人体血液自然运动环结构及其动力学特征

蒋宏岩，李 琦（锦州市中心血站，辽宁 锦州 000；渤海大学数理学院，辽宁 锦州 03）

将威廉·哈维经典的血液循环理论与其身后毛细血管的发现，动、静脉血液的起源点与运动的终点，静脉血成分在起源处存在自然分类等科学发现相整合[1-2]，从新的角度即动静脉血液的起点与终点观察血液的自然运动路径，发现血液并不像哈维描述的那样是由心脏流向四周，又由四周流回到心脏，而是由肺脏经左心流向四周，又由四周经右心流回到肺脏，全身血液存在以肺为中心的静脉血自然上行、动脉血自然下行运动[3-5]。这一结论已得到现代生理解剖学证实。在此基础上，我们提出了血液自然运动环结构的概念。

1 人体血液自然运动环的组成

正常人出生后左心、右心并不相通，左心、右心在这里可以分别看成是带有泵功能和混血功能的特殊血管，全身各组织器官，包括肺脏、心脏等等均是通过血液的环形运动形式彼此之间发生联系的。

在对人体血液复杂自然运动环网络研究的基础上，我们现将进一步对人体血液自然运动环的组成结构进行讨论。全身不同成分的静脉血均起源于全身毛细血管静脉端，上行入右心后，出右心抵达肺脏并在肺脏转化为动脉血，然后，经肺静脉入左心，出左心后抵达全身毛细血管动脉端，进入下一个血液运动周期。血液在上行下行自然运动过程中流经身体的各组织器官，活体中各组织器官通过血液的运动发生联系，其运动过程是以自然运动环的形式进行表达。血液自然运动环是活体中我们还没有认识到的一个十分重要的结构，人体中存在n个血液自然运动环。在这些运动环中，血液大部分是以顺时针方向做环形运动。虽然各环的组成结构不尽相同，但其基本关系环却有其共同的动力学特征。

1.1 人体血液自然运动环的结构及命名

整合现有的生理解剖学研究成果，我们提出了活体血液自然运动环结构的概念，并对部分顺时针人体血液运动环的构成进行命名。这些运动环的起点与终点均为肺脏。

1.1.1 肺心肝环路肺脏→肺静脉→左心→升主动脉→主动脉弓→胸主动脉→腹主动脉→腹腔动脉→肝总动脉→肝固有动脉→肝脏→肝静脉→下腔静脉→右心→肺动脉→肺脏，我们将其命名为环路1号线。

1.1.2 肺心脾肝环路肺脏→肺静脉→左心→升主动脉→主动脉弓→胸主动脉→腹主动脉→腹腔动脉→脾动脉→脾脏→脾静脉→门静脉→肝脏→肝静脉→下腔静脉→右心→肺动脉→肺脏，我们将其命名为环路2号线。

1.1.3 肺心肠系膜上动脉环路肺脏→肺静脉→左心→升主动脉→主动脉弓→胸主动脉→腹主动脉→肠系膜上动脉→肠系膜上静脉→门静脉→肝脏→肝静脉→下腔静脉→右心→肺动脉→肺脏，我们将其命名为环路3号线。

1.1.4 肺心胆囊环路肺脏→肺静脉→左心→升主动脉→主动脉弓→胸主动脉→腹主动脉→腹腔动脉→肝总动脉→肝固有动脉→肝右动脉→胆囊动脉→胆囊→胆囊静脉→门静脉→肝脏→肝静脉→下腔静脉→右心→肺动脉→肺脏，我们将其命名为环路4号线。

1.1.5 肺心直肠环路肺脏→肺静脉→左心→升主动脉→主动脉弓→胸主动脉→腹主动脉→肠系膜下动脉→直肠上动脉→直肠→直肠上静脉→肠系膜下静脉→门静脉→肝脏→下腔静脉→右心→肺动脉→肺脏，我们将其命名为环路5号线。

