高中生物教材免疫调节内容设计的理论基础_免疫调节论文

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自新中国成立以来,免疫学知识一直是中学生物学课的内容之一,但高中生物学课长期不讲免疫,1996年颁布的《全日制普通高级中学生物教学大纲》(供试验用)[1] 才开始在选修课中加入了免疫学的一些内容。随着时代的发展,免疫学内容的安排也应与时俱进。教育部制定的《普通高中生物课程标准(实验)》[2] (以下简称《课标》)将免疫学内容引入到了高中必修课中,本文拟就高中生物课程标准实验教材中免疫学内容变化的理论基础作一些探讨。

1 免疫学内容在高中《生物》课程中地位的变化

以往习惯将神经系统、内分泌系统列为多细胞动物的调节系统,而将免疫与人体生命活动的调节方式割裂开来讲。2002年以前的《全日制普通高级中学生物教学大纲》[3] 的要求基本上都是如此。以2002年修订的大纲为例,其中对必修课的内容规定并没有涉及到免疫系统,生命活动的调节只介绍神经调节和体液调节;而选修课的内容涉及到了细胞免疫和体液免疫,明确指出“选修课课程内容的安排侧重于体现生物科学技术与人类的生存和发展的密切关系,包括人体生命活动的调节和免疫……”。显然,这是将免疫与调节并列,而不是将免疫视为一种调节。

《课标》在具体内容标准中对《生物3 稳态与环境》必修, 安排有“动物和人体生命活动的调节”这一主题,其“具体内容标准”中包括“概述人体免疫系统在维持稳态中的作用”,可见,《课标》是将免疫视为人体生命活动调节的一种方式。

新的人教版普通高中课程标准实验教科书在编写过程中,体现了《课标》的有关要求,首次将免疫调节的概念引入到中学生物学教学中,在第2 章“动物和人体生命活动的调节”中列有“免疫调节”一节,并强调了神经、体液和免疫调节共同构成了机体的调节网络。《课标》和教材这么做的意图,可以说既反映免疫学科的发展,力求与现代生物科学相一致体现出先进性;也反映了时代对高中生物学教育的要求。以下从学科发展和课程设计两方面阐述相关理论基础。

2 基于免疫学科发展的理论基础

2.1 神经免疫学的兴起 机体是一个统一的整体,各组织、器官和系统通过调节机制来适应内外环境的变化。一般认为机体各器官、系统都处于神经系统和内分泌系统的调节和控制下,它们密切联系、相互配合,这也正是神经内分泌学研究的基础。上世纪二三十年代,有研究者观察到免疫反应与其他生理应答一样可有条件反射,指出了神经系统与免疫系统的联系,但20世纪50年代以来,免疫系统与神经、内分泌这两大系统之间的联系才逐渐受到重视。直到20世纪70年代末期,Besedovsky等(1977)[4] 首次获得了神经与免疫系统之间相互作用的具体证据,并根据研究结果提出了免疫—神经—内分泌网络(immune-neuroendocrine network)假说。近十多年来,在神经内分泌系统与免疫系统之间关系的研究中有了突破性进展[5,6,7],从分子水平上找到了两者之间的统一性,不仅完全证明了它们之间的密切关系,而且改变了人们对神经内分泌及免疫系统的传统认识。目前这方而的研究已经发展成为一门独立的边缘学科, 称为神经免疫调节学(neuroimmunomodulation)、神经免疫内分泌学(neuroimmunoendocrinology )或神经免疫学(neuroimmunology)等。

2.2 神经、内分泌、免疫系统之间相互联系的分子基础 神经、内分泌与免疫系统具有的共同的化学语言构成了神经、内分泌、免疫系统之间相互联系的分子基础,表现在以下几个方面:

(1)神经、内分泌、免疫系统各自的活性物质分别是神经递质(或神经肽)、激素和细胞因子。研究发现免疫系统可直接产生神经肽和激素,如阿片肽、促肾上腺皮质激素、促甲状腺激素、生长激素、绒毛膜促性腺激素、催产素等;中枢神经系统可产生细胞因子,如白细胞介素-1(IL-1)、IL-2、IL-3、IL-6、肿瘤坏死因子及其他一些细胞因子。

