非线性动力学在临床医学上的应用--溷沌理论、分形和复杂性(译文).pdf

系统的这种反应(应激)能力的特性称为复杂性。人体各个结构上、功能上的生理系统,都随时会对身体内、外各种因素的刺激作出反应,一般情况下称为调节。如血液的 pH缓冲系、免疫系统、呼吸系统、循环系统、神经系统等。混沌学认为,生理系统的复杂性越好,其应激、应变的调节能力就越佳,例如一个发育良好的青年人的肺一支气管树,其肺泡的总数和有效换气面积很大,我们说复杂性好;而一个老年慢性支气管肺炎、肺气肿病人的肺泡总数和有效换气面积会比这个青年人差很多,我们说他的肺复杂性差。其余各种生理指标,都可以用复杂性来描述,如受体的密度,神经突触的多寡,健康。肾单位的多少,动脉 m管壁的弹性,干细胞的分化潜能等。能将这些复杂性进行定量测定的量度称为复杂度。混沌学的主要任务就是寻找各种生理功能的复杂度,不仅可分辨健康与减退(衰老),而且可广泛应用于诊断疾病和疗效评估。有一篇著名的文章为“复杂性丢失,衰老的来临”详细说明了这一时间医学不断地在揭示人体生物节律,我们不难看到这些节律、周期的时段决不是整整齐齐、相互均等的。女性的月经周期为28天左右,而决不是按28 x24小时准时来潮。临床医生对健康心脏一般在病历记录上会写为“心律齐”或“律整”,然而我们仔细测量一段时间内的心电图,会发现健康的心脏几乎没有两处P—P间期完全相等的, 应该说是“绝对不齐”才是健康的。将这些健康的节律动态曲线按混沌学方法重构吸引子,结果是奇异吸引子,是混沌的。假如等时节律越来越多,即目前人们多称之为“心率变异性”的改变,表明心功能在恶化,而“钟摆律”是不再t昆沌了,是临终前的表现。所以,20世纪80年代后期,人们开始提出“混沌才是健康”的口号。系统的复杂性越好,应变能力就越强,出现的可能性就越多,必然非线性动力学在临床医学上的应用——混沌理论、分形和复杂性(译文) 临床医师对非线性动力学的兴趣越来越高涨,认识也不断加深。因为混沌理论已广泛地涉及到科学的各个分支, 在评估这一理论与生物医学的关系时,会碰到一系列晦涩的术语和概念,诸如非线性、分形、周期振荡、分叉、复杂性以及混沌等等。因此,我想在这里提供非线性动力学关键部分的基本概念,并选择一些生理学和医学方面应用的例子作简要介绍。线性系统是规则的行为,它们反映的量值是与刺激强度成正比的。线性系统可以通过分析其构成的组分来预测总体的趋势和结局,线性系统的亚单位叠加时不会出现意外或者反常的结果。与此相反,非线性系统是不成比例的, ·5· 就会处于混沌状态。如果一个病人动脉壁开始硬化,弹性丧失,其脉压差会变得比原来小,复杂性也会表现出减退, 其吸引子中的轨迹线可能就会出现重叠,可以认为混沌状态在减弱。有关衰老发生的生化机理的学说很多,主要的有自由基衰老学说、基因程控学说、交联学说、非酶糖基化学说和羰基毒化衰老学说等。正确解释衰老发生机理的学说一定要阐明衰老的普遍性、积累性、生理性、内因性和必然性。但是,许多学者往往将衰老的表现(后果)与起因相提并论,或将衰老的生理变化和病理变化混为一谈。如果用混沌理论及测量生理学复杂性动力学的新方法用来测定正常的衰老过程,则有定量作用。也可用来测定预防疾病和改善其进程的各种手段的效果及加以改进。例如,可测定健康老化与痴呆在认识事物上脑电图反应的复杂性,以便鉴定到底属于哪一种状态,以及特定的药物对认识功能和行为的作用如何。如果将心率和