湿气与燥气的科学解析
摘要:此篇论文从酶促反应的效率出发,分析了蛋白质表面肽键和水分子的黏连关系,揭示了细胞内外水流动既是维持酶促化学反应高效的基础,也是保护蛋白质正常工作的缓冲隔离物质,从而揭开了湿气和燥气的神秘面纱。此篇论文围绕微循环,进一步揭示人体水液运化的秘密,以及外界气候变化对形成湿气和燥气的影响,并提供了除湿润燥的具体措施,为中医的诊治提供了科学解析。关键词:酶促反应,水分子团,水流动,微循环,水运化,湿气,燥气。
1.酶凹面的流动水和粘滞水
酶促反应是人类生命的基础。酶凹面的水分子团黏连在酶肽键上,延缓了反应底物进入酶空间,从而使酶促反应变得缓慢,导致人体的湿重如裹和各种病痛。
共价分子的正负电极人体主要由碳、氢、氧、氮等原子搭配而成。氧、氮原子对外层电子的吸引力很强,碳、氢原子对外层电子的吸引力稍微弱,当这几种原子搭配组成共价分子时,会因为共用电子偏向吸引力更强的原子而出现带正电或带负电的基团,如氧原子带负电的C=O,如氢原子带正电的N-H,如两头分别带正电和负电的H-O-H。这些遍布人体细胞每一个角落的正负电基团,把无数共价分子连接成人体。
为什么水是湿的?
这个问题一般人都答不出来,似乎水本来就是湿的。实际上水是湿的的原因在于水分子是最微小和最活跃两者兼顾的共价电极分子,它身上的四把电钩子,一把勾出固体物体上的电极,其余三把钩住其它水分子,同时它的微小体型使得它不会放过固体物质上任何一个电极。于是我们常常看见固体物质上牢牢附着粒径为几毫米的水膜,甩都甩不掉,于是我们就有水是湿的的印象了。
酶凹面的流动水
酶依靠凹面的肽键与反应底物吸合定位。常温下蛋白质上一个肽键和一个水分子形成氢键,可能是N—H … O,也可能是C=O … H,键能大约是8千焦/摩尔。每个肽键连接的水分子和其他几个水分子通过约20千焦/摩尔的氢键形成水分子团。蛋白质外表粘连了很多这样的互相独立的水分子团。
体温下水分子的热运动能量大约是10千焦/摩尔,显然蛋白质表面松散水分子团在受到热碰撞时的应力断裂点是肽键和水分子之间形成的氢键,这个氢键在水分子的频繁热碰撞下处于快速连结和快速断裂的动态平衡中。细胞中相邻的两个蛋白质之间有很多松散水分子团隔离,使得两个蛋白质既没有机会贴近而吸合沉淀,酶凹面定位处的松散水分子团也不会长时间霸占肽键而延误了酶对反应底物的吸引定位,一切都显得恰到好处。这些水分子团是流动水。
酶凹面的粘滞水
当水流速变慢时,水分子之间的碰撞力减小,蛋白质外表相邻肽键连接的独立水分子团逐渐长大,并有机会互联,使得体温下水液热运动的10千焦/摩尔的冲击力被几个相邻肽键形成的氢键共同分担,导致肽键处的氢键越来越难打断。随着水流进一步变慢,蛋白质通过众多肽键与水分子团形成网状结构,水分子就黏在蛋白质外表了,酶促反应因延缓进入酶凹面空间而降低效率。这些水分子团是粘滞水。
2.人体水流动
血压驱动着水液,顺着腔体管道,从水压高的地方向水压低的地方流动,最终流向体外。
2.1 血液循环
心脏做功,凭空在动脉制造了血压,并把血液从低压处泵到高压处,这是人体水流动的第一推动力。血液循环源源不断地为细胞内外的水流动提供适当的水压,至死方休。
水液运化
