孫興國

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，心血管病國家臨床醫(yī)學(xué)研究中心， 北京 100037)

整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系概論Ⅱ：循環(huán)調(diào)控新視野*

孫興國△

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管疾病國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，心血管病國家臨床醫(yī)學(xué)研究中心， 北京 100037)

目的：傳統(tǒng)系統(tǒng)生理學(xué)對于循環(huán)調(diào)控的解讀僅就血液循環(huán)單一系統(tǒng)而言，而基本不考慮其他系統(tǒng),必然有一定的片面性和局限性。人體是有機(jī)整體，只有從整體對循環(huán)功能調(diào)控分析才能更深入。方法：在整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)理論體系的指導(dǎo)下，以循環(huán)功能的目的為切入點(diǎn)，對其調(diào)控機(jī)制進(jìn)行探討。結(jié)果：血液循環(huán)的目的主要是為細(xì)胞新陳代謝運(yùn)輸所需的呼吸氣體和消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)及排出代謝產(chǎn)物。圍繞這個(gè)目的，為適應(yīng)新陳代謝的靜息、運(yùn)動和睡眠狀態(tài)變化，在神經(jīng)體液調(diào)控下，與呼吸消化吸收泌尿排泄等所有系統(tǒng)共同配合從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)功能調(diào)控。在此基礎(chǔ)上，對許多問題給出了合理的解釋，比如：出生后卵圓孔如何關(guān)閉、心力衰竭患者出現(xiàn)陳-施呼吸的機(jī)制、正常人心率、收縮壓和自主張力變異的原始誘因、運(yùn)動期間血流再分布機(jī)制等。結(jié)論：循環(huán)功能的目的是機(jī)體所有系統(tǒng)一體化調(diào)控共同參與實(shí)現(xiàn)的，而循環(huán)功能正常又是其他所有功能正常的前提。

整體整合生理學(xué)；整體整合醫(yī)學(xué)；呼吸循環(huán)代謝一體化調(diào)控；消化吸收循環(huán)代謝一體化調(diào)控；神經(jīng)體液調(diào)控；陳施呼吸；血流再分布；心率變異性；卵圓孔閉合

1628年哈維《心血運(yùn)動論》的出版[1],標(biāo)志著以功能劃分系統(tǒng)的近代生理學(xué)的誕生，書中不乏許多正確的觀點(diǎn)，在此不加贅述，但哈維在書中明確表示“并不清楚血液循環(huán)的目的是什么”。限于當(dāng)時(shí)技術(shù)方法、實(shí)驗(yàn)觀察條件和自身認(rèn)知的限制，他認(rèn)為氣體沒有進(jìn)入血液，血液中沒有氣體；氣體進(jìn)出交換僅發(fā)生在肺，不涉及循環(huán)，所以循環(huán)和呼吸可以完全互不相關(guān)的分割開來，否定了之前傳統(tǒng)西方醫(yī)學(xué)（Galen理論）認(rèn)為的心肺等共同目的——維持人體生命之靈。就今天生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)常識而言，是片面地運(yùn)用機(jī)械唯物主義的思辨方式，導(dǎo)致對生理學(xué)和醫(yī)學(xué)方面的誤解在所難免。哈維和后來的系統(tǒng)循環(huán)生理學(xué)學(xué)者也就基本上忽略循環(huán)之目的，僅從循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的一些表征，如血壓、心率、血流動力學(xué)等方面進(jìn)行研究和探討,忽視了人體是一個(gè)有機(jī)整體，不存在孤立的系統(tǒng)，僅就循環(huán)而論循環(huán)，片面性和局限性明顯。古代西方醫(yī)學(xué)哲學(xué)和我國傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)均認(rèn)為，人體應(yīng)該是一個(gè)整體。中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為 “血為氣之帥，氣為血之母”,一直秉持天人合一的整體觀[2,3]。系統(tǒng)生理學(xué)將人體分割成不同的系統(tǒng)，討論各系統(tǒng)調(diào)控時(shí)各自為政，忽視了系統(tǒng)之間的聯(lián)系，與人體功能有機(jī)整體方向相左，必然會產(chǎn)生目前臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各自為政的斑片化醫(yī)療問題。醫(yī)學(xué)應(yīng)該回歸整體[1-13]，所以，我們提出整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系，認(rèn)為機(jī)體的基本調(diào)節(jié)方式是以呼吸、循環(huán)、代謝為主體，配合消化、泌尿、神經(jīng)、運(yùn)動、睡眠等系統(tǒng)的整體整合一體化調(diào)節(jié)（彩圖頁III圖1）[8-13]。本文首先回顧系統(tǒng)生理學(xué)循環(huán)調(diào)控傳統(tǒng)理念，分析討論其存在問題，然后從人體功能整體調(diào)控這一全新角度探討正常人如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)調(diào)控的機(jī)制。

1 傳統(tǒng)生理學(xué)關(guān)于循環(huán)調(diào)控的觀點(diǎn)

循環(huán)系統(tǒng)由心臟、血管及淋巴系統(tǒng)組成，心臟的泵血為血液循環(huán)提供動力，心臟的節(jié)律來源于竇房結(jié)起搏細(xì)胞，循環(huán)系統(tǒng)的調(diào)控中樞在延髓[14-16]。多種機(jī)制參與循環(huán)調(diào)控，對于循環(huán)的調(diào)控主要是通過對心臟搏動、血壓、血容量等指標(biāo)的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式主要有神經(jīng)調(diào)節(jié)、體液調(diào)節(jié)和自身調(diào)節(jié)[14-20]。

