信息健康學的初探

董福田

（南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210046）

0 引言

健康是人類賴以生存和繁衍的基石，疾病是殘害人類健康的罪魁禍首，醫學是從預防、治療疾病的角度來維護健康的。診斷和治療統稱為診治，根據疾病研究的不同角度和方法，診治和疾病之間的關系可以分為線性和非線性關系。因此，圖1可以用來分析疾病和診治之間的關系。

圖1 對非線性圖形進行了簡化

西醫是以結構失衡來定義疾病的辨病論治，認為疾病的發生必然存在結構失衡的物質，即致病源，運用現有醫學檢驗手段尋找致病源，建立標準化的診治模式與流程，疾病和診治之間的關系是圖1中的線性關系，但生物體內結構能夠產生多少種失衡難以計數，讓診治變得非常復雜。中醫辨證論治，強調“病”、“證”、“癥”相結合。辨證論治是以“人-癥-病-證”為核心的體系，癥、病、證雖然所指各有不同，但又相互聯系，彼此交織在一起，結構、功能、癥狀三者之間是一個復雜的非線性關系，因此疾病和診治之間的關系呈現出圖1中“同病異治”的非線性A 和“異病同治”的非線性B 關系，其復雜度可想而知[1]。如果我們不是從疾病的角度來防護健康，而是從健康的角度來防護健康，其困難程度又是如何呢？

從疾病的角度防護健康，治療每個疾病都依賴于對疾病的致病原因/機制的認知。從健康的角度防護健康，就要研究健康是什么，健康是怎么來的。健康是對生命的整體而言的，對于生命而言，無論是宏觀還是微觀，部分還是整體，都是由細胞這個基本的生命單位所構成，也就是人的生命是由生命所構成。人的健康包括細胞，細胞之間相互作用所構成的組織、器官、系統等從微觀到宏觀、從部分到整體都是健康的。因此，研究健康要先研究生命演化規律，如單細胞生物是怎么來的，是如何演化為多細胞生物的，再研究如何利用這種生命的演化規律來維護健康。《黃帝內經》：“天地合氣，命之曰人”和恩格斯在《自然辯證法》一書中說的“生命是整個自然的結果”的論斷，說明生命是由宇宙演化而來的。

1 探索宇宙演化的規律

《太極圖說》中闡釋了中國傳統文化的宇宙觀，即“太極”是宇宙的本原，它既是自然秩序的本體，又是萬物生成的邏輯。“太極”的自然秩序，既體現在混沌之中，也體現在有序之中，二者是一個統一的整體。太極聯通著物質世界的“有”和“無”，是用來統一陰陽、五行觀念的最高范疇，“五行，一陰陽也；陰陽，一太極也；太極，本無極也。[2]”認為“二五之精”化生萬物，“二五”就是陰陽五行。現代科學正在從結構的角度探究宇宙的演化規律。宇宙大爆炸之初首先出現了正、負電荷，兩者相互作用形成一個簡單的物質結構氫，然后這個簡單結構通過相互作用形成其他更復雜的結構，并最終形成了包括整個生物界在內的宏觀物質。因此，宇宙萬物統一于結構。那么是否能將中國傳統哲學的“陰陽五行”和現代科學的結構研究融為一體來研究宇宙演化的規律呢？

在有機結構系統中，每個結構都存在與其相互促進和制約的結構，一個理想的結構模型就是符合中國傳統文化中“陰陽五行”的結構模型，稱之為“陰陽五行結構模型”。

通過數學推理的方法已經證明按照“陰陽五行結構模型”所構建的結構系統的具有動態穩定的特性。假設，“陰陽五行結構模型”中的要素包括A、B、C、D、E，見圖2。其中A 促進B，B 促進C，C 促進D，D 促進E，E 促進A，E 制約B，B制約D，D 制約A，A 制約C，C 制約E，E 為起點，f（A1）、f（E1）為已知。經證明，f（En）+f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）+f（En+1）=f（Dn）-f（Cn-1）=0；

