浅论生物无机化学与中药

　　摘　要：本文介绍了生物无机化学在中药现代化中的应用，首次提出了中药治病的实质，是生物金属和生物配体的相互作用.

　　关键词：生物无机化学,生物配体,生物金属,中药研究

　　生物无机化学是近几十年来在无机化学和生物学基础上发展起来的一门边缘学科.生物无机化学虽然诞生几十年，但它表现出极大的生命力.将其理论成果应用于某些领域已获得了很大的成功.它在医学、生物学、植物学、仿生学、能源及环境科学等方面的重要意义已有许多的论述。本文仅就它在中药研究方面可能产生的重要意义简述如下.

　　生物无机化学的基本定义是："它是自然科学的一个分支.它的目的是理解生命元素在生物体内的化学反应，并应用这些知识".这门学科的基本任务是："在分子水平上研究金属(第一位就是生物金属-生物体内存在的金属元素)和生物配体之间的相互作用".

　　一、生命元素在生命体系中的存在形式

　　所谓生命元素就是生命体系中存在的元素，可分为宏量元素和微量元素。宏量元素中氧、氢、碳、氮占人体总体积的96%，钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁占人体总体积的3.95%。微量元素占人体总体积的0.05%，其中铁、钴、锰、锌、铜、钼、碘为必需元素，氟、硼、溴、硒、钒等为有益元素，汞、铅、镉等为污染元素。这些生命元素在生物体内的存在形式是一个很复杂的问题，目前查明的存在形式有：①简单的离子形式，如Na+、K+。②化合物形式，如乳酸钙。③更为复杂的配合物，如维生素B12。

　　二、生命元素，尤其是金属离子对生命体系的作用及与健康和疾病的关系

　　每一种微量元素都有它特殊的功能/尽管它们在体内的含量只有十万分之几，但是，一旦缺少了这微乎其微的一点，就会导致疾病的产生。如铁不足就会引起贫血症;锌不足引起侏儒症、生殖腺功能不足;硒不足引起克山病、白内障;铬不足引起糖尿症、动脉硬化。微量元素在生物体内所发挥的生化作用主要是：①运载作用。它们好象是一种运载工具，通过它们把大量的元素带到各组织中去。如血红蛋白中的铁运载氧，细胞色素中的铁运载电子。②生物催化作用。它们是生物体内多种酶的活性中心，这些酶促进了体内的各种复杂的生物反应，没有它们，新陈代谢就无法进行，生命也就停止了。③参与各种激素的作用。例如，铬能增强体内胰岛素的作用，锌可促进性激素的功能。激素在体内的作用是控制全部生命的活动，就象一个大工厂中的管理系统一样。

　　生物微量元素的拮抗作用是指在生物体内的一种元素抑制另一种元素的正常生理功能的现象。在体内，各种微量元素存在着相互制约的复杂关系;也就是说，在几种元素共存的情况下，它们各自的作用都可能发生变化。例如，铁摄入过量时，就能抑制体内锌的有益作用。铜和锰，硒和钴、锌之间以及其它许多微量元素彼此之间，也都存在着类似的相互制约的作用。

　　法国科学家Bortrand提出了一个最适营养浓度定律，其内容是：“植物缺少某种必需的元素时就不能成活;该元素适当时，植物就能茁壮成长;但过量时又是有毒的”这一定律不仅适用于植物，也适用于一切生物。因此，研究和确定每一种微量元素对生物体，特别是对人体的最佳需要范围，是微量元素研究的重要方面。人们对于微量元素的作用远不如对维生素那样熟悉，然而微量元素对于生命的作用比维生素重要得多，加之生物体本身无法制造出它所需要的微量元素;所以缺乏微量元素就成为一个十分严重的问题。最近，国外有些学者认为，对于生物必需的微量元素而言，当摄入过量时会产生中毒，但现在主要的矛盾仍是缺乏微量元素而发生疾病。

　　三、生物无机化学在中药研究中的应用

　　将生物无机化学原理直接应用于医学临床，通过研究生命元素的种类和数量对人体健康影响的机理，即可提出药用的金属配合物;今后一定会制造出人体的补药—金属奶粉和更多的除去人体内有毒金属的解毒剂—药用配体。

　　传统的中国医药学是具有悠久历史的科学，在两千多年前就形成了独立的理论体系，在几千年的发展过程中，积累了丰富的经验，对中华民族的繁衍昌盛做出了很大的贡献，是一个伟大的宝库。近年来，在一些现代科学技术高度发达的西方国家出现了中医药热，盛况空前，相比之下印度、阿拉伯、希腊等古老民族的传统医药学如今已影响较小。我国古代曾有当时世界上最发达的医药学、天文学、数学、建筑学、农学、金属冶炼学……，但随着社会生产力的不断发展，这些古代产生的科学至今在全世界范围内仍保持完整的理论体系。而使后人不断学习的只有中医药学;这就是中医药学难得可贵之优点，充分证明了它的科学性。

