热力学与中医药关系

热力学与中医药关系热力学是源于西方现代的物理学科，是研究宏观体系在能量转换过程中所遵循的规律的科 学。从广义上来说，热力学是研究宏观性质变化之间的关系;研究在各种物理变化和化学变 化过程中所发生的能量效应;研究在一定条件下某种过程能否自发进行及其进行的程度，即 研究变化的方向和限度问题。而中医药是具有中国特色的传统生命科学。两者分属两大学科 门类。但究其本质，中医药学与热力学之间存在许多共性。左金丸/反左金、麻黄汤/麻杏石甘汤为例，先采用生物热力学方法，定性定量测定复方配 伍过程中的能量转移和热变化，建立中药复方配伍关系的生物热力学模型和热谱图；再对 发生显著能热变化的配伍关系，结合生物分子标记技术和化学指纹图谱技术诊断和示踪， 辅以药理学和天然药物化学实验，阐明其主要药效学及物质基础的差异；然后，以传统给 药方式，在临床上进行小样本的辨证施治验证；最后，结合人工智能分析技术，建立基于 生物热谱图、生物分子标记和化学指纹图谱等的中药配伍关系数字化高通量检测方法和系 统，从而实现了中药复方配伍变化的实时、连续、在线、无损、快速、灵敏。通过以上研究发现，中药配伍关系是客观存在的，中医经典名方配伍精当，但不一定都是 惟一最佳的组合；生物热力学可以作为刻画中药复方配伍关系的基础方法之一，焓变（H, 指热量输出变化）可作为衡量中药复方配伍变化的客观指标之一。研究还发现，作用于生命 体系的复方中药，如组成配比不同，其生物热谱图及主要热力学参数值有不同程度的改变， H呈现明显而有规律的变化，并与复方中寒热药性中药的比例之间存在映照关系。由上可得两者存在一些联系：两者都重在研究系统的存在状态（初态和终态）和变化方向， 而不关注系统的内部构成和变化过程；两者都工于宏观描述而疏于微观分析；两者都讲求 系统平衡与调节，远离平衡和开放条件下的生命体系和化学体系，都属于耗散结构。众多 的生理病理现象和物理化学现象都可以用耗散结构理论加以阐释。可以预见，借鉴或融会 热力学的研究思路和方法，可能会为中医药学研究打开一个新的局面。中医中阴阳五行论、天人合一整体观、平衡观、辨证施治等中医药基本理论,寒者热之、热 者寒之、实者虚之、虚者补之等中医治则治法，均遵循了热力学的基本定律，特别是开放 系统的热力学第二定律。机体出现异常或生病，就是生命系统内部出现“混乱”、“无序”， 患者在接受中医药治疗时，无论是进行药物，还是针灸、按摩等方法治疗，其实质上是生 命系统从外界吸取“负熵流”（在热力学上，与无序相对抗的自由能和信息都称为负熵）， 使系统熵增（熵是体系混乱程度的度量，熵增是体系趋于无序状或混乱的增加 ）减少，降低 混乱度，使其达到新的有序状态或形成新的稳态，从而恢复正常和健康。这也符合热力学 的基本理论，特别是开放系统的热力学第二定律。从中药作用的角度来看，任何中药的药性功能都是通过干预生命活动的能量流、物质流、 信息流的转换而实现的。如辛温解表、辛凉解表、温中散寒、益气升阳等就是中药通过干 预机体的能量转换而发挥的药性功能；清热解毒、滋阴壮阳、益气补血、益气活血、益气 生津、滋阴清热、温阳利水、清热生津等是中药通过干预机体能量-物质转换而实现的；而中药对物质-信息转换的影响，可以产生养血安神、活血通络、消肿止痛、平肝潜阳等药性 功能；中药对能量-信息转换的干预，能产生行气止痛、散寒止痛、温经散寒、清热安神等 药性功能。