01 身体的智慧

树枝折断的动静大到把我从好梦中直接吵醒了。流经坦桑尼亚北部的塔兰吉雷河岸边的一个山崖上树木丛生，是我们暂时的栖息地。这是一个伸手不见五指的夜晚，天空中看不见月亮，甚至没有一点星光。从大帐篷前方的幕帘窥视出去，我什么都看不到。也许是风刮的？我看了看表，才凌晨4点，就翻了个身，想再睡上几个小时。

这时，沉重的脚步声从黑暗中传来，偶尔还伴随着低沉的隆隆的粗喘。这声音开始从帐篷的正面渐渐向四周分散，把我们团团围住。它们就在帐篷外面。然后，妻子杰米也醒了。

这是一个象群，它们是从河床沿着斜坡走上来的，到这里来巡视树林和灌木丛，并寻找食物。由于没有天敌，这些动物在陆地上所向披靡。它们超过3.5吨的体重，以及叉车一样形状的象牙，让它们在灌木丛中行走时如履平地。当听到树枝和树干碎裂的声音时，我开始为这薄薄的帆布帐篷是不是能真的挡住它们而发愁。谢天谢地，它们完全无视我们，也没有表示出对我们这小小避难所的任何兴趣。它们只顾着狼吞虎咽，好在黎明前能返回山崖下喝水。

天际刚刚开始发白，我们小心翼翼地从帐篷里钻出来，开始偷拍一个掉队的家伙。我必须说，只有你真正站在一头大象面前的时候，你才知道它比你想象的要大得多。这家伙有巨大的身体和耳朵，肩膀到地面足有3米的距离，是一头真正的庞然大物。它忘我地咀嚼着小树的枝叶，完全忽视了我们这些站在角落里的偷窥者。在镜头面前，它还是十分平静的。

突然，从其中一个帐篷传来了一声怪响，它明显受到了惊动。它先是发出了一声象鸣，之后立即转身向左，快步朝着我们这边冲了过来（如图1-1所示）。

关于接下来发生的事情经过，众说纷纭。

按照我的版本，我们都冲进了距离最近的帐篷，并且迅速拉上了拉链，寄希望于即使是4吨重的大象也拿拉链毫无办法。然后我们就浑身发抖地站着，嘴里毫无意识地轻声嘟囔着，并想借此控制情绪、驱散恐惧。

我试图从生物学的角度来解读这短短几秒钟中，在我的脑部和身体里发生的一连串的事件。这些事件发生的速度如此之快，甚至在我告诉自己“这象疯了，快跑”之前就发生了。首先脑部的杏仁体将危险信号传至海马体。海马体的位置紧靠在杏仁体的上方，它体积不大，只有杏仁大小，但是能够迅速向主要器官组织传递生物电信号和化学信号。通过神经传导，海马体将信号传至肾上腺，顾名思义这是个长在肾上方的腺体。肾上腺应激后迅速分泌肾上腺素，后者被释放进入血液，迅速在全身循环并到达各个器官，使心跳加快、肺活量增加以及骨骼肌收缩，并使储存在肝脏里的糖原很快分解变成能量，还让全身的平滑肌细胞激动，导致血管收缩，汗毛直立，血液从皮肤表面、肠道和肾里迅速回流。与此同时，海马体还释放了一种叫作促皮质激素释放因子的化学物质，该物质可到达附近的脑垂体并使其释放出促肾上腺皮质激素。这种荷尔蒙可以作用于肾上腺的其他部分并最终释放皮质醇，直接导致血压升高和血流涌向肌肉组织。

这一切的生理变化都属于一个叫作“战斗或逃跑”的生理反应的一部分。早在一个世纪之前，哈佛大学的生理学家沃尔特·坎农（Walter Cannon）就发现并详细描述了这种由恐惧和愤怒引发的生理现象。凡此种种，都是我们的身体应激地准备着战斗或逃跑。而当时我们显然选择了逃跑。

猫的恐惧

坎农在研究消化系统而开展的前沿实验中，对身体的恐惧反应有了最初的认识，并发生了浓厚的兴趣。在坎农还是个医学院的学生时，X射线才刚刚被发现。一个教授建议他用这种新工具去观察消化系统的工作原理。1896年12月，坎农和另外一个学生成功地捕捉到了他们的第一个影像：一只狗正在奋力地吞咽一个珍珠纽扣。紧接着，他们又在其他动物身上开展了类似的实验，包括鸡、鹅、青蛙，还有猫。

