第十六章 交感—肾上腺系统在稳态中的作用

    I


    在前面的章节里我按照C．贝纳德(ude Bernard)的见解强调了一个事实：我们并不是生活在环绕我们的大气之中。我们和大气之间还隔着一层死的细胞，或是隔着一层黏液或盐溶液的膜。在这些无生命表层之下生活着的一切活体都浸浴在体液——血液和淋巴液之中，后者组成一个内环境。当内环境即液床急剧变化而发生明显的危险时，我们能够清楚地看到最大限度地保持恒定所具有的首要意义。C．伯尔纳以深刻的洞察力看出恒定性的保持是自由而独立的生命的条件。当我们外出周游时我们随身携带着自己的内部气候，因而周围环境的变化，比如说温度、湿度或氧含量等，除非在极端的情况下，对我们赖以生活的内环境的影响是很小的。但如果没有那些在正常情况下时刻准备好的防止灾害的精确装置的作用，这种安稳的恒定性，即稳态，是得不到保证的。在机体内外两方面都可以出现能很快引起严重紊乱的条件，如果这些条件占了优势的话。


    例如，外伤可以破坏血管并使体液丢失，但是血液凝固的出现就是一种保护作用。并由于交感—肾上腺系统的作用使凝块形成加速，从而提高了血液凝固作用的止血效能。如果发生意外的出血而造成大量失血时，交感—肾上腺系统就会再度活跃而收缩外周血管，这样即可减少有明显出血趋势部分的血液流动，从而继续保证重要的和保持恒定活动的器官即心脏和脑的血液供应。


    此外，外界的寒冷可能夺走机体的热量从而给内环境造成温度下降的威胁。交感—肾上腺系统会迅速行动起来以避免这种危险。它收缩外周血管来减少温热血液在表层的暴露。在一些动物中它引起毛发和羽毛的竖立，这些动物用这类方法来保</a>护自己，以便在身体周围形成一个导热不良的空气层。一旦机体需要额外的热来保持体温不致下降时，交感—肾上腺系统就向血循环中分泌肾上腺素以增加机体氧化过程的速度。


    由于停留在高海拔地带，或由于毒素——像一氧化碳——的作用，可能发生对机体供氧的减少。这时交感—肾上腺系统再次出来维持稳态。它使心脏泵血作用加快，内脏区域血管网收缩，其结果是重要器官的血流加速。再进一步就是脾脏发生收缩，释放出无数额外的红细胞以供机体利用。通过交感—肾上腺系统的这些作用大大减少了可能产生的严重障碍。


    然而外部条件并不是影响内环境的唯一因素。机体本身的活动也能打乱稳态；而且，如果不加以防止，就可导致严重的紊乱。我们已经知道，在内部的干扰条件当中，剧烈的肌肉活动占据突出的地位。我们现在来评述一下极度的体力活动所带来的变化以及它是如何通过机体液床的调整来防止内环境的改变的。


    II


    肌肉活动伴随有糖的消耗。前面已提到长时间的跑步能显著地减少血糖，还可以减少肝内糖元的储存。我们也提到了，通过肝切除或用胰岛素使血糖下降到45毫克％左右时，会引起惊厥；如使它继续下降，则引起昏迷和死亡。但是在正常情况下，在发生惊厥之前，交感—肾上腺系统就发生作用而使糖从肝脏释放出来，只要引起低血糖的因素不是严重到无法克服的地步，所放出的糖足以转危为安，而交感—肾上腺系统也就回到停止活动的状态。所以，尽管运动着的肌肉对糖的需要量很大，而血糖水平仍能维持在发生严重危险的限度以上。


    此外，剧烈的肌肉活动伴有热的产生。如前所述，当躯体的大量肌肉群从事长时间的和最激烈的活动时，所产生的热量可以大到几乎难以相信的地步。除非这些多余的热得到散发，内环境的温度可以升高到危险的程度。曾有报告说人的体温可因用力活动而升高到40．5℃(104．9oF)。如果活动时间再延长下去，只要体温再升高两度，就可以因脑部敏感的神经细胞所产生的种种结果而导致不幸。为了对抗这种危险，交感神经系统就来执行保护的职责，外周血管舒张，开始大量排汗，散热过程就大大加快，于是体温的升高很快地得到遏止和抵消，而高温的有害后果也得以避免。


