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[针灸推拿] 连载 商振德教授揭开针灸经络、中医理论及气功之谜(二)

连载 商振德教授揭开针灸经络、中医理论及气功之谜(二)

细胞的基本概念
     对细胞的基本概念可以从一下角度去理解,(1),是构成机体的基本单位;(2),具有完整的代谢体系,是代谢与功能的基本单位;(3),是有机体生长、发育的基础;(4),是遗传的基本单位;(5),没有细胞就没有完整的生命。人体由200多种细胞组成,形态多种多样,有球形、椭圆形、立方形、扁平型、梭型和多角形等。
      在光学显微镜下,细胞分为细胞膜、细胞质和细胞核。在电子显微镜下,细胞质中可以看见由单位膜组成的膜性细胞器,如内质网、高尔基复合体、线粒体、溶酶体、过氧化酶体、以及微丝、微管、中间纤维等骨架系统。这些细胞膜性结构或细胞器在细胞内各自独立地执行其功能。例如,线粒体是产能细胞器,为细胞活动提供能量;内质网是蛋白、脂类大分子合成场所;高尔基复合体具有合成物质加工、包装、消化分解生物大分子的功能等等。
     除此之外还有 以核酸——蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统;由特异蛋白质分子构成的细胞骨架系统;核蛋白体是细胞合成蛋白质的机器,核糖体内RNA构成骨架,决定蛋白质定位。
     细胞质中除了细胞器和细胞骨架外,其余部分为可溶性细胞质溶胶,细胞与环境、细胞质与细胞核以及细胞器之间的物质运输、能量传递及信息传递都要通过细胞质溶胶来完成。细胞质溶胶约占细胞总体积的一半,均匀而半透明液体,主要成分是蛋白质,占细胞质总量的20%左右,使细胞质呈溶胶状。

细胞膜的结构

   人体内的200种细胞的细胞膜化学组成基本相同,由脂类、蛋白质和糖类组成。脂类排列成双分子层,蛋白质通过非共价键与其相结合,构成细胞膜主体。糖类以复合物形式存在,糖类通过共价键与细胞膜上某些脂类或蛋白质组成糖脂或糖蛋白。
—,细胞膜脂类称为膜脂,占细胞膜成分的50%,有三种磷脂、胆固醇和糖脂,(如图),磷脂含量最多。膜脂构成细胞膜的基本骨架。
(1)磷脂,占膜脂的50%以上,分为甘油磷脂和鞘磷脂。
      甘油磷脂包括卵磷脂、脑磷脂、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰胆醇。(如图)他们共同特点是以甘油为骨架,甘油分子中的1、2位上的羟基分别与脂肪酸形成脂键。磷酸基团分别与胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇结合,形成以上四种甘油磷脂分子。这些亲水性集团与带负电荷的磷酸基团一起在末端形成高度水溶性的结构,被称为亲水头。脂肪酸链是疏水性的、无极性的,称为疏水尾。所以,磷脂分子具有亲水性和疏水性,为双亲性分子或兼性分子。
鞘磷脂不以甘油为骨架,含量少,但在神经元细胞膜上含量较多。
(2),胆固醇,是另一类脂质,在细胞膜中散布在磷脂之间,也是双亲分子。
(3),糖脂,由糖类和寡糖构成,位于细胞膜表面,糖基暴露于细胞表面。
二,细胞膜蛋白,分三种基本类型
(1),内在膜蛋白:占膜蛋白70~80%,亲水性的极性部分位于细胞膜两侧。
(2),外在膜蛋白:占20~30%,通过非共价键附着在脂类分子头部极性区或膜蛋白亲水区一侧间接与膜结合。外在膜蛋白为水溶性蛋白。
(3),脂错蛋白:又称脂连接蛋白,位于膜两侧,与外周蛋白不同的是以共价键与脂质双层内的脂分子结合。它们有很多优点,在膜上的运动性增加,有利于结合更多的蛋白质,具有更多的侧向运动能力。
(三),糖脂:覆盖在细胞膜表面,大多数以低聚糖或多聚糖形式共价结合与膜蛋白上形成糖蛋白或以低聚糖链共价结合于膜脂形成糖脂。
人体细胞膜中含有大于20%的带负电荷的磷脂,细胞膜两侧的蛋白质和糖蛋白上都含有大量带电的离子基团,以及由糖蛋白和糖脂向外伸出的低聚糖链残基带大量负电荷,使糖链彼此相斥而分散,这种结构与细胞外基质中的蛋白聚糖多聚体相似。低聚糖链残基和蛋白聚糖分子都具有强大的吸引正电荷能力,被吸引的正电能量就是中医所讲的“阳气”。人体内的阳气少时反映出这两种蛋白储存的生物电能少,它们彼此相斥而分散的能力弱,反映出细胞功能减弱,出现中医所讲的气虚。正常情况下,细胞膜蛋白、磷脂及糖蛋白和糖脂上存在的大量负电荷与细胞内、外液的正、负离子及极性水分子相互作用,形成一定厚度的正、负电荷层。由于细胞膜中的类脂分子层的电性质近乎绝缘,细胞膜构成电容。细胞膜就是一个电容器。当两个导体被一个非导体隔开时,在两个导体之间便具有电容性质。细胞膜电阻极大,可看作为非导体;细胞膜两侧介质是导体。所以,细胞膜具有电容性质,具有放电和充电特性。人体组织细胞营养供应充足,细胞功能健旺,细胞膜电容放电能力强,所放出生物电能就多,储存在细胞膜表面和细胞外基质蛋白聚糖内的生物电能多,细胞、组织及器官内的“阳气”充足。反之则虚弱。

