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第10章 人体奥秘(1)

细胞的寿命

“神龟虽寿,犹有竟时,腾蛇乘雾,终为土灰。”这是三国时代着名军事家兼文学家曹操的不朽诗句,意思是说,神龟、飞龙之类动物,虽然寿命很长,但是毕竟也有衰老、死亡的一天。确实,衰老作为生物发育的自然规律,是任何个体都逃脱不了的。以人为例,据学者研究,即使引起死亡的所有疾病因素都完全消除了,寿命的极限也只有100多岁,而决不可能无限期地延长。

那么,衰老——这位不受欢迎的“客人”,为什么竟会如此顽固地降临到每一个有生之灵呢?现代科学对于它难道就束手无策吗?为了解开这一疑团,科学家曾经进行了不倦的探索。

人体软组织的结构细胞,叫做成纤维细胞,如果把它放置在玻璃器皿中培养,那么它将不断生长和分裂,直至细胞群达到汇合状态为止。即在整个培养物的表面覆盖一层有一个细胞那样厚度的细胞群时,才由于“接触抑制”而停止分裂。这时如果把细胞从“母培养瓶”中取出来,分成均等的两半,倒入两只装着新鲜营养基的培养瓶中,那么它们将继续分裂,一直到重新汇合为止。很明显,这时细胞总数又增加了将近一倍。如果继续分裂、培养,这幕戏还将继续演下去。

那么,如果我们不断及时地调节细胞密度,更换培养基,使细胞永远处于最适宜的环境中,它是不是会生生不息,永远分裂下去呢?

过去人们曾以为细胞分裂就是一种更新过程,新的子细胞充满了青春活力,于是“常分(裂)常新”,在分裂过程中,细胞将可能绵延永存。但是实验事实却推翻了这种天真的想法。

这项实验是在美国加利福尼亚州的一个医学中心进行的。科学家发现,在培养中,不管照料得多么细致,人类正常成纤维细胞的分裂能力总有一个固定的限度,即在7~9个月时间内,胚胎细胞只能进行50次左右的增殖,而不可能更长久地分裂下去。

当细胞分裂到接近50次的极限时,它将会出现许多典型的衰老征象,例如到达汇合状态所需的时间大大延长了,接着,不管培养物更换多么频繁,或者培养得多么长久,都不可能再度达到汇合状态。最后,那个无情的时刻终于不可避免地降临了——细胞经过各种各样的退化,将无法阻拦地逐渐死亡。为了证明这种趋势是细胞本身内在性质引起,学者们又设计了一项非常聪明的实验。

大家知道,妇女的性染色体是XX型,男人是XY型,在显微镜下,3种细胞是可以区别开来的。现在科学家将已经分裂过10代的雌性细胞,与同等数量已经分裂过40代的雄性细胞混和在一起,以单独培养的雌性细胞(也是已分裂过10代)和雄性细胞(已分裂40代)作为对照。这样3种细胞,都用常规的方法进行培养,经过20代以后,再拿来仔细检查。结果发现,混合培养皿中,所有雄性细胞都死亡消失了,剩下的是清一色雌性细胞。对照组(单独培养)的情况也完全一样,那瓶雌性细胞还在继续分裂,而雄性细胞则早已全部死亡。

这个结果很能说明问题,它告诉我们:雄性细胞所以“全军覆灭”,是由于自身先天特性所引起的,因为它的增殖世代已大大超过50代(40+20),累积起来的衰老伤痕,使它必然地趋于死亡。而从雌性细胞能够继续分裂的事实中看出,培养技术是并不存在什么失误的,因为否则的话,雌性细胞也会同样遭殃。由此可见,成纤维细胞分裂的代数确实有一定限度,这个限度是由细胞本身某种先天因素所决定的,至少目前还无法用人为方法进行补救。

有人试验,把分裂了20次的成纤维细胞冷冻起来,融化之后,发现它只能再分裂30次。据说有一株细胞标本,在液态氮中保藏了13年,竟仍然记住自己的身世,解冻之后还是在原有基数上继续分裂。这一事实似乎暗示我们,细胞内有着一个神秘的生物钟,它在非常认真地记载着自己的分裂里程!