血管深入器官,越来越细,最细的毛细血管的管壁是半透膜。这里的水液在水压的引导下进出器官,水液的运化取决于该处的有效滤过压。
有效滤过压=(毛细血管血压-血浆胶体渗透压)-(组织液静水压-组织液胶体渗透压)
对于正常人,参考值如下:
近动脉端血压约为30毫米汞柱,近静脉端血压约为12毫米汞柱;
血浆胶体渗透压约为25毫米汞柱;
组织液静水压约为10毫米汞柱;
组织液胶体渗透压约为15毫米汞柱。
对于正常人,在毛细血管近动脉端,有效滤过压=(30-25)-(10-15)=10毫米汞柱,所以常态下水液从毛细血管动脉端流向细胞间隙。
对于正常人,在毛细血管近静脉端,有效滤过压=(12-25)-(10-15)=-8毫米汞柱,所以常态下水液从细胞间隙流向毛细血管静脉端,由此进入血液循环,如图1示。
图1 微循环示意图
微循环
一般来说,每条毛细血管为周围的几百个细胞组成的细胞群提供水流服务。毛细血管近动脉端为细胞群提供约10毫米汞柱的正水压,毛细血管近静脉端为细胞群提供约-8毫米汞柱的负水压。在细胞群两端的正水压和负水压的驱动下,细胞内液和细胞外液源源不断地顺着水压流动,于是就形成了“毛细血管动脉端--》组织液--》细胞内液--》组织液--》毛细血管静脉端(毛细淋巴管)”的单向循环水流动,这就是人体的微循环,见图1示。人体的水流动由约1000亿条毛细血管引导的微循环构成。
微循环开关
毛细血管前的微动脉和毛细血管后的微静脉具有主动调节平滑肌来控制毛细血管两端血压的功能。平滑肌舒张时,毛细血管近动脉端获得约30毫米汞柱的血压,此处的水液运化正常;平滑肌完全收缩时,大部分血流被关断,毛细血管近动脉端获得远小于30毫米汞柱的血压,此处的水液运化失常。例如人体运动时,就会自动关断肠胃的微循环,导致消化不良;同时完全开放骨骼肌的微循环,加强骨骼肌功能。例如人体根据血液温度自动调节皮肤的微血管的血流大小。
影响水液运化的因素
常态下,正是因为毛细血管两端存在大约18毫米汞柱的血压差,以及毛细血管的半透膜(血浆不能通过)两边存在大约10毫米汞柱胶体渗透压差,使得水可以在毛细血管一端单向流入组织间隙,又在毛细血管另一端从组织间隙单向流入血液(或毛细淋巴液),从而完成血液系统和器官的水液运化,一切都显得妙到颠毫。
近动脉端血压约为30毫米汞柱和近静脉端血压约为12毫米汞柱,是人体水液运化的基本要求。近动脉端血压是人体血压、血管管壁的堵塞、血栓、血液粘稠度等因素的综合结果。
当这些因素变化导致近动脉端血压远远大于30毫米汞柱时,毛细血管进出的水液会从平衡状态突然变为出得多进得少,使得组织液水液增多,导致组织液静态压增大,这又使得毛细血管进出的水液逐渐变为平衡,只是微循环的水液变快变多了,严重时导致器官水肿。
当这些因素变化导致近动脉端血压远远小于30毫米汞柱时,毛细血管进出的水液会从平衡状态突然变为出得少进得多,使得组织液水液减少,导致组织液静态压变小,这又使得毛细血管进出的水液逐渐变为平衡,只是微循环的水液变慢变少了,严重时导致器官阴虚。
其他情况如渗透压异常、微血管被利器切断(此时血管只出不进)、组织液静水压频繁变化等都会影响水液运化。
2.2 神经水流
遍布人体的神经网络充满了水。不同与血管,神经两头并没有水压,所以神经里的水基本是静水。
