正视中医9
以新的视角看中医——《人体热环境医学》(9)
热力学形变发生的条件和人体组织
杜 湧 滨
热力学形变主要是指人体在循环中局部获得的热量值比消耗值多,在过多剩余热量积累的影响下人体微观组织、宏观形态和功能上发生的物理性变化,由此产生的人体组织、器官物理性改变和位置变化。
发生热力学形变的最主要的条件是发生点获得了比需要值高的能量,这个能量主要是由摄入食物带来的热量,其次是由于情绪的改变影响顺畅循环,使热量滞留堆积。
为了说明热力学形变,首先重温一下热的定义。
词条中介绍:“从分子运动论观点看,热的本质是物体内部所有分子动能(包括分子的平动能和转动能)之和,而内能除了包括物体内部所有分子的动能之和外,还包括分子间势能的总和。”“内能通常是指物体内部分子无规则运动的动能与分子间势能的总和。”
人体组织中存在的内能遵从上面所说的物理学基本定理。身体中一个点存在的内能是分子动能和分子间势能的总和。
如果人体中的某一点循环状态是正常的,那么这个点所包含的内能是正常的,内能正常包括两点,首先是分子间的距离正常,即分子间的势能正常,这时分子间的距离处于平衡处,势能处于最小,基本是零。
第二是这个点的温度正常,说明物体内部分子无规则运动正常,即分子的动能正常,分子这种无规则运动的速度正常。
可以推演,如果身体中的这个点在循环过程中获得了比正常的能量更多的能量,那么它的内能就会增加,所增加的能量无非是增加了其中分子的动能或分子间的势能,首先是增加了分子的动能,即分子的无规则运动速度增加了,这在宏观上的表现是这个点的温度增加。
为了说明问题,我们先套用气体的温度、压强、密度和体积的关系式;
PV=nRT
关系式中P表示压强,V表示气体体积,n表示物质的量,T表示绝对温度,R表示气体常数,所有气体R值均相同。我们可以推演,n的量不变,R是常数,如果T升高了,P和V中的一个,或两个都有升高。
先假设P不变,V升高,那么表示的是这个点的体积增大,但是这种形变是微小的,对身体的影响不大。
还有一点是P增大,V不变,这种情况我认为不可能,P增大,在它的影响下V肯定会增大,因此在T增高后,P和V都会有增大。
在P和V都增大以后,这一点就已经发生了热力学形变,即压强和体积都有增大,这种现象发生后,它可能会对这个点的循环造成微小的影响,内部的压强大了,这个点在循环中的柔顺性变差,比如说原来这个点随着身体整体的循环有一种舒缓的脉动性的运动,因为压强大了,内部的压力增加,这种舒缓的脉动性会变差,达不到应有的程度,这在微观上讲会对循环有影响,同时这一点的体积也会有稍有增加,这个增加从微观意义上讲占据了更大的空间,也占据了相邻物质的空间,引起这个点本身和相邻物质的位置改变,这同样会影响微观的循环。
我们的身体实际上每时每刻都会有这种微观的热力学形变发生,但身体的循环系统、免疫系统会解决这个问题,转移走多余热量,使其温度达到正常标准,于是这点的体积和压强都随之恢复正常。这种微小的随时发生又随时被解决的过热引起的形变并不对身体造成宏观影响。
如果身体中的某一点获得由循环输送的能量比正常的大,这个能量主要以分子动能的形式获得,即这个点分子获得的动能高,分子无规则运动的速度大,温度就高,这时这个点体积、压强增大,但达到一定程度后,体积的增大会受到限制,例如包裹这个点的是筋膜类的致密结缔组织,会限制体积的增大,这样的话其内部的压强就会增大。
在这一点内部,分子会通过碰撞逐渐将动能传导给相邻点的分子,但这并不能及时将多余动能全部输出,如果在循环过程中还有源源不断的能量供应这个点,这样有可能这个点的动能会逐渐增加。
在分子无规则运动剧烈程度达到一定量后,有可能会达到其中某种分子的共振点,使它们发生共振,共振时释放出大量的能量,这些能量会传导给其中的水分子,可以把水分子碰撞加速到它的逃离这个点的速度,于是造成部分水分子逃逸,在水分子逃逸后,其它分子之间的距离将会因此而缩小,缩小到分子在两次碰撞之间的运动速度达不到分子运动的最高速,分子还在加速运动阶段,虽然加速度大,但速度并不大,这在宏观上的反应是温度并不高,而恰恰在这种情况下,分子之间的势能会增加,即其它分子间的斥力势能增加了。
按照能量守恒的原理,在斥力势能增加的同时,分子的动能会减少相同的量,动能减小了就意味着温度降低,于是这里的温度会稍有降低。这个温度降低不意味着这一点所包含的内能小了,而是部分动能转变为分子间斥力势能了。
我推测,靠用分子碰撞使水分子逃逸的方法造成的热力学形变不大,因为身体上的过热点不可能被加热到很高的温度,所以虽对身体有影响但不会很大。如果当身体内部这个点获得的外界输送的能量达到一定的程度,以上用来贮存、输出能量(靠加剧分子无规则运动速度来贮存,靠向外通过碰撞来输出能量)的方法已经不能容纳、转移更多的能量(热量)了,于是就必须有一种方法来消耗或转化贮存这些“堆积”的能量。
