人體血液自然運(yùn)動環(huán)結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)特征

蔣宏巖，李 琦（錦州市中心血站，遼寧 錦州 000；渤海大學(xué)數(shù)理學(xué)院，遼寧 錦州 03）

將威廉·哈維經(jīng)典的血液循環(huán)理論與其身后毛細(xì)血管的發(fā)現(xiàn)，動、靜脈血液的起源點(diǎn)與運(yùn)動的終點(diǎn)，靜脈血成分在起源處存在自然分類等科學(xué)發(fā)現(xiàn)相整合[1-2]，從新的角度即動靜脈血液的起點(diǎn)與終點(diǎn)觀察血液的自然運(yùn)動路徑，發(fā)現(xiàn)血液并不像哈維描述的那樣是由心臟流向四周，又由四周流回到心臟，而是由肺臟經(jīng)左心流向四周，又由四周經(jīng)右心流回到肺臟，全身血液存在以肺為中心的靜脈血自然上行、動脈血自然下行運(yùn)動[3-5]。這一結(jié)論已得到現(xiàn)代生理解剖學(xué)證實(shí)。在此基礎(chǔ)上，我們提出了血液自然運(yùn)動環(huán)結(jié)構(gòu)的概念。

1 人體血液自然運(yùn)動環(huán)的組成

正常人出生后左心、右心并不相通，左心、右心在這里可以分別看成是帶有泵功能和混血功能的特殊血管，全身各組織器官，包括肺臟、心臟等等均是通過血液的環(huán)形運(yùn)動形式彼此之間發(fā)生聯(lián)系的。

在對人體血液復(fù)雜自然運(yùn)動環(huán)網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上，我們現(xiàn)將進(jìn)一步對人體血液自然運(yùn)動環(huán)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。全身不同成分的靜脈血均起源于全身毛細(xì)血管靜脈端，上行入右心后，出右心抵達(dá)肺臟并在肺臟轉(zhuǎn)化為動脈血，然后，經(jīng)肺靜脈入左心，出左心后抵達(dá)全身毛細(xì)血管動脈端，進(jìn)入下一個血液運(yùn)動周期。血液在上行下行自然運(yùn)動過程中流經(jīng)身體的各組織器官，活體中各組織器官通過血液的運(yùn)動發(fā)生聯(lián)系，其運(yùn)動過程是以自然運(yùn)動環(huán)的形式進(jìn)行表達(dá)。血液自然運(yùn)動環(huán)是活體中我們還沒有認(rèn)識到的一個十分重要的結(jié)構(gòu)，人體中存在n個血液自然運(yùn)動環(huán)。在這些運(yùn)動環(huán)中，血液大部分是以順時針方向做環(huán)形運(yùn)動。雖然各環(huán)的組成結(jié)構(gòu)不盡相同，但其基本關(guān)系環(huán)卻有其共同的動力學(xué)特征。

1.1 人體血液自然運(yùn)動環(huán)的結(jié)構(gòu)及命名

整合現(xiàn)有的生理解剖學(xué)研究成果，我們提出了活體血液自然運(yùn)動環(huán)結(jié)構(gòu)的概念，并對部分順時針人體血液運(yùn)動環(huán)的構(gòu)成進(jìn)行命名。這些運(yùn)動環(huán)的起點(diǎn)與終點(diǎn)均為肺臟。

1.1.1 肺心肝環(huán)路肺臟→肺靜脈→左心→升主動脈→主動脈弓→胸主動脈→腹主動脈→腹腔動脈→肝總動脈→肝固有動脈→肝臟→肝靜脈→下腔靜脈→右心→肺動脈→肺臟，我們將其命名為環(huán)路1號線。

1.1.2 肺心脾肝環(huán)路肺臟→肺靜脈→左心→升主動脈→主動脈弓→胸主動脈→腹主動脈→腹腔動脈→脾動脈→脾臟→脾靜脈→門靜脈→肝臟→肝靜脈→下腔靜脈→右心→肺動脈→肺臟，我們將其命名為環(huán)路2號線。

