沃尔特·坎农

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沃尔特·坎农（Walter Bradford Cannon 1871.10.19－1945.10.01）——钡餐之父，美国 20 世纪最伟大的生理心理学家之一

沃尔特·坎农

　　沃尔特·坎农全名“沃尔特·布拉德福德·坎农”（Walter Bradford Cannon)是美国生理心理学家，出生于威斯康星州的普雷里德欣，逝于新罕布什尔州的富兰克林。他是美国 20 世纪最伟大的生理心理学家之一。首先将 X 射线用于生理学研究，设计了钡餐，被称为“钡餐之父”。还提出生物体“自稳态”理论。

　　沃尔特·坎农曾任哈佛医学院生理学系教授和主任。他提出了“战斗或逃跑反应”，并扩展了克劳德·伯纳德的稳态概念。并在1932年首次出版的《身体的智慧》一书中推广了他的理论。

　　1871年10月19日，沃尔特·坎农出生于威斯康辛州的大草原，父母分别是是科尔伯特·汉切特·坎农和威尔玛·德尼奥。妹妹Ida Maud Cannon（1877-1960）为马萨诸塞州总医院著名的医院社工。

　　在他的自传《调查者道路》中，坎农将自己列为法裔加拿大探险家、学者雅克·德·诺永（Jacques de Noyon）的后代之一。他的加尔文主义家庭在智力上很活跃，包括詹姆斯·马丁瑙、约翰·菲斯克（哲学家）和詹姆斯·弗里曼·克拉克的作品。坎农的好奇心也使他结识了托马斯·亨利·赫胥黎、约翰·廷德尔、乔治·亨利·刘易斯和威廉·金顿·克利福德。高中教师玛丽·珍妮特·纽森成为了他的导师。

　　1892年，纽森激励了他，帮助他将自己的学术技能带进了哈佛大学。

　　1896年，完成本科学业后，他进入哈佛医学院。他在与亨利·P·鲍迪奇合作时开始使用x射线研究消化生理学。

　　1900年，获得医学学位。

　　毕业后，坎农被哈佛大学的威廉·汤森·波特（William Townsend Porter）聘为生理学系讲师，同时继续研究消化。

　　1902年晋升为生理学助理教授。他是物理学家G·W·皮尔斯（G.W.Pierce）的密友，他们与其他年轻教师一起创立了Wicht俱乐部，用于社会和职业目的。1906年，坎农接替鲍迪奇成为哈佛医学院希金森教授和生理学系主任，直到1942年。从1914年到1916年，坎农还是美国生理学会主席。

　　1907年与畅销书作家、女权主义改革者科妮莉亚·詹姆斯·坎农结婚。1901年7月19日，在蒙大拿州度蜜月期间，他们是第一批到达山羊山西南峰（2657米或8716英尺）顶峰的人，该峰位于麦克唐纳湖和洛根山口之间。该地区现在是冰川国家公园。这座山峰后来被美国地质调查局命名为坎农山，他们有五个孩子；他的儿子布拉德福德·坎农博士是一名军事整形外科医生和放射研究人员。两个女儿分别是威尔玛·坎农·费尔班克（Wilma Cannon Fairbank，约翰·K·费尔班克夫人）、琳达·坎农·伯吉斯（Linda Cannon Burgess）、海伦·坎农·邦德（Helen Cannon Bond）和玛丽安·坎农·施莱辛格（Marian Cannon Schlesinger）。

　　他的生活哲学可以从他的行动和言论中推断出来。出生于加尔文主义家庭，他脱离了宗教权威主义，并从之前的教条中获得了独立。他在晚年表示，自然发生的事件是有益的结果。他扮演了一个自然主义者的角色，认为身体和心灵作为一个有机单位是不可分割的。对他的工作的解释应该能使人在没有超自然干扰的情况下更明智、更快乐、更聪明地生活。^[1]

　　1911年，坎农支持动物实验，反对反对活体解剖的观点。他为美国医学会撰写了一本小册子，批评反活体解剖者的论点。

　　1945年10月1日，沃尔特·坎农在新罕布什尔州富兰克林去世。^[2]

　　1892年，沃尔特·坎农作为哈佛大学本科生开始了他的科学生涯。曾与克劳德·伯纳德共事的亨利·皮克林·鲍迪奇（Henry Pickering Bowditch）在哈佛大学领导生理学实验室。在这里，坎农开始了他的研究：他使用新发现的x射线来研究吞咽的机制和胃的运动。在他的第一次实验中，他能够观察到一只狗食管上的按钮的运动过程。 他在自传《调查者道路》中说，“我努力的全部目的是观察蠕动波，以了解它们的影响。只有过了一段时间，我才注意到，活动的缺乏伴随着扰动的迹象，当平静恢复后，波很快又出现了。”