    再进一步来看，当一个人从事激烈的肌肉活动时，血液的状态会出现一种倾向，使它从近于中性的反应向着酸性方向变化。如我们所已经知道的，这是由于肌肉神经活动使碳酸和乳酸增加而产生的后果。酸的产生不是没有危险的，如所周知，在病理情况下一种“酸中毒”的状态可以发展到损害神经系统机能的程度，而且如果这种状态得不到纠正，则将继之以昏迷和死亡。远在到达这种状态之前，作为肌肉活动的结果会开始发生校正作用和保护作用，这两种作用会有力地维持下去。这种对策的重要特点是，第一，过剩的酸被吸收到血液的种种缓冲物质中；第二，立即供给额外的氧以便把非挥发性乳酸氧化(用其他方式不易除去)，使之成为挥发性碳酸，后者能被迅速排出；第三，加速呼吸，将二氧化碳呼出并把大量的氧吸入肺中。简言之，循环和呼吸机制发挥了最大的作用。交感—肾上腺系统再次介入以免液床陷入严重的紊乱。循环系统的调整——内脏血管的收缩、心跳的加速、脾脏释放额外的血球——这一切都是通过交感—肾上腺系统而实现的。此外，该系统可能还起着一种使呼吸通畅的作用，因为它能迅速有效地扩张细支气管从而减少呼吸空气时的摩擦阻力。通过这些不同的作用，血液中酸碱比例的稳态一旦遭到严重威胁时，交感—肾上腺系统就在保持这种稳态方面担当一个最重要的角色。


    前面的讨论表明，外环境状态以及机体本身在外环境中的处境所产生的反应，都和内环境中发生的障碍联系着。只要我们的机体继续保持效能，我们个体内的一般趋势就不会发生重大的变化。所以，对于内环境的恒定性来说，外部世界的每一个变化以及与外界关系中发生的每一个重要的变动，必定在机体内部产生纠正作用。我们在许多例子里已经指出，这种纠正作用的主要装置就是自主神经系统的交感神经部分。


    III


    上面着重讨论了交感神经，也就是交感—肾上腺机制的巨大重要性，下面我想来叙述动物在切除自主神经系交感部分后的生理状况，该实验是纽顿、摩尔和我进行的。我们已知，真正的交感神经元的特征之一是，其细胞体要位于沿脊柱两侧排列的神经节链上，上自颈部的颈上神经节到位于骨盆的融合神经节(见图35)。神经节是与第一胸节到第二或第三腰节这一段脊髓相连。在神经节链上，外周神经元的营养中心(细胞体)都聚集在一起，特别是在胸，腹部，神经节与脊髓直接相连，这就使人们能够把这一部分神经节完整地摘除掉。如果神经节被摘除了，节后纤维必定发生变性，而且如郎利(Langley)所作的证明，来自中枢神经系的节前纤维，不能和正常情况下受节后纤维支配的器官形成有效的连结。因此，交感神经链的摘除必然导致这些器官永远脱离中枢神经的控制。


    我们摘除交感神经链的方法有两种。第一，我们分别取出颈、胸、腹各部分的交感神经链。图39就是在这种手术后健康生存的


    图37：完整摘出的胸腹交感神经链标本的一部分。经干燥后用火棉胶固定于卡片上，摄成照片。


    许多动物中的一例。这是一只经过切除半月神经节及交感神经链各个部分的猫的照片。所摘出的各个部分贴在一张卡片上，猫和它自己原有的卡片同时拍入照片中。每部分标本下面标明摘出日期。这种手术方法的缺点是，有时不能切下在胸腔下部靠近横膈的一两个神经节。为了避免出现这种可能性，我们把从星状神经节到骨盆中神经节的胸、腹部神经链连续不断地成串摘除。图37就是这种完整摘除的实例。从行使机能这个意义上来说，用这种方法摘 图38：图示摘除了右侧胸腹交感神经链的猫，遇冷后有神经支配的部分可看到竖毛现象。


