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2.17 医学与生命科学的发展四:地区的交流与学科的交叉

已有 2244 次阅读 2021-4-23 14:04 |个人分类:科技2|系统分类:观点评述

科技发展在国与国之间有竞争,也有合作。医学与生命科学的发展关系到每一个普通人的健康,所以更多国际或地区的合作交流是受鼓励的。地区的交流可以给带来更多不同研究角度,而且可以增加资源利用效率以及透明性,研究成果更可以遍及更多人。技术的进步往往又是互相促进了不同学科的融合与发展,物质科学与统计计算机科学更能进一步推动医学的发展。

不同来源的交流,常常可以通过比较的方式,给出更深的理解。我们可以用一个生活中常用的关于健康的常识,更加形象具体地感受为什么需要交流与比较。身体质量指数(body mass index, BMI)是一个衡量肥胖的基础指标,它的定义也很简单:体重除以身高的平方。当我们将一个人的体型大概用长宽高的立方体进行简化时(如图1),可以进行如下的推导[1]

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当我们假设不同人之间的密度相同,纵横比(长/身高)相同时,我们就得出了身体质量指数的物理意义:它衡量一个人的宽,或者粗细,厚度。身体质量指数越大的人,相对而言越粗,也就是更胖一些。腰围也是粗细的衡量,但是腰围没有将身高因素排除:一般而言高个子的腰围也更大。

在不同的情况下,比如性别、年龄、人种、体育活动进行比较时,身体质量指数并不再简单地对应着肥胖或者超重了。男女的体脂含量不同(脂肪密度小于肌肉的密度),所以导致身体密度的不同;另一方面,同样身高的情况下,男性的肩宽比女性更宽,所以男女的纵横比也不一样。 这样,即便男女如果具有同样的身体质量指数,但是却对应着不同的粗细,肥胖的标准也需要针对性别修改。类似的,年龄因素也影响着少年儿童和成年人的体脂和纵横比;在不同人种中,同样的身体质量指数,亚洲人的体脂含量大于白人大于黑人,而南亚(印度、巴基斯坦等)的人的体脂含量尤其高[2]; 经常健身的人体脂率的含量较低,这些都改变了身体质量指数的定义。可见、当不同的因素有比较时时,一方面我们理解了身体质量指数的隐含假设;另一方面,我们通过修改身体质量在不同情况的使用范围,也能更好地给出因人而异的健康的建议,获得更好的理解与研究结果。

body mass index latest.png

 1. 人体体型的长宽高的立方体简化

全球化的时代,由于交通的便利与大量的人员交流,从这个角度而言,全球性的疾控合作也是非常重要。历史上,当欧洲移民迁徙到美洲大陆时,因为美洲土著人对欧洲的很多流行病并没有抗体或者抵抗力的适应性,导致人口的大量减少。所以在医药的研发中,有一个持续很久的问题,在于临床试验的对象缺乏多元性。美国食品药品监督管理局(FDA)用于批准药物的临床数据的实验对象大多数是白人:1997年临床试验的对象92%是白人,而2014年依然有86%的试验对象是白人[3]。越来越多的研究显示,在不同的种族,药物的有效性以及副作用的程度都有所不同[3],医学研究对象中的男性比例显著高于女性[4],而一些医院采取的计算机算法在预测疾病风险程度时的预测展现出种族性的偏差(racial bias[5],这些不同的问题,都强调医学的研究对象需要更加多元化。一定程度上,因为制药与药物研发的大公司主要集中于欧美日等发达国家,而药物的主要市场也是发达国家的病患,所以美国食品药品监督管理局获取的临床试验对象较多是白人。发达国家医药研发的重点当然以本土化市场的医药需求为优先目标。电影《我不是药神》里面反映出了道德与法律之间的戏剧冲突让观众感动,但是问题背后,主要反映了包括中国在内的发展中国家的医药研究依旧比较落后,亟待追赶与资源和人才的进一步投入。