观测消化系统的一个巨大挑战是，类似胃和肠道这些软组织并不能很好地在X射线下显影。坎农发现给动物喂食带有铋盐的食物可以解决这个问题，原因是X射线不能穿透铋物质。他还发现了钡有类似的效果，但是由于过于昂贵，在当时并不能广泛用于研究。后来放射科医生广泛地将钡盐用于胃肠道显影，并一直沿用至今。在一系列经典实验中，坎农首次在动物甚至是人类的健康活体中观测到食物是如何在食道、胃和肠道里收缩蠕动的。

也正是在同类实验中，坎农注意到，当一只猫处于惊警状态时，这种蠕动会突然停止。他在日记中这样写道：

因为已经是数次反复发生的实验结果，其确定性已毋庸置疑。当猫从安静状态瞬间进入警戒状态时，食物蠕动会完全停止……大约半分钟后才会恢复。

坎农把这个实验重复了一遍又一遍。每次都是当动物重新平静下来，食物蠕动就会立即恢复。这个医学院二年级学生此时已经是硕果累累。在即将成为职业萌芽之路上写就的第二篇经典论文当中，他写道：“尽管我们长久以来就知道暴力情绪会影响消化过程，但是没有想到消化蠕动会对精神上的紧张情绪如此敏感，这实在令人诧异。”

坎农在生理实验上的天赋最终使他选择成为一名生理学家。他的才华、律己和工作理念打动了哈佛大学生理学系的杰出教授们，最终，他们决定在坎农毕业时授予他讲师职位。

紧张的胃

坎农在他自己的实验室中开始研究情绪是怎样影响消化系统的。他观察到，情绪紧张使消化过程骤停也发生在兔子、狗和豚鼠身上，他从医学资料上看到，人类也有类似的反应。情绪和消化系统之间的联系显示了某些神经系统对消化器官的直接控制。

坎农知道所有的情绪紧张的外在表现都是由交感神经诱发并且在结构上由平滑肌完成的，比如由血管收缩导致血量减少而表现出的脸色苍白，还有冷汗涔涔、口干舌燥、瞳孔放大、汗毛直立等。交感神经由一系列起源于脊柱胸腰节段的神经元组成，这些神经元向外伸展至神经汇集的部位，也称之为神经节。接着一些形态上更长的神经元从神经节延伸至靶向器官，并对后者起到支配作用。包括皮肤、主动脉、小动脉、虹膜、心脏以及消化系统在内的人体大多数组织器官，都受到交感神经的调节，同时这些组织器官也受到脑起源和骶起源的神经调节（如图1-2所示）。

为了弄清楚紧张情绪让胃肠蠕动暂停的原因，坎农与他的学生们进行了一系列非常经典的基础实验。其中之一就是通过分别切断与消化有关的神经，观察是哪个神经在起作用。坎农发现，当脑起源的迷走神经被切断而隶属于交感神经的内脏神经保持完整时，恐惧情绪依旧能够引起肠蠕动暂停；相反，在内脏神经被切断而迷走神经完整的情况下，恐惧情绪的反应消失了。这些结果印证了内脏神经在这一系列事件中的重要作用。

坎农注意到，胃肠蠕动暂停的时长远远超过了前面描述的神经传导过程。所以除了神经传导信号脉冲，可能还存在第二种机制延长了这个过程。在此之前曾经有关于肾上腺素的报道，陈述了当这种产自肾上腺中央区域的激素被注射进入血液的同时，可以产生类似交感神经激动的效果。坎农由此推测肾上腺素可能参与了身体对恐惧和愤怒的反应过程。

坎农与另外一位年轻的医生丹尼尔·德拉帕兹（Danicel de la Paz）试图一起用一个有趣的实验验证这个假说。他们利用了猫对狗的天然惧怕心理，比较了猫在听到狗叫之前和之后的血液样本，发现被惊吓的猫的血液中含有某种未知物质，这一物质可以让一小簇肠道肌肉细胞停止收缩，这与肾上腺素在肌肉细胞上的作用完全相同。

肾上腺素是肾上腺生产的众多组分之一。坎农和他的同事们之后陆续发现了肾上腺素具有加速心跳、促使肝脏分解糖原，甚至促进血液凝固的作用，这些都是在疼痛发生、恐惧和愤怒情绪袭来时的共同反应。而且，如果肾上腺被移除或是连接肾上腺的神经被切断，这些反应便不会发生。据此而知，身体在压力情况下做出的正确反应是由交感神经系统和肾上腺共同协调完成的。

按照坎农的说法，这些由肾上腺素诱发的事件显示了在紧急状态下身体是如何调动肾上腺以准备战斗或逃跑脱困的。作为达尔文自然选择学说的忠实拥趸，坎农是这样描述的：

那些具有最大概率生存下来的生命体都具有一些显著的共同点：可以最大程度地支配能量，可以全力调动糖原的分解供应运动的肌肉组织，能从疲劳中迅速恢复，并集中向最重要的部位供应血液。

