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第三节 体表-内脏的特定联系是动物进化的必然选择
我们一生可以在无严重疾病情况下健康地活着,但消化系统的功能异常却常伴随着我们;在缺乏卫生食品的动物,消化系统疾病常导致严重的后果。生物进化过程必须解决这个问题。生命体不存在没有功能的结构,更不存在无结构的功能。
在已了解到的所有低等动物中,如梯状神经系统阶段的涡虫和线虫,环节动物链状神经系统阶段的蚯蚓和软体动物,其神经节的发育都向内脏和体壁发出共同支配的神经纤维,构成了体表-内脏联系的神经基础。可以认为,进化到了梯状神经系统阶段的所有动物,都具有体壁-内脏神经的交互联系,没有这种联系的动物已经在进化过程中被淘汰了。
梯状神经系统的秀丽隐杆线虫(C.elegans)是一种名副其实的美丽生物。显微镜下它通身透明,纤细的身躯优雅地摆动,每一块肌肉的收缩与松弛都一览无余。这种长不过1mm的小生物是唯一一个身体中的所有细胞能被逐个盘点并各归其类的生物。成年秀丽隐杆线虫有302个神经元,282个是躯体神经元,20个是(内脏)咽消化-内分泌神经元。我们感兴趣的是,在这如此卑微的小生物就进化有了体表与内脏的神经联系。秀丽隐杆线虫有8个咽-消化中间神经元,其中一对命名为I1的神经元通过缝隙连接与躯体的单配对RIP中间神经元以电突触形式发生联系,参与对内脏活动的调控(图1-5)。体表触刺激和直接刺激体表RIP中间神经元可引起线虫的咽消化泵吸反应;去除RIP中间神经元,体表触刺激引起的咽消化泵吸反应消失(Avery和Thomas,1997)。
图1-5 A:秀丽隐杆线虫荧光标记照片;B:秀丽隐杆线虫透射电子显微镜的横断面图像,可见躯体RIP中间神经元进入咽腔与I1内脏中间神经元发生缝隙连接(右上角插入小图白色箭头),I1神经元的表皮下末梢紧贴内腔。标尺:1μm(引自:A:http://martinfitzpatrick.name/tag/celegans;B:Avery和Thomas,1997)
我们再以发育到链状神经系统阶段的动物、已经取得较为详细资料的医用水蛭为例,阐述体表-内脏神经联系的机制。水蛭是一类高度特化的环节动物。水蛭体节固定,一般为34节,末7节愈合成吸盘。体节分节是特化的开始,每节内可容纳各项器官,特别是循环、排泄、生殖和神经等;身体的分节是生理上分工的开始。环节动物是首先出现中枢神经系统的无脊椎动物。水蛭的神经细胞体部都集中在神经节内,神经元为单极类型,细胞分布在神经节的表面,神经节中央称髓部,为神经纤维丛所构成,这与脊椎动物的脊髓不同,脊髓的神经细胞体在中央灰质内,纤维在外围的白质内(图1-6)。
图1-6 水蛭结构(引自Nicholls和Van Essen,1974)
形态学研究表明,在医用水蛭,支配心管(进化过程中的原始心脏)的神经也支配相应的体壁(Jellies等;1992)。生理学研究观察到(图1-7)医用水蛭神经节的一种感受伤害性刺激的神经元也对来自消化道的刺激发生反应(在哺乳动物中,也只有能够感受伤害性刺激的神经元才对内脏的传入发生激活反应)(Muller等;1981)。
图1-7 水蛭伤害感受神经元对体表27g伤害性强度的压力刺激和对肠道牵拉刺激都可引起激活反应,但对7g体表的非伤害性强度的压力刺激没有反应(刺激时间均为1秒)(引自Muller等;1981)
饶有兴趣的一项研究也表明体壁与内脏存在发育上的联系。Loer及其同事(1987)观察到水蛭胚胎的Retzius神经元(具有多潜能功能分化神经元)本来是支配体壁肌肉组织和皮肤的,但在生殖节段(Retzius5,6)这类细胞却成为主要支配生殖组织的神经元,而同时支配同体节体壁组织的分支则少(但仍然提供了重要的体表-内脏联系的证据)。如果在胚胎发育期间去除生殖组织原基,则该节段的Retzius细胞重新发育成支配体壁肌肉组织和皮肤的神经元(图1-8)。作者的意图是探讨神经元发育与靶器官的重要关系,但也给予了一个重要信息:体表与内脏的特异性神经联系在动物进化过程中就已牢牢确立。
图1-8 正常发育水蛭20~23天胚胎(A),其第6神经节前根(SNA6)支配未来生殖器官(白色箭头),而切除水蛭生殖组织原基(B)后,SNA6在胚胎发育后期发生变化,它穿过生殖组织向体壁延伸而成躯体神经了(图B中红色箭头指向的神经纤维呈“人”字分叉),在图A没有沿红色箭头走向体壁的“人”字分叉(引自Loer等;1987)
从动物胚胎发育来看,体表与内脏的关系更能从系统发生的角度来详加论述。脊椎动物在胚胎发育的过程中沿身体前后轴的轴旁中胚层分成节段状,形成体节(somite)。随着胚胎的继续发育,每个体节分化成为生骨节(sclerotome)、生皮节(dermatome)和生肌节(myotome)。生骨节分化为骨、软骨和纤维性结缔组织;生皮节分化为真皮和皮下组织;生肌节分化为骨骼肌(图1-9)。
