包胡日查，盧開信，葛崎偉

(1. 揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225009；2. 揚(yáng)州大學(xué)附屬醫(yī)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；3. 日本山口大學(xué)，山口 753-851)

1 引言

2019年底，新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease2019，COVID-19，簡(jiǎn)稱新冠肺炎)在中國(guó)武漢爆發(fā)肆虐各方，幾萬(wàn)人受感染。期間中西醫(yī)結(jié)合抗議過(guò)程中，針灸科專家和學(xué)者積極參與，推出多種預(yù)防和增加免疫功能的方案。主要是根據(jù)針灸對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)免疫調(diào)控探討針灸治療和預(yù)防新冠肺炎的思路[1]。

中醫(yī)針灸療法副作用少，對(duì)未病及疑難雜癥有獨(dú)到療效，可以說(shuō)是西醫(yī)所望塵莫及的。針灸療法是我國(guó)中醫(yī)傳統(tǒng)治療中的重要治療手段，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的臨床實(shí)踐，其療效獲得了一致的肯定。中醫(yī)學(xué)中，經(jīng)絡(luò)理論是指導(dǎo)針灸臨床治療的核心理論。目前，針灸療法在臨床上的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，但其具體的作用機(jī)制尚未得到科學(xué)的證明且還未實(shí)現(xiàn)針灸治療方案的科學(xué)化與規(guī)范化。

Petri Net是能夠表現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和解析動(dòng)態(tài)行為的控制理論，在生命系統(tǒng)的模型化和解析中有許多應(yīng)用成果。1980年WHO 經(jīng)聘請(qǐng)專家做初步的研究后，正式向世界各國(guó)推薦的針灸治療的適應(yīng)癥共有四十三種。WHO還在2006年對(duì)人體361處經(jīng)穴作了標(biāo)準(zhǔn)化定義[2]，隨之其運(yùn)用被迅速地推廣到全世界范圍。臨床和實(shí)踐證明針灸治療對(duì)人體副作用少、對(duì)未病及疑難雜癥有獨(dú)到療效。通過(guò)對(duì)模型的靜態(tài)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)行為的分析，驗(yàn)證肺經(jīng)的運(yùn)行機(jī)制。本研究的目標(biāo)是通過(guò)中醫(yī)學(xué)中“效能”和“癥”的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)勾連肺經(jīng)與五臟六腑，建立融合了傳統(tǒng)五行說(shuō)的Petri Net“臟腑-肺經(jīng)”模型，并對(duì)其做仿真。利用臨床數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比，來(lái)修正模型，使其合理化。

表1 2004-2012年我國(guó)居民肺癌發(fā)病率與死亡(103)

大氣環(huán)境污染是呼吸系統(tǒng)疾病，肺心病和肺癌等病癥的主要致病因素之一。從相關(guān)文獻(xiàn)中了解到2004-2012年居民肺癌發(fā)病率、死亡率與大氣污染指數(shù)存在著相關(guān)關(guān)系[3]。減少和治療呼吸系統(tǒng)疾病目前迫在眉睫，關(guān)系著每一個(gè)人的健康，希望通過(guò)建模能夠了解肺經(jīng)機(jī)制和作用，能夠在預(yù)防和治療上尋求更好的方法和途徑[4]。

五行說(shuō)是中醫(yī)學(xué)中的基礎(chǔ)理論，李曉偉對(duì)五行說(shuō)的量化解析進(jìn)行調(diào)查和研究[3]。孫春麗關(guān)注五臟六腑系統(tǒng)的生理平衡狀態(tài)，結(jié)合五行說(shuō)和模糊系統(tǒng)理論，分別對(duì)單個(gè)臟系和整體的五臟系統(tǒng)進(jìn)行分析，并建立模糊模型進(jìn)行模糊化，使五臟系統(tǒng)處于生理平衡狀態(tài)，建立了模糊模型[4]。郭文夷用數(shù)學(xué)的手法解釋了五行說(shuō)，通過(guò)五行系統(tǒng)的進(jìn)化法則進(jìn)行量化并建模[5，6]。

