中医基础理论创新建构与大讨论之二：阴精阳气关系结构和五藏生克关系结构
2021/7/12 18:00:00 石榴号
张启明
郭院士好，韩老师好，两位是数学和系统控制专家。我想介绍两个中医的系统控制模型——阴精阳气关系结构和五藏生克关系结构，恳请两位给予指导[抱拳][抱拳][抱拳]张启明
人体的阴精和阳气
能够化生能量维持人体功能活动的供能性物质(包括糖、脂肪、蛋白质)称为阴精。单位时间内流过人体或其组成部分的能量(包括热能和化学能，即元阳和元气)称为阳气。张启明
人体的能量代谢——阴精与阳气的依存和制约关系在人体供能物质的分解和合成过程中所伴随的能量释放、转移和利用称能量代谢。生理状态下，阴精与阳气存在着相互依存和制约关系，阴精能化生阳气，阳气的消耗能使人体从外界摄取阴精，即能量代谢，见图7-12。
图7-12 人体阴精阳气的关系
人体阴精阳气的关系结构阴精与阳气的关系类似于生态学的捕食与被捕食(如老鹰与兔子)关系，故仿照Lotka-Volterra生态学模型，取
代表阴精量，以kcal为单位，
代表阳气量，以kcal/d为单位，建立表达阴精阳气关系的数学模型：
(1)
人体阴精阳气变化的定性分析结果经分离变量并积分得：
(2)
这是一个超越方程，其中
为常数，由初始条件
唯一决定。定性分析容易发现，(2)定义了一族近于封闭的曲线，见图7-14。
图7-14
，
随时间变化的相轨线将每一近于封闭的曲线用直线
分成四部分，则阴精阳气的任一波动周期均可分为左下角的阳消阴长、右下角的阳长阴长、右上角的阳长阴消和左上角的阳消阴消四个阶段，此即所谓的“阳生阴长，阳杀阴藏”《素问·阴阳应象大论》。人体阴精阳气变化的数值仿真结果经测定，一个体重65kg的成年男性，体内存贮的可用于供能的糖原(以肝糖原、肌糖原为主)、脂肪(以脂库为主)和蛋白质(以骨骼肌为主)折合能量约68694kcal，维持一般代谢每日约需能量2315kcal。利用变步长四阶龙格～库塔(Runge-Kutta)法求数值解，容易发现，
既存在周期性，又存在随机性，周期约为29.53日，与太阴月周期一致，见图7-15。
图7-15 阴精阳气的概周期变化由数值分析易知，无论在平衡值附近怎样选取初始值，都有阳气的峰值(谷值)较阴精的峰值(谷值)延迟1/4周期。所以，人体阴精阳气的变化规律亦可表述为带时滞地(1/4周期)共生共长、共杀共藏。能量代谢(阴精阳气)的混沌运动特征计算机数值仿真显示，人体的能量代谢既在整体上表现为节律性变化，又在局部表现为随机变化，是一个典型的混沌运动。详见下图。
附图-7 能量代谢奇异吸引子张启明
人体能量代谢(阴精阳气)节律的例证
人体能量代谢(阴精阳气)的波动周期为29.53日，位于女性的25～35日月经周期之中。事实上，在女性的月经周期中，基础体温在卵泡期低于黄体期，其中又以排卵日最低。据信，育龄期女性基础体温的月节律性变化，与雌激素和孕激素对中枢神经系统，特别是对体温调节中枢的作用有关。男性的基础代谢也应具有相应的节律，只是周期较短。
人体的褪黑素分泌、睡眠质量和情绪都有28日的周期性。张启明
能量代谢(阴精阳气)节律的临床意义
既往，我们从《生物化学》学习了三羧酸循环等供能物质的代谢机制，但是不能回答能量代谢的能力和效力高低问题。当掌握了能量代谢(阴精阳气)的节律性变化时，我们就有可能回答这一问题。例如，当疾病状态出现耗能增加(如阳热实证)或降低(如阴寒虚证)时，伴随的是能量代谢周期的缩短和延长。张启明
人体的能量代谢中医称为阴精阳气转化，其波动周期与朔望月一致，符合中医学的“天人相应”原理。说明人体能量代谢的调节除了执行结构——神经-体液(如计算机硬件)之外，背后还隐藏着一种信息调控机制(如计算机的操作系统)，我们将其称为阴阳关系结构。张启明
所以，传统中医学关注的可以是决定五藏功能性质的固定结构(五脏、六腑、奇恒之腑、五体、官窍、经络)，可以是决定五藏功能实现的流变结构(精、气、血、津液)，可以是使五藏功能平稳运行的调控结构(神经系统和体液调节系统)，可以是使这些看得见摸得着的硬件组成有序运行的信息调控软件(关系结构)。张启明
混沌理论(Chaos theory)
是一种用来探讨动态系统中必须用整体、连续的而不是单一的数据关系才能加以解释和预测行为的方法。混沌理论有3个原则：[表情]能量永远会沿着阻力最小的途径传导；[表情]始终存在着通常不可见的根本结构，这个结构决定阻力最小的途径；[表情]这种始终存在而通常不可见的根本结构不仅可以被发现，而且可以被改变。这个根本结构应该是关系结构。张启明