图1-9 箭头显示神经嵴细胞沿两条路线迁移,黄色箭头所指的神经嵴细胞通过生骨节前半部,这些神经元将发育成脊神经节和感觉神经元,而继续向腹侧迁移的细胞则形成交感神经节、肾上腺髓质;红色箭头所指的神经嵴细胞沿表皮外胚层和生肌皮节间向腹中线迁移,最终形成色素细胞。NT:神经管;N:脊索;AO:主动脉;R:头侧;C:尾侧;☆:黄色星代表神经节细胞
在体节发育过程中,一些神经元与体节细胞发生相互作用。除运动神经元外,神经嵴细胞(neural crest)也随体节细胞迁移(图1-10),神经嵴细胞可分化成多样功能细胞。在体节的内外侧表面,神经嵴细胞分化形成背根节感觉神经元、交感神经节神经元和肠神经系统神经元和某些胃肠道的内分泌细胞(Raible和Eisen;1994)。这些和体节发生相互联系和作用,甚至亲缘关系很近的神经元将体节连接成一个体表-内脏相统一的结构-功能性相关单元。
图1-10 野生型斑马鱼幼体后部躯干一个体节横切面采用anti-Hu表位染色出现在后肠(hg)周围的呈Hu-阳性反应的神经元(黑箭头所指),表明此时的神经嵴神经元已经发育成肠神经系统神经元(A)。呈胶质纤维酸性蛋白阳性反应的纤维网(红色)出现在后肠Hu-阳性反应的肠神经元周围(B)。WT:野生型斑马鱼;m:生肌节;me:成黑色素细胞;f:腹鳍;标尺:35μm(A)和20μm(B)(引自Kelsh和Eisen;2000)
这些资料表明,无论是无脊椎动物还是低等的脊椎动物,其神经系统都在进化过程中形成了广泛的体表与内脏的特异性联系。
19世纪中叶,作为现代生理学奠基人的德国莱比锡大学的Carl Ludwig教授就观察到刺激肢体的神经可引起血压的变化,从而确立了躯体-内脏-交感神经反射。此后的100多年,这种反射性联系已经成为生理学教科书的经典内容(图1-11)。
图1-11 体表传入与内脏传入在脊髓背角会聚与躯体-内脏交感神经反射
注意:支配心脏的神经节段与支配上肢前内侧的皮节相重合,而此区正是与心相关的手少阴心经和手厥阴心包经循行路线一致
躯体-内脏-交感神经反射的神经基础是:在脊椎动物,内脏和躯体传入可在脊髓神经元会聚。脊髓神经元分为两大类:①躯体神经元(somatic neuron):对体表外周感受野的刺激发生反应,但不接受来自内脏神经的传入纤维;②内脏-躯体神经元(viscero-somatic neuron):即不但对躯体刺激发生反应,也对内脏神经的刺激发生反应;③脊髓中不存在仅接受内脏传入的神经元(图1-12)。可以明确:只有存在这种联系神经元的动物才能在进化过程中“适者生存”,从低等的无脊椎动物进化到高等的哺乳动物。不能进化到这种神经联系阶段的动物无一例外地被淘汰而消亡了。
图1-12 脊髓的单纯躯体感觉神经元和躯体-内脏会聚神经元
躯体(左)和内脏-躯体神经元(右)对电刺激其外周感受野(上线)和内脏神经(下线)的反应。中间为两个神经元的外周感受野,躯体神经元仅对非伤害刷毛刺激发生反应,对伤害性夹皮刺激不发生反应。而内脏-躯体神经元对两种形式的刺激都发生反应。下部显示两个神经元在脊髓中的位置(引自Cervero和Tattersall,1986)
简而言之,这种靠神经系统将体表与内脏联系起来的结构,使得在无医疗手段的动物界依靠本能的体表刺激来治疗以亿年为计的个体或种系在整个生命过程中的疾病,通过生物体的“自稳态”平衡调节——Homeostasis,保持种系的生息、进化和健康。
生物是为了适应生存的需要才不断进化的。既然在进化过程中形成了体表与内脏的联系,因而不可能仅安排占体表面积不到5%的362个穴位(按人体表面积1.5~1.8m 2、每个穴位以约1cm 2计算)来维系这种联系,无数个有效刺激点都已经或等待我们去挖掘和开发(其实已经开发的太多了)。其实,各种体表有效穴位、刺激点或部位都是生物为“适者生存”而形成的内脏或深部组织在体表的联络位域图:Somato-visceral-topographical maps。
自然哲学指出:大自然不做多余的事——难道生物的这种皮-脑轴的形成、脊髓存在的疼痛控制闸门和体表与内脏的特定联系会是多余的吗?西医治疗学中忽略这种皮-脑轴、体表与内脏的联系和疼痛控制方法的存在是否意味着有更好的办法来替代这种医疗本能呢?事实却未必如此。相反,起源于生命的本能医学,今后也将在某种意义上回归。
我们可以一遍遍研发新的药物和不断地淘汰旧的药物,但体表干预疗法却是永恒的。我们可以以科学的名义宣布:以针灸为代表的体表医学是生存在这个地球上包括人类在内的所有动物的终极医学科学,也是生物进化过程中自然选择的终极宿命!
我们应该进一步研究体表医学的科学内涵,拓宽体表医学的临床应用范围;我们真诚期盼体表医学能够在崇尚自然、敬畏自然、保护自然、回归自然的现代社会的科学医学体系中得到复兴。