1.1 神經(jīng)調(diào)節(jié)

1.1.1 壓力性調(diào)節(jié) 主要由位于頸動脈體和主動脈體的壓力感受器感受血液壓力的變化，再將信號傳送至延髓循環(huán)調(diào)控中樞，經(jīng)中樞整合，通過交感、副交感神經(jīng)下行，并激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)（RAS），實(shí)現(xiàn)對血壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對循環(huán)的調(diào)節(jié)[14-16]。

1.1.2 化學(xué)性調(diào)節(jié) 經(jīng)過頸動脈體和主動脈體的化學(xué)感受器感受血液中的血?dú)庑盘栕兓?jīng)中樞整合，通過交感、副交感神經(jīng)下行，并激活RAS，實(shí)現(xiàn)對循環(huán)的調(diào)節(jié)[14-17]。

1.1.3 血管容量調(diào)節(jié) 主要由大血管的血管容量感受器感受血管容量的變化，通過中樞整合，再通過分泌血管升壓素（ADH）,實(shí)現(xiàn)對血容量的調(diào)節(jié)[14-18]。

1.2 體液調(diào)節(jié)

循環(huán)系統(tǒng)中分布著多種縮血管和舒血管的物質(zhì)，如兒茶酚胺、一氧化氮（NO）、ADH、RAS、血管緊張素等，通過其作用于相應(yīng)的受體實(shí)現(xiàn)對循環(huán)的調(diào)控[17,18]。

1.3 血管的自身調(diào)節(jié)

微血管的舒縮主要由代謝產(chǎn)物調(diào)控[15,16]。

2 傳統(tǒng)生理學(xué)關(guān)于循環(huán)調(diào)控存在的問題

2.1 系統(tǒng)循環(huán)生理學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)的循環(huán)、呼吸調(diào)控雖然在一定程度上可以解釋一些表征和現(xiàn)象，在討論循環(huán)調(diào)控時(shí)僅考慮神經(jīng)、體液及自身調(diào)節(jié)，忽視了其他系統(tǒng)，特別是呼吸對循環(huán)的重要作用。在講循環(huán)調(diào)控時(shí)，很少討論血?dú)猓菍⒀獨(dú)夥旁诤粑碇羞M(jìn)行分析，割裂了循環(huán)和呼吸的聯(lián)系。人體的功能調(diào)節(jié)是一體化的，在肺部經(jīng)過氣體交換的血液攜帶動態(tài)波浪式信號經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)的肺靜脈、左心房、左心室到達(dá)動脈，作用于外周和中樞化學(xué)感受器，經(jīng)過神經(jīng)傳導(dǎo)、中樞整合，作用于呼吸肌，實(shí)現(xiàn)循環(huán)參與下的呼吸調(diào)控；而呼吸引起的血?dú)庑盘栕兓謺绊懷h(huán)指標(biāo)的變異性，對循環(huán)進(jìn)行調(diào)控，此為人體功能一體化調(diào)控的呼吸循環(huán)代謝主環(huán)路；消化，代謝、泌尿、排泄、睡眠、運(yùn)動等均在一定程度上影響循環(huán)血液的營養(yǎng)物質(zhì)濃度和血?dú)庑盘栕兓@些信號經(jīng)血液回流入右心，影響下一次氣體交換，并影響循環(huán)自主神經(jīng)對循環(huán)的調(diào)控，由此構(gòu)成人體功能一體化調(diào)控的旁路[11,12]。所以，如果沒有呼吸的參與，血液無法完成氣體交換，無法將生命活動所需的氧運(yùn)送到需要的組織細(xì)胞，僅僅循環(huán)系統(tǒng)自身的各種調(diào)節(jié)，無法達(dá)到循環(huán)的目的，傳統(tǒng)循環(huán)調(diào)控的環(huán)路是不完整的。因此，對下述問題也無法圓滿地解釋[14-21]。

2.2 運(yùn)用整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系合理解釋[8-13]

2.2.1. 心衰患者呼吸異常發(fā)生機(jī)制。

2.2.2. 出生后呼吸的出現(xiàn)是心臟結(jié)構(gòu)改變（卵圓孔關(guān)閉）的原因。

2.2.3. 正常人隨吸呼節(jié)律而改變的每搏量、收縮壓、心率及自主神經(jīng)張力的變異性。

2.2.4. 運(yùn)動中代謝產(chǎn)物對運(yùn)動肌肉血管的擴(kuò)張作用遠(yuǎn)大于交感神經(jīng)和兒茶酚胺的收縮效應(yīng)，從而完成血流再分布的原因。

2.2.5. 高血壓的發(fā)病機(jī)制和運(yùn)動治療高血壓機(jī)制解釋。

2.3 與循環(huán)調(diào)控相關(guān)的機(jī)制與環(huán)路

循環(huán)系統(tǒng)生理學(xué)的循環(huán)調(diào)控環(huán)路是由壓力感受器、傳入神經(jīng)、延髓循環(huán)整合中樞、傳出神經(jīng)、心臟及血管等組成的，循環(huán)調(diào)控信號經(jīng)神經(jīng)體液傳遞和中樞整合，通過竇房結(jié)興奮性變化與心肌和血管平滑肌的舒、縮過程實(shí)現(xiàn)血壓、心率和血流等循環(huán)指標(biāo)調(diào)控[14-16,19]。部分相關(guān)循環(huán)和呼吸的神經(jīng)體液調(diào)控內(nèi)容另文敘述[12]。但是由于系統(tǒng)生理學(xué)僅討論本系統(tǒng)之表，沒有從生命之本的角度探討，所以都沒有具體討論呼吸、消化、吸收、泌尿、排泄等在循環(huán)調(diào)控中的作用。