作为能量转移和热变化的重要刻画工具，热力学是以体系的状态参数为研究对象，可以定 性定量测定机体生长代谢过程中以及中药与机体相互作用过程中的能量转移和热变化，能 实时、在线、无损、高效、快速地刻画机体的表观状态及其变化情况，符合中医药学整体 观、系统观、动态观和平衡观的思维方式和研究手法，有望发展成为中医药基础研究的新 手段、新领域。，“寒、热、温、凉”是中药药性功能的高度概括，在某种程度上也是机体对物理热学变化 的一种生理或病理感受。如温热药作用于机体一般表现为功能的亢奋，机体功能亢奋则需 要消耗较多的能量，就会产生较多的热量；反之，寒凉药作用于机体一般表现为功能的抑 制，机体功能抑制，则消耗能量较少或抑制产热。另外，中药四性功能实质上就是中药与生物机体之间的相互作用。这种相互作用，可 能是物理反应，也可能是化学反应。而任何反应发生时，均伴随有能量的转移和变化（表现 为吸热或放热），这些能量的转移和热变化，均可用热力学方法加以检测，用热力学理论加 以刻画。微量量热学是一种能够在线跟踪检测且非常灵敏、无损、客观有效的热能检测方 法，近年来在化学热力学和生物热力学研究中应用较广泛，有望开发成为刻画中药四性的 新方法。配伍是指有目的地按病情需要和药性特点，有选择地将两味以上的药物配合使用。主要包括 单行、相须、相使、相畏、相杀、相恶、相反七种配伍关系。中药复方配伍研究一直是中医 药研究的难点和热点。中药 复 方 的配伍关系实际上包括两个层面:一是处方中各单味药的 药效物质之间的相互作用;二是全方的药效物质与机体之间的药理毒理作用。从本质上说， 无论是药物之间相互作用，还是药物与机体之间相互作用，都属于化学反应范畴，而任何化 学反应发生时，均伴随有能量的转移和热变化。这些能量的转移和热变化均可用热力学的理 论和方法加以检测与描述。采用生物热动力学方法，定性定量测定复方配伍过程中的能量转 移和热变化，建立中药复方配伍关系的生物热力学模型和热谱图，从而实现中药复方配伍变 化的实时、连续、在线、无损、快速、灵敏的检测和分析。长期以来，国内学者主要从药效 药理学角度，同时结合药物化学手段，研究中药复方配伍，而微量热法作为生物热动力学理 论的重要研究方法,具有实时、在线、快速和准确的特点,为研究中药相关性质提供了新的方 法和思路，中药配伍关系是客观存在的，中医经典名方配伍精当，但不一定都是惟一最佳的 组合;生物热力学可以作为刻画中药复方配伍关系的基础方法之一，焓变（AH,指热量输出 变化）可作为衡量中药复方配伍变化的客观指标之一。研究还发现，作用于生命体系的复方 中药，如组成配比不同，其生物热谱图及主要热力学参数值有不同程度的改变，AH呈现明 显而有规律的变化，并与复方中寒热药性中药的比例之间存在映照关系。由此得出中药复方 通过不同药性药物的配伍作用，调控生命体系能量的代谢、转移和热变化（特别是AH），使 机体维系新的稳定有序状态。这可能是中药复方配伍的机制之一。热力学（微量热法）在中医药中的应用进行了一定的概括和总结，即在中药四性、中药方剂、 中药炮制方面有着很好的应用和发展。但中药药性的实验研究难度较大，很少有成熟的经验 可循，而中药一般要经过炮制后以复方配伍的形式应用于临床，但有些药物在经过炮制和复 方配伍会改变原来的药性，因此需要建立热力学观来解决更多的复杂问题。虽然生物热动力 学方法在生物学、化学等领域已被广泛应用，但是基于生物热动力学的中医药研究还刚刚开 始，目前无论在理论构架还是应用拓展方面均尚处于起步阶段，有待进一步论证和完善，以 期能够突破中医药基础研究中的诸多局限性，可望在中医药现代化即中药四性、中药炮制 品质评价、药效筛选和新药开发等方面发挥更好的作用。