（8）生命與負熵
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尋找接班人2011-08-28 15:51閱讀(6)
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（一）生命的定義
物理學(xué)家們第一個(gè)注意到生命就是復雜系統。他們給生命的定義是：生命是一個(gè)開(kāi)放的復雜系統，生命以負熵為生。
（二）尋找生命的負熵
將這個(gè)耗散結構理論落實(shí)到生命、醫學(xué)，其實(shí)也是一個(gè)人們早已知道的常識，人只有吃飯才能維持生命。食物，就是人類(lèi)的負熵。但是，在醫學(xué)臨床中落實(shí)這個(gè)問(wèn)題時(shí)卻成了困難的問(wèn)題。因為在疾病時(shí)，患者已經(jīng)無(wú)法通過(guò)正常進(jìn)食而得到生命的負熵。如果這一條不能保證，生命從戰略上講，是注定要死亡的。其他任何治療都將失去換留生命的作用。當我們說(shuō)食物就是負熵的時(shí)候，這是個(gè)非常簡(jiǎn)單的事，可是當我們面對患者不能進(jìn)食而必須將食物中最重要的成分以藥物的方式提取出來(lái)應用于臨床治療的時(shí)候，這就成為一個(gè)非常困難的科學(xué)研究課題。這個(gè)課題的名稱(chēng)就是：“尋找負熵”。長(cháng)期以來(lái)，現代醫學(xué)雖無(wú)“負熵”這個(gè)概念，但在臨床實(shí)踐中卻早在應用這個(gè)概念了。當然是不自覺(jué)的應用。這就是，現代醫學(xué)中將“葡萄糖”實(shí)際上在當作負熵使用。當然，確實(shí)它沒(méi)有起到負熵的重要作用。美國的科研人員，從50年代就開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)20年的努力，終于在70年代取得結論，找到這個(gè)負熵物質(zhì)。但是由于負熵概念是后現代科學(xué)耗散結構理論的產(chǎn)物，負熵只有在耗散結構理論框架中才能起作用。而站在現代醫學(xué)機械還原論的理論框架中，臨床醫生很難接受這個(gè)概念和相應的治療方法。但是，情況在改變，從70年代到2000年，又30年過(guò)去了，現在我們已經(jīng)有機會(huì )正式豎起后現代醫學(xué)的旗幟，將負熵療法推向臨床。
后現代理論醫學(xué)就是系統理論引進(jìn)到醫學(xué)中的產(chǎn)物。用系統理論來(lái)認識生命，就發(fā)現生命是以細胞為最基本子系統的一個(gè)復雜巨系統，生命系統的存在，依賴(lài)于細胞的生存及細胞之間的相互作用。按照耗散結構理論，生命以負熵為生，負熵就是細胞生存、增殖所需要的物質(zhì)和能量。那么，確定什么物質(zhì)是生命的負熵物質(zhì)，并及時(shí)適量地為生命提供這些負熵物質(zhì)，就是醫學(xué)最基本的任務(wù)。生物學(xué)和現代醫學(xué)已經(jīng)研究確認，DNA復制是細胞生存、增殖的最主要環(huán)節。DNA復制所需要的原料，就是生命的負熵。這些物質(zhì)中，第一個(gè)重要物質(zhì)是谷氨酰胺，它是DNA中堿基合成的原料。谷氨酰胺為堿基合成提供氮原子。第二個(gè)重要物質(zhì)是葉酸，它為DNA合成提供一碳單位，即C原子。這些碳原子是DNA長(cháng)鏈的主要成分。其他還有另外一些氨基酸和鉀離子、鎂離子等。鉀離子、鎂離子是DNA合成中多種酶的激活劑。這些物質(zhì)和這些道理雖然早已為現代醫學(xué)所發(fā)現，但并未在臨床實(shí)踐中得到重視和應用。在后現代理論醫學(xué)的理論框架下，這些物質(zhì)和這些道理就變成維持生命存在的最基本、最重要的措施。在后現代理論醫學(xué)中應用以上這些負熵物質(zhì)所進(jìn)行的治療可稱(chēng)為“負熵治療”。
（三）谷氨酰胺是生命的負熵物質(zhì)