3 整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)循環(huán)調(diào)控的新觀點(diǎn)

3.1 循環(huán)的目的

血液循環(huán)的目的主要是運(yùn)輸細(xì)胞代謝所需的氧氣和消化吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，以及排出的二氧化碳和代謝產(chǎn)物[22,23]。僅此而論，血液循環(huán)就同時(shí)在人體新陳代謝相關(guān)的兩個(gè)核心功能主軸——呼吸循環(huán)代謝的氣體軸與消化吸收循環(huán)代謝的能量與結(jié)構(gòu)物質(zhì)軸中分別擔(dān)任核心連接作用，所以循環(huán)調(diào)控的實(shí)現(xiàn)必須要超越系統(tǒng)論而從整體上討論[9-13]。此外，血液循環(huán)還運(yùn)送由內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的各種激素及生物活性物質(zhì)到相應(yīng)的靶細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)機(jī)體功能的體液調(diào)控；血液循環(huán)還維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境理化特性相對恒定以及血液的防衛(wèi)免疫功能的實(shí)現(xiàn)等。從循環(huán)目的出發(fā)，可以更好地理解心血管功能的調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)整體上心血管病的防治康養(yǎng)一體化健康管理[9-12,24]

3.2 循環(huán)和呼吸一體化調(diào)控的相互聯(lián)系-以氧氣和二氧化碳?xì)怏w為主軸

首先，循環(huán)調(diào)控的核心是以循環(huán)的目的為基礎(chǔ)的，循環(huán)的主要目的是運(yùn)送機(jī)體生命活動所必須的氧和運(yùn)輸機(jī)體代謝所需要的能量物質(zhì)，排出機(jī)體代謝產(chǎn)物。人體循環(huán)的兩種底物是氧和能量物質(zhì)，血液流經(jīng)肺部進(jìn)行氣體交換后，產(chǎn)生波浪式信號調(diào)控呼吸[25,26]；另一方面，氣體交換后，血液氧分壓升高，循環(huán)血管中肺血管對氧十分敏感，氧分壓的改變會使肺血管的收縮性改變，進(jìn)而影響循環(huán)指標(biāo)的變異性，如心率、收縮壓、每搏輸出量、自主神經(jīng)的變異性[11,22,23,27]。循環(huán)將氧運(yùn)輸至毛細(xì)血管進(jìn)入組織細(xì)胞，供應(yīng)機(jī)體的代謝所需，并將機(jī)體代謝產(chǎn)生的二氧化碳運(yùn)出體外，這個(gè)過程需要呼吸的配合，氧和二氧化碳是循環(huán)和呼吸調(diào)控互相聯(lián)系的紐帶，呼吸主要通過這兩個(gè)信號來實(shí)現(xiàn)呼吸和循環(huán)的互相調(diào)控。循環(huán)和呼吸必須密切配合才能滿足機(jī)體生命活動對氧的需要，并將代謝產(chǎn)生的二氧化碳傳送出體外，維持機(jī)體能量代謝和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[11,12]。

3.2.1 出生后卵圓孔和動脈導(dǎo)管關(guān)閉的機(jī)制分析——呼吸的影響 早在1958年，Paul Wood就提出“為什么出生后卵圓孔要關(guān)閉？”[28,29]的疑問，然而一直沒有得到解答。從整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論中呼吸循環(huán)代謝神經(jīng)體液等一體化調(diào)控的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為卵圓孔的關(guān)閉是由第一次呼吸的產(chǎn)生引起的。第一次吸氣不同于所有以后的呼吸：出生后呼吸開始前，肺泡內(nèi)氧分壓極低（PaO2≤30 mmHg）[30],肺循環(huán)血管極度收縮阻力極大，肺血流量不足左心室心排量的十分之一，肺血管處于極度收縮的狀態(tài)，大部分血液經(jīng)過卵圓孔從右心房進(jìn)入左心房進(jìn)行循環(huán)。由于第一次吸氣前肺內(nèi)沒有功能余氣量（FRC=0，functional residual capacity），首次吸氣開始后肺泡內(nèi)氣體就只有空氣，所以PaO2從30 mmHg迅速上升到150 mmHg,肺臟內(nèi)的血管前所未有的急劇擴(kuò)張，肺血流阻力驟降、肺循環(huán)血管容量劇增，右心室射出的血液全部被吸納入肺循環(huán)血管，6～8次心跳搏出的血液充滿肺循環(huán)后流入左心房，右心室舒張時(shí)從右心房和上、下腔靜脈系統(tǒng)吸入血液，導(dǎo)致右心房壓力驟降為負(fù)壓，這一壓力下降使得房間隔卵圓孔左側(cè)的膜狀結(jié)構(gòu)迅速將卵圓孔封閉，使左右心臟之間的直接通道關(guān)閉。同時(shí)，6～8個(gè)心動周期之后血液充滿低阻肺循環(huán)，并推動經(jīng)與肺泡氧平衡之后的血液進(jìn)入左心房，使之血容量增加、壓力升高為正壓，從左側(cè)施壓將房間隔左側(cè)的膜狀結(jié)構(gòu)向卵圓孔方向推移，從而使卵圓孔閉合得到進(jìn)一步鞏固。此外，具有外周血管特性“高氧性血管收縮”的動脈導(dǎo)管由于PaO2的驟升而急劇、強(qiáng)烈、長時(shí)間持續(xù)收縮，久而久之使動脈導(dǎo)管逐漸完全閉合。由此，開放的卵圓孔和動脈導(dǎo)管關(guān)閉，動、靜脈系統(tǒng)完全隔離開來，右心室向肺動脈的血流量與左心室向主動脈的血流量幾乎完全一致，且趨于動態(tài)的相等。