细胞膜特性

     细胞膜的主要特性是膜的不对称性和流动性。不对称性是指细胞膜中各种成分的分布是不均匀的,包括种类和数量上都有差异,这与细胞膜功能密切相关。细胞膜流动性是细胞膜的基本特征之一,也是细胞进行生命活动的必要条件。其流动性主要是指膜脂的流动性和膜蛋白的运动性。脂质双分子层既有固体所具有的分子排列的有序性,又具有液体的流动性。生理条件下,膜呈液晶态,处于流动状态,各种蛋白质也处于运动状态,它们协同完成生物膜的各项功能。
     膜脂的单个分子能在脂双层平面自由运动,运动形式有以下几种:
     (1),侧向扩散运动:脂类分子沿着平面侧向与相邻分子快速交换位置。扩散速度快,1秒内可以扩散107次。
     (2),翻转运动:膜脂分子从一侧翻转至另一侧的运动。
     (3),旋转运动:是指围绕着平面相垂直的轴的自旋运动。
      (4),伸缩和振荡运动:脂肪酸链沿着与细胞膜平面相垂直的长轴进行伸缩。
      生物膜各种功能的完成是在膜的流动状态下进行的,若膜的流动性低于一定的域值,细胞膜就会固化、细胞膜外粘度增大、细胞膜跨模运动减弱或中断,细胞膜内酶的活性下降,细胞代谢减弱甚至停止,最后导致细胞死亡。所以,细胞膜外低聚糖链残基终端和蛋白聚糖分子中储存的生物电能对细胞膜的流动性起着极其重要的作用,当储存的生物电能低于一定区域时,细胞膜就出现上述变化。就是中医所讲的“阳气”减少。例如,肝硬化就是由于长期大量饮酒造成肝脏负担加重,当肝细胞超出所能承受的压力时,肝细胞逐渐坏死,最终被纤维组织替代引起肝硬化。人体内很多疾病都是由于“阳气”不足所引起。原因在于细胞外的低聚糖链的终端和细胞外基质中的蛋白聚糖都含有大量的负电荷,具有极强的吸引正电荷的能力和趋势。所以,出现前面讲到的电荷吸附层和扩散层。此时是在绝对静止时的状态,正负电荷处于平衡状态。细胞发生运动时,就会出现细胞膜的电容放电,放出的生物电能充斥到低聚糖链和蛋白聚糖分子内,打破了正负电荷的平衡,出现正电荷相对过剩,正电荷之间相互排斥引起蛋白聚糖分子膨胀和低聚糖链彼此相斥而分散。这是细胞赖以生存的必要条件。但是,它们储存生物电能的能力是有限度的,就像人体体温保持在一定范围内,高于上限就是发热,低于下限就是体温过低。生物电能储存也一样,低于下限是“阳气虚”,高于上限就是“阳气亢”,都是不正常。低反应细胞代谢功能低下,反映出一是细胞营养物质的供给不足;二是细胞营养物质的过度消耗,最终造成细胞劳累过度。高反应细胞代谢过度或者是生物电能传导受阻导致生物电能在局部积存,引起局部组织细胞外基质中的生物电能相对过剩。以上两种现象都是不正常的,都属于病理变化。如果这些改变时间短,组织细胞可以不出现器质性变化。此时病人看西医和看中医会得出不同的结果:看西医认为没病,因为通过各种物理检查和各种先进仪器检查没有发现组织细胞的器质性变化。而看中医却认为有病,因为通过中医大夫的检查发现病人局部脏器出现阴阳失衡,气滞血瘀或脏腑气虚等等现象,需要调理。原因就在于人体组织细胞在出现器质性改变之前,最先起变化的是生物电的变化,在没有出现器质性变化之前,西医是查不出病变的。中医经过数千年的发展过程中发现了这一规律,这是中医优于西医之处。