近年葛崎偉在中醫(yī)學(xué)陰陽(yáng)五行說(shuō)[4]的基礎(chǔ)上，使用Petri Net理論開發(fā)，根據(jù)經(jīng)穴的刺激仿真來(lái)驗(yàn)證創(chuàng)建的模型[7-10]，以五行學(xué)為基礎(chǔ)通過(guò)Petri Net的控制理論提出五臟六腑模型以及五臟六腑與心包經(jīng)的關(guān)聯(lián)模型和仿真模型。以上學(xué)者的成果為本領(lǐng)域研究發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但也存在一些問(wèn)題：建立的模糊模型的可視化呈現(xiàn)比較困難，心包經(jīng)各穴位與五臟六腑之間的模型僅僅是在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上建立的鏈接和影響關(guān)系，且影響程度假設(shè)相同。實(shí)際上不同的穴位對(duì)臟腑的影響不是單一的，而且程度也不相同。

對(duì)于以上問(wèn)題為了使臨床針灸得到更可靠更好的選擇穴位依據(jù)，提出臟腑-肺經(jīng)五腧穴模型。

2 基礎(chǔ)理論

2.1 Petri網(wǎng)

Petri 網(wǎng)是一個(gè)離散并行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示，它有直觀的圖形表達(dá)方式，也有豐富的系統(tǒng)描述手段和系統(tǒng)行為分析技術(shù)，是建模工具之一。在生命系統(tǒng)的建模和結(jié)構(gòu)解析方面有諸多的研究案例和成果[11-13]。利用Petri網(wǎng)來(lái)解析和明確五臟六腑以及肺經(jīng)經(jīng)絡(luò)的構(gòu)成結(jié)構(gòu)和作用。Petri網(wǎng)是有向圖的一種，持有Place和Transition兩種節(jié)點(diǎn)的帶權(quán)的兩部分圖。

一個(gè)Petri Net是一個(gè)三元組，P={p1，p2，…，pm}為場(chǎng)所(place)的集合；T={t1，t2，…，tn}為變遷(transition)的集合；F=(P×T)∪(T×P)為輸入函數(shù)和輸出函數(shù)集，稱為流關(guān)系。三元組N=(P，T；F)構(gòu)成網(wǎng)(net)的充分必要條件：P∩T=ф，規(guī)定了場(chǎng)所和變遷是兩類不同的元素；

①P∪T≠ф，表示網(wǎng)中至少有一個(gè)元素；

②F=(P×T)∪(T×P)，建立了從場(chǎng)所到變遷、從變遷到庫(kù)所的單方向聯(lián)系，并且規(guī)定同類元素之間不能直接聯(lián)系；

在本研究中，使用CPNTools構(gòu)建五臟六腑和肺經(jīng)五腧穴經(jīng)絡(luò)的模型。CPNTools是一個(gè)Petri Net工具，除了標(biāo)準(zhǔn)的Petri Net以外還有帶色Petri Net和時(shí)間Petri Net都是非常有用的圖形仿真工具[14-15]。CPNTools使用的是ML語(yǔ)言。

圖1 CPN建模與仿真軟件

2.2 臟腑與傳統(tǒng)五行說(shuō)

人體的內(nèi)臟器官分五臟和六腑，五臟的相互關(guān)系有用五行說(shuō)解釋的說(shuō)法。因此在中醫(yī)學(xué)中，相生相克關(guān)系的均衡維持被稱為保持健康。這種平衡關(guān)系一方過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱都被稱為是不健康的。這提示可以從相互對(duì)應(yīng)的影響關(guān)系查找生病的原因并探尋治療的方法。圖2是表示五臟相生相克的關(guān)系圖。五臟和六腑相互之間也有影響。肝和膽，心和小腸，脾和胃，肺和大腸，腎和膀胱的相互影響是表里一體的關(guān)系。臟在里，腑在表，六腑還有三焦。五行相生說(shuō)中分別相對(duì)應(yīng)的要素是有相互增強(qiáng)作用。

圖2 五行相生相克圖

五行相克，即為相互對(duì)立和抑制。所以按照木→火→土→金→水的順序循環(huán)。人體上有經(jīng)絡(luò)和經(jīng)穴，連接身體表面和臟腑。經(jīng)絡(luò)是氣和血流通的通道，連接皮屑、筋肉、臟腑，并將它們覆蓋使之循環(huán)。