1.1.6 肺心肾环路肺脏→肺静脉→左心→升主动脉→主动脉弓→胸主动脉→腹主动脉→肾动脉→肾脏→肾静脉→下腔静脉→右心→肺动脉→肺脏，我们将其命名为环路6号线。

由此可见，人体内存在n个血液自然运动环结构，具体的血液自然运动环数量应是可数的。值得注意的是，活体中每个血液自然运动环的出发路线和终到路线都存在共同的重叠路线，即动脉血液下行出发路线部分（肺脏→肺静脉→左心→升主动脉→主动脉弓）及静脉血液上行终到路线部分（右心→肺动脉→肺脏）重叠共用。这也提醒我们血液运动环的共同重叠路线部分一旦受到损伤将影响所辖环形路线的血液运动，血液的非共同重叠路线部分一旦受到损伤影响的只是某一路线所辖的血液运动。

生理学实验已证实，全身不同部位毛细血管静脉端，静脉血液在起源处其成分存在自然分类，如小肠不同部位吸收的营养物质不同，导致不同部位消化管中上行静脉血液成分出现成分的自然分类。现已知铁的吸收在十二指肠；葡萄糖和半乳糖、脂肪等消化产物的吸收在空肠；胆盐的吸收在回肠；结肠主要吸收水和盐类；等等。吸收的成分不同均可以导致其相应的静脉血成分出现自然分类[6]（图1）。

图1 人体血液自然运动环血流路线示意图

1.2 血液自然运动环的意义

1.2.1 饮食和口服药物的进入路径饮食营养或口服药物均由门静脉入肝后进入血液运动环，进右心、入肺脏后，静脉血液在肺脏转化为动脉血，出肺脏入左心，出左心后进入各血液运动环，如口服治疗胆囊或直肠的药物是经3号线进入后，又通过环路4、5号线才能实施治疗任务，与此同时又将药物的副作用经各血液自然运动环带遍全身。

1.2.2 肿瘤血行转移和病菌播散的路径身体中任何一个肿瘤都离不开血液的供养，血液供养肿瘤的方式实际上是以血液运动环的方式出现的，肿瘤生长到一定程度发生转移及化疗的副作用也是以血液自然运动环的形式实现的。

2 血液自然运动环系统基本组成部分及其特性

各血液自然运动环像珍珠项链一样，通过动静脉血管和动静脉血液将各组织器官串联起来发生联系。进入各组织器官分布的血液形成了各组织器官的分布环境，即血液的关系流，使各组织器官具有了自己的状态和行为。

血液自然运动环是一个系统，一个系统归根到底是由某些基本部分构成，但在实际的系统研究中，由于我们不可能对系统进行无限的分解分析，在一般系统学理论研究中经常可将构成系统的某些部分看作是系统的基本部分，并且认为系统就是由这些基本部分构成。血液自然运动环的各组成部分，如五脏、六腑等各组织器官即为其系统的基本组成部分，这些基本组成部分有哪些特征呢？

人体是一个复杂系统。作为一类系统，它的存在和演化遵循一般系统原理和规律。一般系统结构理论已经证明，对于一种系统行为，如果系统具有该系统行为的基层次，那么，该系统行为由系统的输入流和系统基层次以上的关系流决定。血液是在人体系统的组成部分之间建立起关联的一种重要的关系流，它的组成成分以及运动特性对人体系统的各种生命行为具有极其重要的影响。在对一般系统原理与规律研究的基础上，我们已从数学上得到了一般系统结构模型，揭示了一般系统环境、结构、状态和行为之间存在的固有关系及规律[7-9]，因此，我们可以得到如下血液自然运动环基本组成部分运动特性定理。

定理1，设在血液自然运动环系统基本组成部分血液分布环境E(S)中，S∈B，血液自然运动环系统基本组成部分Z*在t时刻具有状态Sz*(t)和行为Hz*(t)，那么，恒有

并且满足以下5 个基本条件：

①dSz*(t)/dS≠0；

②如果血液自然运动环基本组成部分Sz*(t)和Hz*(t)分别不同于初始值Sz(t=0)和初始值Hz(t=0)，那么，当基本组成部分中血液分布环境E(S)在t时刻消失后，基本组成部分的Sz(t)和Hz(t)也随之消失，即基本部分不具有记忆性；Sz(t)和Hz(t)与其过去值Sz(t’)和Hz(t’)(t’∈[0,t])无关，特别是与其初始值Sz(t=0)和初始值Hz(t=0)无关，即基本部分不具有继承性；