由于基础身体状况,文化习俗习惯、地理、经济等其他方面因素,疾病的发生率在不同地区很不一样,所以发展中国家与发达国家,展示了不同的医学方面的研究兴趣和重点目标。阿尔兹海默综合症(俗称老年痴呆症)在发达国家的研究比较多,因为医护需求大而且费用高昂。笔者所在农村也有一阿尔兹海默综合征患者,但是由于经济状况,无力聘请护工,最后没有办法,担心她走丢也只能关在家里。这种不同的措施也反映了,由于不同经济条件,有不同家庭优先任务和处理措施。或许未来随着中国人力成本的增加,我们也需要增加阿尔兹海默综合征的研究。但是现阶段亟待研究的是更加广泛的中国与其他发展中国家的常见病,尤其是那些发达国家发病率较低疾病“大约75%的肝癌都发生在发展中国家。在不同国家中,肝癌率展现出了超过20倍的起伏,在撒哈拉以南的非洲与东南亚远高于北美和欧洲。”[6] 肝炎的问题在中国韩国越南等东南亚国家比较普遍[7]疟疾在中国南方地区、东南亚与非洲等地区,但是在欧美基本不成问题这些发展中国家常见的疾病或许是中国科研领衔合作攻克的问题,在合作的过程中,这些其他国家的合作者提供了一些不同意见,也使得研发的过程变得更加透明。

中国的理科方面的学术研究正在迅速追赶发达国家(见表1),但生命科学依旧薄弱。自然指数[8]显示,相对于物质科学、化学、地球与环境科学相比,中国的生命科学领域的基础研究与发达国家差距更加突出。日德英法四国人口与美国大致相等,化学与物质科学发表数量与美国差别不大,但生命科学与地球和环境科学上都只有美国的一半;中国在其他三个领域与这四国总数大致相当,但是生命科学不到四国的一半,约为美国的1/6。我们需要考虑如何利用交叉学科的方式来促进与幸福健康密切相关的生命科学的研发。

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1:中国的自然指数与其他发达国家的比较。

医学上疾病诊断与治疗的很多方面都依赖于化学与物理学的手段,比如癌症所常用的化疗(化学疗法)与放疗(放射性治疗)便对应了化学与物理,而各种检测手段也都依赖于化学测试和物理影像等手段,现代的医药的发现也依赖于分子生物学与生物化学等学科的研究。制药化工与生命科学的交叉,但由于研究门槛较高,需要大量的资本投入,有时候研发风险较高;为对冲风险也可以考虑日用化学品与化妆品的研发,这样较高利润的而较低门槛的化妆品行业(化妆品在美国并不需要食品药品监督管理局的批准)与周期较快的资金回流速度,可以补贴制药行业。

超级计算中心用于气象预测、材料与流体等学科的计算与模拟,或许可以促进不同学科去协力合作,研究贯穿不同学科的重要的普遍的的计算问题;类似的,我们也可以建设一些交叉学科中心,1研究物理与生物的新型生物成像技术(或许也可以在原基础进行改进,获得成本更加低廉,步骤更加便捷的成像技术更加重要),2研究机械、软件、与生物交叉的医用机器人,3)计算机与生命科学交叉的计算生物学,4)机器学习与统计的方式来辅助药物设计与研发,5)基因组学的研究本身就是统计、分子生物学与化学的交叉领域。 科学研究与文艺一样也会出现瓶颈,而难以突破。用王国维的说法,“盖文体通行既久,染指遂多,自成习套。豪杰之士,亦难于其中自出新意,故遁而作他体,以自解脱,一切文体所以始盛终衰者,皆由于此。故谓文学后不如前,余未敢信。但就一体论,则此说固无以易也。” [9] 宋代文学家在唐代诗歌以后,通过宋词的表现形式,开始了文学新的征程。交叉不是目的,但是学科交叉的手段可以辅助科学研究,去探索突破研究瓶颈的新应用与新概念。这些不同领域的交叉不胜枚举,而重要性需要领域内的专家进行讨论以决定优先层级。生命科学与医学的交叉研究中心与医院的急诊部门并不相同,并不依赖于快速到达的交通条件,可以更多的采用经济规划的手段,建立在距离市中心的较远的地区,利用低成本的土地优势,减少了精密仪器受到地铁或其他交通的影响,或许还能减少交通拥堵,多一些资源扩建急救中心。在老龄化社会,高血压等流行病可能导致更多的心肌梗死、中风等急救需求;经济发展时,伴随着汽车保有量增加,交通事故造成外伤也增加了急诊需求。