    右颈神经节与中枢神经系统失去联系，但仍保持与右半侧头部立毛肌的联系。注意该部分无竖毛现象。除的是整个交感神经系，这一点是没有疑问的。我所以说“从行使机能这个意义”，是因为颈部交感神经并未切除，但是颈部交感神经节的节前纤维穿过两侧的星状神经节，因此摘除星状神经节必然会切断颈部神经节与中枢神经系的联系。颈神经节在这样的状态下不再发生作用，为了弄明白这一点可注意图38所表示的情况。右侧 胸、腹部交感神经链已全部被摘除。当该动物遭受寒冷时，其左侧受神经支配的毛就竖立起来。注意一下右侧头部的毛，虽然它仍受被隔离的颈神经节的支配，但并不参与对寒冷的反应。所以，很清楚，胸、腹部分神经链的摘除完全取消了交感神经对内脏的控制。


    图39：照片中的猫为106号，在全部切除交感神经后此猫仍能生下小猫，一只小猫正在哺乳，另一只在母猫背上嬉戏。


    IV


    首先引人注目的事实是切除交感神经的动物能继续生活而无显著的困难。我们曾在自己的研究所养了一只猫(编号107)，它从1927年10月10日起在完全脱离交感神经系统的状态下健康地生活了大约三年半，1931年4月，进行解剖以研究其体内组织。上述事实与以往的作者所发表的某些观点肯定不相符合。例如麦尔策曾摘除兔和猫的颈上神经节，由于死亡率很高，他断定这些神经节是维持生命不可缺少的因素。后来斯帕多利尼(Spadolini)声称，完全、广泛地摘除猫的肠系膜神经就使它不能继续生存。他发现有普遍的机能衰退，重度消瘦，体温下降和胃肠道的严重损害。虽然我们在大批猫的身上摘除了包括内脏神经的腹部交感神经链，其中有一些还取走半月神经节，甚至从腹主动脉粗大分支上把神经纤维剥离下来，但我们从未看到引起任何严重症状。这些观察使我们得出这样的结论：颈上神经节和分布在胃肠部分的交感神经对生命并不是必需的。


    也许有人推测“植物”神经系统——也包括交感神经部分——可能对生长有重要意义。但我们曾在幼猫身上作了一侧交感神经切除并让它们成长到大猫那样大，然后我们用乙醚麻醉致死并比较各个两侧对称器官和其他部分，包括骨骼的重量。我们发现两侧并无明显的差异。因此，看起来，交感系统同骨骼及内部器官的成长并无关系。


    我们曾仔细观察了手术前以及切除交感神经链的颈、胸、腹部分三者之一后的基础代谢的变化。通常，在切除交感神经后，其代谢率有轻度的下降。根据我们的经验，这种现象在切除颈部的交感神经链后最为明显，但手术造成的基础代谢率的下降一般不超过10％，这种程度的下降究竟有多大意义是值得怀疑的。


    交感神经的切除，在其对肌肉机能和运动的影响这个问题上有人猜想，交感神经可能具有控制骨骼肌张力和对抗疲劳的作用。我们的观察是：在单侧交感神经切除后，躯体两侧的膝反射并无明显差异。我们也曾观察到一只经过脚踏轮训练的狗在下腹部单侧切除交感神经后，既未见该动物整体运动的减退，也未见两个后肢动作有任何明显的不同。


    在临床文献中有许多关于假设的“迷走神经紧张”和“交感神经紧张”状态以及关于“自主神经失调”的论文资料。使用这一类名词是基于这样的概念：在正常状态下，自主神经系的交感神经部分与脑段的作用常常是互相对立的，而这种对立作用的结果，是取得二者之间的平衡。我们可以从某些器官看到这种对立的证据，但它不是普遍存在的，在没有这种对立状态的地方也谈不上出现“自主神经失调”的情况。但即使在可能有互相拮抗的地方，切除交感神经节后所出现的变化也不一定表现出拮抗系统中有某一方占据绝对优势，一开始瞳孔收缩了，但以后收缩又减弱；一开始去神经的血管扩张了，但不久有迹象表明血管又重新回到某种程度的局部紧张状态。简单说来，值得注意的是并不存在永久的异常状态。