关系结构
太阳对地球的能量供给传统中医学用太极图来表达，地球对人体生命稳态的影响传统中医学用阴平阳秘来表达，月球对人体能量代谢的影响传统中医学用阴精阳气的太阴月节律来表达，所有这些由阴阳表达的关系统称阴阳关系结构。
地球影响人体形成的与气候变化的峰值相位协同的五藏功能节律，传统中医学是以五行生克制化关系来表达的，称五行关系结构。张启明
五行关系结构参考生态食物链的营养供给模式，以关系五行为框架，以阴精和阳气为实体媒介，可建立反映五藏阴精阳气关系的五行关系模型：
(1)确立五行关系结构参变量的实际检测数据五行关系结构有31个参变量，要确定这31个参变量和初始值，不仅需要数学处理技巧，更需要实际检测数据。①一个体重65kg的成年男性，体内存贮的可用于供能的糖原(以肝糖原、肌糖原为主，约600 kcal)、脂肪(以脂库为主，约58495kcal)和蛋白质(以骨骼肌为主，约9599 kcal)折合能量约68694kcal。②一个56.26kg的成年女性体内存贮的阴精可能是107334.4kcal。③30岁男性、女性的平均基础代谢(阳气)分别为1604.4kcal/d和1338.1kcal/d。④极限状态下的基础代谢(如熟睡无梦状态)每日仅消耗能量900kcal。⑤成人每日摄取的食物中约有
以未消化食物的形式随同粪便排出体外。⑥成人每日摄取的食物中约有
因未完全氧化供能随尿排出体外。⑦健康成人在适当时间内吸收的营养物质0.023%因肠道内皮及皮肤细胞脱落等丢失。五藏阴精和阳气的波动周期均为1年计算机数值仿真显示，脾藏、肺藏、肾藏、肝藏、心藏的阴精的波动周期均为1年，肺藏、肾藏、肝藏、心藏的峰值相位依次延迟1/4周期，脾藏和心藏的阴精同盛一时，见图7-22(a)。脾藏、肺藏、肾藏、肝藏、心藏的阳气的波动周期也是1年，阳气的峰值相位均较其阴精延迟1/4周期，脾藏和心藏的阳气也同盛一时。
五藏阴精和阳气的波动还存在7年周期各藏阴精和阳气的波动至少有两个不同周期。阴精的主周期和副周期分别为1年和7年，见图7-22(b)。阳气的主周期和副周期分别为7年和1年，见图7-22(c)。
五藏阴精和阳气呈现混沌运动在由阴精和阳气张成的相平面上，轨线不断重复但从不真正重复。随着时间的延长，轨线将覆盖平衡解附近的区域，见图7-22(d)。
五藏阴精阳气的波动周期具有较大的变化范围计算机数值仿真显示，在人体存贮的阴精量不变的前提下，为了维持能量代谢的太阴月节律，需要每日消耗的能量较高，如2315kcal/d；但为了维持五藏阴精阳气的回归年节律，需要每日消耗的能量较低，如900kcal/d。可能正是在月球的反射光和太阳的直射光影响下，人体的生命节律在一个较大的范围内变动。事实上，人体维持生命活动每日消耗的能量可在900kcal～4000kcal的范围内变动，使得能量代谢的节律在48.2日～22.3日的范围内变动。五藏阴精的峰值相位位于立秋、立冬、立春、立夏当日脾藏、肺藏、肾藏、肝藏、心藏阴精的峰值相位依次位于立秋、立冬、立春、立夏和立秋当日，这与五藏功能节律变量的实际观察数据基本吻合。脾藏、肺藏、肾藏、肝藏、心藏阳气的峰值相位依次位于立冬、立春、立夏、立秋和立冬当日，恰恰位于五藏阴精的峰、谷值相位的中间。五藏阴精的峰值相位与中国四季的气候特点对应将遍布中国36个气象台站1951年～1980年30年间的平均气象资料建立数据库，以风速、降水量和气温为指标进行统计分析，观察不同季节风、湿、燥、寒、热的变化。发现存在季夏(公历7月末8月初)多热多湿、季秋(公历10月末11月初)多燥、季冬(公历1月末2月初)多寒、季春(公历4月末5月初)多风的规律，见图7-1。
图7-1 气温、降水量、风速的年变化规律五藏阴精的峰值相位与中国四方的气候特点对应用均连法(Average Linkage)将36个气象台站进行聚类分析，分为南方的上海、南京等，东方的北京、天津等，和西北方的兰州、西宁等。以气温、降水量和风速为指标进行统计分析，观察四方风、湿、燥、寒、热的变化，发现存在东方多风、南方多热多湿、西北方多燥多寒的规律。见图7-23。
图7-23 不同地域气温、降水量和风速变化规律五行、五藏、五气与四季、四方的对应关系表7-5 五行、五藏、五气与四季、四方的对应关系五行
木
火、土
金
水
五藏
肝
心、脾
肺
肾
五气(四气)