圖2 結構系統作用模型

f（En）+f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）+f（En+1）=0；

而不是f（En）+f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）=0。

因此，說明“陰陽五行結構模型”具有驅使其循環往復的內在“動力”，是動態平衡系統。某個數值會周期性出現在相互作用的要素之中，見圖3。數值的大小代表此要素的功能強弱、屬性強度等。在受到外部條件干擾時，沒有超出要素本身的闕值時，符合“陰陽五行結構模型”的系統會保持動態平衡，且在系統要素的相互作用下，外部條件干擾會在系統的每個要素間依次傳遞[4]，見圖4。如果一個系統的要素異于五，那么與每個要素發生相互作用的要素不是少于四個就是多于四個。如果多于四個，仍然可以根據其他要素促進它的結構與其他要素制約它的結構、它促進其他要素的結構與它制約其他要素的結構進行要素之間組合，仍然可以歸結為四種要素；如果少于四個，則在這個系統之中，一定有一個要素缺少一種促進它或者制約它的結構，這樣的結構系統不能保持持久的動態平衡。

圖3 結構系統周期律

圖4 結構系統的動態

宇宙萬物演化的過程，就是結構之間相互作用的過程，都可以歸結為太極的陰陽之間的相互作用、相互轉化的關系。“其大無外，其小無內”，大至宇宙，小至人體，微至粒子……都是一個個太極，即太極也是由太極構成的。生命一開始也是處于“無”的狀態，當能量相互作用形成穩定的原子結構；多個原子結構相互作用形成了穩定的分子或者晶體結構；多個分子結構相互作用形成更復雜的結構（例如有機物），直至形成一個具有自適應、自組織并能保持自身動態穩定的結構系統，進而演化出生命。

2 生命的誕生及其演化規律

現代生物學研究證明，生命的本質是新陳代謝和自我復制，前者與酶（具體結構）的催化作用密不可分，而后者對于儲存遺傳信息的核酸（抽象結構）必不可少。核酸中的遺傳信息記錄了蛋白質的抽象結構，編碼蛋白質形成；核酸的合成和復制需要酶的催化，蛋白質和核酸的相互作用形成核酸-蛋白質結構系統，是生命起源的關鍵。

核酸-蛋白質結構系統作為遺傳信息載體與表達系統，在生物結構系統中起到主導作用。一段核酸片段復制并不會直接影響另一段核酸片段復制，但會通過所編碼的蛋白酶去發生參與核酸的復制，形成催化循環。如果抽象結構與具體結構相互作用形成的符合“陰陽五行結構模型”的結構系統，就會具有自適應、自組織、維持自身穩定存在的功能。該結構系統在與外界交換物質、信息、能量的過程中，可以對外界干擾做出反應，并保持內部的一致性和自身整體性。于是乎，在35億年前的某時、某地誕生了地球上的第一個細胞，這是一個有外膜包裹、含5000個蛋白質、以RNA 傳遞信息，由DNA 調控一切的，具有“自我維生結構”的生命個體。然后，生物結構系統以具體結構和抽象結構相互作用為核心，利用自適應、自組織等能力不斷與周圍環境結構建立平衡，甚至內化外部結構，更新結構系統的物質、信息、能量，在動態穩定結構系統的基礎上構建更高一級的動態穩定結構系統，不斷螺旋發展，構成生命的螺旋，是生物生存、繁衍與進化的基礎[5]。

2.1 生命演化中的內化作用

生命體的結構系統具有自適應、自組織的功能，在與環境結構相互作用過程中，不但能構建與環境結構之間的動態平衡，甚至將其內化為生命體的一部分，形成新的結構系統，而實現生物進化。在生命體與環境相互作用的過程中，當生命體的結構系統中存在或者產生能對環境結構起到制約作用的結構，那么生命體就能免受其害，有效防御；當環境結構的某個作用對生命體產生有利的影響，那么就能將這個外部結構“化敵為友”了，例如腸道菌群促進人體消化和代謝，甚至參與機體的免疫反應。在長期相互作用過程中，生命體甚至將環境結構逐漸的與自身的結構系統融為一體，即如果生物體能通過自身結構形成此環境結構，脫離對外部環境的依賴，那么這個外部環境結構就成為整個生命動態平衡結構系統的一部分。生命體內化是一種通過結構系統自身的自適應、自組織能力讓環境結構產生有利于自己的進化方式，特別是兩個生命結構系統之間的相互作用而演化出新特性的生命系統，例如：內共生起源學說認為，線粒體是由被細胞吞入的細菌演化而來[6]。

