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实验外科学与生命科学

来源:论文汇编 作者:自动采集 2005-1-1
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摘要: 实验外科学是生命科学的重要组成部分,是外科学发展的先导和基础。它的发展对临床外科和生命科学及其他学科都产生重要的影响,同时,对于促进外科诊疗技术的进步和医疗水平的提高始终起到积极的推动作用。一、实验外科的进展传统的实验外科定义为解决外科诊疗问题服务的动物实验研究专业学科,其内容主要包括实验动物、实......



  实验外科学是生命科学的重要组成部分,是外科学发展的先导和基础。它的发展对临床外科和生命科学及其他学科都产生重要的影响,同时,对于促进外科诊疗技术的进步和医疗水平的提高始终起到积极的推动作用。

  一、实验外科的进展

  传统的实验外科定义为解决外科诊疗问题服务的动物实验研究专业学科,其内容主要包括实验动物、实验器材、实验方法和实验管理,以及动物生理、病理与解剖等方面。但就广义角度而言,实验外科的范畴包括为解决外科诊疗问题而采取的一切研究手段。近年来,随着生命科学的飞速发展,特别是分子生物学等相关学科的发展,为实验外科学研究提供了更加丰富、有效的实验方法。

  早在16世纪初期就曾有人进行过动物与人体解剖学实验,这是实验外科的萌芽。1881年,Billroth成功地进行了体腔内手术,使外科学技术从体表转入体内,由简单转为复杂。1898年,德国著名外科医生与病理学家John hunter建立了外科病理学,使外科学理论由大体解剖学深入到组织形态学水平。本世纪初,微生物学的建立与发展为外科炎症、创伤的救治带来深刻的影响,使外科感染率得到有效控制。1900年,孟德尔提出“染色体基因学说”,为遗传学发展奠定了基础,也对实验动物学科产生了重要影响。1907年,CC little和WE Castle建立了世界上第1株近交品系动物——小鼠DBA。1946年,Reyniers等人育成无菌大鼠,此时受实验动物科学发展的影响,实验外科亦开始正式形成。

  50年代初,微循环学说的建立,为休克的实验研究带来革命性的变化,并很快应用于临床,使创伤救治率显著提高。同一时期,免疫学理论研究也取得许多重要成果。1954年,Murray在进行大量动物实验后,首先成功施行同卵双生姐妹间的肾移植,并于术后长期存活。1962年Murray又第1次成功地进行了人的异体肾移植而长期存活,从而打开了脏器移植的大门。此后20余年间,随着免疫学的发展,器官移植采用HLA配型和使用免疫抑制药物,大多数器官可进行异体移植,从而使现代器官移植的理论系统化、规范化,并在临床应用中取得成功。到目前为止,肾、肝、心脏、胰腺、胰岛、肺、小肠、脾、骨髓、甲状旁腺、肾上腺、睾丸以及胸腺等脏器组织的同种异体移植已相继在临床开展应用。50年代末,现代解剖学从大体转入组织学领域,并促进了显微外科学的发展。1960年,美国医生Jacobson和Saurez开创了显微血管外科技术,他们用放大25倍的手术显微镜吻合26条直径在1.6?mm以下的动物小血管取得成功。此后,吻合微血管的游离皮瓣、游离肌肉、游离骨和骨膜、游离足趾以及游离大网膜等自体组织移植已逐步建立和完善,并普遍推广使用。

  80年代后,迅速发展起来的分子生物学技术为外科学研究带来深刻的变化。随着炎症、创伤、休克的外科基本问题的有效解决,肿瘤成为外科中最常见的研究课题,而对于肿瘤的认识我们经历了大体解剖学、组织学、细胞学与分子生物学几个阶段,单克隆抗体技术、PCR技术、分子杂交技术以及近两年迅速发展起来的基因芯片技术,都非常有效地应用于肿瘤的诊断,为肿瘤的早期切除和预后判断提供了有效依据,肿瘤的临床治愈率也得到明显提高。这些技术在肿瘤治疗上的应用研究也正在迅速展开并有所突破。随着肿瘤跨膜细胞信号传递研究的深入,信息治疗和基因治疗有可能给肿瘤治疗带来新的春天。

  二、生命科学是实验外科发展的基础

  纵观外科学发展的历史,不难看出实验外科发展的每一突破性成果都离不开基础学科的理论支持。解剖学的研究使外科手术走出了盲目性,组织学与病理学使手术的指征与切除范围明朗化,微生物学的理论为外科手术提出无菌的概念,遗传学的发展为实验动物学的建立奠定了基础,微循环学说的建立使创伤、休克的诊愈率明显提高,免疫学的发展使器官移植成为可能。近20年,分子生物学理论与技术的发展则赋予了实验外科以新的内容。