其实对不同物种寿命作一番比较,也可以看出同样的趋势来。例如,学者发现,那些长寿动物,成纤维细胞的分裂世代数往往比较多,而短寿动物成纤维细胞的分裂代数则相应较少。例如,老鼠的成纤维细胞只能分裂18次,成体寿命只有3年;鸡成纤维细胞能分裂25次,最高寿命是30年;人类成纤维细胞可分裂50次,最高寿命为100年;龟成纤维细胞可能分裂110次,最高寿命则长达170年,如此等等。这些事实都在明确地告诉人们,个体寿命和细胞寿命是密切相关的。

不过这种联系也并不总是那么死板。据科学家研究,人体中的细胞有两种类型,一类是像成纤维细胞那样快速重复增殖的组织,如皮肤、造血组织和肠内皮细胞等;另一类是专门化的组织,像神经细胞、内分泌细胞、肌细胞、感觉细胞等,它们在成熟之后很少再度分裂。根据老年学者的意见,最重要的衰老变化,往往不是发生在快速分裂的细胞内,而是发生在高度专门化的细胞内。在成纤维细胞和其他分裂细胞还没有达到分裂终点之前,就可能由于专门化细胞的老朽而导致生命整体的衰老和死亡。

当然,不管专门化细胞也好,分裂细胞也好,随着时间的行进,它们都必然地趋向衰老,而且衰老的本质也是基本相同的。学者观察到,成纤维细胞在分裂过程中,其生理形态常常会发生微妙变化,像食物利用效率、遗传物质的修复能力、酶的活性、胞器的形态等,都会和上一代有所不同。这种逐渐积累的变异,也许就是所谓衰老的表现吧!那么是不是有办法“制止衰老”或者实现“返老还童”呢?

虽然这是一个带有幻想的问题,可是自然界中确实存在着这样的典型。现在知道,有两种动物细胞增殖的后裔是能够逃避衰老和死亡的,这就是癌细胞和生殖细胞。

大家知道,通过卵子和精子结合,产生结合子,犹如开始了一轮新的循环那样,一切都从头开始,于是完全恢复了原始活力。人们设想,精卵融合时,可能通过遗传信息的重新组合,使细胞生物钟的程序拨回到生命的零点上来,于是整个发育步伐就焕然一新了。

至于癌细胞为什么会永远分裂而不致衰老,至今可还是一个难解之谜。有人猜测,它也许是通过和生殖细胞相似的机理来避免衰老的。譬如,当致癌病毒和动物细胞之间交换DNA时,可能与精卵相互融合时遗传密码的重新改组方式相类似,这一微妙过程终于导致了生物钟程序的重新调拨。至于上述看法是否正确,或者正确到什么程度,那可不得而知,于是我们这篇文章也只能暂且告一段落了。

人体生物钟

为什么没有闹钟的铃声,你却每天按时醒来?为什么雄鸡啼晨,蜘蛛总在半夜结网?为什么大雁成群结队深秋南飞,燕子迎春归来?为什么夜合欢叶总是迎朝阳而展放?为何女子月经周期恰与月亮盈缺周期相似?生物体的生命过程复杂而又奇妙,生物节律时时都在奏着迷人的“节律交响曲”。

近年来,时间生物学认为,生物体乃至植物体的生命随昼夜交替、四时更迭的周期性运动,揭示出生理活动的周期性节律。祖国古代医学视天地为大宇宙,人体为小宇宙,谓大小宇宙息息相通。健康人体的活动大多呈现24小时昼夜的生理节律,这与地球有规律自转所形成的24小时周期是相适应的,表明生理节律受外环境周期性变化(光照的强弱和气温的高低)的影响而同步。诸如人体的体温、脉搏、血压、氧耗量、激素的分泌水平,均存在昼夜节律变化。生物近似时钟的结构,被称之为“生物钟”。周期节奏近似昼夜24±4小时称“日钟”,近似29.53±5天称为“月钟”,近似周年12±2月称为“年钟”。时间生物学研究揭示了植物、动物乃至人的生命活动具有一个“持久的”、“自己上发条”和“自己调节”的生物钟。

