量的证候诊断标准,目前正处于试验阶段。

4.5计算机智能从复杂系统科学角度来看,证候是建立在广义症状集(包括以四诊信息为代表的宏观子集和以现代生物学特征为代表的微观子集)上的映射,广义症状之间交互作用,形成了一个复杂的动态演化系统,这类动态系统及其演化过程从理论上说可以通过计算机智能来实现。计算智能(com-putationalintelligence,CI)是利用计算机技术来模仿人类和其他生物对非线性、不完全、不精确和不确定的信息进行智能处理的技术,具有良好的容错性、鲁棒性和高精度等综合技术优势。计算智能主要包括:(1)用于模仿生物种群进化过程的演化计算,如遗传算法、演化策略、演化规划、遗传程序设计等;(2)模仿大脑思维的高层次结构的人工神经网络(artificialneuralnetwork,ANN),近年来在ANN基础上还提出了用于中医证候诊断的神经网络———径向基函数(radialbasisfunction,RBF)神经网络及基于聚类分析的RBF神经网络。已有学者通过对基于聚类分析的RBF神经网络所建立的中医证候诊断模型的检验,验证了其用于中医证候诊断的可行性和有效性[18];(3)模仿低层次大脑结构的模糊系统。以上这三者都是仿效生物信息处理模式以获得智能信息处理功能的理论和技术,目标相近而方法各异,将三者交叉组成新系统则能达到取长补短、各显优势的效果。如用神经网络来构造模糊系统,集中了模糊控制技术和人工神经网络的双重优点,扩大了系统处理信息的范围;又如引入遗传算法构造综合性的模糊神经网络计算智能系统(fuzzyneuralnetworkscomputationalintelligencesys-tem,FNNCIS),可以形成与实际问题相吻合的中医证候诊断决策树等等。

5从定性到定量的综合集成方法将是证候诊断规范化研究的发展趋势

在20世纪80年代末,以钱学森教授为首的一批中国学者在系统科学研究的基础上,曾提出了“从定性到定量的综合集成法”[19]。在复杂系统的研究中,通常是科学理论、经验知识和专家判断力相结合,形成和提炼出经验性假设,这些经验性假设往往难以用严谨的科学方式证明,但需要经验性数据对其确定性进行检验,从经验性假设出发,通过定量方法得到结论,这一过程是一个人机结合综合集成的过程。中医学的模糊性、多变性、复杂性及隐匿性决定了中医证候诊断必须通过多学科的交叉渗透来完成。所以,将综合集成法运用到中医证候诊断规范化研究中则能实现把人的“心智”与计算机的高性能结合起来;把人的定性认识,上升到定量认识;把不同层次的知识(科学理论和经验知识)综合集成起来;把各种学科结合起来进行研究,把多种领域的科学知识进行综合集成;根据复杂巨系统的层次结构,把宏观研究和微观研究统一起来;充分利用计算机技术、人工智能、信息技术等高新技术。综上所述,证候诊断的规范化研究包括诊断的标准化、客观化及定量化研究,它除了必须遵循科学性、实用性、继承性等原则外,尚应体现辨证的系统性和发展性,证候的特异性和稳定性[20,21]。同时还要加强证候概念及专业术语的规范化研究。所以,这是一项非常复杂的工作,正如沈自尹教授[22]所总结的:“证”的研究难点在于:其一,证是一种功能态的,可以发展,可以转化;其二,证的概念应用亦较混乱,灵活性大,辨证可因人而异,只有凭医生的分析概括水平;其三,难以定性、定量,更难以定位。因此,只有通过不断的探索,完善现有的研究思路与方法,中医证候诊断的规范化研究才有望取得实质性的突破与进展。

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篇10

癌症免疫疗法取得突破,人类的克隆胚胎技术又有新进展,发现最接近地球的“姊妹星”……2013年已经过去,这些全新的科学发现、惊人的技术进步依然激动人心。

癌症研究在2013年取得了巨大突破,癌症免疫疗法的临床试验出现了令人鼓舞的结果。

今年(2013年),癌症免疫疗法取得了突破,而且前景广阔。到目前为止,这一利用免疫系统来攻击肿瘤的策略只对某些癌症及若干病人有效……但许多癌症专家确信,他们正在目睹一种重要的癌症治疗新模式的诞生。

——《科学》杂志新闻总编辑蒂姆·阿彭策尔

美国科学家通过使用与1996年制造克隆羊多利相同的技术,成功培育出了人类胚胎干细胞。

我们的这项发现为组织和器官功能失调或受损的患者,提供了干细胞新来源。这种干细胞可以更新和替换已经损坏了的细胞和组织,将为上百万的患者减轻病情。

——美国俄勒冈健康科学大学教授

舒克拉特·米塔利波夫

天文学家马约尔发现了迄今为止密度和大小最接近地球的行星——开普勒-78b。

开普勒-78b提示我们,像地球这么小的星球也在我们的望远镜的捕捉范围。在未来的10年里,我们会找到地球的孪生星体……这将会是新一场哥白尼革命及文化变革。

——西班牙拉帕尔马岛天文台

主任艾米略·莫利纳里

一种新的成像技术CLARITY,能使大脑透明并提供完整无损的神经网络3D图像。

CLARITY技术使生物组织转化成可在完好无损状态下研究的形式。研究癌症的人员已经与我们取得了联系,想要将CLARITY技术用于活检样本,以了解人类癌症不同阶段细胞的确切体积或3D排布。让我们拭目以待CLARITY技术在其他生物学分支中的应用。

——CLARITY技术负责人德赛罗斯博士

2013年有多个人体微生物研究项目取得突破,利用微生物改善人类脑功能状况将指日可待。

未来,在判定食物的营养价值时,我们体内的微生物菌群将被着重考虑在内——在促进健康的过程中,有营养的食物将由内而外地发挥作用,而不再仅仅是自外向内。

——华盛顿大学基因科学和系统生物学

中心主任杰弗里·戈登

中国科学家陈化兰首次从病原学角度揭示了新型H7N9流感病毒的来源。

全球对H7N9病毒的防控绝不能掉以轻心,还应密切监测自然界尤其是人群中的H7N9病毒的变异情况,加强技术研发与储备,并在政策与措施上有所准备,以有效阻止H7N9流感病毒在人间大流行。