③在恒定的系统环境E(S)(dS/dt≡0)中，Sz(t)和Hz(t)均不具有动态过程即基本部分不具有自动性；

④设在环境E(S1(t))和E(S2(t))中，它在t时刻分别具有状态Sz1(t)、Sz2(t)和行为Hz1(t)、Hz2(t)，那么，对于S1(t’)=S2(t’’)，恒有Sz1(t’)≡Sz2(t’’)，Tz1(t’)≡Tz2(t’’)，即基本部分不具有环境路径敏感性；

⑤Sz(t)和Hz(t)关于S∈B处处连续，即基本部分具有环境连续性。

由此，我们可以看到血液自然运动环的构成部分，尽管它们的实体不同，性质各异，但都具有上述的特殊性质，特别是血液自然运动环各基本组成部分的状态和行为与血液的进入分布环境处处连续。因此，这些基本部分具有连续函数的所有重要性质，由此，对于血液自然运动环的任一组成部分，当满足这些性质时可以将它们看作是基本部分。血液自然运动环的任一基本组成部分都具有这些性质。这些基本性质的提出能够使我们对血液自然运动环各基本部分的性质、行为及规律取得更好的理解，也对血液自然运动环的基本运动及规律的研究具有重要的科学意义和应用价值。

3 血液自然运动基本关系环及其动力学特性

血液自然运动基本关系环是指由k个基本部分构成的关系环，基本部分具有一些特殊的性质、行为及规律，因此，由k个基本部分构成的血液自然运动关系环同样应当具有某些特殊的性质、行为及规律。血液自然运动环如环路1～6号线的基本关系环动力学特性是我们的研究重点。我们已经证明，在许多系统中，关系传递速度和路径长度以及关系传递时间和周期大小是影响系统行为及规律的重要因子，由关系传递周期

可知，血液自然运动环血流关系传递周期τ不仅与其组成部分e(p+i)∈Y(t)的响应时间Δtp+i’有关，而且与关系Rp+i,p+i+1(t)彼此之间通过血流传递的时间Δtp+i,p+i+1也有关。构成血液自然运动关系环Y(t)的每一个组成部分e(p+i)∈Y(t)(i=1,2...k)，其本身都可能具有十分复杂的系统关系结构。每一组织器官分布的血液环境与状态和行为之间都存在十分复杂的关系及规律，因此，在任一血液自然运动环中，每一部分的微小变化，如e(p+j)∈Y(t)(j=1,2...k;i≠j)的响应时间Δtp+i’或血流关系传递时间Δtp+i,p+i+1的微小变化，都可能引起另一组织器官e(p+i)血流的运动及规律以及关系环Y(t)运动及规律的复杂变化，这些变化的发生一定与其组成部分e(p+i)的特性有密切的关系。这提示我们：①血液自然运动环Y(t)的运动及规律与其传递周期τ有关；②对于不同类型的血液自然运动关系环，由于构成不同关系环的部分具有不同的系统结构，以至具有不同的血流分布环境，各血液自然运动环的状态和行为之间的关系与规律也不同，即不同类型的血液自然运动关系环Y(t)与关系传递周期τ之间也会存在不同的关系及规律[10-12]。

血液自然运动关系环是由k个基本组织器官构成的一种特殊的关系环（图2），尽管这些关系环的实体和性质有许多不同，但这些关系环都具有一些相同的性质、行为和规律，因此，这些血液自然运动环的运动与关系传递周期τ之间可能存在一些相同的关系及规律。

图2 血液自然运动基本关系环示意图

现证明血液自然运动环的运动与关系传递周期定理如下：

定理2，设在环境E(S)中，血液自然运动基本关系环Y(t)具有动力学运动轨迹

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]均与血液自然运动基本关系环Y(t)的关系传递周期τ无关，并且