這個(gè)負熵物質(zhì)就是谷氨酰胺。
1 谷氨酰胺重要作用的發(fā)現
最先發(fā)現谷氨酰胺重要作用的人不是醫生，而是那些想在實(shí)驗室培養細胞的人。在50年代，一位名叫Hennry Eogle的人想通過(guò)在細胞培養液中加入葡萄糖來(lái)使人和動(dòng)物的細胞在體外生長(cháng)。但他發(fā)現，僅有葡萄糖是不夠的。在試用了許多營(yíng)養物之后，他發(fā)現谷氨酰胺可以促進(jìn)免疫細胞和其他一些細胞的生長(cháng)。像大多數新發(fā)現一樣，當時(shí)并未引起人們的重視。一直到20年后，人們重新發(fā)現這一現象時(shí)才引起重視。70年代，美國國立衛生院Herbert Windmuelle藥學(xué)博士研究抗生素和其他藥物在小腸吸收的特點(diǎn)，為此，他靠灌注含適當營(yíng)養的溶液保持一小段腸子存活。這些溶液主要含葡萄糖。但這些溶液均不能保持腸子的存活。這位博士推測，灌注液缺少某種為腸代謝所必需的營(yíng)養物。經(jīng)過(guò)篩選實(shí)驗，發(fā)現這個(gè)物質(zhì)就是谷氨酰胺。
谷氨酰胺（Glutamine,GLN）是哺乳動(dòng)物體內含量最豐富的氨基酸,正常人血漿濃度為0.6-0.9mmol/L。肌細胞內谷氨酰胺濃度為20mmol/Ｌ，比血液中高30倍。谷氨酰胺量占人全身游離氨基酸一半以上，因此谷氨酰胺變化直接影響機體總氨基酸的變化。谷氨酰胺受到廣泛的關(guān)注，部分原因是其在重要疾病中顯著(zhù)的代謝變化，同時(shí)也因為一些研究表明其可能為一種條件性必需氨基酸。Krebs（1935）首次發(fā)現哺乳動(dòng)物腎臟合成和分解谷氨酰胺的能力后，人們才開(kāi)始逐步了解谷氨酰胺的作用。Krebs(1935)強調了谷氨酰胺在氮代謝上的重要性：“絕大多數氨基酸都有多種功能，但谷氨酰胺的功能是最豐富的”。20年后，Eagle(1955)綜述了培養的哺乳動(dòng)物細胞的谷氨酰胺營(yíng)養需要，并強調谷氨酰胺是一種重要的營(yíng)養素。在許多動(dòng)物細胞中谷氨酰胺有相對高的濃度，其作為氨的清除劑和作為生物合成許多重要物質(zhì)如核酸、氨基糖和氨基酸氮的供體。谷氨酰胺是血液中最豐富的氨基酸，是腎臟中氨合成和肝臟中尿素合成的氮的載體。六十年代后期動(dòng)靜脈濃度差法在狗的研究中發(fā)現PDV(Portal-Drained-Viseral)中有最大的谷氨酰胺的凈攝取，隨后研究表明小腸粘膜在此現象中起著(zhù)重要作用。谷氨酰胺是豬乳中含量最豐富的游離氨基酸，并在維持早期斷奶仔豬腸道結構和功能方面起著(zhù)重要的作用（Wu,1994;Wu,1996）。近年來(lái)，谷氨酰胺引起了營(yíng)養學(xué)家的廣泛關(guān)注，許多研究都表明谷氨酰胺為條件性必需氨基酸。
2 谷氨酰胺的獨特性
谷氨酰胺是由谷氨酸和氨化合而成。谷氨酰胺與谷氨酸一樣，也是20種氨基酸中的一種。從結構上看，谷氨酰胺的特點(diǎn)是比其他的氨基酸多了一個(gè)氮原子。而且谷氨酰胺在細胞中很容易分解成谷氨酸和氨。而釋放出多余的氮原子。氮是合成核酸、蛋白質(zhì)、氨基酸等不可缺少的原料。所以，現代研究認為谷氨酰胺是氮的運載工具。對干細胞的分裂增殖起重要作用。相比之下，葡萄糖只能為細胞提供能量，不能為干細胞再生提供原料，所以當細胞正常生活時(shí)，葡萄糖從提供能量維持生理活動(dòng)的角度看，是必需的。但在疾病過(guò)程中，當功能細胞受損，需要干細胞再生，重建組織器官時(shí)，葡萄糖就不起作用，而需要谷氨酰胺了。
3 機體中谷氨酰胺有多少
