用電子儀器了解生命的信息
本文刊登于《中華業余無線電研究會60周年紀念特刊》 (2009年3月 香港)
作者:www.linkwan.com?林和安、Vincent
亞健康是介于健康與疾病之間的一種狀態,普遍存在于現代人類之中?,F代醫學證明,亞健康源自長期的壓力、缺乏鍛煉、飲食不合理,同時也和環境污染等有很大的關系。從病理生理角度來看,亞健康與人體血液酸性化和微循環障礙有關。微循環是人體組織細胞吸收營養與氧氣,排出代謝產物的交換場所,微循環障礙是百病之源。
世界衛生組織認為,疾病的痊愈60%源自人體自我的康復能力,40%是藥物的作用,這充分說明了調動人體潛能的重要性。生命在于運動,適當體育鍛煉對改善微循環有益,特別是有氧運動。一些運動員,特別是從事大運動量、高強度訓練的運動員,由于體育鍛練過度或競賽時精神緊張等因素有可能引起機體免疫功能抑制及體內存在太多的自由基。從運動場上退下后看似身強體壯,其實平時身體未調整到正常體質,到老了引致疾病纏身。
不做體育運動也能改善微循環嗎?據筆者所知,臺灣“全程靜坐”創始人席長安教授所積極推廣的“生命自主再進化”,就能使人的內在意識狀態不斷完善。這種靜坐是一種深層次的有氧活動,能促進微循環暢通,并啟動腦內源發性物質的分泌,提高免疫系統的能力,使得身心全面健康發展。
對于健康而言,“運動”與“靜止”是既對立又統一的。本文從電子愛好者角度與大家分享有關“生命的信息”。
一、有氧運動
1、有氧運動與健康
氧氣是人體正常生活不可缺少的物質,人體細胞代謝需要氧來配合完成。缺氧對身體會產生一系列不良反應,導致許多疾病的出現。人體運動是需要能量的,如果能量來自細胞內的有氧代謝(氧化反應),就屬于有氧運動;但若能量來自無氧酵解,就屬于無氧運動。有氧運動時,葡萄糖代謝后生成水和二氧化碳,通過呼吸很容易地排出體外,對人體無害。無氧運動卻將這些酸性產物堆積在細胞和血液中,而形成“疲勞毒素”,讓人感到經常疲乏無力。那些只從事勞損體力勞動的人或不定期作運動的人,經常覺得疲憊不堪,就是這么一回事。
有氧運動可以提升氧氣的攝取量,使血氣流通而活化細胞,更好地消耗體內多余的熱量。有氧運動的特點是強度低、有節奏、持續時間較長,可使心搏量增大,并有節奏地增強肌肉組織的彈性,協助心臟的工作,而被稱為副心臟。有氧運動改善全身耐力進而增加體力,使精力旺盛,即“生命在于運動”的意義所在。常見的有氧運動項目有:步行、慢跑、滑冰、游泳、騎自行車、打太極拳、跳健身舞、做韻律操等。正確的有氧運動,就如同鍛煉出眾多的副心臟,更好地保障健康。
2、有氧運動的效果
心率是測定有氧運動效果和強度的最好指標?,F代健身房里很多健身器械都有消耗卡路里(熱量)的計數器。但事實上,這種計數器大多與實際消耗有很大的差異,并且熱量消耗與脂肪消耗之間并無恒定比例。脂肪的分解代謝是一系列復雜的反應,而心率則反映出交感神經的興奮度。交感神經的興奮可以促進一系列脂解激素的分泌,從而活化脂解酶,使儲存在脂肪細胞組織里的脂肪分解為游離脂酸和甘油,而脂酸在氧供給充足的條件下,可分解成二氧化碳和水并釋放大量的能量。
那么有氧運動時達到多少心率或多大強度合適呢?一般應在最大心率(即MHR,其計算方法是220-你的年齡)的60%~75%。比如,一位30歲的朋友,最大心率為220-30=190,190× 60%=114,190×75%=145,即心率保持在114 ~145左右的鍛煉是有效和安全的。
