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《中国生理学会第23届全国会员代表大会暨生理学学术大会论文摘要文集》2010年
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浑沌理论在心律失常研究中的应用

曹济民  
【摘要】:相对论、量子力学和浑沌(chaos)理论被誉为20世纪科学的三次革命。浑沌理论打破了各门学科的壁垒,把思考者从相距甚远的领域带到了一起。现代知识由于浑沌的发现而呈现全新的格局。浑沌正在改变着整个科学建筑的结构。自然界有两类不规则事件,即随机事件(如掷硬币的正反面、随机数字等)和浑沌事件(如遄流、天气的变化、室颤时的心电行为等)。什么是浑沌呢?就其数学意义而言,浑沌是指那些看起来像随机现象但实际上并不是随机的不规则行为;一个不规则动力行为如果是浑沌行为,则一定有一套精细的数学规则统治着这一动力系统,而随机行为则没有背后的数学规则。研究发现,浑沌的本质是非线性动力系统在达到某个临界值时表现出的一种独特的行为方式。浑沌理论已被成功地应用于多个学科领域的不规则行为的研究,如普通物理学、天体物理学、量子力学、化学、生物学、医学和社会科学,甚至被用于股市预测。近年来,心脏学家利用浑沌理论研究心律失常,取得了重要进展。浑沌行为有四个重要特征:(1)对初始条件的极度敏感性(蝴蝶效应,butterfly effect);(2)出现吸引子(attractor);(3)分岔(bifurcation),比较常见的有倍周期分岔(period-doubling bifurcation);(4)分形(fractal)。心律(如窦性心律)以及心律失常(如心动过速、室颤)往往表现为上述浑沌的特征。统治浑沌行为的非线性数学方程非常复杂,很难完全解析,但有时不需要待到这种数学方程的完全阐明,而是发明一些基于浑沌理论的干涉技术(如对心脏的特殊模式的电刺激),可能达到干涉、中止不良浑沌行为的目的。例如,一些科学家已开始尝试发明基于浑沌理论的"聪明起搏器",以中止室颤的延续,企图避开粗暴的直流电除颤带来的可能直接伤害和次生伤害事件。总之,将浑沌理论用于心律失常的研究,对于提高心律失常的防治水平、降低心源性猝死的发生率有深远的意义和前景。

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