我們通過陰陽五行的結構系統模型來研究生命演化的內化作用。如圖5所示，假設生命結構系統f（S）包含一個由A、B、C、D、E 要素構成的動態平衡結構系統，X 是與f（S）相互作用的環境結構。假設結構A 生成出結構F，F 對X 具有制約作用，抑制X 對f（S）的損害；假設X 對f（S）中的結構具有價值的促進或者制約作用，比如對B 或者B 所包含的某個結構產生促進作用，那么X 對 f（S）是有益的。在長期的相互作用過程中，假設E 中產生了能促進X 的結構G，從而脫離對環境的依賴，X 也就內化為f（S）自身的一部分，成為f（S）中一個新的動態平衡系統的一個要素，如圖6所示，其中K 包含了F 和E 中促進X 的結構，L 包括了X 和制約A 的結構，以此類推，形成了一個新的，甚至是更高層次的符合陰陽五行模型的動態平衡的結構系統。

圖5 環境結構與結構系統的作用

圖6 結構系統對環境結構的內化

2.2 生命結構系統自演化

假設生命結構系統f（S），在生命存在和繁衍的過程中，其自身因為基因突變會產生很多新的結構，如果這個新的結構恰好能促進f（S）保持自身的動態平衡，則這個新的結構因為f（S）自身的自適應、自組織、保持自身穩定的功能而得以保留，形成了新的、甚至是更高層次的動態穩定平衡系統，更有利于生命在變化的環境結構中得以生存，比如細菌產生抗藥性的結構。如果f（S）所處的環境結構發生了很大的變化，甚至是系統性的劇變，f（S）因為基因突變而產生的許多有利于和這個劇變的環境結構作用下達到平衡而得以保留，甚至這些因為基因突變所產生的結構之間、與其他結構之間，相互協調，相互促進，相互制約，共同組裝成更高級的動態平衡的結構系統，產生新的功能，甚至演化出新的組織、器官、系統等。后一層次的結構是由前一層次結構相互作用、變化形成的。后一層次結構形成不僅與前一層次結構相聯系，而且正是由于前一層次結構的相互作用，引起了更高層次結構的產生，從而發展成更復雜的結構系統，演化出地球上豐富多彩的生命生態[7]。

3 信息健康學

世界衛生組織提出“健康不僅是沒有疾病或虛弱，而是軀體上、心理上和社會適應上的完好狀態。”的健康觀[8]。健康就是個體與環境在心理、軀體上的適應、協調的結果，是結構系統保持動態平衡的狀態[9]。當受到外界結構環境對人體總負荷打破原有的動態平衡，人體結構系統的無序性增加，人體健康狀態就會被打破。我們把從信息和健康的角度建立生物健康的理論，稱之為信息健康學。

3.1 健康觀

生命體不能脫離環境而獨立存在，無時無刻都在與外部環境結構進行物質、信息、能量交換，每一個個體都是一個動態平衡的結構系統，是基因的結構和環境結構共同作用的結果。結構的秩序歸結為能量的秩序，結構之間的相互作用歸結為能量之間的相互作用。動態平衡的結構系統，也是能量的動態平衡系統，能量結構是比物質結構更為抽象的結構。

生命體所生存環境中的風、寒、暑、濕、燥、宇宙射線，生命體攝取的食物等環境結構，都會對生命體自身的結構系統產生作用，而生命體的自適應、自組織、保持自身穩定的功能會調節自身的結構來和環境結構建立平衡，這個是生物存在和演化的基礎，也是生物衰老以及產生疾病的關鍵所在。如圖7，假設生命結構系統f（S）包含一個由A、B、C、D、E 要素構成的動態平衡結構系統，G 是與f（S）相互作用的環境結構，對A 起到了促進作用。當G 對A 的促進作用超過一定量時，f（S）會通過自身的自適應、自組織功能，通過相應基因表達的調節，降低甚至不再合成結構E，如果G 對A 的作用足夠強，和E 相關的基因表達可能會形成基因記憶，即使G 的結構不存在了，相應的基因表達也不能自動調節回到正常情況，從而造成f（S）的結構系統失衡，由于與其相互作用的要素或者系統也歸屬于具有自適應、自組織的動態平衡系統，因此在相互作用中就會呈現“代償”功能，但是隨著失衡的結構增多，就會產生衰老或者疾病。生物所處環境中的結構，有些結構會周期性的變化，生物針對這種周期性變化的結構演化出了相應的生物節律來適應；同時，存在著千變萬化或者偶然性環境結構的作用，而且即使周期性變化的結構，其作用強度和作用時間也不是一成不變的。因此，生物在這樣的環境下依靠其自適應、自組織的功能保持自身存在的過程，也是結構系統失衡造成衰老乃至產生疾病的過程。生物結構系統是建立在動態平衡系統之上的動態平衡系統，生物健康就是所有層次的動態平衡系統所包含的結構都處于正常狀態，同時其所有的結構也都處于相應的動態平衡系統之中。