　　中药是在传统的中医理论指导下用来防病、治病的物质(植物、动物和矿物)。怎样用现代科学的知识说明中药的治病机理呢?从生物无机化学的观点来看，人体的正常生理功能是一定数量的生物金属和生物配体通过复杂的机制相互作用、相互制约而完成的;如前所述，一旦人体内的生物金属、生物配体缺乏或过量时，人体就不能发挥正常的生理功能，就会导致各种疾病，而治疗各种疾病的中药就是含有人体所需要的生物金属和生物配体。当人体缺乏某种生物金属或生物配体的中药。如中医学的“瘿瘤”，即现代医学的单纯甲状腺肿，是缺碘所致，中医则用一种名叫海藻的中药治疗;实验证明，海藻中有丰富的碘。当人体某种生物金属或生物配体过量时，就选择含有能消除过量的生物金属或生物配体的中药治疗。如由于体内铜过量而引起的威尔逊病，可筛选含有类似D—青霉胺(HSC(CH3)2—CHNH2—COOH)的中药来治疗;D—青霉胺可与铜离子形成牢固的配合物，从而消除过量的铜离子。由此可见，中药治病的实质就是生物金属和生物配体之间的相互作用。

　　目前，心脏病已成为威胁人类健康的最主要的疾病之一;但尚缺乏有效的西药。然而近年来在研究治疗心脏病的中药方面已取得了一定的进展[7].例如：①单味中药藜芦的制剂能增加细胞膜对Na+的传导性，取代细胞膜中钙离子而起作用;可治疗心肌失常引起的心脏病。②复方生脉散制剂，是益气、扶正生脉的方剂，由人参、麦冬、五味子组成，生脉散能抑制心肌细胞Na+—K+—ATP酶的活性，改善心肌细胞对阳离子的主动运输，使心肌糖元和核酸含量相对增高，改善心肌对氧和化学能量的消耗，临床上对心肌梗塞、心源性休克、心力衰竭的治疗具有较好的疗效。

　　上例说明，中药对某些疾病的治疗具有很好的效果。但是由于中药学是两千年前产生的科学，它本身不能对重要的作用机理给与现代科学的解释;所以在使用和生产上都有一定的问题。因此，从分子水平上探讨中药的作用机理是当前中药研究的主要课题之一。近年来，国内外许多学者对此问题进行了大量的研究;但大多数研究都是以中药中的有机成分为对象的，对中药的无机成分(特别是微量元素)则刚刚开始，所以对中药的作用机理还不能得到满意的说明。例如在“①”中，不能说明藜芦制剂中什么化学成分能增加细胞对Na+的传导性;什么金属离子可以取代细胞膜中的钙离子而起作用。在“②”中不能说明生脉散制剂中什么化学成分能抑制心肌细胞Na+—K+—ATP酶的活性。因此就不能从化学水平上说明中药作用机理，一直在生产和使用上的问题无法解决。

　　然而生物无机化学的原理和实验手段，完全可能对此问题得到满意的解决。①生物无机化学关于“在人体中存在的元素与植物体重的基本相同”的结论[8]为中药(植物药)治疗疾病提供了可靠的物质基础的论据。②生物无机化学的实验手段[9](红外光谱、核磁共振谱、拉曼光谱等光谱仪)使探明中药中的有机成分、无机成分(特别是微量元素)成为现实，并为确定中药质量标准提供了有效工具[10]。③生物无机化学中的“最适营养浓度定律”[11]为中药治疗疾病的有效性提供了现代科学的论据④生物无机化学中关于离子载体的研究[12]为中药的吸收、代谢及药剂的质量研究提供了有利的武器。⑤生物无机化学中关于微量元素的拮抗作用和金属卟啉、金属酶、金属蛋白的结构、性质和反应机理的研究则可能从分子水平上比较满意的说明中药的作用机理。

　　综上所述，从生物无机化学的观点来看，中药治疗疾病的实质是生物金属和生物配体的相互作用(中药治疗疾病的配位化学学说).生物无机化学对中药的研究将产生重要的意义;随着生物无机化学的进一步发展，将使两千年前产生的中药学更加充实完善。

　　参考文献

　　[1] D..K威廉斯著，黄仲贤译:《生物无机化学原理》，复旦大学出版社，2(1984)

　　[2]、[9]K、E雅茨米尔斯基著：余珣译，《生物无机化学入门》，科学出版社，1，41(1985)

《浅论生物无机化学与中药》

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