信息健康学的初探

董福田

（南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210046）

0 引言

健康是人类赖以生存和繁衍的基石，疾病是残害人类健康的罪魁祸首，医学是从预防、治疗疾病的角度来维护健康的。诊断和治疗统称为诊治，根据疾病研究的不同角度和方法，诊治和疾病之间的关系可以分为线性和非线性关系。因此，图1可以用来分析疾病和诊治之间的关系。

图1 对非线性图形进行了简化

西医是以结构失衡来定义疾病的辨病论治，认为疾病的发生必然存在结构失衡的物质，即致病源，运用现有医学检验手段寻找致病源，建立标准化的诊治模式与流程，疾病和诊治之间的关系是图1中的线性关系，但生物体内结构能够产生多少种失衡难以计数，让诊治变得非常复杂。中医辨证论治，强调“病”、“证”、“症”相结合。辨证论治是以“人-症-病-证”为核心的体系，症、病、证虽然所指各有不同，但又相互联系，彼此交织在一起，结构、功能、症状三者之间是一个复杂的非线性关系，因此疾病和诊治之间的关系呈现出图1中“同病异治”的非线性A 和“异病同治”的非线性B 关系，其复杂度可想而知[1]。如果我们不是从疾病的角度来防护健康，而是从健康的角度来防护健康，其困难程度又是如何呢？

从疾病的角度防护健康，治疗每个疾病都依赖于对疾病的致病原因/机制的认知。从健康的角度防护健康，就要研究健康是什么，健康是怎么来的。健康是对生命的整体而言的，对于生命而言，无论是宏观还是微观，部分还是整体，都是由细胞这个基本的生命单位所构成，也就是人的生命是由生命所构成。人的健康包括细胞，细胞之间相互作用所构成的组织、器官、系统等从微观到宏观、从部分到整体都是健康的。因此，研究健康要先研究生命演化规律，如单细胞生物是怎么来的，是如何演化为多细胞生物的，再研究如何利用这种生命的演化规律来维护健康。《黄帝内经》：“天地合气，命之曰人”和恩格斯在《自然辩证法》一书中说的“生命是整个自然的结果”的论断，说明生命是由宇宙演化而来的。

1 探索宇宙演化的规律

《太极图说》中阐释了中国传统文化的宇宙观，即“太极”是宇宙的本原，它既是自然秩序的本体，又是万物生成的逻辑。“太极”的自然秩序，既体现在混沌之中，也体现在有序之中，二者是一个统一的整体。太极联通着物质世界的“有”和“无”，是用来统一阴阳、五行观念的最高范畴，“五行，一阴阳也；阴阳，一太极也；太极，本无极也。[2]”认为“二五之精”化生万物，“二五”就是阴阳五行。现代科学正在从结构的角度探究宇宙的演化规律。宇宙大爆炸之初首先出现了正、负电荷，两者相互作用形成一个简单的物质结构氢，然后这个简单结构通过相互作用形成其他更复杂的结构，并最终形成了包括整个生物界在内的宏观物质。因此，宇宙万物统一于结构。那么是否能将中国传统哲学的“阴阳五行”和现代科学的结构研究融为一体来研究宇宙演化的规律呢？

在有机结构系统中，每个结构都存在与其相互促进和制约的结构，一个理想的结构模型就是符合中国传统文化中“阴阳五行”的结构模型，称之为“阴阳五行结构模型”。

通过数学推理的方法已经证明按照“阴阳五行结构模型”所构建的结构系统的具有动态稳定的特性。假设，“阴阳五行结构模型”中的要素包括A、B、C、D、E，见图2。其中A 促进B，B 促进C，C 促进D，D 促进E，E 促进A，E 制约B，B制约D，D 制约A，A 制约C，C 制约E，E 为起点，f（A1）、f（E1）为已知。经证明，f（En）+f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）+f（En+1）=f（Dn）-f（Cn-1）=0；

