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第三章 水平律动增加血流

 研究显示水平律动可以大量增加器官血流量,尤其是心脏与大脑,因此可以改善脑心血管问题。但为什么躺在床上接受水平律动就能够增加血流量呢?原来它的原理是物理学的「拍频现象」。拍频现象是指两种不同频率的波同时出现时,会互相干扰产生一种不同形状、幅度强度更剧烈的新波。人体的心搏波也会和水平律动波在人体血管内干扰,出现放大强化作用的「拍频」现象。
  也就是说透过规律的水平运动的机械力,可以加速人体内原有的血流量与血流强度。这种来自拍频的增强血流量与强度作用,就是水平律动在人体能够产生生理功能与疗效的原理。现在我们知道,也证明了水平律动透过拍频现象,的确会增加体内的血流量。而血流增加,就会增加血管内皮的剪切力,也就是增加内皮的「剪应力」。
  高的内皮剪应力会刺激内皮细胞制造一氧化氮及其他血管松弛因子,一氧化氮释出后会作用在邻近的细胞,放松血管平滑肌,及其他作用,于是产生血管扩张、降低全身血管阻力,同时降低动脉压与肺动脉压,并增加心输出量及提升各器官的氧气输注量并改善缺氧情况。产生各种有利健康的效果。
  读完上一章,读者应该已经了解规律的规律的血流,脉动流,是维持血管功能的基础。本章,我们要来讨论水平律动是否真的可以增加血流?有甚么证据?如果可以增加血流,它的原理又是什么?


实验1:水平律动增加全身重要器官血流量


  水平律动真的可以增加血管的血流量吗?这要实验才知道。西奈山医学中心的亚当敦医师利用一群来小猪做实验,他首先麻醉小猪,让小猪平躺在水平律动机上,给与每分钟240下,约0.4g 的低强度水帄律动45分钟。然后以一种特殊的技术称为「彩色微球计量法」(colored microspheres)来实际去测量不同内脏器官动脉局部的的血流量。
  他发现这些小猪全身血管的血流量都不止是提升,而是大幅提升,心脏上皮肌肉增加 71%, 心脏内膜增加 93%, 小腻增加 183%, 腻干增加 177%, 肾皮质增加 53%, 回肠黏膜增加69%, 胃肛门黏膜增加 72%, 肝脏增加 86%,脾脏增加 38%,骨骼肌增加 158%。在水平律动停止10分钟后,这些血流就恢复正常。其中心脏肌肉最特别,它们的血流增加不会因律动停止而马上结束,仍然能够持续下去。(8) 这结果表示水平律动可以协助改善某些需要血流增加与血氧灌注的临床情况,例如心肌缺氧或脑局部缺氧。


实验2:水平律动增加心输出量并扩张主动脉与肺动脉


  亚当敦医师另外还有一个8只小猪实验,他将这些小猪麻醉插管使用呼吸器,量完心输出量、主动脉与肺动脉压后使用一氧化氮抑制剂 L-NAME 灌注小猪。不用说,这些小猪的心输出量30分钟时明显降低(从0.87掉到0.46),而主动脉压(从218升到329)与肺动脉压(从25升到70)则上升好几倍。等稳定不再上升时,给与小猪水平律动,在5,15,30分钟时检查数值。
  发现水平律动可以使小猪的主动脉压降低(从329掉到244),肺动脉压也明显降低(从70掉到38);心输出量则明显增加(从0.46到0.53)(所有上述统计的p<0.05)。研究显示在水平律动5分钟后即可以明显提升心脏血液的输出量,扩张主动脉与肺动脉增加血流量。然而此实验还没有结束,亚当敦在第 60分钟时再给这些仍然在水平律动床律动上的小猪第二剂 L-NAME观察水帄律动效果是否会消失,到第90分钟时观察,发现肺动脉压完全没改变(38 到38),而主动脉压提高一点(244到278)。表示水平律动效果的血流增加效果可以持续,主要的原因在于水平律动增加血流剪力。(4)
  但是,水平律动为什么能够增加血流量?这实验结果令医师都觉得不可思议。许多人还是要打破沙锅问到底。为甚么躺在水平律动床上,接受前后振动就可以增加身体的血流量呢?它的道理在于一种物理原理—「拍频」。


拍拖与拍频


  这道理有点复杂,我们知道一对男女如果看上眼,彼此眉来眼去称为「拍拖」,物理学上两种波如果也彼此勾搭上,磨来搓去则称为「拍频」。意思是同时有两种相近的波长的波出现,两者会互相干涉,而产生另一种型态的波,它的振幅高低差异会更大而能量则增强。此种缠绵相迭的新波,在开始时振幅很小,慢慢振幅扩增,超过原来的声波,然后又逐渐降低,周而复始,形成有趣的灯笼型波动。在物理学上,此种现象称为「拍频」(beat frequency)。「拍频」的振动幅度会变剧,明显超过原来的振幅,最高处事实上就两者的总合,而最低处则是两者的差值。(图 14)
图 14 两种不同频率的波同时出互相干扰导致下面的新波,称为「拍频」现象,新波呈灯笼形状,幅度变大、波形改变。


人体血管内的拍频现象


  如果同时有两种不同频率的振波出现,会出现拍频现象,产生比原始振波,强度加大震幅增宽的振动波。在人体血管中,由于心脏收缩会引起一振动波,频率与心跳一致,正常时每分钟在 60-100 下。水平律动机器的频率则调整在分钟在 100-140 下,此两种波会在血管中造成重迭的血流拍频现象,使得血流量脉动性的增加。
  这现象虽然最近才被被阐明,但其实在1965年已有学者使用类似的水平律动研究,发现人体的主动脉的血压波会与律动共振而产生新的跳升式波型。(63)


