物理与生命系统间的思考.ppt
物理與生命系統間的思考,詹明宜 物理所生物物理研究室,物理 v.s. 生命系統,物理 Physical science: branches of science such as physics, chemistry and geology that are concerned with things that do not have life 生命系統? Life or Living: the person or animal that is alive. Alive: they have life.,植物人,在國際醫學界通行的定義是“持續性植物狀態（persistent vegetative status）”，簡稱PVS。所謂植物生存狀態常常是因顱腦外傷或其他原因，如溺水、中風、窒息等大腦缺血缺氧、神經元退行性改變等導致的長期意識障礙，表現為病人對環境毫無反應，完全喪失對自身和周圍的認知能力病人雖能吞咽食物、入睡和覺醒，但無黑夜白天之分，不能隨意移動肢體，完全失去生活自理能力能保留軀體生存的基本功能，如新陳代謝、生長發育。,腦死,腦死:“腦死亡”病人是永遠不可能存活的，其主要特征是自主呼吸停止、腦干反射消失。而PVS患者有自主呼吸，脈搏、血壓、體溫可以正常，但無任何言語、意識、思維能力。他們的這種“植物狀態”，其實是一種特殊的昏迷狀態。因病人有時能睜眼環視，貌似清醒，故又有“清醒昏迷”之稱。,死亡,中止所有生理功能，包括循環系統、腦神經系統等等。且這些生理功能的中止是不可逆的。,生命系統,生態系統 個體(人) 功能系統(感覺,循環) 器官(耳朵) 組織(骨頭,韌帶) 細胞(頭髮細胞) 胞器,Pink Floid: The Wall1982,1961年8月15日開始建築 封鎖東西德交往 1989年11月11日，柏林圍牆正式開始拆毀,耳朵,物理的特性 生理功能及解剖特性 病理:趨向於違反生理功能及解剖特性,Cochlea from a human fetus,心血管的一些物理思考,血壓分配,心血管系統像亞瑪遜河?,蜿蜒而流 細細綿長,還是比較像一個輸配電系統,電線到那兒 開關就有電?,心血管像河流般流動,如果以動量為傳輸之原動力，則血管之分支不宜有突然之彎曲。 循環系統最好像一顆倒置的樹一樣，而心臟在樹根的位置，而且樹枝與樹幹間的相關位置不可移動。,流量理論 : (1) 為何有心舒壓?,為了流量之增大，主動脈之心舒壓應為負值最好，而所有脊椎哺乳動物之心舒壓皆為正 80 mmHg左右。,流量理論 : (2) 為何心跳為固定速率?,: 以流量之觀點，有動量既可。心跳率依生理代謝多寡變動，心跳不必固定速率。,流量理論 : (3) 主昇動脈為何轉彎180°?,: 心臟打出為衝量，經過180°轉彎則動量完全消耗。在左心室中， 心臟由肌肉收縮將血液變成衝量射出。但轉彎180°以後只有2%呈動能形態。,流量理論 : (4)為何血管流入器官呈90°?,: 90°是將動量完全無分量之角度。但腎動脈、脾動脈、氣管動脈、胸動脈等進入器官之動脈皆與主動脈呈90°，表示進入器官之血液，不是以動量為動力。生理上希望將動量之影響降到最低。,流量理論 : (5)為何大動物心跳慢，小動物心跳反快?,:大動物所送血量較大，流量大，則心跳應較快，小動物體積小，所送血量亦少，心跳應較慢，更何況與(體積)1/3成反比要如何解釋?,流量理論 : (6)動物如何運動?,:這是一個極大的問題。動物都有循環系統。