    关于交感神经切除不引起躯体中显著改变的问题就谈到这里。现在让我们看一看一些自主神经系统出现缺陷的问题。


    V


    在我们第一次发表的报告中，我们说过，交感神经的切除不能制止雌性的生殖和泌乳的机能。这个报告所根据的观察，是在刚要分娩之前不久接受了交感神经切除的一个动物身上进行的。图39就是这个动物和它的两个仔猫的照片，在动物上方展示着它的两条交感神经链。这个动物果真哺育其中一个小猫，直到它能自行觅食。但是以后另一个已切除交感神经达数月之久的雌猫又生下三个仔猫。这时所看到的意外事实是，乳房不能分泌乳汁；但更意外的是母猫全然缺乏母性的关心，母猫不去照料小猫。当使它卧下并把小猫带到它身旁让它喂奶时，它马上站起来走开，毫无关心它们温饱之意。但进一步的证据表明，这种行为并非总是动物全然失去哺育后代能力的特征。


    在切除动物的全部交感神经之后，它们的工作能力就大大降低。我们对一只狗作了交感神经全部切除，这只狗事前已被训练蹬脚踏轮直到完全疲乏为止。在脚踏轮运动标准速度下它能坚持


    图40：正常猫在情绪兴奋后血糖有增加，而去交感神经的猫，其血糖在同样刺激下没有任何相应的增加效应。图下方标示的数字是试验动物的编号。


    约两小时，只在运动将近结束时中断一下给狗以短时间的休息。经切除交感神经后，动物工作的能力下降了大约35％。当然，迷走神经仍然是完整的，通过迷走神经的紧张性的降低，心跳可以加速些。然而，体内血液的再分配和血压的升高、细支气管的扩张以及肾上腺素的分泌——正如我们所知道的，这些都是有利于延长肌肉的活动的——都不再发生。在这种状态下，动物不能像手术前那样有效能地完成任务，这是完全可以理解的。 除了循环器官缺乏适应性的变化外，还存在着肝脏释放糖的障碍。通过情绪兴奋在交感神经切除前后对血糖效应的测定，可以看出这个事实。如图40所示，3—10分钟的兴奋在正常动物所引起的血糖增高平均达到34％。反之，在切除交感神经的动物中，给予类似长短的兴奋并不引起血糖水平相应的增高。


    另外，切除交感神经的动物接受兴奋刺激时不发生竖毛。和这种交感神经系统作用消失的迹象并存的是，不发生正常情况下兴奋所能引起的红细胞增多。这种障碍是由于脾失去协同作用，因为，如伊兹奎多(Izquierdo)和我以及曼金(Menkin)所证实，切断通向脾脏的神经会使得这个必要时能释放额外血细胞的重要器官失去作用。所有这些特征——循环机能不全，释放糖和释放额外血细胞的机制紊乱——对导致动物肌肉活动效能的减低无疑会发生作用。必须承认，关于这幅景象的许多细节还有待于更进一步的工作才能从量的方面作出明确说明，但是我相信，其中主要特征仍是如我所陈述</a>的。


    VI


    去交感神经的动物不仅肌肉的活动能力不足；而在寒冷刺激下它的机能也是不完全的。图38证明，在切除交感神经后寒冷刺激并不引起竖毛，这就是说，寒冷对立毛肌不产生局部收缩效应。血管平滑肌也同样失去神经支配；因而寒冷对血管也没有局部收缩效应。由于这两个原因，散热不再受到控制。加上机体失去了增加肾上腺素分泌的作用，而肾上腺素在体温趋于下降时是能促进产热的。由于这种种原因，去交感神经动物当它面临维持正常体温的问题时就暴露出生理上的缺陷。这类动物在寒冷气候下的行为表现与这种缺陷状态是相符合的。它对冷空气和寒风表现出明显的厌恶，在冬季的寒冷天气，它蜷伏在热源近旁，只有在喂食的时间才离开那里。