2.3 皮肤水流
人体的水液被疏水的皮下脂肪围裹着。体内水液沿血管(包括淋巴管)和神经穿越皮下脂肪连接皮肤组织液。皮肤组织液被不透水的皮肤表层角质层围裹着,穿越角质层的汗腺导管是水液流出体外的唯一通道。
出汗
皮肤的微动脉在神经调节下控制流向皮肤的血流量。当皮肤微动脉舒张时,血压驱动大量血液进入皮肤,驱动水液充盈汗腺导管,并大量流出体外。出汗使得皮肤内外充分湿润,使得皮肤组织液温度快速达到环境温度。皮肤长期微汗导致皮肤圆润。
收敛
当皮肤微动脉收缩时,皮肤的水压被关断,皮肤微循环变得缓慢。残余在汗腺导管的水液逐渐挥发至体外,使得汗腺导管干瘪致密,皮肤与体外的水流断绝。收敛使得皮肤内外充分干燥,使得皮肤隔热更好,更使皮肤外干燥空气形成隔热层。皮肤长期收敛导致皮肤干涩。
皮肤的神经末梢参与皮肤的微循环,但没有神经与皮肤的水流动。
3.湿气和燥气
我们居住的地球四季气候变化大,从极度干燥到湿润得滴水欲出。在生活工作的压迫下,人们不得不面对各种气候变化,加上人体内部水液运化故障,人体的有序水流动常态性地遭到破坏,并日积月累地改变着人体的水液分布,带来了器官的湿气或燥气。
3.1 湿气
正常情况下蛋白质外表的水是松散水分子团,蛋白质表面的每一个肽键通过建立氢键独自吸附一个松散水分子团,这个氢键在热撞击中处于瞬时断裂和瞬时建立的平衡中。如果依附在蛋白质外表的松散水分子团连片长大,将增大断裂这些氢键的难度,于是在蛋白质表面就形成了粘滞水膜,这种水液分布状态叫做湿气。轻微的湿气犹如车挡风玻璃被水雾迷蒙一样。
当湿气严重时,依附在蛋白质表面的水分子不会被热运动踢出它所在的水分子团,这些水分子可以较长时间地相邻,于是不同氢键链上的相邻水分子有足够的时间绕氢键旋转到合适位置建立横向的氢键,从而逐渐形成常温下的正四面体冰晶结构。不流动的冰晶从此占据了本应是反应底物流通的空间,造成酶失活,使人湿重如裹。严重的湿气犹如车挡风玻璃附上的水雾结成薄冰一样。
外湿
人体外表的湿邪迟滞、阻断了皮肤组织液的微循环,引发体表的湿气叫外湿。长期的寒冷、体表潮湿等都会引发外湿。人们通过剧烈运动或进食辛辣食物增大内热,来调节神经舒张皮肤的微血管,为皮肤开闸放水。从而加速微循环,把皮肤上依附在蛋白质外表的湿气排出体外。
内湿
人体因水液运化失常,迟滞、阻断了人体内的微循环而引发的湿气叫做内湿,内湿存在于微循环途经的蛋白质外表上。
-低血压,使得微循环的正压接近0毫米汞柱,导致所有微循环的水液运化变慢,严重时形成湿气。
-胰岛素分泌不足,使脾胃对血液的血糖、氨基酸等的运化失常,使血液胶体渗透压增大,使得微循环的正压接近0毫米汞柱,导致所有微循环的水液运化变得缓慢,严重时形成湿气。
-暴饮暴食,使血液的血糖、氨基酸等的浓度常态性地高,使得血液胶体渗透压常态下地增大,使得微循环的正压接近0毫米汞柱,导致所有微循环的水液运化变得缓慢,严重时形成湿气。特别是暴食肉食后,氨基酸的头尾分别是正负电极,比葡萄糖更能吸引水分子,更能引发湿气。
-静坐、少运动,在微循环缓慢时,运动能频繁改变微循环的静水压,间或地获得较大的正水压和较大的负水压,以此修补微循环。静坐少运动则放弃了修补机会,严重时形成湿气。