图2 结构系统作用模型

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，说明“阴阳五行结构模型”具有驱使其循环往复的内在“动力”，是动态平衡系统。某个数值会周期性出现在相互作用的要素之中，见图3。数值的大小代表此要素的功能强弱、属性强度等。在受到外部条件干扰时，没有超出要素本身的阙值时，符合“阴阳五行结构模型”的系统会保持动态平衡，且在系统要素的相互作用下，外部条件干扰会在系统的每个要素间依次传递[4]，见图4。如果一个系统的要素异于五，那么与每个要素发生相互作用的要素不是少于四个就是多于四个。如果多于四个，仍然可以根据其他要素促进它的结构与其他要素制约它的结构、它促进其他要素的结构与它制约其他要素的结构进行要素之间组合，仍然可以归结为四种要素；如果少于四个，则在这个系统之中，一定有一个要素缺少一种促进它或者制约它的结构，这样的结构系统不能保持持久的动态平衡。

图3 结构系统周期律

图4 结构系统的动态

宇宙万物演化的过程，就是结构之间相互作用的过程，都可以归结为太极的阴阳之间的相互作用、相互转化的关系。“其大无外，其小无内”，大至宇宙，小至人体，微至粒子……都是一个个太极，即太极也是由太极构成的。生命一开始也是处于“无”的状态，当能量相互作用形成稳定的原子结构；多个原子结构相互作用形成了稳定的分子或者晶体结构；多个分子结构相互作用形成更复杂的结构（例如有机物），直至形成一个具有自适应、自组织并能保持自身动态稳定的结构系统，进而演化出生命。

2 生命的诞生及其演化规律

现代生物学研究证明，生命的本质是新陈代谢和自我复制，前者与酶（具体结构）的催化作用密不可分，而后者对于储存遗传信息的核酸（抽象结构）必不可少。核酸中的遗传信息记录了蛋白质的抽象结构，编码蛋白质形成；核酸的合成和复制需要酶的催化，蛋白质和核酸的相互作用形成核酸-蛋白质结构系统，是生命起源的关键。

核酸-蛋白质结构系统作为遗传信息载体与表达系统，在生物结构系统中起到主导作用。一段核酸片段复制并不会直接影响另一段核酸片段复制，但会通过所编码的蛋白酶去发生参与核酸的复制，形成催化循环。如果抽象结构与具体结构相互作用形成的符合“阴阳五行结构模型”的结构系统，就会具有自适应、自组织、维持自身稳定存在的功能。该结构系统在与外界交换物质、信息、能量的过程中，可以对外界干扰做出反应，并保持内部的一致性和自身整体性。于是乎，在35亿年前的某时、某地诞生了地球上的第一个细胞，这是一个有外膜包裹、含5000个蛋白质、以RNA 传递信息，由DNA 调控一切的，具有“自我维生结构”的生命个体。然后，生物结构系统以具体结构和抽象结构相互作用为核心，利用自适应、自组织等能力不断与周围环境结构建立平衡，甚至内化外部结构，更新结构系统的物质、信息、能量，在动态稳定结构系统的基础上构建更高一级的动态稳定结构系统，不断螺旋发展，构成生命的螺旋，是生物生存、繁衍与进化的基础[5]。

2.1 生命演化中的内化作用

生命体的结构系统具有自适应、自组织的功能，在与环境结构相互作用过程中，不但能构建与环境结构之间的动态平衡，甚至将其内化为生命体的一部分，形成新的结构系统，而实现生物进化。在生命体与环境相互作用的过程中，当生命体的结构系统中存在或者产生能对环境结构起到制约作用的结构，那么生命体就能免受其害，有效防御；当环境结构的某个作用对生命体产生有利的影响，那么就能将这个外部结构“化敌为友”了，例如肠道菌群促进人体消化和代谢，甚至参与机体的免疫反应。在长期相互作用过程中，生命体甚至将环境结构逐渐的与自身的结构系统融为一体，即如果生物体能通过自身结构形成此环境结构，脱离对外部环境的依赖，那么这个外部环境结构就成为整个生命动态平衡结构系统的一部分。生命体内化是一种通过结构系统自身的自适应、自组织能力让环境结构产生有利于自己的进化方式，特别是两个生命结构系统之间的相互作用而演化出新特性的生命系统，例如：内共生起源学说认为，线粒体是由被细胞吞入的细菌演化而来[6]。

