用电子仪器了解生命的信息
本文刊登于《中华业余无线电研究会60周年纪念特刊》 （2009年3月 香港）
作者：www.linkwan.com?林和安、Vincent
亚健康是介于健康与疾病之间的一种状态，普遍存在于现代人类之中。现代医学证明，亚健康源自长期的压力、缺乏锻炼、饮食不合理，同时也和环境污染等有很大的关系。从病理生理角度来看，亚健康与人体血液酸性化和微循环障碍有关。微循环是人体组织细胞吸收营养与氧气，排出代谢产物的交换场所,微循环障碍是百病之源。
世界卫生组织认为，疾病的痊愈60%源自人体自我的康复能力，40%是药物的作用，这充分说明了调动人体潜能的重要性。生命在于运动，适当体育锻炼对改善微循环有益，特别是有氧运动。一些运动员，特别是从事大运动量、高强度训练的运动员，由于体育锻练过度或竞赛时精神紧张等因素有可能引起机体免疫功能抑制及体内存在太多的自由基。从运动场上退下后看似身强体壮，其实平时身体未调整到正常体质，到老了引致疾病缠身。
不做体育运动也能改善微循环吗？据笔者所知，台湾“全程静坐”创始人席长安教授所积极推广的“生命自主再进化”，就能使人的内在意识状态不断完善。这种静坐是一种深层次的有氧活动，能促进微循环畅通，并启动脑内源发性物质的分泌，提高免疫系统的能力，使得身心全面健康发展。
对于健康而言，“运动”与“静止”是既对立又统一的。本文从电子爱好者角度与大家分享有关“生命的信息”。
一、有氧运动
1、有氧运动与健康
氧气是人体正常生活不可缺少的物质，人体细胞代谢需要氧来配合完成。缺氧对身体会产生一系列不良反应，导致许多疾病的出现。人体运动是需要能量的，如果能量来自细胞内的有氧代谢（氧化反应），就属于有氧运动；但若能量来自无氧酵解，就属于无氧运动。有氧运动时，葡萄糖代谢后生成水和二氧化碳，通过呼吸很容易地排出体外，对人体无害。无氧运动却将这些酸性产物堆积在细胞和血液中，而形成“疲劳毒素”，让人感到经常疲乏无力。那些只从事劳损体力劳动的人或不定期作运动的人，经常觉得疲惫不堪，就是这么一回事。
有氧运动可以提升氧气的摄取量，使血气流通而活化细胞，更好地消耗体内多余的热量。有氧运动的特点是强度低、有节奏、持续时间较长，可使心搏量增大，并有节奏地增强肌肉组织的弹性，协助心脏的工作，而被称为副心脏。有氧运动改善全身耐力进而增加体力，使精力旺盛，即“生命在于运动”的意义所在。常见的有氧运动项目有：步行、慢跑、滑冰、游泳、骑自行车、打太极拳、跳健身舞、做韵律操等。正确的有氧运动，就如同锻炼出众多的副心脏，更好地保障健康。
2、有氧运动的效果
心率是测定有氧运动效果和强度的最好指标。现代健身房里很多健身器械都有消耗卡路里(热量)的计数器。但事实上，这种计数器大多与实际消耗有很大的差异，并且热量消耗与脂肪消耗之间并无恒定比例。脂肪的分解代谢是一系列复杂的反应，而心率则反映出交感神经的兴奋度。交感神经的兴奋可以促进一系列脂解激素的分泌，从而活化脂解酶，使储存在脂肪细胞组织里的脂肪分解为游离脂酸和甘油，而脂酸在氧供给充足的条件下，可分解成二氧化碳和水并释放大量的能量。
那么有氧运动时达到多少心率或多大强度合适呢？一般应在最大心率(即MHR，其计算方法是220-你的年龄)的60%～75%。比如，一位30岁的朋友，最大心率为220-30=190，190× 60%=114，190×75%=145，即心率保持在114 ～145左右的锻炼是有效和安全的。
二、微循环
1、微循环的三个重要步骤
微循环是指微动脉和微静脉之间的血液循环，也是血液与人体细胞进行物质交换的场所。微循环的组成随器官而异，典型的微循环一般由微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌、真毛细血管、通血毛细血管、动静脉吻合支和微静脉等七个部分组成。微循环的血液可通过三条途径由微动脉流向微静脉。
其一是迂回通路。血流从微动脉经后微动脉、前毛细血管括约肌、真毛细血管网，最后汇流至微静脉。这条通路是血液与组织进行物质交换的主要场所，也称为营养通路。安静时，骨骼肌中真毛细血管网大约只有20%处于开放状态；运动时，真毛细血管开放数量增加，为组织提供更多的营养物质。