当分子的无规则热运动达到一定频率时(即温度上升到一定时),正好是它共振频率,这时这个点会物理性的产生振荡,于是振幅增大很多,释放的能量急剧增加。
它以振荡的形式向外释放的能量又会使其中部分水分子在短时间获得高动能,使水分子运动速度加速到水分子可以迅速逃逸速度,水分子逃逸后,使得其它分子间的距离缩小,缩小到斥力势能不再为零,能量贮存的方式有可能从分子动能转变成为以分子间的斥力势能为主了。
图:分子间引力和斥力能量图,横轴为分子间的距离,纵轴为分子力
我推测,这种过热点一般都是筋膜、筋管类的结缔组织(原理后面叙述)。
由于水分子的逃逸,其它分子间的距离缩小,那么从宏观上看这个点发生了挛缩,分子的动能由于分子间的距离缩小,以致分子运动速度可以在尚未达到最高速时已经撞击到其它分子了,这个时候它的加速度是大的,在这个瞬间的能量贮存形式已经转换为分子间的斥力势能。
这种微观能量贮存形式的转换对身体影响是大的,这就是热力学形变的本质之一。这种形变发生后其能量贮存方式改变了,且这种能量贮存方式并不容易被重新改变回分子无规则运动的动能方式,因为只有将水分子重新“挤”进其它分子间要寻找到正确的方法,寻找这个方法并不容易,分子无规则运动方式可以通过碰撞,传递动能较容易转移能量,但把这种以分子间斥力势能为主的能量贮存的方式转移回分子动能的方式确实困难。
人体有四大组织:上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织。
我认为宏观热力学形变主要发生在以结缔组织为主的各种筋膜、筋管中,这些筋膜、筋管不光是大的筋膜、筋管,而且在各个器官和组织内都有大量的微小的筋膜、筋管,例如毛细血管、肝脏中间的分隔膜、脾脏中的梁网结构、各脏器的包膜,组织中的分隔各个层的隔膜,乃至组织结构中的纤维。
为什么热力学形变会首先发生在筋膜、筋管上呢?当外来带有过高的能量的分子随循环到身体中的这个点,在这个点带有过高能量的外来分子通过碰撞将比身体需要量多的动能传导给该点的组织,接受外来过量能量的结果是该点本身的分子振荡频率因分子运动速度的增加而加快,于是这一点分子因外来撞击动能增加。
在这一点众多的增加了动能的分子会不断撞击包裹着它们的相邻的筋膜筋管,当这些分子无规则热运动撞击筋膜筋管的频率和筋膜筋管的固有振荡频率相同或相近时,二者会发生共振,共振的过程就是能量转移的过程,存在较大动能的分子将动能传导给筋膜筋管,于是筋膜筋管所包含的能量多了起来。筋膜筋管的颜色基本偏于白色,而白色又是由红橙黄绿青蓝紫七色光组成的,因此无论哪一种颜色的分子都会和偏于白色的结缔组织中的某种成分发生振荡,这样筋膜筋管会比其它组织吸收更多的能量。
从上面可以看出,筋膜筋管容易发生热力学形变的关键一点是它们的固有振荡频率容易和分子无规则运动加剧到一定程度后的频率相同或相近,从而发生共振,分子将能量(热量)转移给筋膜筋管。这也应该包括微观组织,如细胞膜、细胞核膜等,因此在细胞发生热力学形变,主要是其微观的膜首先发生热力学形变。
人体的结缔组织在人体中的分布是最广泛的,从某种意义上讲主要由致密结缔组织组成的筋膜筋管是身体的“连接装置”、“循环通道”和“框架”,例如,胸膜、腹膜构成了胸腔和腹腔,又形成包裹中脏器的包膜,韧带。
主要由结缔组织构成的韧带、肌肉包膜连接了骨骼,包裹了肌肉,各个脏器内部也有大量的结缔组织形成框架来支撑固定它们的柔性结构。筋管包括血管、淋巴管、神经鞘,及胰管、胆管、输精管、输卵管等,它们更是构成了人体的循环系统和专门的输送系统,这些筋膜筋管从细微的组织(例如毛细血管和脏器内部的分隔连接组织)到大的循环系统、连接系统都是筋膜筋管构成,可以说筋膜是全身相通的,筋管是以系统相通的。
筋膜筋管的某点发生热力学形变后,牵动相邻部位的同样组织来弥补或迁就这种变化,如果是局部很小的形变不会影响整体循环。且在筋膜筋管的某点发生热力学形变后,如果只是停留在因温度升高,其组织膨胀、僵硬的阶段,那么随着热传导是较容易扩散和恢复原貌的。
我们再来看如果是其它组织发生热力学形变会使怎样一幅图样呢?例如肝脏中的一个肝小叶内部组织发生热力学形变,无论是热力学膨胀还是挛缩,它影响的主要是这一个肝小叶内部,而不牵扯其它的点。再比如肌肉中的一束肌细胞发生热力学形变,只是这束肌肉膨胀僵硬,不会对相邻的肌束发生大的影响。
综上所述,我断定发生热力学形变的起始点绝大多数在结缔组织类的筋膜筋管上,以此向相邻的同样组织扩散,并开始逐渐影响它们包裹或相挨的其它组织。
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