如果輸送血流靠動量，“動量為向量“，我們一舉手，一投足都會嚴重妨害血液的循環。我們應是不能動的植物才行。,流量理論 : (7)血管中之動能只佔2%,動脈血管內之位能佔98% 。如何靠僅餘的2%之能量將血液輸送? 98%在血管壁上的能量在做甚麼?,流量理論 : (8)為何微循環為網狀?,不論器官、或穴道，其小動脈皆成網狀。以流量之觀點，微循應為樹狀，而不是網狀，因為網狀使阻力大增。,共振理論 : (1)為何有心舒壓?,答: 心舒壓之目的至少有三 : 1. 提高壓力以增加彈性位能，將血管中之能量由動能轉換為位能。 2.此壓力充滿整個動脈血管網路中，以維持血液之最低供應量，充“氣”之情形如氣球一樣，在任何有開口的地方，皆可釋出血液。 3.維持器官及血管之彈性。以維持各器官及血管之共振頻率，以達成阻抗為最低之效率。,共振理論 : (2)為何心跳為固定速率?,答: 每個大血管皆有其共振頻率，每個器官也有其共振頻率。心跳必須與這些頻率配合,其阻力才小。,共振理論 : (3)為何主昇動脈轉彎180°?,答: 心臟以收縮的方式產生很大的瞬間流量。但以流量輸送是阻力非常大的。所以在主昇動脈以180°之轉彎，將動能轉化為血管壁上的振動位能。,共振理論 : (4)為何血管流入器官前呈90°?,答:大動脈是波動能量是輸送的主幹。對分枝器官而言，連接處之 大動脈，就像心臟一樣將壓力波送進器官來。此90°之轉彎，可將流量之影響降到最小，僅有壓力波可由大動脈連接處順利傳入。,共振理論 : (5)為何大動物心跳慢,小動物心跳反快?,答:大器官之共振頻率低， 小器官之共振頻率高。人的器官是如此，不同動物也一樣。 大動物器官也大所以心跳必須慢，才能維持共振，提高運送效率。,共振理論 : (6)動物如何運動?,答:在血管壁上的振動是以位能存在的。位能不是向量。而且此振動方向與血管走向垂直，不論血管方向如何改變，血液永遠由近心端向遠心端輸送。血壓波為長波，看不見各處之細節，因而手臂彎曲、彎腰等，都只有輕微之影響，不致造成血流中止。,共振理論 : (7) 為何微循環為網狀?,答:網狀的血管，相當於大電容(電路) 。配電器、電壓穩定器都要大電容以吸引電壓波過來。因為電壓波也是長波，看不到細節，必須以大電容，好讓電壓波看到。所以器官及穴道，皆成網狀以吸引血壓波過來。,共振理論 : (8)為何血管中之動能僅佔2%,位能佔98%?,答:像在高壓輸送線中之能量一樣，位能佔多數，電流佔少數,以減少阻力之消耗。,氣的樂章,史記_扁鵲,其後扁鵲過虢。虢太子死，扁鵲至虢宮門下，問中庶子喜方者曰：太子何病，國中治穰過於紅事？中庶子曰：太子病，血氣不時，交錯而不得泄，暴發於外，則為中害。精神不能止邪氣，邪氣畜積而不得泄，是以陽緩而陰急，故暴。 語譯：後來扁鵲來到虢國。虢國太子正好逝世（註：虢國後來改稱郭國，春秋時有郭公，此處應指郭太子），扁鵲來到虢國皇宮門下，問喜好方術的中庶子說：太子得了什麼病，國中治穰過於紅事？中庶子回答說：太子的病是血氣不暢通，氣血交錯無法排泄，於是暴發成病，又中要害。他的精神狀態又不能止住邪氣，邪氣畜積太多而不得排泄，所以產生陽緩陰急的病，使氣從下往上衝而暴斃。,史記_扁鵲,原文：扁鵲曰：其死何如時？曰：雞鳴至今。曰：收乎？曰：未也，其死未能半日也。扁鵲曰：言臣齊勃海秦越人也，家在於鄭，未嘗得望精光侍謁於前也。聞太子不幸而死，臣能生之。中庶子曰：先生得無誕之乎？何以言太子可生也！