其二是直捷通路。血流从微动脉经后微动脉、通血毛细血管至微静脉。这条通路较直，流速较快，加之通血毛细血管管壁较厚，又承受较大的血流压力，故经常处于开放状态。因此，这条通路的作用不是物质交换，而是使部分血液通过微循环快速返回心脏。
其三是动、静脉短路。血流经微动脉，通过动、静脉吻合支，直接回到微静脉。动静脉吻合支的管壁厚，有完整的平滑肌层，主要分布在皮肤、手掌、足底和耳廓，其口径变化与体温调节有关。当环境温度升高时，吻合支开放，上述组织的血流量增加而散发热量；环境温度降低，吻合支关闭而保存体内的热量，使身体维持体内外的平衡体温。
2、影响微循环血流量的因素
微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌和微静脉的管壁含有大量平滑肌。它们的舒缩活动直接影响到微循环的血流量。
微动脉是毛细血管前阻力血管，在微循环中，起“总闸门”的作用，其口径决定了微循环的血流量。当舒缩血管活性物质在血中浓度增加时，微动脉收缩，毛细血管前阻力增大，减少了微循环的血流量。
后微动脉和毛细血管前括约肌也属于毛细血管前阻力血管。在微循环中，它们起着“分闸门”的作用，它的开闭直接影响到真毛细血管的血流量。而该处的血流量、对物质交换最为重要。
微静脉属于毛细血管后阻力血管。在微循环中，起“后闸门”的作用。其口径的变化在一定程度上控制着静脉回心血量。在安静状态下，真毛细血管仅有20%开放，就可容纳全身血量的5%～l0%，可见微循环有很大的潜在容量。
如果某些因素引起全身微循环真毛细血管大量开放，循环血量将大量的滞留在微循环内，导致静脉回心血量和心输出量减少，动脉血压随之下降，可自然缓解高血压症状。冬天一些人总感觉手脚冰凉的原因是自然界的温度降低，人体血管收缩、血液回流能力减弱，使得手脚，特别是指尖部分血液循环不畅，即人们常说的“神经末梢循环不良”，而导致手脚总感觉冰凉。这种现象在经常运动的人中就不容易出现，从而显示运动促进了血液循环，使血流更流畅，即运动能促进身体的微循环，让身体更健康。
三、血氧仪原理及应用
1、血氧饱和度
人体血液是通过红细胞与氧结合来携带氧气。动脉血氧饱和度俗称血氧饱和度（SaO2），是指红细胞与氧结合达到饱和程度（全部结合）的百分数。
SaO2 (%)＝氧合血红蛋白(HbO2)/（氧合血红蛋白+脱氧血红蛋白(COHb)）
SaO2是高海拔地区天然缺氧环境下反映人体身体状况的重要参数。在平原地区，正常人的血氧饱和度在94%以上。当高原缺氧超过了来自低海拔地区的游客机体自身调节的限度，就会引起一系列不适，甚至疾病。因此前往高海拔地区的旅客或者登山爱好者，携带小型SaO2监测设备，结合心率、血压等生理参数的监测，能很好地保证旅程安全。
2、血氧仪的工作原理
图1 血氧仪的工作原理框图
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图2 血氧仪 |
简单的血氧仪原理如图1所示。仪器通过LED发光，对充血人体末梢组织（如手指或耳垂等部位）进行照射，再由传感器接收反射的光信号，再转换成电信号，获得对不同波长红光和红外光的吸光度变化率之比(R/IR值)，最终由微处理器计算出动脉血氧饱和度的数值，并显示出来。典型的血氧仪组件包括：一个微处理器、内存(EPROM与RAM)、两个控制LED的数模转换器、对光电二极管接收信号进行滤波与放大的器件、将接收信号数字化并提供给微处理器的模数转换器。LED与光电二极管放置在与被测者指尖或耳垂接触的小型探针中。
血氧仪的工作原理基于动脉搏动期间光吸收量的变化，分别位可见红光光谱660纳米（R）和 红外光谱940纳米（IR）两个光源交替照射的测试区，在这些脉动期间所吸收的光量与血液中的氧含量有关。微处理器计算所吸收这两种光谱的比率，并将结果与存在内存里的饱和度数值表进行比较，最终输出血氧饱和度的数值。
图3 血氧仪的测量过程
由于生物组织是一种强散射、弱吸收、各向异性的复杂光学系统，会导致表达红光和红外光吸光度相对变化。其测量值(R/IR值)与动脉血氧饱和度(SaO2)之间关系的数学模型建立比较困难。但可通过实验方法来确定R/IR与SaO2的对应关系，即定标曲线。大多数脉搏血氧仪生产厂家都采用实验方法获取经验型的定标曲线，完成产品出厂前的预定标值。