1.1.3 肺心腸系膜上動脈環(huán)路肺臟→肺靜脈→左心→升主動脈→主動脈弓→胸主動脈→腹主動脈→腸系膜上動脈→腸系膜上靜脈→門靜脈→肝臟→肝靜脈→下腔靜脈→右心→肺動脈→肺臟，我們將其命名為環(huán)路3號線。

1.1.4 肺心膽囊環(huán)路肺臟→肺靜脈→左心→升主動脈→主動脈弓→胸主動脈→腹主動脈→腹腔動脈→肝總動脈→肝固有動脈→肝右動脈→膽囊動脈→膽囊→膽囊靜脈→門靜脈→肝臟→肝靜脈→下腔靜脈→右心→肺動脈→肺臟，我們將其命名為環(huán)路4號線。

1.1.5 肺心直腸環(huán)路肺臟→肺靜脈→左心→升主動脈→主動脈弓→胸主動脈→腹主動脈→腸系膜下動脈→直腸上動脈→直腸→直腸上靜脈→腸系膜下靜脈→門靜脈→肝臟→下腔靜脈→右心→肺動脈→肺臟，我們將其命名為環(huán)路5號線。

1.1.6 肺心腎環(huán)路肺臟→肺靜脈→左心→升主動脈→主動脈弓→胸主動脈→腹主動脈→腎動脈→腎臟→腎靜脈→下腔靜脈→右心→肺動脈→肺臟，我們將其命名為環(huán)路6號線。

由此可見，人體內(nèi)存在n個血液自然運(yùn)動環(huán)結(jié)構(gòu)，具體的血液自然運(yùn)動環(huán)數(shù)量應(yīng)是可數(shù)的。值得注意的是，活體中每個血液自然運(yùn)動環(huán)的出發(fā)路線和終到路線都存在共同的重疊路線，即動脈血液下行出發(fā)路線部分（肺臟→肺靜脈→左心→升主動脈→主動脈弓）及靜脈血液上行終到路線部分（右心→肺動脈→肺臟）重疊共用。這也提醒我們血液運(yùn)動環(huán)的共同重疊路線部分一旦受到損傷將影響所轄環(huán)形路線的血液運(yùn)動，血液的非共同重疊路線部分一旦受到損傷影響的只是某一路線所轄的血液運(yùn)動。

生理學(xué)實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，全身不同部位毛細(xì)血管靜脈端，靜脈血液在起源處其成分存在自然分類，如小腸不同部位吸收的營養(yǎng)物質(zhì)不同，導(dǎo)致不同部位消化管中上行靜脈血液成分出現(xiàn)成分的自然分類?，F(xiàn)已知鐵的吸收在十二指腸；葡萄糖和半乳糖、脂肪等消化產(chǎn)物的吸收在空腸；膽鹽的吸收在回腸；結(jié)腸主要吸收水和鹽類；等等。吸收的成分不同均可以導(dǎo)致其相應(yīng)的靜脈血成分出現(xiàn)自然分類[6]（圖1）。

圖1 人體血液自然運(yùn)動環(huán)血流路線示意圖

1.2 血液自然運(yùn)動環(huán)的意義

1.2.1 飲食和口服藥物的進(jìn)入路徑飲食營養(yǎng)或口服藥物均由門靜脈入肝后進(jìn)入血液運(yùn)動環(huán)，進(jìn)右心、入肺臟后，靜脈血液在肺臟轉(zhuǎn)化為動脈血，出肺臟入左心，出左心后進(jìn)入各血液運(yùn)動環(huán)，如口服治療膽囊或直腸的藥物是經(jīng)3號線進(jìn)入后，又通過環(huán)路4、5號線才能實(shí)施治療任務(wù)，與此同時又將藥物的副作用經(jīng)各血液自然運(yùn)動環(huán)帶遍全身。