臣聞上古之時，醫有俞跗，治病不以湯液醴灑，鑱石撟引，案扤毒熨，一撥見病之應，因五藏之輸，乃割皮解肌，訣脈結筋，搦髓腦，揲荒，爪幕，湔浣腸胃，漱滌五藏，練精易形。先生之方能若是，則太子可生也；不能若是而欲生之，曾不可以告咳嬰之兒。 語譯：扁鵲問：死了多久啦？回答說：從清晨到現在。扁鵲問：已入殮了嗎？回曰：還沒，死亡還沒半天，不可入殮。扁鵲說：請你去秉告，說我是齊國勃海的秦越人，家住在鄭州，未曾來拜訪過。聽說太子不幸逝世，我能夠使他活起來。中庶子說：先生的話很荒誕呀？你怎麼說可以做太子活起來呢！我曾聽說上古時候，有一位名醫叫俞跗，不用湯液醴灑來治病，專門用石針和按摩方法來調理，在毒病的患處用藥物去熨帖，很快就治好了。若是五臟的疾病，就用刀割開皮膚和肌肉，將脈和筋結起來，清除病瘤，按摩膏荒穴。遇到漠病，就清除腸胃、漱滌五臟，練精氣易形骸。先生的方法如果是這樣，那麼太子就能復活了；如果不是這樣而能使太子復活，我是不會去秉告的。,史記_扁鵲,原文：終日，扁鵲仰天歎曰：夫子之為方也，若以管窺天，以納視文。越人之為方也，不待切脈、望色、聽聲、寫形，言病之所在。聞病之陽，論得其陰；聞病之陰，論得其陽。病應見於大表，不出千里，決者至紅，不可曲止也。子以吾言為不誠，試入診太子，當聞其耳鳴而鼻張，循其兩股以至於陰，當尚溫也。 中庶子聞扁鵲言，目眩然而不瞚，舌撟然而不下，乃以扁鵲言入報虢君。 語譯：扁鵲仰天歎息，說：你的方法真是以管窺天，小看我了。我的方法不用切脈、望色、聽聲、寫形，就能說出病症。只要聽疾病的狀況，就可以得到結論。任何疾病都會顯現於外在環境，不會有差錯。先生你以為我的話不誠實，不然就試一下我進去診斷太子，只要聽他的耳鳴聲，看他的鼻漲，循著他的兩股到陰部，若是還有溫度就可以治活了。 中庶子聽了扁鵲的話，目瞪口呆，說不出話來，遂進去將扁鵲的話報告虢國國君。,史記_扁鵲,原文：扁鵲曰：若太子病，所謂尸者也。夫以陽入陰中，動胃繵緣，中經維絡，別下於三焦、膀胱，是以陽脈下遂，陰脈上爭，會氣閉而不通，陰上而陽內行，下內鼓而不起，上外絕而不為使，上有絕陽之絡，下有破陰之紐，破陰絕陽，色廢脈亂，故形靜如死狀。太子未死也。夫以陽入陰支蘭藏者生，以陰入陽支蘭藏者死。凡此數事，皆五藏中之時暴作也。良工取之，拙者疑殆。 語譯：扁鵲說：太子的病稱為尸。是因為陽入於陰中，脈氣纏繞著胃，經絡打結，無法下到三焦、膀胱，所以陽脈下墜，陰脈上竄，百會之氣閉塞不通暢，陰氣往上而陽氣內行，下到腹部就不往上，上到頭部就不發散出去，上有絕陽的經絡，下有破陰的赤脈，破陰絕陽，形色廢而脈絡亂，所以身體就像死了的樣子。其實太子並未死呀。因為以陽入陰，陰氣挭住膽臟的氣可以活下來，以陰入陽，就會死。這些都是五臟氣由下往上沖時而暴作的現象。良醫看得出來，庸醫疑惑而看不出來。,史記_扁鵲,原文：扁鵲乃使弟子子陽厲鍼砥石，以取外三陽五會。有閒，太子蘇。乃使子豹為五分之熨，以八減之齊和煮之，以更熨兩脅下。 語譯：扁鵲便叫弟子子陽磨針砥石，針灸太陰、少陰、厥陰、太陽、少陽、陽明等處以及百會、胸會、聽會、氣會、臑會等穴。過了一會兒，太子蘇醒過來。又叫弟子子豹用灸術熨穴道，使溫暖的藥氣入肉五分，另用謂藥一併煎煮，交替熨兩肋脅下。 原文：太子起坐。更適陰陽，但服湯二旬而復故。故天下盡以扁鵲為能生死人。扁鵲曰：越人非能生死人也，此自當生者，越人能使之起耳。 語譯：太子坐了起來，調理陰陽之氣，服用湯藥二旬後整個人回復以前的模樣。從此天下人都知道扁鵲能把死人治活。扁鵲說：我不是能把死人治活，而是這個人本來就還沒死，我只是能使他再起來罷了。,