　　他在1896年12月的美国生理学会会议上演示了鹅的吞咽，并于1898年1月在《美国生理学杂志》第一期上发表了关于这项研究的第一篇论文。

　　1945年，坎农通过描述他在不同年龄的关注点，总结了他的生理学生涯^[3]：

• 26-40岁：消化和铋粉

• 40-46岁：情绪激动对身体的影响

• 46–51岁：创伤休克调查

• 51-59岁：生物体的稳定状态

• 59–68岁：神经冲动的化学调解（与Arturo Rosenblueth合作）

• 68岁以上：神经分离器官的化学敏感性

　　钡餐造影

　　他是第一批将重金属盐（包括次硝酸铋、三氯氧铋和硫酸钡）混入食品中以提高消化道x射线图像对比度的研究人员之一。钡粉是这项研究的现代衍生物。

　　1892年，坎农考上了哈佛大学医学院，但是当时的哈佛大学基本都是上流社会的聚集地，他一个穷小子显得格外格格不入。但是坎农毫不气馁，在勤工俭学的同时，在其二年级时,就在他的导师的指导下，利用发现不到一年的X射线来观察胃肠运动，不久又设计出铋或钡餐进行消化道的X射线造影法，对蛙和鹅的吞咽机制进行了研究。可以说是，他是将X射线用于生理学研究的第一人。坎农回忆他的大学生涯时，这样说道：“一个贫穷的没受多少教育的外地佬，能够来到这里，看见自己成为一代又一代哈佛人的父辈们的那些才具、牺牲、希望和奋斗的继承者……”。

　　钡餐原理：病人在进行胃镜检查前，食入钡餐，钡餐在含有盐酸的胃酸中不会溶解，从而可以像摄入的食物一样成功粘在胃壁上。胃壁有溃疡等表面损失的部位则无法粘上。对胃部进行x光拍摄，由于X光无法透过硫酸钡固体，钡餐将在照片上留下阴影，而未留下阴影的部分即为病变部位。

　　坎农还具有探究科研长路漫漫的决心和勇气，他还把自己作为实验对象，用X射线铋餐造影法观察了食物通过消化道的全过程，发现了胃肠道推动和搅拌食糜的蠕动频率，测定了不同食物在消化过程中各期的长短。并演示证明饥饿感是由空胃的强力收缩引起的。这一方法就是现在诊断消化道肿瘤和溃疡的有效手段之一。此外，他还研究了消化过程中机械动力和胃酸浓度与幽门门瓣开闭的关系，1911年发表了《消化作用的机械因素》一书。

　　战斗或逃跑反应^[4]

　　1915年，他在《疼痛、饥饿、恐惧和愤怒的身体变化：对情绪兴奋功能的最新研究》中创造了“战斗或逃跑”一词来描述动物对威胁的反应。 他断言，不仅身体上的紧急情况，如创伤失血，而且心理上的紧急状况，如同一物种成员之间的对抗性遭遇，都会引起肾上腺素释放到血液中。

　　根据坎农的说法，肾上腺素在不同的身体器官中发挥了几个重要的作用，所有这些器官都在战斗或逃跑的情况下保持体内平衡。例如，在四肢骨骼肌中，肾上腺素会放松血管，从而增加局部血流。肾上腺素能收缩皮肤血管，减少身体创伤造成的失血。肾上腺素还将关键代谢燃料葡萄糖从肝脏释放到血液中。然而，从生理学或生物化学角度来看，攻击性攻击和恐惧性逃跑都涉及肾上腺素释放到血液中，这并不意味着“战斗”与“逃跑”等同。

　　创伤休克^[5]

　　作为第一次世界大战中的一名军医，他发现震惊的人的血液是酸性的。 作为英国医学研究委员会休克和相关疾病特别委员会的成员，他主张通过输注碳酸氢钠中和酸来治疗休克伤员。他和威廉·贝利斯（William Bayliss）给一只麻醉的猫注射了酸，猫死了。然而，对贝利斯和亨利·戴尔进行的第二次审判未能产生震动。通过输注含有一些较大分子的盐水成功地治疗了休克。

　　体内稳态，又称“内环境稳态”

　　他从克劳德·伯纳德（Claude Bernard）关于内部环境的早期观点中发展出了稳态的概念，Cannon提出了四个初步命题来描述稳态的一般特征：

• 在一个开放的系统中保持稳定，需要像我们的身体一样的机制来维持这个系统。坎农基于对葡萄糖浓度、体温和酸碱平衡等稳定状态的见解提出了这一主张。

• 稳态条件要求任何变化趋势都能自动满足抵抗变化的因素。当身体试图稀释细胞外液中的糖浓度时，血糖升高会导致口渴。

• 决定稳态的调节系统由许多同时或连续作用的协作机制组成。血糖由胰岛素、胰高血糖素和其他激素调节，这些激素控制血糖从肝脏释放或被组织吸收。

• 稳态不是偶然发生的，而是有组织的自治的结果。

　　坎农对“内环境稳定”概念的进行了进一步的系统阐释。坎农在研究神经生理学时，发现自主神经的功能在于使体内液体环境保持某种平衡。这一概念有力地影响了心理学和其他学科。1926年，坎农把它正式命名为“内环境稳定”并创用“自稳态”( homeostasis )一词来表示这种状态。1932年，他把这方面的研究总结为《身体的智慧》一书。自坎农以后，“内环境稳定”便成为生物学中最有影响的概念之一。这也是现在生理学第一章就要接触的重要概念，可见“内环境稳态”这一概念在生理学上的重要地位。