3.2.2 呼吸是導(dǎo)致正常人出現(xiàn)循環(huán)多項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)出變異性的根源 在整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論中，呼吸循環(huán)代謝等功能一體化調(diào)控，呼吸對循環(huán)功能有重要的影響。近年各種變異性研究多數(shù)僅僅把機(jī)制歸咎到自主張力為止[14-16]，而沒有從人體有機(jī)整體角度深入探討自主張力變異也是起源于呼吸[14-16,19-21]。實(shí)際上，早在百余年前Traube-Hering最早描述心血管指標(biāo)變異性時(shí)，就描述了其與呼吸節(jié)律相關(guān)的規(guī)律[22].。

3.2.2.1 經(jīng)外周化學(xué)感受器影響自主神經(jīng)張力 人體肺通氣吸呼時(shí)相產(chǎn)生的動脈血液波浪式升降信號通過外周化學(xué)感受器對交感、副交感神經(jīng)的直接作用和先上傳神經(jīng)中樞再下行對交感、副交感神經(jīng)的間接作用，使交感、副交感神經(jīng)活動決定的自主神經(jīng)張力也呈現(xiàn)波浪式變化[2]，從而影響心血管功能，導(dǎo)致每搏量、收縮壓、心率等發(fā)生規(guī)律性升降變化，稱之為變異性[11]。

3.2.2.2 直接通過肺循環(huán)阻力影響左心室射血功能此外，肺循環(huán)血管系統(tǒng)對于呼吸產(chǎn)生的氧和二氧化碳變化十分敏感，肺泡氣體信號的波浪式變化導(dǎo)致血管收縮/舒張交替性的改變，進(jìn)而影響左心在吸呼不同時(shí)期接收到右心室搏出血液的容量，通過Frank-Starling定律直接影響左心室的收縮性，產(chǎn)生每搏量和收縮壓的變化。上述兩方面因素互相配合、相互強(qiáng)化，所以說正常人循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的自主神經(jīng)變異性、每搏量和收縮壓變異性、心率變異性完全取決于呼吸時(shí)相和節(jié)律[9-11]。

3.2.2.3 陳-施呼吸影響循環(huán)變異性 心力衰竭患者潮式呼吸對各種循環(huán)指標(biāo)變異性的影響屬于病理生理學(xué)范疇，其心率等變異性則表現(xiàn)為每次呼吸時(shí)相變化的快節(jié)律變異和間歇性高通氣、低通氣交替潮式呼吸的慢節(jié)律變異混合并存的復(fù)雜現(xiàn)象[9-11,31-32]。下文另述。

3.2.3 左心室的“混合室效應(yīng)”及其對呼吸調(diào)控的影響 離開肺臟的前行動脈化血液中的氧氣、二氧化碳和氫離子信號呈現(xiàn)波浪式變化[8,20,30]。由于心室的非百分之百射血特性，當(dāng)位于心動周期的舒張期，左心室內(nèi)收縮末期殘留血液與進(jìn)入心腔的新鮮血液相混合，使收縮期射血進(jìn)入動脈系統(tǒng)的波浪式信號的幅度減小，此為左心室的“混合室效應(yīng)”[10]。 正常人動脈血到達(dá)外周化學(xué)感受器時(shí)信號幅度雖然呈現(xiàn)顯著降低，但通過多部位（主動脈體、左側(cè)和右側(cè)頸動脈體）感受器相同和相近時(shí)相信號的重合疊加效應(yīng)，并在神經(jīng)中樞整合以及中樞慢反應(yīng)化學(xué)感受器的敏感性調(diào)節(jié)配合之下，神經(jīng)下傳到呼吸系統(tǒng)效應(yīng)并沒有發(fā)生漸進(jìn)性降低；實(shí)際上表現(xiàn)為呼吸的相對穩(wěn)定[9.11]。

但是，心血管疾病心功能降低時(shí)，左心室每搏量降低和舒張末容積增加導(dǎo)致射血功能降低，就會使得左心室后動脈血液中的波浪式信號的波動幅度顯著降低，從而使得呼吸調(diào)控信號經(jīng)過循環(huán)傳送到動脈外周化學(xué)感受器觸發(fā)的下次呼吸依次降低，甚至產(chǎn)生呼吸暫停。詳見下述陳-施呼吸發(fā)生機(jī)制。