谷氨酰胺是體內最普通的游離氨基酸。約占總游離氨基酸的60%。而且在血流中谷氨酰胺的濃度也是很高的。其濃度大約是谷氨酸的8倍。許多氨基酸不到谷氨酰胺的1/10。含量最多的丙氨酸，也只約為谷氨酰胺濃度的一半。對于機體中和血液中濃度如此高的谷氨酰胺，過(guò)去我們的了解是很少的。只知道可作為氮的轉運者，起到降低中樞神經(jīng)系統血氨的作用。在氨基酸的分類(lèi)中，將谷氨酰胺算作非必需氨基酸。而且在目前臨床應用的各種復合氨酸酸注射液中都沒(méi)有谷氨酰胺這一成份。這種忽略與其在機體氨基酸中所占的份額極不相稱(chēng)。對谷氨酰胺在這么長(cháng)的歷史中了解得這么少，是不可思議的。而這種現象也是事物發(fā)展的普遍現象：被我們忽略的東西往往是很重要的，也正是因為如此，我們才有可能在每一次重大的發(fā)展進(jìn)步之后，仍會(huì )有新的更重大的發(fā)展和進(jìn)步。
4 L-谷氨酰胺的代謝
L-谷氨酰胺的代謝主要受L-谷氨酰胺合成酶和L-谷氨酰胺酶的調節。前者催化谷氨酸（鹽）和氨合成L-谷氨酰胺，主要存在于骨骼肌和腦組織；后者催化L-谷氨酰胺水解為谷氨酸和氨，主要存在于一些快速增殖、分化的細胞中，如粘膜細胞、淋巴細胞和內皮細胞等。
谷氨酰胺（Glutamine，Gin）是5碳氨基酸，含有兩個(gè)氨基（α一氨基和酰胺基）。在生理pH條件下，按基帶負電荷，氨基帶正電荷，分子凈電荷為零，屬于中性氨基酸。由于它含兩個(gè)氨基特性，決定了它對器官之間氮的運輸和作為氨載體的重要性，循環(huán)中30％～35％的氨基酸轉運依靠Gln完成。Gln具有生糖作用，組織細胞攝取循環(huán)中的Gln經(jīng)氧化釋放能量，每摩爾Gln通過(guò)α一酮戊二酸進(jìn)入三驗酸循環(huán)完全氧化可產(chǎn)生30摩爾的ATP，與葡萄糖（36 mol ATP／mol）一樣是高效的能源底物。Gln所含的酰胺氮對所有細胞的生物合成是絕對必需的，體內細胞利用Gln可合成源嚀、喀陡、氨基糖以及其他氨基酸。因此，Gln是蛋白質(zhì)代謝的重要調節因子，促進(jìn)細胞內蛋白質(zhì)的合成，減少骨骼肌蛋白的分解，被認為是機體在應激狀態(tài)下的“條件必需氨基酸”，對于調節應激狀態(tài)下的細胞代謝和調節免疫細胞的功能具有重要的意義
谷氨酰胺分子量為146，有兩個(gè)氨基，一個(gè)α-氨基和一個(gè)易水解的末端氨基。盡管谷氨酰胺和谷氨酸在結構上僅有微小差別，生理pH值條件下谷氨酰胺是電中性的，谷氨酸則帶負電荷（見(jiàn)圖1），但這些導致了在細胞培養液中谷氨酸不能代替谷氨酰胺和兩者轉運載體的不同。谷氨酰胺有許多重要和獨特的代謝功能：
① GLN是一種中性氨基酸，其水解脫末端氨基后生成谷氨酸，其剩余的α-氨基通
過(guò)轉氨途徑在其它各種α-氨基酸的代謝中起著(zhù)重要作用；
② GLN是嘧啶、嘌呤核苷酸、核酸、氨基糖合成的重要前體物；
③ GLN是腎臟產(chǎn)氨的最重要前體，對酸堿平衡的調節起著(zhù)十分重要的作用；
④ GLN是一種生糖氨基酸，是肝糖元異生的重要底物；
⑤ GLN是肝捕捉氨的主要載體和終末產(chǎn)物；
⑥ GLN是快速生長(cháng)和分化細胞如血管內皮細胞、淋巴細胞、腸粘膜上皮細胞等的重要供能物質(zhì)；
⑦ GLN是某些GLN依賴(lài)性細胞如腸粘膜上皮細胞的重要供能物質(zhì)，也是某些依賴(lài)葡萄糖合成ATP途徑受損后的最重要替代途徑；
⑧ GLN是蛋白質(zhì)代謝的重要調節因子，能促進(jìn)細胞內蛋白質(zhì)等生物大分子的合成，減少骨胳肌中蛋白質(zhì)的分解。
① L-谷氨酰胺的合成
骨骼肌是L-谷氨酰胺合成及儲存的主要組織。在骨骼肌細胞內，在L-谷氨酰胺合成酶的催化下，并有ATP和Mg2+參與，谷氨酸和氨結合生成L-谷氨酰胺?；铙w和離體試驗都已表明，骨骼肌在其代謝過(guò)程中釋放大量的L-谷氨酰胺，因而認為L(cháng)-谷氨酰胺在骨骼肌中主要進(jìn)行合成代謝。骨骼肌生成的L-谷氨酰胺主要來(lái)源于骨骼肌蛋白降解產(chǎn)生的天冬氨酸、天冬酰胺。谷氨酸、異亮氨酸和纈氨酸：亮氨酸和降解的核酸也能提供部分氨基。在谷氨酰胺合成酶以及Mg2+或Mn2+的催化和APT供能條件下，大腦線(xiàn)粒體中的氨與谷氨酸縮合成L-谷氨酰胺。L-谷氨酰胺的生成是腦內解氨毒的主要途徑。