现在一些厂家生产的血氧仪，仅比姆指稍大，夹于手指上就可测试出血氧情况。笔者采用一种能联接计算机HealForce 牌Prince-100H血氧仪对患有睡眠窒息症的朋友进行测试,该仪器可提供打印报告及储备数据作分析，图4是患者在睡眠过程中出现两次缺血氧事件的资料。
在运动前后，采用指式血氧仪，测量运动前后的血含氧量，可作为分析及检证有氧运动的指标。提高血氧饱和度，降低血液粘稠度，直至改进血流末梢的微循环。改善血氧含量，可减少得癌机率。因为血中氧气太低及自由基浓度太高，会加速癌细胞分裂及蔓延。
图4 血氧仪的测试报告
四、简单有效的运动保健方法
1、ＰＥＲＳＯＮ保健法
“PERSON”是美国老年学会提出的一种保健方法。由Purpose(目的)、Exercise (锻炼)、Recreation (娱乐)、Sleep (睡眠)、Oxygen (氧气)、Nourishment (营养)的第一个字母组成。有趣的是，“PERSON”正好是英文的“人”，与我国当前提倡“以人为本”的思想不谋而合。在该保健方法中，锻炼和氧气是最重要的两项指标。
锻炼包括躯体、头脑和精神三方面。其中，躯体锻炼的作用主要是保持关节的活动性，减少钙的流失，增强免疫力，改善消化和排泄功能，增加消耗和排除不良情绪。青年人可在球类、田径或体操方面坚持1～2项运动。大脑的锻炼可防止早衰。精神状态虽与人格、心理有关及受各种因素影响，但适当的锻炼也很重要。良好的精神状态源于健康的心理状态，最重要是培养自己对环境的适应能力：如处变不惊、处逆不悲、处憎不怒、处胜不傲、乐于好奇和保持童心。大脑锻炼也有助于精神锻炼。
氧气是维护大脑和全身正常代谢的重要元素，保持室内良好通风，不吸烟，适当的有氧运动等都能有效维持体内细胞的含氧量。坚持适当的有氧锻炼和户外活动，都可增加大脑血氧供应。因此，PERSON保健法也是心脑同样重视的运动。
2、拍手功
拍手属于中等耐力的有氧运动，能够有效提高人体心肺功能。不要小看这个动作，对身体确实有益。因为我们的手上有数百个穴位，拍手时可以振荡气脉，带动十二经脉和奇经八脉(含任督二脉)的循环，把身上阴寒和污秽之气，从十个手指的尖端排出去。如同中医所说：所有疾病都是气血失调所致，气是健康的关键。
标准的拍手功是将十指张开，两手的手掌对手掌，手指对手指用力拍。这种拍法的优点是打击面最完全，刺激量最大，因此治病强身的效果最好，但躁音大会令人难以消受。为了减少拍手时的躁音，可用“空心掌”拍手，即将手掌弓起，拍手时手指仍张开，拍下去时，只拍到手指尖及手掌的边缘部分。
练拍手功的时间与地点需注意。拍手功不宜在刚吃饱后练，否则会妨碍消化，饭后至少要过半小时才能练。对上班族来说，静坐可能不方便，利用清晨早餐前几分钟，拍手刺激手上身体各部反射区，以激活全身各组织器官，对一天的心情是很有益的。晚餐后略事休息，一边散步一边拍手是一项帮助消化，恢复身心和精力的好方法。
五、静坐
1、习闲与静坐
台湾席长安教授提倡“生命自主再进化”是要我们回归自然，提倡习闲及静坐减少外部干扰，使生命能正常运作，对身心健康发生根本性与全面性的作用。入静后，人体对氧气和能量的需求量大大减少，从而减少自由基产生的堆积，使人体达到更加健康的状态，延缓衰老。通过人体先天的潜在本能调整人体内在秩序的状态。有兴趣学习席教授学说的朋友可浏览网页《生命自主的化解与再进化》及《习闲》两文。
http://hks.cgan.net/cganself/founder/xca/index.htm
http://hks.cgan.net/cganself/founder/health/soul04.htm
图5 作者（右2）与席长安教授（中）合影
我们可以从日常生活中的“减低干扰”着手来培养自己的“耐性”，直至做到心不烦。“耐性”可以由“习闲”着手，平素无事之时，习于安闲自在，不需消遣，仍不会觉得无聊，日久可以自然安静愉悦。培养“耐性”与“习闲”，能使生命力在“减低干扰”中成长。衰老和死亡都由长期“积渐”而成，乃是“一天坏一点”的结果。所有的“保健之道”都上应落实到“一天好一点”。检讨自己的生活，反省自己的心态通过改进意识状态来舒发生机，直接使生命力“一天好一点”，促进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与求生能力，同时也都具有“求死倾向”。假如人没有这种“求死倾向”或予以消解，人的生命就可能延长至生命的极限。