不同国家与地区的交流,能够将生命科学的研究变得更加包容与多元化,医疗手段与措施可以惠及到不同族群与背景的人;学科的交叉可以迁徙一些较为成熟的研究成果到其他领域,或者通过新的交叉研究方向而突破一些既有方向的研究瓶颈。面向未来的老龄化的社会,需要我们更多直接措施去寻找生命科学领域新问题的解决方案。

 

引用文献:

[1] 注:这是一种推导得出解释的方式,另外的解释可以将身体质量指数解释为面密度,但是生活中我们感受到的密度大多都是体密度,较难用面密度方式来理解身体质量指数。

[2] 族群因素的身体质量指数与疾病风险的不同,肥胖预防资源,哈佛陈曾熙公共卫生学院, Ethnic Differences in BMI and Disease Risk, Obesity Prevention Source, Harvard T.H. Chan School of Public Health, https://www.hsph.harvard.edu/obesity-prevention-source/ethnic-differences-in-bmi-and-disease-risk/ 2021423日最后访问

[3] 托德·内彭,霍华德·麦克李敖德,什么时候临床试验才能反映多元化,自然,557卷,157页,2018年。Knepper, Todd C., and Howard L. McLeod. "When will clinical trials finally reflect diversity?." Nature, vol. 557, (2018): p.157

[4] 安娜·诺沃格罗兹齐,医学中的不平等,自然,550卷,S18页,2017年。Nowogrodzki, Anna. "Inequality in medicine." Nature vol. 550, (2017):p. S18.

[5] 兹阿德·奥本麦尔,布莱恩·鲍尔斯,克里斯汀·沃格利,森迪·木来内森,人口中健康管理算法的种族偏差剖析,科学,366卷,447页,2019年。Obermeyer, Ziad, Brian Powers, Christine Vogeli, and Sendhil Mullainathan. "Dissecting racial bias in an algorithm used to manage the health of populations." Science 366, (2019): 447.

[6] 世界卫生组织,饮食,营养和慢性病的预防:世界卫生组织与粮农组织专家咨询的联合报告,916卷,2003,98. World Health Organization. Diet, nutrition, and the prevention of chronic diseases: report of a joint WHO/FAO expert consultation. Vol. 916. 2003. p.98

[7]罗莎·赞匹诺等,发展中国家的乙肝病毒负担,世界肠胃病学期刊,21卷,2015年,11941页。 Zampino, Rosa, et al., Hepatitis b virus burden in developing countries, World Journal of Gastroenterology. vol. 21 (2015) p.11941

[8] 自然指数统计了高质量的学术期刊(82家)的文章发表数量,而且有四个细分领域:生命科学、物质科学、化学、地球与环境科学。因为有些文章在不同领域被重复计数,所以总和并不等于自然指数。最后一列统计了《自然》《科学》两个期刊的发表数量,因为这两个期刊被视为最顶尖,竞争最激烈。但是《自然》《科学》发表的论文权重在生命科学领域,有兴趣的可以将不同国家的生命科学论文一列与《自然》《科学》一列的计数做除法,这个商基本在十左右,而其他领域则没有如此高的相关性。所以中国在《自然》《科学》发文量较低的原因主要也是生命科学的薄弱。

[9] 王国维《人间词话、王国维词集》,陈永正注评,上海古籍出版社,2016年,p.56




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