圖7 環境結構對結構系統的影響

3.2 調理觀

生命與非生命的主要區別在于生命是活的，生命是能夠通過信息自主調控實現自適應、自組織和自復制的結構系統[10]。薛定諤將熱力學“負熵”的概念引入到生物學中，提出“生命賴負熵為生”的觀點[11]。生命系統總熵變dS=deS+diS，其中deS 表示由系統與外界之間進行物質和能量交換引起的熵變，稱為熵流。對于生命體這個開放系統，無時無刻不在進行熵變活動，其中deS ≠0，生命系統內部熵不可逆轉且不斷增加，需要通過不斷地吃進負熵來抵消，從而使系統保持有序穩定的狀態，即健康狀態[12]。若有生命體從外界獲得負熵，生命體的熵變dS＜0，這時系統的熵降低，系統從某種有序結構上升到更高階的有序結構，生命體會變得更健康甚至更年輕；若生命體的熵變dS=0，系統將保持一定的有序結構，生命有機體處于穩態階段；若生命系統短期內或局部出現熵積累過多，生命體的熵變dS＞0，系統的熵增加，出現短期或局部的混亂、無序狀態，會造成機體生病、退化、衰老[13]。假如要提高系統的有序穩定程度，系統總熵要降低，熵變dS＜0，即從外界引進充足的負熵，系統可以自發組織形成有序穩定的狀態。信息健康學的調理觀，是將結構信息作為負熵引入生物結構系統中，調控生物體基因表達，恢復結構系統動態平衡或同外界結構系統建立平衡，從而恢復健康，甚至也可以引入其他結構系統的特性，將更有利于生物的健康生存和繁衍。

3.3 調理方法

假設生物的健康結構系統由n 個結構要素組成，f（S）=f（S1）+f（S2）+......+f（Sn），其中所有層次的動態平衡系統所包含的結構都處于正常狀態，同時其所有的結構也都處于相應的動態平衡系統之中。將f（S）以及f（S）所包含的結構要素都稱之為“正”。相應的需要被調理的生物結構系統為f（S'）=f（S1’）+f（S2’）+......+f（Sn’），若結構失衡（比如缺失）的要素為f（Sk’）（1 ≤k ≤n），那么在f（S）中找到需要結構f（Sk’）參與相互作用才能建立平衡的結構f（Sj）（1 ≤j ≤n）。用f（Sj）結構所對應的穩定結構作用于f（S'）（如口服），f（S’）會識別f（Sj）的結構信息，然后f（S'）結構系統的自適應、自組織功能，根據識別的f（Sj）穩定結構的信息來調節其基因表達，即調節f（S'）結構系統的結構，從而建立同f（Sj）之間的平衡，也就是調節和f（Sk’）相關的基因表達，從而恢復平衡。生命體包含多個層次的結構系統，可分為生命體、系統、器官、組織、細胞、以及更微觀的結構系統等，將各級結構系統統稱為“正”。而失衡的結構是“正”的子集，包含在相應的“正”之中。如果將包含失衡結構的“正”作為調理的“靶標”，那么用上述方法對“靶標”進行調理，稱之為“以正扶正”，也可以稱之為“靶向激發生命體自愈”。

4 總結與展望

在生物體的結構系統中發生何種結構失衡是不確定的、無限的，因結構失衡產生的癥狀更是千差萬別，現代醫學根據結構或功能失衡來定義疾病，因此疾病是無限的，通過治療疾病來恢復健康變得非常困難而繁雜。而從健康和信息的角度，“正”都是一樣的，“以正扶正”就是以不變的“正”，應對“正”不同失衡造成萬變的病，是有限和無限的統一，是簡單和復雜的統一，可以有效維護生命的健康，從而為健康事業做出更大貢獻。