1.2.2 腫瘤血行轉(zhuǎn)移和病菌播散的路徑身體中任何一個腫瘤都離不開血液的供養(yǎng)，血液供養(yǎng)腫瘤的方式實(shí)際上是以血液運(yùn)動環(huán)的方式出現(xiàn)的，腫瘤生長到一定程度發(fā)生轉(zhuǎn)移及化療的副作用也是以血液自然運(yùn)動環(huán)的形式實(shí)現(xiàn)的。

2 血液自然運(yùn)動環(huán)系統(tǒng)基本組成部分及其特性

各血液自然運(yùn)動環(huán)像珍珠項鏈一樣，通過動靜脈血管和動靜脈血液將各組織器官串聯(lián)起來發(fā)生聯(lián)系。進(jìn)入各組織器官分布的血液形成了各組織器官的分布環(huán)境，即血液的關(guān)系流，使各組織器官具有了自己的狀態(tài)和行為。

血液自然運(yùn)動環(huán)是一個系統(tǒng)，一個系統(tǒng)歸根到底是由某些基本部分構(gòu)成，但在實(shí)際的系統(tǒng)研究中，由于我們不可能對系統(tǒng)進(jìn)行無限的分解分析，在一般系統(tǒng)學(xué)理論研究中經(jīng)常可將構(gòu)成系統(tǒng)的某些部分看作是系統(tǒng)的基本部分，并且認(rèn)為系統(tǒng)就是由這些基本部分構(gòu)成。血液自然運(yùn)動環(huán)的各組成部分，如五臟、六腑等各組織器官即為其系統(tǒng)的基本組成部分，這些基本組成部分有哪些特征呢？

人體是一個復(fù)雜系統(tǒng)。作為一類系統(tǒng)，它的存在和演化遵循一般系統(tǒng)原理和規(guī)律。一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論已經(jīng)證明，對于一種系統(tǒng)行為，如果系統(tǒng)具有該系統(tǒng)行為的基層次，那么，該系統(tǒng)行為由系統(tǒng)的輸入流和系統(tǒng)基層次以上的關(guān)系流決定。血液是在人體系統(tǒng)的組成部分之間建立起關(guān)聯(lián)的一種重要的關(guān)系流，它的組成成分以及運(yùn)動特性對人體系統(tǒng)的各種生命行為具有極其重要的影響。在對一般系統(tǒng)原理與規(guī)律研究的基礎(chǔ)上，我們已從數(shù)學(xué)上得到了一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，揭示了一般系統(tǒng)環(huán)境、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和行為之間存在的固有關(guān)系及規(guī)律[7-9]，因此，我們可以得到如下血液自然運(yùn)動環(huán)基本組成部分運(yùn)動特性定理。

定理1，設(shè)在血液自然運(yùn)動環(huán)系統(tǒng)基本組成部分血液分布環(huán)境E(S)中，S∈B，血液自然運(yùn)動環(huán)系統(tǒng)基本組成部分Z*在t時刻具有狀態(tài)Sz*(t)和行為Hz*(t)，那么，恒有

并且滿足以下5 個基本條件：

①dSz*(t)/dS≠0；

②如果血液自然運(yùn)動環(huán)基本組成部分Sz*(t)和Hz*(t)分別不同于初始值Sz(t=0)和初始值Hz(t=0)，那么，當(dāng)基本組成部分中血液分布環(huán)境E(S)在t時刻消失后，基本組成部分的Sz(t)和Hz(t)也隨之消失，即基本部分不具有記憶性；Sz(t)和Hz(t)與其過去值Sz(t’)和Hz(t’)(t’∈[0,t])無關(guān)，特別是與其初始值Sz(t=0)和初始值Hz(t=0)無關(guān)，即基本部分不具有繼承性；

③在恒定的系統(tǒng)環(huán)境E(S)(dS/dt≡0)中，Sz(t)和Hz(t)均不具有動態(tài)過程即基本部分不具有自動性；

④設(shè)在環(huán)境E(S1(t))和E(S2(t))中，它在t時刻分別具有狀態(tài)Sz1(t)、Sz2(t)和行為Hz1(t)、Hz2(t)，那么，對于S1(t’)=S2(t’’)，恒有Sz1(t’)≡Sz2(t’’)，Tz1(t’)≡Tz2(t’’)，即基本部分不具有環(huán)境路徑敏感性；