我们通过阴阳五行的结构系统模型来研究生命演化的内化作用。如图5所示，假设生命结构系统f（S）包含一个由A、B、C、D、E 要素构成的动态平衡结构系统，X 是与f（S）相互作用的环境结构。假设结构A 生成出结构F，F 对X 具有制约作用，抑制X 对f（S）的损害；假设X 对f（S）中的结构具有价值的促进或者制约作用，比如对B 或者B 所包含的某个结构产生促进作用，那么X 对 f（S）是有益的。在长期的相互作用过程中，假设E 中产生了能促进X 的结构G，从而脱离对环境的依赖，X 也就内化为f（S）自身的一部分，成为f（S）中一个新的动态平衡系统的一个要素，如图6所示，其中K 包含了F 和E 中促进X 的结构，L 包括了X 和制约A 的结构，以此类推，形成了一个新的，甚至是更高层次的符合阴阳五行模型的动态平衡的结构系统。

图5 环境结构与结构系统的作用

图6 结构系统对环境结构的内化

2.2 生命结构系统自演化

假设生命结构系统f（S），在生命存在和繁衍的过程中，其自身因为基因突变会产生很多新的结构，如果这个新的结构恰好能促进f（S）保持自身的动态平衡，则这个新的结构因为f（S）自身的自适应、自组织、保持自身稳定的功能而得以保留，形成了新的、甚至是更高层次的动态稳定平衡系统，更有利于生命在变化的环境结构中得以生存，比如细菌产生抗药性的结构。如果f（S）所处的环境结构发生了很大的变化，甚至是系统性的剧变，f（S）因为基因突变而产生的许多有利于和这个剧变的环境结构作用下达到平衡而得以保留，甚至这些因为基因突变所产生的结构之间、与其他结构之间，相互协调，相互促进，相互制约，共同组装成更高级的动态平衡的结构系统，产生新的功能，甚至演化出新的组织、器官、系统等。后一层次的结构是由前一层次结构相互作用、变化形成的。后一层次结构形成不仅与前一层次结构相联系，而且正是由于前一层次结构的相互作用，引起了更高层次结构的产生，从而发展成更复杂的结构系统，演化出地球上丰富多彩的生命生态[7]。

3 信息健康学

世界卫生组织提出“健康不仅是没有疾病或虚弱，而是躯体上、心理上和社会适应上的完好状态。”的健康观[8]。健康就是个体与环境在心理、躯体上的适应、协调的结果，是结构系统保持动态平衡的状态[9]。当受到外界结构环境对人体总负荷打破原有的动态平衡，人体结构系统的无序性增加，人体健康状态就会被打破。我们把从信息和健康的角度建立生物健康的理论，称之为信息健康学。

3.1 健康观

生命体不能脱离环境而独立存在，无时无刻都在与外部环境结构进行物质、信息、能量交换，每一个个体都是一个动态平衡的结构系统，是基因的结构和环境结构共同作用的结果。结构的秩序归结为能量的秩序，结构之间的相互作用归结为能量之间的相互作用。动态平衡的结构系统，也是能量的动态平衡系统，能量结构是比物质结构更为抽象的结构。

生命体所生存环境中的风、寒、暑、湿、燥、宇宙射线，生命体摄取的食物等环境结构，都会对生命体自身的结构系统产生作用，而生命体的自适应、自组织、保持自身稳定的功能会调节自身的结构来和环境结构建立平衡，这个是生物存在和演化的基础，也是生物衰老以及产生疾病的关键所在。如图7，假设生命结构系统f（S）包含一个由A、B、C、D、E 要素构成的动态平衡结构系统，G 是与f（S）相互作用的环境结构，对A 起到了促进作用。当G 对A 的促进作用超过一定量时，f（S）会通过自身的自适应、自组织功能，通过相应基因表达的调节，降低甚至不再合成结构E，如果G 对A 的作用足够强，和E 相关的基因表达可能会形成基因记忆，即使G 的结构不存在了，相应的基因表达也不能自动调节回到正常情况，从而造成f（S）的结构系统失衡，由于与其相互作用的要素或者系统也归属于具有自适应、自组织的动态平衡系统，因此在相互作用中就会呈现“代偿”功能，但是随着失衡的结构增多，就会产生衰老或者疾病。生物所处环境中的结构，有些结构会周期性的变化，生物针对这种周期性变化的结构演化出了相应的生物节律来适应；同时，存在着千变万化或者偶然性环境结构的作用，而且即使周期性变化的结构，其作用强度和作用时间也不是一成不变的。因此，生物在这样的环境下依靠其自适应、自组织的功能保持自身存在的过程，也是结构系统失衡造成衰老乃至产生疾病的过程。生物结构系统是建立在动态平衡系统之上的动态平衡系统，生物健康就是所有层次的动态平衡系统所包含的结构都处于正常状态，同时其所有的结构也都处于相应的动态平衡系统之中。