生物钟依靠像时钟那样周期往复的振荡工作,其工作节奏是不受周围环境影响的,故认为其周期振荡节奏是内生的或在不同器官内独立进行。生物钟的存在有极重要的生物学意义,它能使生物与周期性的环境变化相适应,特别是一些对生存和繁殖关系重大的,如迁徙、觅食、交配、生育等,以至作出提前安排。如糖皮质激素在清晨起床前就已升高,为白天活动作好预先的准备。然而生物的这种适应性也是有限度的,生理周期只能在一定范围内追随外界的周期性,当偏差太大,外环境变化造成刺激过强过弱,以致使生理振荡变为越轨的自由运转,从而干扰了时钟的正常运转,造成个体不同器官内部节奏位置的紊乱,破坏有序的合作,会引起某些疾病。

近10年,生物学的研究越来越清楚地告诉我们,昼夜节律是在中枢神经系统调控下形成的。1972年研究人员证明,下丘脑前部视交叉上核担负着昼夜节律的中枢起搏点作用。临床观察到人类脑肿瘤破坏包括视交叉上核区时,可导致睡眠一觉醒周期瓦解。灵长类脑内至少有两个昼夜节律起搏点,其中一个就是视交叉上核,另一个目前尚未确定。

生物钟老化机制至少包括以下几个方面:

(1)生物节律振幅减小。各种组织器官功能减退,例如,神经组织萎缩导致神经传导速度减慢,消化吸收功能减弱,肝脏解毒功能减退;心肌萎缩,心功能减退,如老年人醛固酮、睾酮、黄体生成素昼夜节律振幅明显减小或消失。生物钟处于高潮期,还可抵消这些功能减退,但处于低潮或临界期,则有病变及死亡的危险。

(2)生物节律稳态遭到严重损害。夜班工人体温、血压夜高于昼,睡眠昼夜颠倒,日积月累,使生物节律一定程度损害。

(3)同步因子(生活习惯、光照周期定时进餐)作用的减弱。由于退休,长期生活习惯因改变而不适应,户外接受日光时间减少,干扰了情绪节律,机体衰老与同步因子削弱是有关的。

人与自然界是一个统一的整体。内经曰:“阴阳四时者,万物之终始也,死生之本也,逆之则害生,从之则苛疾不起”。人们只有顺从它的变化及时地作出适应的调节,才能保持健康。天地四时气候变化规律有着春温、夏热、秋凉、冬寒以及春生、夏长、秋收、冬藏的天地大经。贤人长寿秘诀是按照天地、日月、星辰的自然运行规律,适应阴阳升降变化,“春夏养阳,秋冬养阴”的养生方法,使之长寿健康。历代长寿老人均具有起居,饮食规律的生活。英国老寿星伯尔的生命节律与自然节律非常同步,活了152岁。1635年,英国国王查理一世召见这位寿星进宫,每日设宴款待,一辈子住在山村里的伯尔大喜,终日大吃大饮,打乱了他多年的生活规律,于当年就寿终正寝了。这一实例表明削弱同步因子会加速生物钟的老化。老年人觉醒后要慢慢起床,仿佛长跑到达终点后要继续小跑一段一样,这是维持同步因子的积极方法。“恬淡虚无,真气从之,精神内守,病安从来。”老年人保持青春心态,克服心理衰老,开始人生第二智力黄金时代有助于维持生物节律的稳态。尽管现实生活中常常有些事不尽人意,但长寿者由于保持乐观情绪,正确对待和处理矛盾,使生活节律中同步因子不断维持动态平衡,这对延缓衰老有着不可估量的回春作用。

人的抗热本领

赤日炎炎似火烧的三伏盛夏,酷暑逼人。面对热浪的熏蒸,世界杯赛场上的球员,仍在全力奔跑、拼争。你可知道,人体是怎样抗热的吗?

首先让我们看看人体耐热的潜力。三伏夏日,气温常在38℃左右,有时达39℃,人们仍能从事学习和工作;有“火炉”之称的山城重庆及武汉、南京盛夏气温有时高达40~41℃,人们照常生活;戈壁滩上的温度达45℃以上,沙海中热得能烫熟鸡蛋,然而,科学探险队、地质队员们照样外出考察,留下奋斗拼搏的足迹。英国皇家学会的医学博士布勒戈登,钻进一个超过100℃温度的屋子里,呆了37分钟,自我感觉良好。后来他走出屋子,数数自己的脉搏每分钟144次。科学家们通过试验表明,在干燥空气中,人能在72℃时忍受1小时;82℃时能忍受49分钟;140℃时可忍受26分钟;如果人体不直接接触热源,空气绝对干燥又通风良好,可耐受160℃的高温。