⑤Sz(t)和Hz(t)關(guān)于S∈B處處連續(xù)，即基本部分具有環(huán)境連續(xù)性。

由此，我們可以看到血液自然運(yùn)動環(huán)的構(gòu)成部分，盡管它們的實(shí)體不同，性質(zhì)各異，但都具有上述的特殊性質(zhì)，特別是血液自然運(yùn)動環(huán)各基本組成部分的狀態(tài)和行為與血液的進(jìn)入分布環(huán)境處處連續(xù)。因此，這些基本部分具有連續(xù)函數(shù)的所有重要性質(zhì)，由此，對于血液自然運(yùn)動環(huán)的任一組成部分，當(dāng)滿足這些性質(zhì)時可以將它們看作是基本部分。血液自然運(yùn)動環(huán)的任一基本組成部分都具有這些性質(zhì)。這些基本性質(zhì)的提出能夠使我們對血液自然運(yùn)動環(huán)各基本部分的性質(zhì)、行為及規(guī)律取得更好的理解，也對血液自然運(yùn)動環(huán)的基本運(yùn)動及規(guī)律的研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

3 血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)及其動力學(xué)特性

血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)是指由k個基本部分構(gòu)成的關(guān)系環(huán)，基本部分具有一些特殊的性質(zhì)、行為及規(guī)律，因此，由k個基本部分構(gòu)成的血液自然運(yùn)動關(guān)系環(huán)同樣應(yīng)當(dāng)具有某些特殊的性質(zhì)、行為及規(guī)律。血液自然運(yùn)動環(huán)如環(huán)路1～6號線的基本關(guān)系環(huán)動力學(xué)特性是我們的研究重點(diǎn)。我們已經(jīng)證明，在許多系統(tǒng)中，關(guān)系傳遞速度和路徑長度以及關(guān)系傳遞時間和周期大小是影響系統(tǒng)行為及規(guī)律的重要因子，由關(guān)系傳遞周期

可知，血液自然運(yùn)動環(huán)血流關(guān)系傳遞周期τ不僅與其組成部分e(p+i)∈Y(t)的響應(yīng)時間Δtp+i’有關(guān)，而且與關(guān)系Rp+i,p+i+1(t)彼此之間通過血流傳遞的時間Δtp+i,p+i+1也有關(guān)。構(gòu)成血液自然運(yùn)動關(guān)系環(huán)Y(t)的每一個組成部分e(p+i)∈Y(t)(i=1,2...k)，其本身都可能具有十分復(fù)雜的系統(tǒng)關(guān)系結(jié)構(gòu)。每一組織器官分布的血液環(huán)境與狀態(tài)和行為之間都存在十分復(fù)雜的關(guān)系及規(guī)律，因此，在任一血液自然運(yùn)動環(huán)中，每一部分的微小變化，如e(p+j)∈Y(t)(j=1,2...k;i≠j)的響應(yīng)時間Δtp+i’或血流關(guān)系傳遞時間Δtp+i,p+i+1的微小變化，都可能引起另一組織器官e(p+i)血流的運(yùn)動及規(guī)律以及關(guān)系環(huán)Y(t)運(yùn)動及規(guī)律的復(fù)雜變化，這些變化的發(fā)生一定與其組成部分e(p+i)的特性有密切的關(guān)系。這提示我們：①血液自然運(yùn)動環(huán)Y(t)的運(yùn)動及規(guī)律與其傳遞周期τ有關(guān)；②對于不同類型的血液自然運(yùn)動關(guān)系環(huán)，由于構(gòu)成不同關(guān)系環(huán)的部分具有不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以至具有不同的血流分布環(huán)境，各血液自然運(yùn)動環(huán)的狀態(tài)和行為之間的關(guān)系與規(guī)律也不同，即不同類型的血液自然運(yùn)動關(guān)系環(huán)Y(t)與關(guān)系傳遞周期τ之間也會存在不同的關(guān)系及規(guī)律[10-12]。