细胞膜的离子通道

脂双层对于所有带电荷的分子或离子都是高度不通透的,这些离子所带电荷妨碍它们进入脂双层的疏水区域,这些极性很强的水化离子难以直接穿过细胞膜。但是,各种离子的穿膜速率很高,可在数毫秒内完成。这种高效率的转运是借助膜上通道蛋白完成。目前发现膜的通道蛋白有1000多种。因为通道蛋白都与离子转运有关,所以通道蛋白也称为离子通道。离子通道是膜蛋白复合体,它可以在膜上形成亲水性的跨膜通道,快速并有选择性的让某些离子通过而扩散到细胞膜另一侧。它有几个特点(1),通道蛋白介导的是被动运输,从高浓度向低浓度自由扩散。通道蛋白在转运过程中不与溶质分子结合。(2),离子通道对被转运离子的大小和所带电荷有高度选择性。只有大小和电荷适宜的离子才能通过。例如,K+通道只允许K+通过,不允许Na+离子通过。(3),转运速度高,每秒允许106~~109个特定离子通过。(4),离子通道不是持续开放,受“闸门”控制,即离子通道的活性由通道开或关两种构象调节。接受“门控”调控有三种类型的“门控”通道。
第一,配体门控通道:离子通道受体与细胞外特定配体结合,发生构象改变,允许离子扩散,乙酰胆碱受体就是典型配体门控通道。
第二,电压门控通道:膜两侧跨膜电位的改变是控制电压门通道开或关的直接因素。通道蛋白分子结构中存在对跨膜电位改变敏感基团,可以诱发通道蛋白构象改变将门打开,离子顺浓度梯度自由扩散。闸门开放时间短,只有几毫秒,电压门控通道主要存在于神经元、肌细胞及腺细胞等可兴奋性细胞。
第三,应力激活通道:通道蛋白感应力而改变构象,“门”打开,离子通过亲水通道进入细胞,引起膜电位变化,产生电信号。
离子通道的开和闭常常是连续相继的过程,开放和关闭、快速切换,以调节细胞活动。
  细胞膜的离子泵