　　交感肾上腺系统

　　坎农提出交感肾上腺（或“交感肾上腺髓”或“交感-肾上腺”）系统的存在和功能统一。他认为，交感神经系统和肾上腺作为一个单位在紧急情况下共同工作以维持体内平衡。为了确定和量化压力期间肾上腺素的释放，大约从1919年开始，坎农利用了一个巧妙的实验装置。他会通过手术切除神经，为狗或猫等实验动物提供心脏。然后，他会让动物承受压力，并记录心率反应。当心脏的神经被移除后，他可以推断出，如果心率随着扰动而增加，那么心率的增加一定是由激素的作用引起的。最后，他将一只肾上腺完整的动物的结果与一只切除了肾上腺的动物进行比较。从两种动物心率的差异，他可以进一步推断，导致心率增加的激素来自肾上腺。此外，心率的增加量提供了激素释放量的量度。坎农如此确信交感神经系统和肾上腺是一个单位，以至于在20世纪30年代，他正式提出交感神经系统使用与肾上腺相同的化学信使肾上腺素。坎农关于单一交感肾上腺系统的概念一直延续至今。该领域的研究人员已经开始质疑单一交感神经-肾上腺系统概念的有效性，尽管临床医生经常将这两个组成部分混为一谈。

　　坎农-巴德理论，又称“应急反应”

　　坎农与生理学家菲利普·巴德一起发展了坎农-巴德理论，试图解释为什么人们会先感受到情绪，然后再对情绪采取行动。

　　沃尔特·坎农的研究方向主要集中在神经生理学领域。在研究消化的机械因素时，他就注意到实验动物在情绪兴奋时胃肠运动常受到抑制，这便促使他去研究强烈的情绪对机体的功能和疾病状态的影响，开始注意交感神经系统。1911-1915年期间，他提出交感神经系统“应急”( emergency )功能的概念， 认为在疼痛、寒冷、情绪紧张、窒息或创伤等紧急状态下，肾上腺髓质分泌增加。这些发现在他发表的《疼痛、饥饿、恐惧和愤怒时的身体变化》一书中进行了详细的阐述。该书对詹姆斯的情绪理论提出了批评。詹姆斯-兰格情绪理论认为，生理反应先于情绪显露,也就是说，如果心率加快或肌肉紧张等身体变化没有发生,则情绪就不会出现。坎农的替代理论，即现在称之为坎农-巴德情绪说( Cannon- Bard theory of emotion )则认为，情绪是一种应急反应，这种反应使身体动员潜在能力，以便应付这种应急刺激。坎农认为下丘脑是情绪行动的控制中心，而肾上腺在应付紧急状态中起重要作用。

　　1931年，坎农与罗森布卢斯等人合作研究了神经兴奋时释放的神经递质。他们发现交感神经末梢能释放一种类似肾上腺素的物质，并且将其命名为“交感素”，并提出交感神经末梢可能释放两种交感神经素，一种是兴奋性的，一种是抑制性的。

　　后续研究证明，确实存在发挥交感素类似作用的物质，这正是“去甲肾上腺素”。交感-肾上腺髓质系统由交感神经系统和肾上腺构成，当前者接收到外部刺激信号后，会由相应神经纤维释放神经递质乙酰胆碱，后者则能促进行肾上腺合成去甲肾上腺素和肾上腺素，此两者释放入血则能发挥各自的生理功能，这其实就是应激反应的基本过程。

　　口干假说

　　他提出了“口干假说”，认为人们会因为口干而口渴。他在两只狗身上做了一个实验。他在他们的喉咙上做了切口，并插入了小管。任何吞下的水都会通过它们的嘴巴，通过管子排出，永远不会到达它们的胃。他发现这些狗会和对照狗一样多地喝水。

　　沃尔特·坎农发表的著名文章和书籍有：

• 1910年，《生理学实验室课程》，哈佛大学出版社，1927年第6版。

• 1910年，《活体解剖的医学控制》

• 1911年，《反堕胎文学的一些特点》

• 1911年，《消化作用的机械因素》

• 1915年，《痛苦、饥饿、恐惧和愤怒的身体变化》

• 1920年，《痛苦、饥饿、恐惧和愤怒的身体变化》（第2版）

• 1923年，《创伤性休克》

• 1926年，《正常状态的生理调节》

• 1932年，《身体的智慧》

• 1933年，《博蒙特对亚历克西斯·圣马丁研究的现代扩展》

• 1937年，《消化与健康》

• 1937年，《自主神经效应器系统》，与Arturo Rosenblueth合著

• 1942年，《伏都教死亡》

• 1945年，《研究者道路：科学家在医学研究中的经历》

• 坎农-巴德情绪理论