二、微循環
1、微循環的三個重要步驟
微循環是指微動脈和微靜脈之間的血液循環,也是血液與人體細胞進行物質交換的場所。微循環的組成隨器官而異,典型的微循環一般由微動脈、后微動脈、毛細血管前括約肌、真毛細血管、通血毛細血管、動靜脈吻合支和微靜脈等七個部分組成。微循環的血液可通過三條途徑由微動脈流向微靜脈。
其一是迂回通路。血流從微動脈經后微動脈、前毛細血管括約肌、真毛細血管網,最后匯流至微靜脈。這條通路是血液與組織進行物質交換的主要場所,也稱為營養通路。安靜時,骨骼肌中真毛細血管網大約只有20%處于開放狀態;運動時,真毛細血管開放數量增加,為組織提供更多的營養物質。
其二是直捷通路。血流從微動脈經后微動脈、通血毛細血管至微靜脈。這條通路較直,流速較快,加之通血毛細血管管壁較厚,又承受較大的血流壓力,故經常處于開放狀態。因此,這條通路的作用不是物質交換,而是使部分血液通過微循環快速返回心臟。
其三是動、靜脈短路。血流經微動脈,通過動、靜脈吻合支,直接回到微靜脈。動靜脈吻合支的管壁厚,有完整的平滑肌層,主要分布在皮膚、手掌、足底和耳廓,其口徑變化與體溫調節有關。當環境溫度升高時,吻合支開放,上述組織的血流量增加而散發熱量;環境溫度降低,吻合支關閉而保存體內的熱量,使身體維持體內外的平衡體溫。
2、影響微循環血流量的因素
微動脈、后微動脈、毛細血管前括約肌和微靜脈的管壁含有大量平滑肌。它們的舒縮活動直接影響到微循環的血流量。
微動脈是毛細血管前阻力血管,在微循環中,起“總閘門”的作用,其口徑決定了微循環的血流量。當舒縮血管活性物質在血中濃度增加時,微動脈收縮,毛細血管前阻力增大,減少了微循環的血流量。
后微動脈和毛細血管前括約肌也屬于毛細血管前阻力血管。在微循環中,它們起著“分閘門”的作用,它的開閉直接影響到真毛細血管的血流量。而該處的血流量、對物質交換最為重要。
微靜脈屬于毛細血管后阻力血管。在微循環中,起“后閘門”的作用。其口徑的變化在一定程度上控制著靜脈回心血量。在安靜狀態下,真毛細血管僅有20%開放,就可容納全身血量的5%~l0%,可見微循環有很大的潛在容量。
如果某些因素引起全身微循環真毛細血管大量開放,循環血量將大量的滯留在微循環內,導致靜脈回心血量和心輸出量減少,動脈血壓隨之下降,可自然緩解高血壓癥狀。冬天一些人總感覺手腳冰涼的原因是自然界的溫度降低,人體血管收縮、血液回流能力減弱,使得手腳,特別是指尖部分血液循環不暢,即人們常說的“神經末梢循環不良”,而導致手腳總感覺冰涼。這種現象在經常運動的人中就不容易出現,從而顯示運動促進了血液循環,使血流更流暢,即運動能促進身體的微循環,讓身體更健康。
三、血氧儀原理及應用
1、血氧飽和度
人體血液是通過紅細胞與氧結合來攜帶氧氣。動脈血氧飽和度俗稱血氧飽和度(SaO2),是指紅細胞與氧結合達到飽和程度(全部結合)的百分數。
SaO2 (%)=氧合血紅蛋白(HbO2)/(氧合血紅蛋白+脫氧血紅蛋白(COHb))
SaO2是高海拔地區天然缺氧環境下反映人體身體狀況的重要參數。在平原地區,正常人的血氧飽和度在94%以上。當高原缺氧超過了來自低海拔地區的游客機體自身調節的限度,就會引起一系列不適,甚至疾病。因此前往高海拔地區的旅客或者登山愛好者,攜帶小型SaO2監測設備,結合心率、血壓等生理參數的監測,能很好地保證旅程安全。