3.2.4 心力衰竭患者出現(xiàn)陳-施呼吸的機(jī)制 動脈血液中O2和CO2是隨著呼吸周期而呈現(xiàn)逐漸升高后又逐漸降低的波浪型信號，是呼吸切換和調(diào)控的主信號[11]。心衰病人的心搏量降低和舒張末容積增加、射血分?jǐn)?shù)降低，這個(gè)信號被衰竭的心臟更大幅度地衰減了[10,11,26]。例如，同樣的肺靜脈呼吸波浪式信號經(jīng)過25%射血分?jǐn)?shù)的左心室后，動脈形成的信號波浪式幅度不足經(jīng)過75%射血分?jǐn)?shù)左心室后的一半[11,26]。結(jié)果，一個(gè)正常呼吸信號經(jīng)過衰竭心臟到了動脈變成低信號[26],使下一次的呼吸減弱，形成漸進(jìn)性過低通氣。此時(shí)慢反應(yīng)中樞化學(xué)感受器感受到的仍然是約半分鐘前的信號延遲，即還是高O2、低CO2的過度通氣信號，使得呼吸中樞更受抑制，調(diào)節(jié)降低敏感性。由此，肺通氣逐次降低，直至呼吸停止。隨著時(shí)間推移，低通氣30 s后，動脈血液O2降低和CO2漸高，通過慢反應(yīng)中樞化學(xué)感受器使得呼吸中樞調(diào)節(jié)的敏感性增高，繼之形成一個(gè)漸進(jìn)性過度通氣[10,11]。這樣同一個(gè)血液信號到達(dá)外周快反應(yīng)化學(xué)感受器和中樞慢反應(yīng)化學(xué)感受器的時(shí)相不同，由此造成肺通氣和動脈血與中樞慢反應(yīng)化學(xué)感受器感受到高、低通氣之間的時(shí)間位相差異，稱之為“時(shí)相錯(cuò)位”[10,11]。 用左室功能對呼吸調(diào)控信號的“混合室效應(yīng)”衰減和肺通氣動脈血外周快反應(yīng)與中樞慢反應(yīng)的“時(shí)相錯(cuò)位”結(jié)合起來，可以解釋心衰患者表現(xiàn)出潮式呼吸的機(jī)制[10,11,33-35]。其中，左心室功能降低是唯一的原始病理生理學(xué)發(fā)生機(jī)制，所以我們稱之為“心臟源性呼吸異?！盵34,35]。

3.3 循環(huán)與消化、吸收、泌尿、排泄一體化調(diào)控的相互聯(lián)系——以消化吸收能量和結(jié)構(gòu)物質(zhì)為主軸

循環(huán)的目的是運(yùn)送機(jī)體代謝所必需的氧和能量物質(zhì)，滿足機(jī)體生命活動所需，同時(shí)將代謝產(chǎn)物運(yùn)出，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定。消化道消化、吸收的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過血液的傳輸，在毛細(xì)血管彌散進(jìn)入組織細(xì)胞進(jìn)行氧化能量物質(zhì)新陳代謝，產(chǎn)生能量供應(yīng)機(jī)體生命活動的需要。循環(huán)調(diào)控是人體所有細(xì)胞、組織、器官和系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的前提，所以血液循環(huán)調(diào)節(jié)必然與代謝、運(yùn)動、睡眠、消化吸收泌尿排泄等功能調(diào)控密不可分[9-13]。

另外，消化吸收的能量物質(zhì)進(jìn)入血液循環(huán)會使血容量、血液粘滯度、血液濃度、血流阻力等血流動力學(xué)指標(biāo)發(fā)生變化，甚至使心血管發(fā)生病理生理性變化而致病。代謝產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)血管的收縮性，使血液流速改變。血液中攜帶的能量物質(zhì)和代謝產(chǎn)物也通過循環(huán)血流來傳輸，必然使得呼吸調(diào)控信號的傳遞發(fā)生變化，影響肺部的氣體交換和下一次呼吸，呼吸的變換又會影響循環(huán)指標(biāo)的變異性，使循環(huán)進(jìn)一步發(fā)生變化。機(jī)體的代謝狀態(tài)與循環(huán)調(diào)控息息相關(guān)，泌尿、排泄、運(yùn)動、精神緊張、睡眠等均可改變機(jī)體的代謝狀態(tài)，使代謝產(chǎn)物濃度發(fā)生變化，使循環(huán)的血管收縮性發(fā)生變化，使血流動力學(xué)指標(biāo)發(fā)生變化。消化、代謝、泌尿、排泄對于循環(huán)調(diào)控均有十分重要的影響，彼此的密切配合共同為機(jī)體生命活動的有序進(jìn)行服務(wù)。