实验3:水平律动产生血流「拍频」现象


  接着就要证实水平律动的确有产生拍频现象。萨克纳医师先取的受访者平律动,这是第二种振动波,这时可以看到原来的高度形态一致的肺动脉脉波图开始时振幅小慢慢越变越大,超过原来的肺动脉脉波然后又逐渐变小,成为灯笼形。可见使用水平律动在人体上时,原来心脏或肺脏的脉搏波会真的与水平律动的律动波,在人体血管互动产生强化的「拍频」现象,增加血流。(159)(160)
血浪制造机
  可见人体的心跳的心搏波与水平律动波两种波在人体血管内互相作用,出现强化的「拍频」现象。也就是说透过规律的水平运动的机械力,可以加速人体内原有的血液循环,萨克纳指出「水平律动就是给予体内血管内的血流一个加速度」。由于是定期的给予加速度,所以称为「周期性加速度」,可见所谓周期性加速度实际上就是来自拍频的放大强化作用。这种来自拍频的增强血流量与速度作用,就是水平律动在人体能够产生生理功能与疗效的原理。
  这种现象不仅加速体内重要器官的血流量,更重要的是它是波浪型的增强作用,就像海浪一波一波的拍打血管壁,增加血流量,血流剪力及增加血管壁所接受到的剪应力,因此可以制造出一氧化氮及其它有益物质,产生松弛血管阻力抗血栓抗动脉粥状硬化及抗发炎的效果。由于水平律动的拍频效应,对于人体产生阵阵加强的血流,像极了冲浪,作者称它为「血浪制造机」。
  总结来说,水平律动的原理是透过每分钟 140 下左右的周期性加速度振动与人体心脏的 60-100 下跳动收缩频率,产生所谓「拍频」的放大效应,这种效应会产生增加血管血流量,而血流增加会增加血管内壁的剪力;高的内皮剪应力则会刺激内皮细胞制造一氧化氮合成酶及其他血管松弛因子,一氧化氮合成酶会制造一氧化氮,而一氧化氮释出后会作用在邻近的细胞,放松血管帄滑肌,及其他作用,于是产生血管扩张、降低全身血管阻力,同时降低动脉压与肺动脉压,并增加心输出量及提升各器官的氧气输注量并改善缺氧情况。产生各种有利健康的效果。此种治疗的方法现在称为水平律动疗法(Periodic Acceleration Therapy)。

实验4:决定水平律动的频率


  萨克纳医师团队为了发现理想的范围,使用各种不同的频率来研究适用于人体最理想的水平律动频率,发现小猪是每分钟 240 下,但人体则是 140 下。萨克纳团队也发现一次使用 30-45 分钟最为理想。可见使用水平律动时,希望效果好,频率应该保持在每分钟 140 下,而使用一次 30-45 分钟。不可急功近利,更不要毛躁求快。(160)


实验5:脉动流最有效,持续性的被动性自动脚踏车运动无效


  律动是机械带动一阵一阵的全身被动性振动,多半使用频率为每分钟 140 下左右,但既然如上面所说的,振动有效,不如将频率调快,或甚至直接改成持续性的振动,不是更可以提升血流量与一氧化氮量吗?萨克纳找来 14 位年轻健康人实验,水平律度可以增加一氧化氮降低血管阻力,但如果使用另一种持续性的被动性自动脚踏车运动机来做比较,发现这种持续性的被动运动并无法改变一氧化氮量及血管阻力。(158)
  只有一阵一阵冲击型的全身被动性振动,才会对于血管内皮细胞造成一种所谓的「脉动剪应力 pulsatile shear stress」,以老鼠做实验可以发现脉动流会比持续性的血流在刺激一氧化氮产生得效果上更好。而且以对老鼠来说,每分钟180-360 次频率脉动的血流最有效,太低或太高都会降低刺激内皮产生一氧化氮的效果,而且可以差到三倍(88)。
  为什么脉动型的血流会比其他类型血流有效呢?原来此种脉动型的血流可以加速一氧化氮被传送到血管平滑肌,而且可以降低红血球对于一氧化氮的清除。事实上,研究显示不是强度,频率才是决定一氧化氮制造的关键因素。(194)。可见不是越强越好,也不是一直持续振动最好。而是要适当强度且规律型态的脉动流对于健康最好。其实这就是健康小孩的血流型态,但年龄增长后,血管硬化弯曲会变成非稳定的「震荡流」,导致血管功能失调。


实验6:脉动流加到水平律动时威力惊人


  亚当敦医师(Adams JA)分离猪的主动脉来做实验,他给这些动脉分成三组,施与三种不同型态的血流,第一组给予非脉动的稳定血流,第二组给予脉动血流,第三组模拟人体,给予脉动血流加上水平律动,然后分析可以代表一氧化氮浓度的血中硝酸盐。结果发现第二组比第一组增加 300%, 而加上水平律动的第三组甚至增加到 1000%。可见脉动流与稳定流的差异,也可以了解当水平律动加到脉动流时真的威力惊人,可以提升一氧化氮释出多达 10 倍。 (10)
  现在我们知道,也证明了水平律动透过拍频现象,增加血管内的血流量。而血流增加,就会增加血管内皮的剪切力,也就是增加内皮细胞的「剪应力」。但为什么如此,心脏血管的功能就能够改善呢?原来关键在于血管内皮分泌的「一氧化氮」。下一章我要仔细介绍一氧化氮,这东西超小,寿命超短,但却操控人类的血压循环系统。

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