2、血氧儀的工作原理
圖1 血氧儀的工作原理框圖
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圖2 血氧儀 |
簡單的血氧儀原理如圖1所示。儀器通過LED發光,對充血人體末梢組織(如手指或耳垂等部位)進行照射,再由傳感器接收反射的光信號,再轉換成電信號,獲得對不同波長紅光和紅外光的吸光度變化率之比(R/IR值),最終由微處理器計算出動脈血氧飽和度的數值,并顯示出來。典型的血氧儀組件包括:一個微處理器、內存(EPROM與RAM)、兩個控制LED的數模轉換器、對光電二極管接收信號進行濾波與放大的器件、將接收信號數字化并提供給微處理器的模數轉換器。LED與光電二極管放置在與被測者指尖或耳垂接觸的小型探針中。
血氧儀的工作原理基于動脈搏動期間光吸收量的變化,分別位可見紅光光譜660納米(R)和 紅外光譜940納米(IR)兩個光源交替照射的測試區,在這些脈動期間所吸收的光量與血液中的氧含量有關。微處理器計算所吸收這兩種光譜的比率,并將結果與存在內存里的飽和度數值表進行比較,最終輸出血氧飽和度的數值。
圖3 血氧儀的測量過程
由于生物組織是一種強散射、弱吸收、各向異性的復雜光學系統,會導致表達紅光和紅外光吸光度相對變化。其測量值(R/IR值)與動脈血氧飽和度(SaO2)之間關系的數學模型建立比較困難。但可通過實驗方法來確定R/IR與SaO2的對應關系,即定標曲線。大多數脈搏血氧儀生產廠家都采用實驗方法獲取經驗型的定標曲線,完成產品出廠前的預定標值。
現在一些廠家生產的血氧儀,僅比姆指稍大,夾于手指上就可測試出血氧情況。筆者采用一種能聯接計算機HealForce 牌Prince-100H血氧儀對患有睡眠窒息癥的朋友進行測試,該儀器可提供打印報告及儲備數據作分析,圖4是患者在睡眠過程中出現兩次缺血氧事件的資料。
在運動前后,采用指式血氧儀,測量運動前后的血含氧量,可作為分析及檢證有氧運動的指標。提高血氧飽和度,降低血液粘稠度,直至改進血流末梢的微循環。改善血氧含量,可減少得癌機率。因為血中氧氣太低及自由基濃度太高,會加速癌細胞分裂及蔓延。
圖4 血氧儀的測試報告
四、簡單有效的運動保健方法
1、PERSON保健法
“PERSON”是美國老年學會提出的一種保健方法。由Purpose(目的)、Exercise (鍛煉)、Recreation (娛樂)、Sleep (睡眠)、Oxygen (氧氣)、Nourishment (營養)的第一個字母組成。有趣的是,“PERSON”正好是英文的“人”,與我國當前提倡“以人為本”的思想不謀而合。在該保健方法中,鍛煉和氧氣是最重要的兩項指標。
鍛煉包括軀體、頭腦和精神三方面。其中,軀體鍛煉的作用主要是保持關節的活動性,減少鈣的流失,增強免疫力,改善消化和排泄功能,增加消耗和排除不良情緒。青年人可在球類、田徑或體操方面堅持1~2項運動。大腦的鍛煉可防止早衰。精神狀態雖與人格、心理有關及受各種因素影響,但適當的鍛煉也很重要。良好的精神狀態源于健康的心理狀態,最重要是培養自己對環境的適應能力:如處變不驚、處逆不悲、處憎不怒、處勝不傲、樂于好奇和保持童心。大腦鍛煉也有助于精神鍛煉。