3.4 運(yùn)動期間的血流再分布——細(xì)胞代謝改變的影響

依據(jù)傳統(tǒng)循環(huán)生理學(xué)的觀點(diǎn)，交感神經(jīng)興奮，血管收縮，組織血流量應(yīng)該減少，而實(shí)際上并不是這樣。運(yùn)動后，肌肉的血管舒張、血流增加，血流量是平時(shí)的30～40倍[15,16]，依據(jù)新的循環(huán)調(diào)控觀點(diǎn)，循環(huán)主要是以滿足機(jī)體的氧供和代謝能量物質(zhì)需要為目的的，運(yùn)動時(shí)細(xì)胞代謝加劇，對氧的需求會比平時(shí)大很多，代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生速度也加快，代謝產(chǎn)物在血液中堆積，特別是乳酸、腺苷、二氧化碳等代謝產(chǎn)物對循環(huán)血管的刺激作用很大，血液中代謝產(chǎn)物的作用超過了交感兒茶酚胺的作用，全身交感兒茶酚胺效應(yīng)使得血壓增高和心率增快[22,23]，表現(xiàn)在非運(yùn)動組織的交感兒茶酚胺的血管收縮和血流減少作用并沒有表現(xiàn)出來，反而導(dǎo)致運(yùn)動肌肉血管極度舒張，血流量增加，就充分說明了循環(huán)調(diào)控是圍繞循環(huán)的目的進(jìn)行，運(yùn)動時(shí)主要是局部代謝產(chǎn)物增加實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動肌肉循環(huán)和全身血流再分布的調(diào)控。相關(guān)代謝改變、運(yùn)動和睡眠調(diào)控的內(nèi)容另文專述。

3.5 循環(huán)調(diào)控中神經(jīng)體液調(diào)控的作用模式

參照上文中生命整體調(diào)控示意圖[11]，以簡單類比的方法，用人造“音響調(diào)控系統(tǒng)”模擬以呼吸循環(huán)代謝等功能為主軸的循環(huán)指標(biāo)調(diào)控。首先，循環(huán)調(diào)控環(huán)路需要神經(jīng)傳導(dǎo)信號以及循環(huán)中樞對神經(jīng)傳導(dǎo)信號的整體整合處理，循環(huán)調(diào)控信號在神經(jīng)通路中的傳導(dǎo)時(shí)間短、速度快；而心肌電-機(jī)械收縮、產(chǎn)生壓力、推動血流到達(dá)動脈外周壓力感受器所需時(shí)間長、速度慢。其次，調(diào)控循環(huán)系統(tǒng)的交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)受氧信號的調(diào)控，呼吸調(diào)控信號可通過對自主神經(jīng)的影響調(diào)控心率、血壓等，進(jìn)而影響循環(huán)各指標(biāo)變化[11]。再者，其他系統(tǒng)也通過各種神經(jīng)體液機(jī)制參與調(diào)控循環(huán)[13]。

3.6 血壓調(diào)控與高血壓的形成機(jī)制

從人體功能優(yōu)化管理角度看，循環(huán)功能和血壓的調(diào)控都是具有自動趨向于優(yōu)化和穩(wěn)定的特性。血壓增高需要心臟增加做功，屬于非優(yōu)化趨向，必然有其原因。用血液循環(huán)的目的來探討比較合理的高血壓形成機(jī)制，可以分別從供應(yīng)不足、產(chǎn)物過多和物質(zhì)供應(yīng)匹配失衡來分析論述之。

3.6.1 代謝底物不足 細(xì)胞新陳代謝的兩個(gè)底物是氧和能量物質(zhì)，正常機(jī)體內(nèi)儲存的氧極少，機(jī)體代謝所需的氧主要通過循環(huán)經(jīng)呼吸從外界攝取。無論什么原因?qū)е轮匾鞴?、組織和細(xì)胞的血液供應(yīng)減少，必然使代謝底物供應(yīng)不足。機(jī)體為了滿足自身代謝和功能維持的需要，會通過神經(jīng)體液、內(nèi)分泌等各種途徑來增加心臟做功，提高灌注壓、擴(kuò)張血管、提高血流量，從而增加代謝底物的運(yùn)輸，以滿足和適應(yīng)機(jī)體生命活動的需要。有機(jī)整體人體的心臟和血管系統(tǒng)的自我優(yōu)化功能，使得人體在其他條件不變的情況下，不會無緣無故地提高血壓增加做功的。代謝底物供應(yīng)量和效率相對不足，使機(jī)體的血壓升高的典型代表包括正常生理學(xué)的運(yùn)動反應(yīng)和病理生理性的心、腦、腎、肝等缺血性疾病。在醫(yī)學(xué)研究動物實(shí)驗(yàn)中，使用簡單的心腦腎肝等臟器血管部分結(jié)扎和狹窄制造高血壓模式就是最好例證[36,37]。

3.6.2 代謝底物失平衡 正常生理情況下，氧和能量物質(zhì)兩個(gè)代謝底物是匹配的，兩者的失平衡可以使得人體更趨向于高血壓。當(dāng)機(jī)體攝入的能量物質(zhì)過多時(shí)，必然需要更多的氧來滿足機(jī)體代謝的需要。在其他條件不變的情況下，氧飽和度提高空間有限，只有增強(qiáng)心臟做功，通過升高血壓提高灌注壓增加血流，來運(yùn)輸更多的氧供機(jī)體代謝。但是，與此同時(shí)，也會運(yùn)送來更多的營養(yǎng)物質(zhì)，形成惡性循環(huán)，久而久之使機(jī)體的血壓升高偏離正常范圍。當(dāng)機(jī)體運(yùn)動過少，體內(nèi)的能量物質(zhì)堆積，使其與氧的比例失衡，機(jī)體為了運(yùn)輸更多的氧來處理這些能量物質(zhì)，同樣也可能會使血壓升高。