前面讲到的离子通道是顺浓度梯度的跨膜运转,通过离子通道运转,最后达到物质浓度平衡。但实际上细胞内、外许多物质浓度存在差异。例如,细胞内K+浓度为100mmol/L, 而细胞内只有5mmol/L. 细胞内Na+浓度10~~20mmol/L,而在细胞外的浓度为150mmol/L.Ca2-在质膜两侧分布差别更大,细胞外比细胞内高1000倍。这种浓度梯度运转是消耗细胞自体能量(ATP)的主动运输过程。主动运输是以载体蛋白为介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度,由低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜运转方式。转运的溶质分子其自由能变为正值,因此需要与某种释放能量的过程相偶联。
(1),Na—K—ATP酶 ,也叫Na—K—泵。它可以水解ATP提供能量,实现Na、K离子逆浓度梯度或电化学梯度的“上山”运动(需要能量),与ATP水解(释放能量)相偶联,是直接利用ATP水解提供的能量的主动运输。水解1个ATP分子,可输出3Na+,转入2个K+。Na+依赖的磷酸化和K+依赖的去磷酸化如此有序地交替进行,每秒钟可发生1000次构想变化。
排除3个Na+,转入2个K+,这种活动是生电性的。细胞膜外的电位逐渐形成正值,细胞膜内变为负值。细胞分解ATP将化学能转化为生物电能。Na~~泵活动造成细胞膜内外的浓度差,是细胞生物电活动的前提条件。细胞代谢能量的1/3以上、近一半的能量用于维持Na~~泵的活动。也可以这样讲,储存在细胞膜上的生物电能占整个细胞能量消耗的1/3以上。对于一个细胞、组织和器官,甚至于整个机体的意义是巨大的,一旦有条件将细胞膜上的生物电势能转化成电动能,出现电容放电,它的生理意义将是巨大的。人体内大约有1800万亿个细胞,将其铺平大约有半个足球场大小,一但在同一时间出现细胞膜电容放电所放出的生物电能将是巨大的,气功师通过长期训练可以把这些生物电能调动到人体某一局部(手、足及头等部位),使这些部位内结缔组织中的蛋白聚糖、胶原纤维等分子过多膨胀(人们通过试验发现蛋白聚糖分子可以膨胀到自身体积的1000倍,由于大量正电荷的充斥,同种电荷的相斥造成其过度膨胀),在人体局部狭小的空间内膨胀造成其硬度几倍、几十倍增加,出现了各种硬气功现象,例如抢扎喉咙、头撞石头等硬气功就是其典型例子。这就是硬气功的机理。
(2),Ca2-,像Na~泵一样,Ca~泵也是ATP酶,也有磷酸化和去磷酸化过程,每水解一份子ATP分子,逆浓度梯度转运2个Ca2-进入肌浆网或泵出细胞。例如,肌细胞内肌浆网上的Ca~泵,它是肌细胞内储存Ca2-的场所。骨骼肌的肌浆网是含钙泵最多的地方,它的内部浓聚了大量的Ca2-,在动作电位引发下,肌浆网对Ca2-的通透性猛增,Ca2-释放到肌浆中,当Ca2-浓度大于10-3M时,引起肌肉收缩。在钙泵作用下,逆浓度梯度方向将Ca2-抽回肌浆网内。当肌浆中Ca2-的浓度降至10-5M以下,肌肉舒张。这种钙泵就是肌浆网上的ATP酶,称为Ca~ATP~酶。当肌细胞膜去极化,Ca2-由肌浆网释放到肌浆中,引起肌肉收缩;然后,通过Ca2-泵又迅速将Ca2-泵回肌浆网内储存,使肌肉弛缓。