氧氣是維護大腦和全身正常代謝的重要元素,保持室內良好通風,不吸煙,適當的有氧運動等都能有效維持體內細胞的含氧量。堅持適當的有氧鍛煉和戶外活動,都可增加大腦血氧供應。因此,PERSON保健法也是心腦同樣重視的運動。
2、拍手功
拍手屬于中等耐力的有氧運動,能夠有效提高人體心肺功能。不要小看這個動作,對身體確實有益。因為我們的手上有數百個穴位,拍手時可以振蕩氣脈,帶動十二經脈和奇經八脈(含任督二脈)的循環,把身上陰寒和污穢之氣,從十個手指的尖端排出去。如同中醫所說:所有疾病都是氣血失調所致,氣是健康的關鍵。
標準的拍手功是將十指張開,兩手的手掌對手掌,手指對手指用力拍。這種拍法的優點是打擊面最完全,刺激量最大,因此治病強身的效果最好,但躁音大會令人難以消受。為了減少拍手時的躁音,可用“空心掌”拍手,即將手掌弓起,拍手時手指仍張開,拍下去時,只拍到手指尖及手掌的邊緣部分。
練拍手功的時間與地點需注意。拍手功不宜在剛吃飽后練,否則會妨礙消化,飯后至少要過半小時才能練。對上班族來說,靜坐可能不方便,利用清晨早餐前幾分鐘,拍手刺激手上身體各部反射區,以激活全身各組織器官,對一天的心情是很有益的。晚餐后略事休息,一邊散步一邊拍手是一項幫助消化,恢復身心和精力的好方法。
五、靜坐
1、習閑與靜坐
臺灣席長安教授提倡“生命自主再進化”是要我們回歸自然,提倡習閑及靜坐減少外部干擾,使生命能正常運作,對身心健康發生根本性與全面性的作用。入靜后,人體對氧氣和能量的需求量大大減少,從而減少自由基產生的堆積,使人體達到更加健康的狀態,延緩衰老。通過人體先天的潛在本能調整人體內在秩序的狀態。有興趣學習席教授學說的朋友可瀏覽網頁《生命自主的化解與再進化》及《習閑》兩文。
http://hks.cgan.net/cganself/founder/xca/index.htm
http://hks.cgan.net/cganself/founder/health/soul04.htm
圖5 作者(右2)與席長安教授(中)合影
我們可以從日常生活中的“減低干擾”著手來培養自己的“耐性”,直至做到心不煩?!澳托浴笨梢杂伞傲曢e”著手,平素無事之時,習于安閑自在,不需消遣,仍不會覺得無聊,日久可以自然安靜愉悅。培養“耐性”與“習閑”,能使生命力在“減低干擾”中成長。衰老和死亡都由長期“積漸”而成,乃是“一天壞一點”的結果。所有的“保健之道”都上應落實到“一天好一點”。檢討自己的生活,反省自己的心態通過改進意識狀態來舒發生機,直接使生命力“一天好一點”,促進身心健康根本性和全面性的改善。
此外,一般正常的人皆具有生存意志與求生能力,同時也都具有“求死傾向”。假如人沒有這種“求死傾向”或予以消解,人的生命就可能延長至生命的極限。
2、靜坐與疾病治療
采取“靜坐”的方法,在潛意識支配下的自發動作,能發揮意想不到的作用。它既無套路又無心理暗示,完全出于“本能和需要”,是在大腦保護性的抑制狀態下,由潛意識所支配。
哈佛醫學院對靜坐進行一些研究,他們把健康的靜坐者帶到實驗室里,替他們裝上靜脈導管、動脈導管、量心跳數與心律的電極、量腦電波的電極,以及可以收集他們呼出的氣體的面罩等儀器,用來測量他們的新陳代謝。通過科學實驗發現,靜坐過程可以引起身體上相應的生理變化。這些變化對于所有壓力導致的疾病都有直接促進健康的作用。這些簡單的靜坐過程很適合治療這類疾病,顯示出現代醫學的進步。