其中

证明考虑任一给定的血液自然运动基本关系环

不妨假设在t时刻，部分e(p+i)∈Y(t)的状态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]

由于对于任一关系Rij(t)∈R0(t)

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

所以，血液自然运动基本关系环Y(t)的状态

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...显然|Sz(t’+(n+1)τ)-Sz(t’+nτ)|和|Hz(t’+(n+1)τ)-Hz(t’+nτ)|均与关系传递周期τ无关，并且，

定理2表明，对于任何一个血液自然运动基本关系环，不管组成它们的实体是什么，是实体器官、还是中空器官，如肝脏、肾脏，或胃肠、骨骼、肌肉等等，也不管它的组成部分的细胞性质如何，都具有相同的血液自然动力学运动规律，即它的血液动力学运动轨迹中的状态Sz[t’+(n+1)τ](t’∈[0,τ],n=0,1...)和行为功能Hz[t’+(n+1)τ](t’∈[0,τ],n=0,1...)与各组成部分彼此之间关系传递周期τ大小无关，并且其血液动力学运动速度v(τ)=|Sz(t’+(n+1)τ)-Sz(t’+nτ)|/τ和v(τ)=|Hz(t’+(n+1)τ)-Hz(t’+nτ)|/τ

随关系传递周期τ严格单调递减。这也在理论上证明了，在活体中，各个不同的血液自然运动环，其各环路上血液自然流动速度并不相同，这意味着，对于任何一个血液自然运动环，关系传递周期τ的变化不会改变它的动力学运动轨迹，因而，不会改变其行为和功能；但是，减小血液自然运动环的关系传递周期τ，可以提高它的动力学运动速度v(τ)，减小血液自然运动环到达动力学运动轨迹上的某一点，从而实现某一行为或功能所需的时间；如对血液上行动力衰退性营养不良导致的老年痴呆患者，运用血管搭桥技术，使动脉血液直达大脑营养不良部位，可减小血液运动基本关系环的关系传递周期，提高动脉血液的动力学运动速度v(τ)，将起到有效治疗作用；相反地，增大血液自然运动基本关系环的关系传递周期，可以减小它的动力学运动速度v(τ)，延长实现某一行为或功能所需的时间，如对于前列腺增生患者，同样运用血管搭桥技术，人为地延长前列腺动脉血管长度，即增大血液自然运动基本关系环的关系传递周期τ，可以减小它的动力学运动速度v(τ)，将起到有效控制前列腺增生的效果，达到治疗目的。因此，根据定理2，我们能够通过减小或增大血液自然运动基本关系环的关系传递周期，提高或降低它的动力学运动速度v(τ)，但不改变它的动力学运动轨迹，使血液自然运动环在合适的时间内到达动力学运动轨迹上的某一点，可达到医学某一行为或功能的目的。

4 结语

在对人体血液复杂自然运动环网络研究的基础上[13-16]，我们又进一步对人体血液自然运动环的组成结构进行了讨论，提出了活体血液自然运动环结构的概念，并对部分人体血液运动环的构成命名。指出人体内存在n个血液自然运动环，具体的血液自然运动环数量应是可数的；血液运动环存在共同重叠路线部分与非共同重叠路线部分；各血液自然运动环像珍珠项链一样，通过动静脉血管和动静脉血液将各组织器官串联起来并发生联系。进入各组织器官分布的血液形成了各组织器官的分布环境关系流，使各组织器官具有了自己的状态和行为。血液自然运动环的任一基本组成部分都具有连续函数的所有重要性质，这些基本性质的提出能够使我们对血液自然运动环各基本部分的性质、行为及规律取得更好的理解，也对血液自然运动环的基本运动及规律的研究具有重要的科学意义和应用价值。血液自然运动关系环是由k个基本组织器官构成的一种特殊的关系环，尽管这些关系环的实体和性质有许多不同，但这些关系环都具有一些相同的性质、行为和规律，通过对人体血液自然运动环结构的系统状态、行为或功能之间的关系及规律的研究可以揭示其中的奥秘。这是一个具有广阔前景的研究领域，定理2为这一研究提供了理论依据。