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《生物复杂性》——人体生理的混沌与分形(1)

 和静愚 2019-05-24

人体生理主要是结构与功能统一的体现,以复杂性理论认识人体生理,要涉及到分形和混沌理论。

一、人体组织结构的分形是生理维持的基础

分形结构在心脏舒缩力学动力学和电动力学中也起着重要的作用。首先,冠状动脉和静脉分形网为心脏输送着血液。冠状血管的阻断会引起心肌梗塞。其次,血管分形异常也可导致疾病,心脏中的连结组织的分形将二尖瓣和三尖瓣拴到肌肉上,这些组织的破裂,将引致从心室到心房的严重血液回流,导致充血性心脏疾病。另外,在某些心肌及希氏——浦肯野氏系统(它们负责将电信号从心房肌传到心室肌)的分支模式中,分形结构也是很明显的。虽然上述分形解剖结构在不同的器官系统中起不同作用,但是,它们有一些共同的解剖和生理作用,即分形分支或回路大大地增加了表面积,以便于吸收(肠中分形结构的作用)和信息处理(神经的作用)。分形结构通过其冗余性和不规则性保证了较强的鲁棒性和抗损伤的能力。例如,即使希氏——浦肯野氏系统发生大面积损伤,心脏也能继续充当泵而传导心脏电脉冲。目前,分形几何在生理学研究中的应用主要有两个方面,即用于研究缺少单个长度标度的复杂的解剖分枝结构,和用于研究缺少单时间标度的某些复杂的生理过程。也就是说,分形可以是空间分形,也可以是时间分形。

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