  分子生物学探讨的内容最初局限于原核细胞所含遗传物质的认识。虽然早在30年代就有人提出分子生物学的概念,但作为基础研究的一项重要手段,它从生物学、遗传学以及组织学等多个学科中演变发展,逐渐成为一门系统的、独立的学科,还首先应当归功于1953年Watsson关于DNA分子双螺旋结构的发展。分子生物学在基因诊断领域的应用当首推PCR技术的诞生与推广应用。它在疾病诊断方面具有简单、快捷、准确和高效等特点。目前PCR技术在临床诊断方面已成为常规,在肿瘤的早期诊断、预后判断中更起到重要作用。随着人类基因组计划的大规模展开,用于诊断肿瘤的靶基因也越来越多,这样就有可能为每一种肿瘤勾勒一幅基因表达谱。这方面的重要成就莫过于近两年来发展起来的基因芯片技术,它是将大量靶基因点在纤维素膜或玻片上,用组织cDNA探针进行杂交,它的优点是一次可同时检测同1份标本内感兴趣的所有基因表达,同时可用电脑进行分析,这将给肿瘤诊断带来一场革命。分子生物学在肿瘤学领域的另一个重要贡献是基因治疗。随着对基因结构认识的增多,90年代以来,国际上开始重视对基因功能的研究,这方面又主要集中在生物信号转导方面,即细胞外信息是如何精确地传入细胞核内,并引起细胞的生长、分裂、增殖、分化以及凋亡,细胞生长周期是如何精确调控的,这些研究将从根本上阐明基因的确切功能和肿瘤发生的分子基础。目前已发现的癌基因基本上涵盖了从细胞外到细胞膜、细胞浆以及细胞核内一系列信号分子,包括生长因子、生长因子受体(受体型酪氨酸蛋白激酶)、非受体型酪氨酸蛋白激酶、丝/苏酪氨酸蛋白激酶、G蛋白类以及核内转录因子。于是基于基因和信号传递研究的一种新的治疗方案——“信息治疗”由此诞生。它是针对细胞生长、分裂或分化过程中重要的信号分子进行干预,从而达到治疗目的。在各种针对癌蛋白的阻断治疗方案中,一个有效的治疗方案为使用信息分子cAMP,它为神经激素(如肾上腺素类)信号传递中重要的第二信使,可以有效地影响ras通路介导的生长因子的信息传递。在细胞水平上,任何使细胞内cAMP浓度增加的因素都会抑制ras通道传递的刺激细胞生长的信号。有研究结果显示,cAMP是通过激活蛋白激酶A(PKA)使Raf-1磷酸化而抑制ras信号通路。已经知道,目前发现的癌基因大多位于ras信号通路,而cAMP是第一个被发现能够抑制ras通路的内源信号分子,因此可以通过刺激癌细胞内cAMP浓度增加或使用仿cAMP作用的化合物来治疗肿瘤。除了肿瘤研究领域外,分子生物学对临床外科的其他学科也产生了重要影响,比如在器官移植领域人类白细胞抗原(HLA)分型、T细胞受体(TCR)检测等。如果暂且搁置伦理问题的讨论,转基因技术的发展最终可以使转基因猪用于人的异体器官移植。

  三、实验外科在生命科学中的地位和作用

  从历史的角度看,传统的外科学一方面从生命科学的基础学科汲取营养而促进其自身的发展。另一方面,作为生命科学的一个组成部分,实验外科的发展曾为整个生命科学的发展作出了巨大贡献,也为其他基础学科提供了印证、反馈的依据和方法论的指导。最初的解剖学研究促使了外科学的形成,而外科学的发展反过来加深了人们对解剖学的认识。对炎症、创伤问题的外科实践也反过来修正了微生物和免疫学的理论认识。本世纪初,电生理学家Bernstein正是利用了实验外科学的成果,使用蛙的肌纤维和枪鸟贼的巨轴突成功地进行了静息电位描述实验。以后几十年,随着实验外科由大体进入显微领域,电生理研究也发展到单细胞记录水平。此外,在神经生物学领域,单细胞分离技术的实施也要归功于显微外科的发展。在发展迅速的分子生物学领域,更需要实验外科学的技术支持。从转基因动物的培育、基因敲除动物模型的建立到基因治疗给药途径的实施,离开实验外科的基础理论与基本操作都是难以想象的。试管婴儿与克隆动物的分离、植入与培育,这在几十年前实验外科技术未发展到今天的水平时都是不可能实现的。事实上,现代生命科学各学科的彼此交叉、融合,已很难界定学科间的严格界限,因此,就像分子生物学与其他学科杂交产生的新学科如分子病毒、分子免疫、分子病理一样,有理由将分子生物学作为外科学学科整体的一个部分,推动实验外科学的发展,并完善分子生物学内容,进而推进整个生命科学的进步。

 


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