骨骼肌是最主要的GLN合成和儲存的器官，其所含GLN的濃度是血循環(huán)中的30倍。在嚴重創(chuàng )傷時(shí)，肌肉釋放GLN增加，肌細胞內GLN濃度可下降50％以上，同時(shí)血漿GLN水平也較正常低20％～30％[4]。在創(chuàng )傷、嚴重感染等消耗性疾病時(shí)，肌肉釋放的GLN量遠大于其儲存量，提示骨骼肌需增加GLN的合成。有研究表明，谷氨酰胺合成酶mRNA在骨骼肌中表達潔躍。肺臟含有豐富的谷氨酰胺合成酶。在空腹和分解代謝狀態(tài)下，它是體內最重要的GLN釋放器官，且其釋放量與肌肉相當。unlloy等[6]用肺動(dòng)脈導管研究外科病人肺臟GLN的流向，發(fā)現敗血癥病人肺臟向體循環(huán)釋放GLN增加，說(shuō)明其也是重要的LN合成和儲存的器官。
② L-谷氨酰胺的降解
小腸是利用L-谷氨酰胺的主要器官。研究表明，L-谷氨酰胺通過(guò)高度親和的Na+依賴(lài)性載體系統進(jìn)入腸上皮細胞，正常生理條件下，這是L-谷氨酰胺轉運的主要途徑。在電解質(zhì)紊亂情況下，可能低親和性的非Na+依賴(lài)性載體系統也起作用。門(mén)脈中氨的水平可調節門(mén)脈外周L-谷氨酰胺酶的活性，成為肝中L-谷氨酰胺代謝的調節因素之一。研究發(fā)現，L-谷氨酰胺的轉運也是肝中L-谷氨酰胺代謝的限制因子。當機體處于分解代謝時(shí)，肝臟的L-谷氨酰胺數量和流向發(fā)生改變，尿素合成受抑，L-谷氨酰胺合成酶活性增強，肝臟利用氟合成L-谷氨酰胺，最終有利于緩解骨骼肌蛋白質(zhì)的降解程度。
（3） 2GLN在腸道的代謝
小腸可以從血液或食糜中攝取和利用GLN，血液循環(huán)每經(jīng)過(guò)消化道1次，被攝取利用的GLN就有20％--30％。Reeds［7］發(fā)現，口服GLN在首次通過(guò)小腸時(shí)幾乎被完全吸收。GLN是由谷氨酰胺合成酶(GS)將谷氨酸和谷氨酸鹽結合而成。GS主要分布在胃下部，占整個(gè)胃腸道的90％[8]，谷氨酰胺合成酶mRNA在胃腸道有高表達[9]在人的胃腸道中，GS在胃內活性最高，每lmg蛋白質(zhì)每lmin可形成GLN4.5mmol，而小腸及大腸合成的GLN不超過(guò)0.3mmol。谷氨酰胺酶活性在小腸內最高，每lmg蛋白質(zhì)每lmin可合成GLN53mnmol，而食道及胃內該酶活性最低。說(shuō)明小腸是GLN最重要的代謝器官，但其本身既不合成也不能儲存GLN，必須依賴(lài)其它臟器合成或外源性提供。Vander ulst[10]現，GLN在腸道的吸收利用依賴(lài)于血漿濃度，當在全胃腸外營(yíng)養(TPN)中加入GLN后，血漿GLN濃度升高25％，而粘膜GLN濃度則升高75％。但當腸腔中存在GLN和谷氨酸時(shí)，腸道從血液中攝取GLN的量會(huì )減少。
《說(shuō)明》
我們這里所介紹的有關(guān)谷氨酰胺的知識，大部分來(lái)自美國朱迪夏波特和南希厄利什合著(zhù)的《基本營(yíng)養素--谷氨酰胺》一書(shū)，和網(wǎng)絡(luò )上的資料。這些資料的網(wǎng)址是：
http://www.scshangwu.com/tradeinfo/info.asp?info_id=37119
http://www.super-nutrition.net/ShowArticle.asp?ArticleID=79
http://www.39kf.com/cooperate/qk/medicalpractice/0506/14/2005-08-12-92793.shtml
http://www.sunpubc.com/article/dwbj_show.asp?ArticleID=751
http://www.yy85.com/yyyxlcyx/zkjbywzl/gaxazcddx.htm
http://www.ailv.com.cn/techtalk/guansuan/guansuan4.asp