2、静坐与疾病治疗
采取“静坐”的方法，在潜意识支配下的自发动作，能发挥意想不到的作用。它既无套路又无心理暗示，完全出于“本能和需要”，是在大脑保护性的抑制状态下，由潜意识所支配。
哈佛医学院对静坐进行一些研究，他们把健康的静坐者带到实验室里，替他们装上静脉导管、动脉导管、量心跳数与心律的电极、量脑电波的电极，以及可以收集他们呼出的气体的面罩等仪器，用来测量他们的新陈代谢。通过科学实验发现，静坐过程可以引起身体上相应的生理变化。这些变化对于所有压力导致的疾病都有直接促进健康的作用。这些简单的静坐过程很适合治疗这类疾病，显示出现代医学的进步。
将静坐用于治疗因压力所引起的疾病己经成为一种广被推荐的治疗方法。应用于情绪紧张、焦虑不安、心律不整、长期疼痛与失眠的治疗。此外也用来治疗因癌症与艾滋病治疗所产生的副作用。
3、脑电波
脑电波能观察脑中产生的各项情绪变化。50年前西德伯杰教授发现人脑处于一种连续自发振荡的状态，他将脑电波分成α波、β波及θ波等（如图6所示）。大脑产生生物电振荡主要来自神经细胞的新陈代谢，这些脑电波活动是自发的，但与感官（五官）是否受到刺激，神经系统是否正常，年龄及其身体状况有关。
图6脑电波图示例
α波：频率在8～13Hz范围，α波与一个人的心情是否平静随和、感觉是否轻松愉快有关。因此，正确的静坐可以改进健康，反之，忧虑和紧张会抑制α波。
β波：频率在14～26Hz范围，这种波由忧虑和紧张所引起。它能明显地影响内脏的分泌发生，而导致疾病。
θ波：频率在4～7Hz范围，这种波会出现在半醒半睡的入梦状态中，感受到各种影像，如童年的回忆及各类难忘的经历。这种幻觉状态能增加灵感与创造力，一般静坐至忘我状态时，都会有所发生 。
δ波：频率0.5～3Hz范围，只有健康成人在睡眠时，才能被观察到这种脑电波。
α波和θ波电压越高表明人体脑细胞作用进入最佳状态。α波的显著增加表示可通过意识活动来实现对人体系统进行自我调节（自动修复），意识层次容易转进入潜意识层次。发掘人类本能对人体内脏器官进行主动自动调控。α波及θ波出现可能是在脑中形成了密闭的神经回路，造成A10快感神经系统分泌出脑源性分泌物质所致。
4、脑电波仪的原理及应用
脑电波从大脑皮层表面，经脑细胞、组织、头骨到达头皮时信号已十分微弱，约20～200微伏(μV)，只有将脑电波信号加以适当放大，才可针对性地进行运算处理，目前主要采用非侵入式脑电波测量方法。脑电波由脑部经头盖骨及头皮透过氯化银电极来测量脑部神经细胞所产生的电位，如图7所示。
图7非侵入式脑电波电极量测图
人体脑部神经活动的状况对应所测量的电位差。测量此电位差，基本采用模拟电路加上微处理器组成测量系统，包括电极、前置放大器、稳压电路、滤波器、A/D转换电路、微处理器等。若加上通信接口，还可连接计算机，将测量结果进行记录和分析。脑电波是一种比较敏感的客观指标，不仅用于脑科学的基础理论研究，而且应用于临床实践，与人类的生命健康息息相关。
图8 脑电波仪的原理框图
因为脑电波仪一般使用在有大量电器设备的环境，这些设备周围空间的电磁场频率主要是50 Hz。频率50 Hz干扰落在脑电波信号的频带范围之内，而人体本身属于电的良导体，“目标”大，通过脑电波检测装置导线及人体自身的分布电容，电磁干扰尤其是频率50 Hz的干扰极易引入人体。因此，通常要求脑电波信号的输人信噪比在10000:1以上，以免有用信号淹没在噪声中，脑电波仪的滤波电路中要设计50Hz的陷波器。
图9 50Hz陷波器电路图
结语
总之，要提高身体的健康素质，减少疾病，脱离亚健康，无论是从事静坐保健者，还是运动保健者，都可通过上述电子仪器，了解运动前后及静坐的各种状态。从而及时调整运动、静坐中的偏差和错误，使生命在运动及静坐统一中健康地延续。
本文得到新加坡自然疗法学院院长洪世忠教授及助理林美雪的指导。