坎农的学生菲利普·巴德（Philip Bard）后来证实了，海马体是大脑控制自主神经系统的中枢部位，这些自主功能包括消化、心率、呼吸以及我们反复提到的“战斗或逃跑”反应。无论是海马体还是这种反应系统，都是进化上非常保守的组成部分。这些结构系统让我们认识到，无论是远古时期能在大草原的狮子和土狼爪下逃生的我们的祖先，还是如今能避开横冲直撞的出租车的纽约行人，抑或是当时能够从大象的愤怒里逃生的我们，所有的人类面对危机的反应机理都是一样的。人类身体的这部分结构在进化上是如此的保守，甚至于基本上被完整地刻录了下来。

战场上的科学家

坎农出身常春藤联盟，但他并不是象牙塔中不问世事的隐士。1916年，第一次世界大战已经进入了第三个年头，彼时的欧洲已经被拖进了战争的泥潭，每时每刻都有大量的伤亡产生，局势看起来非常不妙，美国随时有被卷入的危险。为了保护和挽救战场上士兵和平民的生命，一个政府咨情特别委员会成立了，坎农被任命为这个委员会的主席。他了解到当时战场上最严重的问题之一是受伤士兵会出现休克反应。坎农曾在他的实验研究中观察到动物在紧张情绪下也会出现休克症状，比如脉搏加快、瞳孔放大、脱水式出汗等。往往受伤的士兵一旦产生类似休克症状就会回天乏力，死得很快。“难道就没有什么有效的办法吗？”他这样问自己。

带着对这个问题的深深忧虑，坎农展开了一些动物实验，试图找出缓解休克症状的途径。1917年4月，美国最终决定参战。坎农时年已经45岁，同时是5个孩子的父亲。他本不用参军，但是他选择志愿加入哈佛医学院，并成为第一批奔赴欧洲战场的美国医疗队伍的成员。坎农主动要求去一个靠近法国北方前线的休克病房里服役。

坎农带着对家庭的眷恋告别了波士顿。他乘火车来到纽约，在那里登上了开往英格兰的萨克森尼亚号，他即将面对的是一段长达11天的充满危险的海上航行。为了躲避德国潜艇，这艘船在晚上只能紧闭舷窗，在黑暗中行驶。通常情况下为了防止撞击，船头和船尾都必须亮灯。萨克森尼亚号仅仅照亮了船尾，是为了引诱鱼雷脱靶。8天的航行过后，船已经靠近了英国的海岸线，每个人都被下令必须和衣而睡，以备遇袭时可以迅速逃生。好在老天帮忙，海上的雾和雨有效地隐蔽了船只，而一艘英国驱逐舰的护送顿时安抚了大家的紧张焦虑。后来坎农在给妻子科妮莉亚的信中这样写道：“那种天气里，敌军根本发现不了我们。”

安全到达英格兰之后，坎农前往几个战地医院，恰逢一波伤员正从英国的自卫战场上被送下来。虽然从17年前医学院毕业起他就再也没有做过手术，坎农还是主动要求进病房帮忙，包扎伤口、照顾伤员。

之后他们迁到了离前线更近的地方。他无助地看着士兵的生命体征迅速消失，这一幕幕的场景令人心碎，来自英国和美国的医生尽一切努力想要弄清楚伤病员死亡的原因。

他们做了一些新的调整，包括监视伤员的血压变化，而不仅仅是脉搏。正是这一举措带来了一个重要的线索。健康人的血压范围在120～140毫米汞柱之间，休克病人的血压只有不到90毫米汞柱，而且一旦低至50～60毫米汞柱，基本上就无力回天了。

血压过低意味着重要器官不能得到有效的能量补给，同时代谢废物也不能及时输出。碳酸根离子作为血液稀释系统的一个重要组分，其浓度变化可以反映出血液的酸碱度变化。坎农发现休克病人血液中的碳酸根离子浓度偏低，表明病人的血液比起理论值更偏酸性。他还发现，血液越是偏酸，血压也会越低，休克症状也会越严重。坎农据此提出了一个简单可行的治疗方案：给休克病人注射碳酸钠。