將靜坐用于治療因壓力所引起的疾病己經成為一種廣被推薦的治療方法。應用于情緒緊張、焦慮不安、心律不整、長期疼痛與失眠的治療。此外也用來治療因癌癥與艾滋病治療所產生的副作用。
3、腦電波
腦電波能觀察腦中產生的各項情緒變化。50年前西德伯杰教授發現人腦處于一種連續自發振蕩的狀態,他將腦電波分成α波、β波及θ波等(如圖6所示)。大腦產生生物電振蕩主要來自神經細胞的新陳代謝,這些腦電波活動是自發的,但與感官(五官)是否受到刺激,神經系統是否正常,年齡及其身體狀況有關。
圖6腦電波圖示例
α波:頻率在8~13Hz范圍,α波與一個人的心情是否平靜隨和、感覺是否輕松愉快有關。因此,正確的靜坐可以改進健康,反之,憂慮和緊張會抑制α波。
β波:頻率在14~26Hz范圍,這種波由憂慮和緊張所引起。它能明顯地影響內臟的分泌發生,而導致疾病。
θ波:頻率在4~7Hz范圍,這種波會出現在半醒半睡的入夢狀態中,感受到各種影像,如童年的回憶及各類難忘的經歷。這種幻覺狀態能增加靈感與創造力,一般靜坐至忘我狀態時,都會有所發生 。
δ波:頻率0.5~3Hz范圍,只有健康成人在睡眠時,才能被觀察到這種腦電波。
α波和θ波電壓越高表明人體腦細胞作用進入最佳狀態。α波的顯著增加表示可通過意識活動來實現對人體系統進行自我調節(自動修復),意識層次容易轉進入潛意識層次。發掘人類本能對人體內臟器官進行主動自動調控。α波及θ波出現可能是在腦中形成了密閉的神經回路,造成A10快感神經系統分泌出腦源性分泌物質所致。
4、腦電波儀的原理及應用
腦電波從大腦皮層表面,經腦細胞、組織、頭骨到達頭皮時信號已十分微弱,約20~200微伏(μV),只有將腦電波信號加以適當放大,才可針對性地進行運算處理,目前主要采用非侵入式腦電波測量方法。腦電波由腦部經頭蓋骨及頭皮透過氯化銀電極來測量腦部神經細胞所產生的電位,如圖7所示。
圖7非侵入式腦電波電極量測圖
人體腦部神經活動的狀況對應所測量的電位差。測量此電位差,基本采用模擬電路加上微處理器組成測量系統,包括電極、前置放大器、穩壓電路、濾波器、A/D轉換電路、微處理器等。若加上通信接口,還可連接計算機,將測量結果進行記錄和分析。腦電波是一種比較敏感的客觀指標,不僅用于腦科學的基礎理論研究,而且應用于臨床實踐,與人類的生命健康息息相關。
圖8 腦電波儀的原理框圖
因為腦電波儀一般使用在有大量電器設備的環境,這些設備周圍空間的電磁場頻率主要是50 Hz。頻率50 Hz干擾落在腦電波信號的頻帶范圍之內,而人體本身屬于電的良導體,“目標”大,通過腦電波檢測裝置導線及人體自身的分布電容,電磁干擾尤其是頻率50 Hz的干擾極易引入人體。因此,通常要求腦電波信號的輸人信噪比在10000:1以上,以免有用信號淹沒在噪聲中,腦電波儀的濾波電路中要設計50Hz的陷波器。
圖9 50Hz陷波器電路圖
結語
總之,要提高身體的健康素質,減少疾病,脫離亞健康,無論是從事靜坐保健者,還是運動保健者,都可通過上述電子儀器,了解運動前后及靜坐的各種狀態。從而及時調整運動、靜坐中的偏差和錯誤,使生命在運動及靜坐統一中健康地延續。
本文得到新加坡自然療法學院院長洪世忠教授及助理林美雪的指導。