血液自然運(yùn)動關(guān)系環(huán)是由k個基本組織器官構(gòu)成的一種特殊的關(guān)系環(huán)（圖2），盡管這些關(guān)系環(huán)的實(shí)體和性質(zhì)有許多不同，但這些關(guān)系環(huán)都具有一些相同的性質(zhì)、行為和規(guī)律，因此，這些血液自然運(yùn)動環(huán)的運(yùn)動與關(guān)系傳遞周期τ之間可能存在一些相同的關(guān)系及規(guī)律。

圖2 血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)示意圖

現(xiàn)證明血液自然運(yùn)動環(huán)的運(yùn)動與關(guān)系傳遞周期定理如下：

定理2，設(shè)在環(huán)境E(S)中，血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)Y(t)具有動力學(xué)運(yùn)動軌跡

Sz[t’+(n+1)τ]t’∈[0,τ],n=0,1...

Hz[t’+(n+1)τ]t’∈[0,τ],n=0,1...

那么，Sz[t’+(n+1)τ]和Hz[t’+(n+1)τ]均與血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)Y(t)的關(guān)系傳遞周期τ無關(guān)，并且

其中

證明考慮任一給定的血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)

不妨假設(shè)在t時刻，部分e(p+i)∈Y(t)的狀態(tài)Si(t)具有增量dsi，即si(t)=si(t0)+dsi(i=1,2...k)，因而si(t+τ)=si(t0)+dsi+βdsi，其中

β=[dfk/dsk-1][dfk-1/dsk-2]...[dfi+1/dsi]...[df2/ds1][df1/ds0]

由于對于任一關(guān)系Rij(t)∈R0(t)

Rij(t)=fij(si(t),sj(t))

所以，血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)Y(t)的狀態(tài)

Sz(t)=φ2(S,R0(t))=φ2(S,s1(t0)+ds1...si(t0)+dsi...sk(t0)+dsk)

Sz(t+τ)=φ2(S,s1(t0)+ds1+βds1...si(t0)+dsi+βdsi...sk(t0)+dsk+βdsk)

Sz(t+τ)-Sz(t)=φ2(S,s1(t0)+ds1+βds1...si(t0)+dsi+βdsi...sk(t0)+dsk+βdsk)-φ2(S,s1(t0)+ds1...si(t0)+dsi...sk(t0)+dsk)同理

Hz(t+τ)-Hz(t)=φ3(S,s1(t0)+ds1+ρds1...si(t0)+dsi+ρdsi...sk(t0)+dsk+ρdsk)-φ3(S,s1(t0)+ds1...si(t0)+dsi...sk(t0)+dsk)

不妨令t=t’+nτ,t’∈[0,τ],n=0,1...顯然|Sz(t’+(n+1)τ)-Sz(t’+nτ)|和|Hz(t’+(n+1)τ)-Hz(t’+nτ)|均與關(guān)系傳遞周期τ無關(guān)，并且，

定理2表明，對于任何一個血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)，不管組成它們的實(shí)體是什么，是實(shí)體器官、還是中空器官，如肝臟、腎臟，或胃腸、骨骼、肌肉等等，也不管它的組成部分的細(xì)胞性質(zhì)如何，都具有相同的血液自然動力學(xué)運(yùn)動規(guī)律，即它的血液動力學(xué)運(yùn)動軌跡中的狀態(tài)Sz[t’+(n+1)τ](t’∈[0,τ],n=0,1...)和行為功能Hz[t’+(n+1)τ](t’∈[0,τ],n=0,1...)與各組成部分彼此之間關(guān)系傳遞周期τ大小無關(guān)，并且其血液動力學(xué)運(yùn)動速度v(τ)=|Sz(t’+(n+1)τ)-Sz(t’+nτ)|/τ和v(τ)=|Hz(t’+(n+1)τ)-Hz(t’+nτ)|/τ