坎农在1917年7月给他妻子的一封信中第一次描述了这种治疗方案的结果，那时距离他到达欧洲刚过了两个月：

呃，周一送来一个病人，他的血压只有64毫米汞柱，情况非常糟糕。我们采取的方法是每隔两小时喂他一茶匙苏打水，第二天早上他的血压回到了130毫米汞柱。周三又有一个病人，他来的时候整个上臂烂得惨不忍睹，一般这种情况是没法活了。他术后血压只有50毫米汞柱，实在是太低了。我们立即给他喂苏打水，第二天早晨他的血压就回到了112毫米汞柱。

坎农记述了同一个星期里另外3个得到治疗并被从死亡线上拉回来的士兵，其中包括一例静脉注射碳酸钠迅速缓解呼吸和脉搏的病例。

坎农与其同行的主管医疗的官员被这个结果震惊了。由于休克常见于手术等非常态过程当中，据此碳酸盐的使用被纳入处理紧急情况的标准。同时坎农和他的同事们也推进了其他阻断休克发展的措施，如用暖和的毛毯包裹病人、补充液体、用干燥的担架移动病人，以及手术中尽量采取轻度麻醉等。

为了推行这些措施，坎农在战区组织了应对休克病人的培训。为了了解这些措施在战场上的应用情况，他亲自上前线视察。

1918年7月中旬，他在法国东部的马恩河畔沙隆的一家医院访问。这一天，在结束了整晚和其他医生的交流之后，坎农疲惫地上了床。不远处时不时有枪声传来，但他早已习以为常。午夜到来之前，坎农突然被剧烈的震动惊醒，“那巨大的不可思议的令人颤抖的可怕的轰鸣声……仿佛就像成千上万辆汽车碾压过鹅卵石的动静”。他跳了起来冲到窗前，发现整个天际已经被爆炸的火药点亮。他听到炮弹从身边嗖嗖地飞过，之后爆炸声从附近的医院传来。平均每3分钟就会有一颗炮弹落在距离医院1.5千米的范围内，这个过程持续了约4个小时。

在这场大规模的德军进攻当中，坎农在伤员刚被送进医院的时候就被召集到了休克病房。之后更多的伤员涌入，光是那一天医院就接收了大概1 100名伤员。正当休克病房人满为患之际，坎农听到了一声震耳欲聋的爆炸，一个炮弹击中了隔壁只有6米之遥的病房，屋顶被炸飞，弹片甚至穿透了墙壁飞到了这边。空气中充斥着爆炸产生的尘土、烟雾和有害气体，但是坎农并没有撤退，他和他的医疗队伍坚守着，直到所有的病人都被转移到后方相对安全的地方。

这场战斗最终成为整个战争的转折点。德国的铁之战车停止了推进，协约国军队在接下来的几个星期甚至几个月里不断东进。坎农随着前线部队进入了曾经的德国占领区，他见证了法国的城镇满目疮痍，曾经的繁华之地如今长满了野草，敌军战俘排成了一列列长队。逐渐地，被送往医院的伤病员越来越少，直到再没有人被送来，战争结束了。坎农在给他妻子的信中这样写道：“能在扭转世界历史的战局中发挥作用，感觉实在是太好了。”

坎农由于在战时的英勇表现获得了晋升。在短短不到14个月的时间里，他从中尉开始历经上尉、少校，最后变成中校。英国女王授予他象征最高荣誉的巴斯勋章，美军欧洲战场总指挥珀欣将军也曾高度赞扬他是“用休克治疗方法建立了卓越功勋的人”。1919年，人们沉浸在战争结束的喜悦和激动当中，坎农结束了他的使命，从巴黎乘船返回美国，和他的妻子、孩子以及实验室重聚（如图1-3所示）。

身体的智慧

坎农在法国的经历深深地影响了他。那些充满了痛苦回忆的第一手资料，让他更加深刻地了解生命体征是由哪些基本要素维持的。加上以前对动物在压力状态下的生理过程的了解，包括消化、呼吸和心率等过程，坎农开始积极思考人体是如何对抗外界干扰，并能够在有限的条件下维持重要体征的。

在他看来，是神经系统和内分泌系统的许多行为阻止了剧烈变化的发生，从而使体内环境保持在一个围绕中心窄幅变化的范围内，包括体温、酸碱度、水分、盐分、氧气还有糖的含量都处于一个相对平稳的状态。他非常清楚，一旦这种复杂而脆弱的平衡被打破，会发生严重的疾病甚至死亡。举个例子，正常状态时，血液pH值是7.4左右。如果降到6.95，人就会发生昏迷甚至死亡；反之如果升到7.7，就会发生抽搐和癫痫。类似地，每100毫升血液中钙离子含量应正常维持在10毫克左右，如果减半会导致抽搐，而加倍的后果就是死亡。

