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●健康:《病得健康》
作者:(美)金觀源
定價:36元
出版:中國科學技術出版社
在系統醫學中應用生命系統的強健性來分析健康與疾病的關系,有時比應用穩態可以得出更多的結論,比如系統的脆弱性是強健性的對立面,如果說健康經常是強健性的表現的話,那麼顯示脆弱性的時候就容易得病。作為患者,多了解一些我們軀體的這種強健特性,對於防治疾病與盡快康復是十分有益的。
在穩態理論中,我們已知道穩態的實現是依賴負反饋原理。那麼,對於與穩態等同但具有更廣泛涵義的生物系統強健性來說,它又是通過什麼機制來實現的呢?現在知道,包括人體在內的復雜的生命系統所具有的強健性機制,可以用工程控制系統的四個設計特征來解釋,它們分別是反饋控制、冗餘、模塊化以及結構穩定性。
(1)反饋控制
反饋控制,是生物復雜系統實現功能穩態或強健性的最重要的一類機制。復雜工程系統中使用了多種控制模式。前饋與反饋控制是兩種主要的控制模式,二者在生物學系統中無處不在。前饋控制是一種開環控制,其中預先定義好的動作序列被特定刺激觸發。反饋是一種高級的控制,其構成閉環獲得期望的系統控制。負反饋系統探測期望輸出和實際輸出之間的差別,通過調節輸入來消除這種差別。和前饋控制相比,反饋控制更加先進,並能確保系統正確控制,故是工程系統中最廣泛使用的增加系統穩定性和強健性的方法。我們體內的各種維生功能也都是依賴負反饋對抗乾擾,維持穩態。
(2)多重保險的冗餘設計
冗餘設計,是我們軀體保持強健性、維持健康狀態的另一個重要機制。它可以簡單地比喻為『雙保險』或『多重保險』。
生物系統可以通過多條途徑來實現相同的功能,當其中一條途徑發生問題時,可以通過其他具有類似功能的途徑來完成任務,這就是冗餘機制。換言之,冗餘通過提供多條通路來完成功能,抵抗對系統組件的損傷,從而提高系統強健性。
在我們的軀體內,無論是器官、整體還是基因或生物分子水平,也都存在著冗餘設計。如我們重要的器官都有兩個:兩個腎、兩個肺、兩只眼、兩個耳朵、兩只手、兩條腿,還有兩個大腦半球等。細胞也提供冗餘性,如細胞內許多自動單位起相同的作用。復制基因以及類似功能基因也是冗餘的例子。如有多個基因編碼相似的蛋白質,或多個網絡具有互補的功能。
(3)模塊化的『防火牆』
除冗餘設計外,系統模塊化也是維持機體強健性的一種機制,就是把具有相同或相似功能的系統部件分隔成相對獨立的模塊,以利於降低內外擾動對整個系統的影響。這就好比是建立了一座座的防火牆,一旦其中某一個模塊發生故障時,可以避免故障的無限擴散而導致整個系統無法挽回的崩潰;同時,還可以通過啟用尚未發生障礙的其他模塊來補償系統主要部分的失效。
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