隨關(guān)系傳遞周期τ嚴(yán)格單調(diào)遞減。這也在理論上證明了，在活體中，各個不同的血液自然運(yùn)動環(huán)，其各環(huán)路上血液自然流動速度并不相同，這意味著，對于任何一個血液自然運(yùn)動環(huán)，關(guān)系傳遞周期τ的變化不會改變它的動力學(xué)運(yùn)動軌跡，因而，不會改變其行為和功能；但是，減小血液自然運(yùn)動環(huán)的關(guān)系傳遞周期τ，可以提高它的動力學(xué)運(yùn)動速度v(τ)，減小血液自然運(yùn)動環(huán)到達(dá)動力學(xué)運(yùn)動軌跡上的某一點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)某一行為或功能所需的時間；如對血液上行動力衰退性營養(yǎng)不良導(dǎo)致的老年癡呆患者，運(yùn)用血管搭橋技術(shù)，使動脈血液直達(dá)大腦營養(yǎng)不良部位，可減小血液運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)的關(guān)系傳遞周期，提高動脈血液的動力學(xué)運(yùn)動速度v(τ)，將起到有效治療作用；相反地，增大血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)的關(guān)系傳遞周期，可以減小它的動力學(xué)運(yùn)動速度v(τ)，延長實(shí)現(xiàn)某一行為或功能所需的時間，如對于前列腺增生患者，同樣運(yùn)用血管搭橋技術(shù)，人為地延長前列腺動脈血管長度，即增大血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)的關(guān)系傳遞周期τ，可以減小它的動力學(xué)運(yùn)動速度v(τ)，將起到有效控制前列腺增生的效果，達(dá)到治療目的。因此，根據(jù)定理2，我們能夠通過減小或增大血液自然運(yùn)動基本關(guān)系環(huán)的關(guān)系傳遞周期，提高或降低它的動力學(xué)運(yùn)動速度v(τ)，但不改變它的動力學(xué)運(yùn)動軌跡，使血液自然運(yùn)動環(huán)在合適的時間內(nèi)到達(dá)動力學(xué)運(yùn)動軌跡上的某一點(diǎn)，可達(dá)到醫(yī)學(xué)某一行為或功能的目的。

4 結(jié)語

在對人體血液復(fù)雜自然運(yùn)動環(huán)網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上[13-16]，我們又進(jìn)一步對人體血液自然運(yùn)動環(huán)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論，提出了活體血液自然運(yùn)動環(huán)結(jié)構(gòu)的概念，并對部分人體血液運(yùn)動環(huán)的構(gòu)成命名。指出人體內(nèi)存在n個血液自然運(yùn)動環(huán)，具體的血液自然運(yùn)動環(huán)數(shù)量應(yīng)是可數(shù)的；血液運(yùn)動環(huán)存在共同重疊路線部分與非共同重疊路線部分；各血液自然運(yùn)動環(huán)像珍珠項鏈一樣，通過動靜脈血管和動靜脈血液將各組織器官串聯(lián)起來并發(fā)生聯(lián)系。進(jìn)入各組織器官分布的血液形成了各組織器官的分布環(huán)境關(guān)系流，使各組織器官具有了自己的狀態(tài)和行為。血液自然運(yùn)動環(huán)的任一基本組成部分都具有連續(xù)函數(shù)的所有重要性質(zhì)，這些基本性質(zhì)的提出能夠使我們對血液自然運(yùn)動環(huán)各基本部分的性質(zhì)、行為及規(guī)律取得更好的理解，也對血液自然運(yùn)動環(huán)的基本運(yùn)動及規(guī)律的研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。血液自然運(yùn)動關(guān)系環(huán)是由k個基本組織器官構(gòu)成的一種特殊的關(guān)系環(huán)，盡管這些關(guān)系環(huán)的實(shí)體和性質(zhì)有許多不同，但這些關(guān)系環(huán)都具有一些相同的性質(zhì)、行為和規(guī)律，通過對人體血液自然運(yùn)動環(huán)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)狀態(tài)、行為或功能之間的關(guān)系及規(guī)律的研究可以揭示其中的奧秘。這是一個具有廣闊前景的研究領(lǐng)域，定理2為這一研究提供了理論依據(jù)。