(2)神经内分泌系统的神经递质、激素与免疫系统的细胞因子的作用方式, 都是直接与受体接触。免疫细胞上存在有神经递质及激素受体,如儿茶酚胺受体、乙酰胆碱受体、阿片受体、胰岛素受体、生长激素受体等;同时,在中枢神经系统中也存在着许多细胞因子的受体,如IL-1、IL-3受体等。

(3)某些类型的细胞如含嗜铬颗粒蛋白细胞, 是神经内分泌和免疫系统所共有的。

2.3 神经内分泌与免疫系统之间的相互作用 越来越多的证据表明,神经内分泌与免疫系统之间存在着双向调节作用,通过它们之间共有的信息分子构成了一个复杂的网络(图1)。 这三个系统各自以自身特有的方式在内环境稳态的维持中发挥着调节作用,它们之间的任何一方都不能取代另外两方(免疫系统能够感知神经内分泌系统不能感知的刺激物,如细菌、病毒等)。神经内分泌系统通过释放神经递质或激素作用于免疫系统,调节免疫系统的功能;而免疫系统则通过释放多种细胞因子、产生神经肽和激素两条途径作用于神经内分泌系统,从而使机体的调节系统间形成完整的调节网络,使机体的稳态得以保持。具体表现在:

(1)神经系统的损伤、精神因素以及神经递质和神经肽(如乙酰胆碱、5—羟色胺、阿片肽等)对免疫功能有调节作用,焦虑、紧张等心理因素,过冷、过热、创伤、疼痛等应激刺激都可抑制免疫功能。

(2)激素对免疫功能具有调节作用, 其中糖皮质激素是已确认的免疫功能抑制剂,在治疗过敏反应、自身免疫性疾病和器官移植中得到了广泛的应用。

(3)细胞因子能够作用于下丘脑和/或垂体而影响神经内分泌,如IL—1、IL—2、IL—6等,细胞因子在中枢神经的损伤修复、生长发育及生理功能中起重要作用,还可以影响神经递质的释放等。

由此可见,免疫系统具有调节机体的生理功能之作用,因此将免疫系统列入调节系统是合理的,反映了现代科学研究的新进展。

3 免疫学内容在新课程中的地位和作用

教育目的是培养人,提高人的素养。提高学生的生物科学素养,是高中生物学课程的根本目的。而从整体上认识生命活动的调节,则对于认识生命系统是有重要意义的。《课标》在“课程设计思路”中指出,必修模块所选内容“能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律以及生命系统各组分间的相互作用。因此,必修模块对于提高全体高中学生的生物科学素养具有不可或缺的作用”,进而又指出,《生物3 稳态与环境》模块“有助于学生认识发生在生物体内部的生物与环境之间的相互作用,理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性……”。由此可以看出,《课标》重在引导学生从整体上来认识生命系统。

图1 神经—内分泌—免疫系统之间相互作用示例

将免疫系统列为调节系统之一,突出免疫系统对于机体稳态维持的作用,意在从更深层次上揭示生命活动的整体性,对于引导学生认识生命系统结构和功能的整体性具有重要的意义。同时也提示了机体内各个系统之间联系的复杂性和多样性,说明了生命现象内在联系之间的普遍性。

另外,免疫学知识涉及到我们生活的方方面面,与学生的实际生活联系较多,将其放在必修模块对于全体高中学生“形成积极健康的生活方式”是不可或缺的。

鉴于以上考虑,教师在教学过程中,关于免疫调节的教学应注意:(1)引导学生在“生命活动的调节”主题下,去认识“免疫”,突出它在稳态维持中的作用,不要单纯地介绍免疫学知识;(2)关注免疫调节与神经调节、体液调节的关系,引导学生认识三者之间的关系,进而从整体上认识生命活动的调节。

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