风
热、湿(暑)
燥
寒
四季
季春
季夏
季秋
季冬
四方
东
南
西
北
表7-5的对应从如下2个方面看是合理的：①就风、寒、暑、湿、燥、火六气而言，暑的功能是“暑以蒸之”《素问?五运行大论》，但无火不能蒸，无湿不能蒸，故暑、湿、火应合而为暑。这使得六气合而为四气，恰好与四季的气候特点一致；②中央是区分东、西、南、北四方的参考点，而非等同于四方的独立区域。四方本身并不存在先后次序，之所以将四方排序为东、南、西、北，与四气对应的四季次序是分不开的，因此，四方具有四季的时序特点。“肝生于左，肺藏于右”的原因当今地图绘制的方位统一于“上北下南、左西右东”，但中国古人的方位定标却是“南面而立”。正因为肝藏对应多风的东方，是太阳升起的方位，肺藏对应多燥的西方，是太阳降落的方位，传统中医才有“肝左升，肺右降”的论断，又称“肝生于左，肺藏于右”《素问·刺禁论》。“肝气乘脾”现象常见于临床的原因在反映五藏相克的5个参数中，肝克脾参数的增大对模型稳定性的破坏程度最大，故《金匮要略》有“见肝之病，知肝传脾，当先实脾”的论断，日常生活和临床实践中也常见焦虑抑郁致食欲减退的肝气乘脾现象。五藏阴精阳气的波动周期男性短于女性男性、女性的平均基础代谢(阳气)分别为1604.4kcal/d和1338.1kcal/d，体内存贮的阴精量分别68694kcal和107334.4kcal。计算机数值仿真显示，维持生命活动每日需要的营养物质量(阳气)越大，五藏阴精和阳气的波动周期越短。体内存贮的供能物质量(阴精)越多，五藏阴精和阳气的波动周期越长。故男性五藏阴精和阳气的波动周期要短于女性。五藏阴精阳气的波动存在无穷多个周期除了以1个回归年作为观察的时间单位外，还可采用其他的时间单位。如60回归年、30回归年、10回归年、5回归年、0.5回归年、1季、1太阴月(29.53日)、1太阳日(24小时)、0.5太阴日(12.4小时)、1小时、1分、1秒。对观察时间单位和五藏阴精阳气的仿真周期都取自然对数，作图观察两者之间的关系，可发现2个规律：①当观察时间单位≥1回归年时，随着观察时间单位的增加，仿真周期趋于稳定，约为438.288日；②当观察时间单位<1回归年时，随着观察时间单位的降低，仿真周期也降低，两者存在双对数直线关系，斜率为0.356642。说明五藏阴精阳气的波动是由无数个周期组成的分形结构，回归年、半回归年、太阴月、半太阴月、太阳日、半太阴日只是这无数个周期中已被观察到的周期。
图7-25 不同观察时间单位与五藏阴精阳气仿真周期的关系张启明
五藏功能的固定结构类似于一台计算机的硬件，五藏功能的流变结构类似于流经这台计算机的能量流(电、热)，五藏功能的关系结构类似于这台计算机的操作系统。也许这才是传统中医学的特色，“大象无形”，虽然不可见，但可以被发现，可以被改变。张启明
目前为止，五藏的关系结构介绍完了。恳请郭雷院士、韩靖研究员，各位专家批评指正[抱拳]田进文
张老师的数学模型的研究是极其重要的方向，医学有其母体科学，现代医学是建立在数学、物理、化学等等学科之上的，而最可靠的基础不是经验的积累，而是形式逻辑的演绎，中医学的背景是元气阴阳五行理论，如果实现元气阴阳五行理论的形式逻辑意义上的升华，則一切关于对中医的质疑对立马消解，一切生理的实体也好功能也好，都是这个逻辑体系的外延，这是中医理论发展的治本之道!张启明
看到田博士的评价，真得很欣慰。这项工作就是要将具有多种属性的传统中医学自然科学化。一个重要的标志就是将西方的形式逻辑引入中医[抱拳]于殿生
二位教授的观点我很赞同!西医学也早已经属于中国的了。以内经为代表的中医学，到汉代可以与伤寒杂病论融为一体，明清时又能与温病学融为一体，那么，西医学出现了之后，中医学与西医学相融合，也是再自然不过的了。田进文
说起元气阴阳五行理论的形式逻辑化肯能绝大多数人都觉得很难，甚至是无从下手，亦或是内心感到这种说法是无稽之谈，本人写过一篇文章，就从元气阴阳五行的基本定义出发，从平面几何图形的角度论证了元气阴阳五行是具有严格形式逻辑特征的理论!请大家斧正!中医学是棵大树，元气阴阳五行理论是根，把根扶正了，后面的问题会迎刃而解!版权说明：“中医基础理论 | 创新建构与大讨论”由中国中医科学院张启明教授组织，相关内容授权石榴号整理发布，任何组织和个人未经授权不得擅自转载。
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