3.5.3 代謝產(chǎn)物過多及運(yùn)動后的血壓優(yōu)化機(jī)制 運(yùn)動期間當(dāng)機(jī)體的代謝率升高，細(xì)胞代謝加劇，代謝產(chǎn)物蓄積，濃度急劇升高時(shí)，其代謝產(chǎn)物會刺激血管舒張，增加血流從而加快清除代謝產(chǎn)物，維持機(jī)體代謝所必需的內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。如果代謝產(chǎn)物，特別是乳酸等顯著蓄積，會使運(yùn)動后非運(yùn)動組織運(yùn)動期間收縮的血管進(jìn)一步產(chǎn)生繼發(fā)性舒張，在其他條件不變的情況下會增加非運(yùn)動組織血流，使得已經(jīng)偏離正常范圍的血壓，發(fā)生明顯降低，從而解釋運(yùn)動康復(fù)治療高血壓的機(jī)制。

總之，循環(huán)是生命存在的基礎(chǔ)。系統(tǒng)生理學(xué)中僅僅提到了血液循環(huán)的主要目的是運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)以外，幾乎所有的章節(jié)都是討論心臟和血管做功、壓力、阻力和血流等循環(huán)表征/現(xiàn)象之間的相互關(guān)系，但由于人體身體的生理反應(yīng)應(yīng)該都是圍繞目的進(jìn)行調(diào)控的，因此這種獨(dú)立于整體和目的之外的系統(tǒng)生理學(xué)不可能真正準(zhǔn)確地解釋血液循環(huán)的發(fā)生、發(fā)展及其調(diào)控。整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系從宏觀的人的角度出發(fā)，用整體的觀念來探討各系統(tǒng)之間的調(diào)控關(guān)系，探索生命本質(zhì)，對于醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展有重大意義。

1. 威廉.哈維(英)著，田沼譯.心血運(yùn)動論[M].北京： 北京大學(xué)出版社，2007,

2. 孫興國. 整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系： 人體功能一體化自主調(diào)控[J]. 中國循環(huán)雜志, 2013, 28(2)： 88-92.

3. 孫興國.生命整體調(diào)控新理論體系與心肺運(yùn)動試驗(yàn) [J].醫(yī)學(xué)與哲學(xué)(人文社會醫(yī)學(xué)版), 2013, 34(3)： 22-27.

4. 樊代明. 整合醫(yī)學(xué)初探[J]. 醫(yī)學(xué)爭鳴, 2012, 3(2)： 3-12.

5. 樊代明. 醫(yī)學(xué)與科學(xué)[J]. 醫(yī)學(xué)爭鳴, 2015, 6(2)： 1-19.

6. 胡大一. 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展探尋多學(xué)科整合之路[J]. 醫(yī)學(xué)與哲學(xué)(人文社會醫(yī)學(xué)版), 2009, 30(2)： 8-13.

7. 樊星, 楊志平, 樊代明. 整合醫(yī)學(xué)再探[J]. 醫(yī)學(xué)與哲學(xué)（人文社會醫(yī)學(xué)版）, 2013, 34(3)： 6-11.

8. 寧亮，孫興國． 心肺運(yùn)動試驗(yàn)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的臨床應(yīng)用[J]．中國全科醫(yī)學(xué), 2013, 16(11)： 3898-3902.

9. Sun XG, Guo ZY. New theory of breathing control： a complex model integrates multi-systems[J]. FASEB J, 2011, 25： A LB634.

10. Sun XG, Guo ZY. Decreased magnitudes of arterial O2and CO2oscillation explain cheyne-stokes periodic breathing pattern in heart failure patients[J]. FASEB J, 2011, 25：A847.24.

11. 孫興國.整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系概論I：呼吸調(diào)控新視野[J]. 中國應(yīng)用生理學(xué)雜志, 2015, 31(4)： 295-301.

12. 孫興國.整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系概論Ⅲ：呼吸循環(huán)代謝一體化調(diào)控環(huán)路中神經(jīng)體液作用模式[J]. 中國應(yīng)用生理學(xué)雜志, 2015, 31(4)： 308-315.

13. 孫興國. 人體生理一體化整體調(diào)控新視野-整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系 [M]. //李廣平.海河心臟病學(xué)理論與臨床2014.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社, 201： 798-803.

14. Moore KL, Agur AMR, Dalley AF. Essential clinical anatomy[M]. 2nd ed. Lippincott：Williams & Wilkins,v2002： 199.

15. 姚泰，曹濟(jì)民，樊小力，等. 生理學(xué)[M]. 第二版. 北京：人民衛(wèi)生出版社, 2010.

16. Guyton A, Jones C, Coleman T. Circulatory physiology[M]. 2nd ed. Philadelphia： WB Saunders, 1973.

17. Zucker IH, Schultz HD, Li YF, et al. The origin of sympathetic outflow in heart failure： the roles of angiotensin II and nitric oxide[J]. Prog Biophys Mol Biol, 2004, 84(2-3)： 217-232.

18. Herring N, Danson EJ, Paterson DJ. Cholinergic control of heart rate by nitric oxide is site specific[J]. News Physiol Sci, 2002, 17： 202-206.

19. 姚泰. 心血管中樞及心血管活動的整合型式[J]. 生理科學(xué)進(jìn)展, 1984(04)： 329-332.

20. 范偉. 心血管反射的相互影響及心血管中樞的整合作用[J]. 泰山醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào), 1992(01)： 120-126.

21. 姚泰. 中樞神經(jīng)系統(tǒng)對血壓的調(diào)節(jié)[J]. 生理科學(xué)進(jìn)展, 1989(03)： 276-283.

22. Wasserman K, Hansen JE, Sue DY, et al. Principles of exercise testing and interpretation[M]. 5th ed. Philadelphia： Lippincott Williams & Wilkins, 2011.