    为了试验去交感神经动物对寒冷的反应，我们把动物放在温度范围在0.8°至6．0℃(33.2°至42.3oF)的冷藏室内，观察了它们的体温和寒战情况。典型结果示于图41，实线描出正常动物在冷环境中停留约两个小时后的体温变化，虚线代表去交感神经动


    图41：放在冷室中的猫体温记录。实线代表正常猫出现的效应；虚线代表去交感神经后的效应。发生的寒战用锯齿形符号标记在曲线下方；锯齿形的大小约略代表寒战反应的强度。


    物在同样条件下的变化。注意看一下在393号和396号猫交感神经切除前及切除后所做的观察。如393号的记录清楚地证明，在两种条件下动物的反应存在着引人注目的差异。在去交感神经后体温出现了更低的下降——体温果真很快下降到一个它尚能维持的低点，寒战出现的次数更多，也更显著。这种以锯齿形线条表示的反应在393号猫切除交感神经之前完全看不到，但在这种手术后却十分明显。在其他去掉交感神经的动物中，这种现象也是很显著的。除运动外，寒战是留给动物抵御温度剧降的仅有手段，因此例如在400号猫所看到的，它能维持的实际的低温状态可能反映了寒冷环境中散热与通过寒战作用产热之间的一个平衡状态。尤其要注意看一下107号猫的记录。它就是我前面提到过的1927年10月10日以后失去了交感系统的那只猫。从那时以后所经过的岁月中，这只动物看来已习惯于靠寒战作为抵御温度下降的主要保护手段。被放到冷室后它很快就开始剧烈发抖，并靠这种做法防止体温的明显下降，也果然做到了维持其正常的温度水平。 失去交感神经后存在的困难不仅在于制止体温下降的倾向。我们得到的证据说明在制止体温上升倾向上同样存在着困难。我们曾想知道一个直立动物是否能在交感神经切除后保持正常行动，因此在一个猴子身上摘除了交感神经链。为了使所有的猴子能享受日光和新鲜空气，在7月的一个热天把它们放在实验室附近的庭院中。正常动物全然不受热的不利影响。但是没有交感系统的那个动物则短时间内就出现了很高的体温；真的，它中暑倒下了。


    VII


    刚才我所报告的结果可能由于下述原因而给人以较深刻的印象，即摘除交感系统所造成的后果比起真正的缺损现象要轻些。但必须承认，这种轻度后果可能给人们造成错误的印象，动物固然能继续生存，但它们是生活在实验室的保护性环境里，在这里，一年四季没有明显的温度变化，也没有为食物而斗争的需求，不存在着逃避敌人的需要，不存在着出血的危险。这是一个非常特殊的、局限的生活方式。根据这样的观察结果来作判断，我们很容易得出这样的推论：交感神经系统对躯体的固有机能来说是次要的。这样的推论是错误的。如果这些动物被放在外面世界而不得不面对着为了食物与安全而斗争的需要时，则它在需糖时没有血糖升高，没有红细胞的增加，没有内脏血管收缩来升高血压并加快血流，没有显著的心跳加速，没有循环的再分配以利于正在收缩的肌肉，也没有肾上腺分泌来促进血凝和支持疲乏的肌肉。去交感神经动物的缺陷会在遭受寒冷或暑热时明显地表现出来。当紧急事态来临时，它就不能保持自身内环境的稳定。


    参考文献


    Cannon and Bright. Am. Journ. Physiol., 1931, xcvii, 319.


    Cannon, Newton, Bright, Menkin and Moore. Am. Journ. Physiol.,1929, lxxxix, 84.


    Izquierdo and Cannon, Ibid., 1928, lxxxiv, 545.


    Menkin. Ibid., 1928, lxxxv, 489.


    Meltzer. Proc. Nat''l Acad. Sci. 1920, vi, 532.,


    Spadolini. Arch. Ital. de Biol., 1926, lxxvii, 17.