细胞外基质
机体组织是由细胞和细胞外基质共同构成。细胞外基质是由细胞分泌到细胞外空间,由分泌的蛋白和多糖构成的精密有序的网络结构。细胞和细胞外基质紧密联系,构成各种组织与器官,并使之成为一个完整的有机体。
细胞外基质主要由凝胶样基质和纤维网架构成。蛋白聚糖和氨基聚糖构成凝胶样基质,纤维网架由起结构作用的胶原和弹力蛋白以及起粘着作用的纤连蛋白、层连蛋白构成。
氨基聚糖和蛋白聚糖
它们是高分子量的含糖化合物,构成细胞外基质高亲水性的凝胶。氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的直链多糖。糖基上带有羧基,故氨基聚糖呈强的负电性。
体内重要的氨基聚糖有六种(如图),例如像透明质酸是氨基聚糖典型的一种,它的分子表面糖醛酸的羧基带有大量的负电荷,其相斥作用是整个分子伸展,膨胀占据很大空间。表面大量亲水基团,可以结合大量水分子,使基质等渗性水肿,因而即使浓度很低,也能形成粘稠的胶体。如果没有约束,一个透明质酸分子可以占据1000倍于其自身分子的空间。当处于有限空间时可以产生膨胀压,赋予组织有良好弹性和抗压性。
蛋白聚糖是由氨基聚糖与核心蛋白共价结合形成的高分子化合物,是一种含糖量极高的糖蛋白。核心蛋白为单链多肽,一条核心蛋白上可以连接100多条相同或不同的氨基聚糖,形成蛋白聚糖单位,若干个蛋白聚糖单体通过连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成蛋白聚糖多聚体。在活体中,蛋白聚糖的大量负离子和无机盐及极性水分子结合。蛋白聚糖多聚体是细胞外基质重要成分。由透明质酸长聚糖两侧经连接蛋白结合成许多的蛋白聚糖而成,由于氨基聚糖上羧基和硫酸根带有的大量负电荷彼此排斥,使蛋白聚糖呈“瓶刷状”。如果组织细胞外基质中“阳气”盛,同种电荷的相斥作用造成蛋白聚糖分子膨胀、伸展,皮肤弹性好;反之“阳气”不足,皮肤就会出现皱折。这就是人体皮肤起皱纹的原因。所以,美容的最好方法是增加机体整体或局部“阳气”。
基质中的透明质酸可以与细胞膜表面受体结合,这样蛋白聚糖多聚体通过细胞膜表面透明质酸受体相结合成一体化结构。蛋白聚糖多聚体分子上大量带负电荷吸引组织液中无机盐中的正离子和极性水分子中的H+,在蛋白聚糖分子内部各个“刷子”上形成电荷吸附层和扩散层。蛋白聚糖多聚体的吸附层和扩散层与细胞膜外电荷吸附层和扩散层连成一体,形成一体化。也可以这样讲,细胞膜外电荷的吸附层和扩散层与蛋白聚糖多聚体分子外的吸附层和扩散层之间是相互延伸的、互为一体的。这样就构成了细胞膜与细胞外之间的生物电的储存、传导的有机联系。但此时它们之间的生物电联系是被动的电学特性,在它们周围储存一定量的生物电势能,这是由于它们的分子结构所决定,它们周围环境中的正、负电荷是平衡的,周围环境的净电荷为零。只有细胞膜由于其电容性质消耗细胞内ATP进行细胞膜电容放电后,放出的生物电能打破细胞膜外正、负电荷平衡,在细胞膜外蛋白聚糖多聚体内充斥大量正电能量,正电荷之间相互排斥才出现了前面讲到的膨胀压和赋予细胞组织良好的弹性及抗压性。当蛋白聚糖多聚体内的生物电能储存过多,超出其储存范围时,在细胞膜外出现外加电场,再外加电场作用下,出现细胞膜及蛋白聚糖分子电荷扩散层电荷运动,产生生物电能传导。例如,针刺穴位后,穴区丰富的神经组织所支配的靶细胞群细胞膜电容放电,在靶细胞群的细胞外基质出现大量正电能量,出现外加电场,在电场力的作用下,以胶原纤维为载体,就会出现人体组织生物电能的跨组织、器官的远距离传导,产生经络感传现象。如果由于某种原因造成局部组织器官内生物电能传导受阻,大量正电能量蓄积在组织器官内,细胞外基质中的“阳气”过多或过剩,就会出现局部组织细胞膜膜电位相对的超级化状态,细胞功能受到抑制,毛细血管扩张,局部组织肿胀,刺激神经末梢压力感受器,引起该组织器官闷胀感,这就是中医所讲的气滞血瘀现象的原因。例如,生气时引起肝脏周围闷胀感就是由于肝脏内肝细胞生成的生物电能不能有效传递出去,大量正电能量蓄积于肝组织内,肝细胞外基质中正电能量过多引起蛋白聚糖分子膨胀所致。

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