图7 环境结构对结构系统的影响

3.2 调理观

生命与非生命的主要区别在于生命是活的，生命是能够通过信息自主调控实现自适应、自组织和自复制的结构系统[10]。薛定谔将热力学“负熵”的概念引入到生物学中，提出“生命赖负熵为生”的观点[11]。生命系统总熵变dS=deS+diS，其中deS 表示由系统与外界之间进行物质和能量交换引起的熵变，称为熵流。对于生命体这个开放系统，无时无刻不在进行熵变活动，其中deS ≠0，生命系统内部熵不可逆转且不断增加，需要通过不断地吃进负熵来抵消，从而使系统保持有序稳定的状态，即健康状态[12]。若有生命体从外界获得负熵，生命体的熵变dS＜0，这时系统的熵降低，系统从某种有序结构上升到更高阶的有序结构，生命体会变得更健康甚至更年轻；若生命体的熵变dS=0，系统将保持一定的有序结构，生命有机体处于稳态阶段；若生命系统短期内或局部出现熵积累过多，生命体的熵变dS＞0，系统的熵增加，出现短期或局部的混乱、无序状态，会造成机体生病、退化、衰老[13]。假如要提高系统的有序稳定程度，系统总熵要降低，熵变dS＜0，即从外界引进充足的负熵，系统可以自发组织形成有序稳定的状态。信息健康学的调理观，是将结构信息作为负熵引入生物结构系统中，调控生物体基因表达，恢复结构系统动态平衡或同外界结构系统建立平衡，从而恢复健康，甚至也可以引入其他结构系统的特性，将更有利于生物的健康生存和繁衍。

3.3 调理方法

假设生物的健康结构系统由n 个结构要素组成，f（S）=f（S1）+f（S2）+......+f（Sn），其中所有层次的动态平衡系统所包含的结构都处于正常状态，同时其所有的结构也都处于相应的动态平衡系统之中。将f（S）以及f（S）所包含的结构要素都称之为“正”。相应的需要被调理的生物结构系统为f（S'）=f（S1’）+f（S2’）+......+f（Sn’），若结构失衡（比如缺失）的要素为f（Sk’）（1 ≤k ≤n），那么在f（S）中找到需要结构f（Sk’）参与相互作用才能建立平衡的结构f（Sj）（1 ≤j ≤n）。用f（Sj）结构所对应的稳定结构作用于f（S'）（如口服），f（S’）会识别f（Sj）的结构信息，然后f（S'）结构系统的自适应、自组织功能，根据识别的f（Sj）稳定结构的信息来调节其基因表达，即调节f（S'）结构系统的结构，从而建立同f（Sj）之间的平衡，也就是调节和f（Sk’）相关的基因表达，从而恢复平衡。生命体包含多个层次的结构系统，可分为生命体、系统、器官、组织、细胞、以及更微观的结构系统等，将各级结构系统统称为“正”。而失衡的结构是“正”的子集，包含在相应的“正”之中。如果将包含失衡结构的“正”作为调理的“靶标”，那么用上述方法对“靶标”进行调理，称之为“以正扶正”，也可以称之为“靶向激发生命体自愈”。

4 总结与展望

在生物体的结构系统中发生何种结构失衡是不确定的、无限的，因结构失衡产生的症状更是千差万别，现代医学根据结构或功能失衡来定义疾病，因此疾病是无限的，通过治疗疾病来恢复健康变得非常困难而繁杂。而从健康和信息的角度，“正”都是一样的，“以正扶正”就是以不变的“正”，应对“正”不同失衡造成万变的病，是有限和无限的统一，是简单和复杂的统一，可以有效维护生命的健康，从而为健康事业做出更大贡献。