坎农开始在演讲和论文中更多地讨论“身体的智慧”。他这样写道：“我们的身体具有非常精细的调节和控制功能，而我们最近了解到的一些事实不过是冰山一角。”当时的一个重大发现是胰岛素对血糖的控制。坎农详细记述了这一过程：餐后血糖升高，迷走神经刺激胰岛腺体分泌胰岛素，使得血液里多余的糖原被储存起来；而当血糖降低，自主神经系统里的其他成员发动肾上腺从肝脏里分解并释放糖原。坎农认为：“生命体的组织器官正是基于这种方式，将血糖波动的幅度严格限制在一定范围内。”

坎农强调，多数器官是受到来自不同神经系统甚至是方向完全相反的信号调节的。也正是基于这种机制，器官活动的调节就在于条件性地增大某一方向的信号并同时减少其他的信号。坎农给身体这种精准的调节能力起了一个名字，叫“内稳态”（homeostasis）。这个词来源于希腊文字，前半段表示相似，后半段表示恒定不变。以病理学家们将近30年的研究经历为基础，坎农提出的这个概念并非空穴来风。内稳态本质的意义就是调控，即通过体内的一些生理过程，调节和维持身体机能，使其稳定在一定范围内。

坎农首先在一些科学文献上发表了他的看法，之后他把这些写进了一本科普书，书名就叫《身体的智慧》（ The Wisdom of the Body ）。他从几个方面阐述和论证了身体的这种稳定性就是来源于主动调节过程。首先，他讲述了身体在受到外界干扰的情况下仍具备和表现出稳定的功能；接着，他提出，身体之所以能够维持稳定的原因是既有拒绝正向变化的因子，也有拒绝反向变化的因子，它们共存于一个系统当中；然后，他又指出，有非常有力的证据表明，维持内环境平衡稳定的过程中经常是多种因子同时或相继发生作用，而非单一因子的影响，一个显著的例子就是血液的酸碱平衡；最后，针对一些定向的调节过程，他认为必然有反方向的调节机制存在，这一点在血糖的调节中已被证明了。

简而言之，坎农认为身体里的所有过程都是处于被调节的状态和过程当中的。他总结道：“生理学最重要的问题就是研究身体内部的调节和控制过程是怎样发生的。”

坎农清晰记录了他在消化、饥饿、口渴、恐惧、疼痛和休克方面的研究，以及他对神经系统和内分泌系统的了解。正是基于以上工作，内稳态已经成为生理学和生物学中的一个重要概念，有人甚至把它与达尔文的进化论相提并论。

坎农深信内稳态理论对医学有着积极而深远的影响。他在波士顿的医生圈子里广泛传播了关于为什么要“乐观面对病患”的理论，随后还发表在著名的科学期刊《新英格兰医学期刊》（ The New England Journal of Medicine ）上。他谦虚而诚恳地写道：

你们做医生的每天面对的是真正的病人，而我只是一个皓首穷经的、在实验室里闭门造车的生理学家。如果说我有什么能够指导你们的理念，那才真是令人不可思议。但可能的事实是，我仍然需要你们给我专业的见解和指导，而我也需要向你们表达歉意……但不管怎样，作为一个生理学家，通过经年累月的实验、阅读和思考，我想和你们分享一点我对生命的理解和感悟，希望在未来医学应用当中能变成实实在在的帮助。

坎农接着详细陈述了生命体中的自我调节现象：

当某些因子的导向作用超过了阈值时，生理的平衡就有被打破的危险，此时内环境会自发地发生反向调节作用，使得内环境重新回到平衡状态。值得注意的是，这些生理过程都不是我们可以主观上控制的，它们完全是自发的应激反应。

意识到身体有如此强大的自我调节功能，坎农这样评价：“我们的身体本身就在行使着医生的职能。”我们需要医生的外部干预，正是由于内环境的某些机制被打破，这种内平衡的破坏是因为某些因子过于活跃或处于被抑制状态下而导致的。坎农强调，在医生新掌握的治疗手段里面，包括胰岛素、甲状腺素、抗毒素等在内的许多种都是我们身体内的天然调节成分。而医生的职责就是强化或重建体内的平衡环境。坎农认为，强大高效的内稳态机制及我们所掌握的越来越多的外部辅助手段必将成为医学界的希望之星。

坎农坚信，内环境的调节是生理学的基础，内环境失衡也是多种疾病发生的重要原因。无独有偶，在坎农形成这些重要看法的同时，也有另外一位科学家得出了类似的结论，而他的调节平衡理论建立在一个更宏观的层面上。 O7VjYoCNn3qjNsPSosRrIfDCxVnMxb/2bDNKipaPBZMhzWkHjX9nQkyMxYT0mb5V