-生冷食物,对于肠胃阳气不足的人,生冷食物会抑制消化道的阳气,引发消化功能障碍,导致消化道吸收水分缓慢,严重时形成消化道湿气,使得排泄的粪便松散不成形。
3.2 燥气
正常情况下蛋白质外表的水由可流动的松散水分子团吸附,水分子团既起到隔离缓冲蛋白质的作用,又不会粘滞在蛋白质外表。如果人体某些区域的水流动因流失过多但补充不足,导致蛋白质外表缺乏水分子团隔离保护,蛋白质分子就容易被不规则的气体热碰撞损伤,或蛋白质之间有充分时间吸合沉淀,或热淤积而温度偏高。这种水液分布状态叫做燥气。
内燥
因内部器官津液分泌跟不上津液消耗而导致人体水流动变缓或断流,叫内燥。如口渴咽燥、干咳、毛发干枯不荣、便秘等。内燥使得器官因缺乏水的滋润而过热,严重时使器官因缺乏水的隔离缓冲保护而受损伤。
外燥
人体外部干燥气候使得体表水挥发大大加速,导致体内对体表的水流动跟不上体表水挥发的速度,造成体表蛋白质缺乏水保护,这是外燥。如嘴唇裂、手脚裂、皮肤干燥等。多喝水、多吃水果、涂抹霜油防护等使体表水流得到补充是避免外燥一种解决办法,远离干燥环境则是避免外燥的根本之道。
温燥
如果外界气候干燥且温暖,那么体表微血管会舒张,人体体表四肢器官的水也就会源源不断地流失,导致体表器官组织液的匮乏,这是温燥。温燥少汗、口渴,病灶在皮下脂肪内组织间隙。
凉燥
如果外界气候干燥且寒凉,那么体表微血管就会收缩,人体体表器官的水得到保护,只有皮肤的水液大幅流失,导致皮肤组织液的匮乏,这是凉燥。凉燥无汗、怕冷,病灶在体表。
4.除湿润燥
除湿是通过提高体内温度或水流动速度来减小湿气的缔合度,逐渐把粘滞水变成流动水的过程。润燥则是补充水和减缓水流失速度的过程。
4.1 除湿
如果出现头昏头重、四肢酸懒、身重而痛、关节屈伸不利、胸中郁闷、脘腹胀满、恶心欲吐、食欲不振、大便溏泻、舌苔厚腻等症状,可以判断为有湿气。下面是具体的除湿步骤。
避免潮湿环境
潮湿环境阻断了皮肤向外的水流动。要去湿首先要尽量避免生活工作在潮湿环境,否则断不了病根。
治疗低血压
低血压带来全身微循环的缓慢,导致全身性的湿气。不先治好低血压,则断不了病根。
降低血浆渗透压
高血浆渗透压低血压会带来全身性湿气。不先治好低血压,湿气会长期存在,断不了病根。粗茶淡饭可以断了暴饮暴食带来的湿气的病根。脾胃运化失调可以通过中药健脾去湿,也可以通过艾灸健脾去湿。
缓解血管堵塞
血栓或血管硬化引起局部水流缓慢而带来的局部湿气。
频繁调节静水压
通过频繁的调节组织液静水压来改善微循环,从而缓解湿气。具体的有劳作,还有散步、按摩、唱歌等。通过机械力的牵引,使组织液静水压频繁大幅度改变,有时有利于水液从血液流向组织液,有时有利于水液从组织液流向血液,这样就保障了微循环的正常流动。
定期主动出汗
定期主动出汗可恢复体表水流动。出汗的方式有跑步运动、蒸桑拿、吃麻辣食物、热灸、烫脚等。
4.2 润燥
如果出现口渴咽燥、干咳、毛发干枯、便秘、嘴唇裂、手脚裂、皮肤干燥等症状,可以判定有燥气。
润燥的方法有勤喝水、吃水果、远离干燥环境、调节肾脏等。
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