23. Wasserman K, Stringer WW, Sun XG, et al. Circulatory coupling of external to muscle respiration during exercise. In Wasserman K ed. Cardiopulmonary exercise testing and cardiovascular health[M]. Armonk, NY： Futura Publishing Company, 2002： 1-25.

24. 孫興國.心肺運(yùn)動試驗(yàn)在臨床心血管病學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值和前景[J].中華心血管病雜志, 2014, 42(4)： 347-351.

25. 孫興國，姚優(yōu)修，李軍，等. 人體動脈血?dú)庑盘柌ɡ耸阶兓膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證及連續(xù)動脈逐搏取血血?dú)夥治龇椒ǖ慕J]. 中國應(yīng)用生理學(xué)雜志, 2015, 31(4)： 316-321.

26. 姚優(yōu)修，孫興國，李軍，等. 心衰患者動脈血?dú)獠ɡ耸阶兓冉档偷某醪綄?shí)驗(yàn)證據(jù)[J]. 中國應(yīng)用生理學(xué)雜志, 2015, 31(4)： 322-325.

27. Weise F, Heydenreich F. Effects of modified respiratory rhythm on heart rate variability during active orthostatic load[J]. Biomed Biochim Acta, 1989, 48(8)： 549-556.

28. Paul Wood. The Eisenmenger syndrome： I[J]. Br Med J, 1958, 2(5098)： 701-709.

29. Paul Wood. The Eisenmenger Syndrome： II[J]. Br Med J, 1958, 2(5099)： 755-762.

30. West JB. Respiratory physicology： the essential[M]. 6th ed. Lippincott William&Wilkins, 2003, 127-128.

31. Pinna GD, Maestri R, Mortara A, et al. Periodic breathing in heart failure patients： testing the hypothesis of instability of the chemoreflex loop[J]. J Appl Physiol, 2000, 89(6)： 2147-2157.

32. Sun XG, Hansen JE, Beshai JF, et al. Oscillatory breathing and exercise gas exchange abnormalities prognosticate early mortality and morbidity in heart failure[J]. J Am Coll Cardiol, 2010, 55： 1814-1823.

33. Sun XG, Hansen JE, Stringer WW, et al. Carbon dioxide pressure-concentration relationship in arterial and mixed venous blood during exercise [J]. J Appl Physiol， 2001, 90：1798-1810.

34. 謝思欣，孫興國，譚曉越，等. 心源性睡眠呼吸異常：心衰患者睡眠期間陳施呼吸臨床研究的初步報(bào)告[J]. 中國應(yīng)用生理學(xué)雜志, 2015, 31(4)： 329-331.

35. 張雪梅，孫興國，劉方，等. 心源性運(yùn)動呼吸異常：心衰患者心肺運(yùn)動試驗(yàn)期間的波浪式呼吸[J]. 中國應(yīng)用生理學(xué)雜志，2015, 31(4)： 365-368.

36. 楊寧,胡立斌,張中中,等. 腎血管性高血壓動物模型建立及指標(biāo)監(jiān)測[J]. 介入放射學(xué)雜志, 2002(02)： 117-119.

37. 楊小慢,陸德琴,李賢玉,等. 雙腎雙夾大鼠腎血管性高血壓模型的制作[J]. 心腦血管病防治, 2009(05)： 341-343+346+320.

New theory of holistic integrative physiology and medicine II: New insight of the control and regulation of circulation

SUN Xing-guo△

（State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, National Research Center of Clinical Medicine for Cardiovascular Diseases，Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China）

Objective:e interpretation of control and regulation of circulatory parameters in traditional physiology has some limitations. Human being is an organic, circulatory control and regulation should involve all the systems. Methods: Based upon the theory of holistic integrative physiology and medicine，we approach to explain the circulatory control and regulation from its purpose. Results:e main purpose of circulation is to maintain a stable metabolism of cells，i.e. transport oxygen （from lung）and nutrients （from gastrointestinal tract）to cells, and return carbon dioxide and metabolic products back for elimination. Based on this goal, all respiration and gastrointestinal digestion, absorption, urinary excretion, etc. are integrative together for regulation to maintain the supply-demand balance at any metabolic status of resting, exercise and sleep. So that, we can explain many existing problems and questions, for example: why and how the foramen ovale closed aer birth; mechanism of Cheyne-Stokes respiration; blood fl ow redistribution during exercise; variabilities of systolic blood pressure, heart rate and autonomic tone. Conclusion :e circulatory control and regulation is the integration of all systems of the body.

holistic integrative physiology and medicine theory; integrated regulation of respiratory; circulatory and metabolic axes; integrated regulation of digestive; absorptive; neuro-hormonal regulation; Cheyne-Stokes respiration; blood fl ow redistribution during exercise; systolic blood pressure; heart rate and autonomic tone variability; foramen ovale close aer birth

R331

A

1000-6834 (2015) 04-302-006

＊ 【基金項(xiàng)目】國家自然科學(xué)基金醫(yī)學(xué)科學(xué)部面上項(xiàng)目（81470204）；國家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題(2012AA021009);中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院國家心血管病中心科研開發(fā)啟動基金（2012-YJR02)

2015- 06-05

2015-07-05

△【通訊作者】Tel： 010-88398300 ；E-mail： xgsun@labiomed.org