經(jīng)絡(luò)是氣和血流通的通道，連接皮屑、筋肉、臟腑，并將它們覆蓋使之循環(huán)。身體從體內(nèi)深處到表皮都被經(jīng)絡(luò)覆蓋。在表皮附近一些位置存在經(jīng)穴。目前被認(rèn)定的有361處，通過(guò)刺激經(jīng)穴，使這種刺激被傳送到經(jīng)絡(luò)從而讓體內(nèi)的氣和血順暢流通。氣和血的流動(dòng)通過(guò)經(jīng)絡(luò)被傳送到相對(duì)應(yīng)的臟腑器官。氣和血順暢的流通，有利于活躍臟腑的機(jī)能。每個(gè)經(jīng)穴都有不同的功能。五腧穴即十二經(jīng)脈分布在肘、膝關(guān)節(jié)以下的井、滎、輸、經(jīng)、合穴，簡(jiǎn)稱“五腧”，其分布次序是根據(jù)標(biāo)本根結(jié)的理論，從四肢末端向肘膝方向排列。五腧穴可以說(shuō)是每經(jīng)的全息點(diǎn)，與自然節(jié)令有其相應(yīng)關(guān)系，與臟腑亦有相應(yīng)關(guān)系，五行配置使五腧穴成為一個(gè)五行子系統(tǒng)，從而與其臟腑器官、組織等相關(guān)聯(lián)并發(fā)生作用。

3 臟腑-肺經(jīng)五腧穴的Petri網(wǎng)模型

“癥”是中醫(yī)獨(dú)有的概念，可綜合評(píng)價(jià)人體全身的狀態(tài)和體質(zhì)，通常也可以說(shuō)成身體發(fā)生異常的狀態(tài)。肺經(jīng)中有對(duì)應(yīng)“癥”的一些穴位，結(jié)合癥狀和病因，建立了肺經(jīng)與臟腑的關(guān)系，如表2所示。

表2 肺經(jīng)五腧穴與五臟六腑的關(guān)聯(lián)

以表2為基礎(chǔ)，建立肺經(jīng)五腧穴與臟腑的Petri網(wǎng)模型。以孫春麗建立的模型作為基礎(chǔ)，對(duì)每一個(gè)臟器 (肝、心、脾、肺、腎)分別建模。將分別建立好的模型通過(guò)相生相克的關(guān)系進(jìn)行連接，并對(duì)五腑(除三焦，膽、小腸、胃、大腸、膀胱)分別對(duì)應(yīng)的影響的關(guān)系模型進(jìn)行添加來(lái)建立整體的模型。

在這里，對(duì)臟腑有5個(gè)階段的狀態(tài)值來(lái)呈現(xiàn)，如圖3所示。

圖3 五臟的狀態(tài)值

狀態(tài)值在(-1，b1)區(qū)間時(shí)，值是非常低的，產(chǎn)生相生的能量是處于困難狀態(tài)。在(b1，a1)區(qū)間時(shí)，值是處于一個(gè)低的病態(tài)狀態(tài)，產(chǎn)生相生的能量是處于困難狀態(tài)。在(a1，a2)區(qū)間時(shí)，值是處于一個(gè)平衡狀態(tài)，身體保持健康平衡。在(a2，b1)區(qū)間時(shí)，值是處于一個(gè)過(guò)剩的病態(tài)狀態(tài)，產(chǎn)生相克的能量狀態(tài)。在(b1，1)區(qū)間時(shí)，值是處于一個(gè)過(guò)剩嚴(yán)重的病態(tài)狀態(tài)。這個(gè)值是根據(jù)每個(gè)人的體質(zhì)和環(huán)境的差異而不同的。在這里定義X1(t)是腎水，X2(t)是肝木，X3(t)是心火，X4(t)是脾土，X5(t)是肺金。-1

下面，關(guān)于一個(gè)臟器的狀態(tài)用以下函數(shù)(1)來(lái)表示

f(t)=as*fs(t-1)-bk*fk(t-1)+c*f(t-1)

(1)

關(guān)于函數(shù)(1)中，t是時(shí)間，as，bk，c是參數(shù)，fs函數(shù)表示相生，fk函數(shù)表示相克，f函數(shù)表示臟器的狀態(tài)。腎催生和肺催生促使相生的能量和抑制相克的能量，再加上，臟器自身的損失能量相組合，從而式(1)成立。腎和心和肝的關(guān)系如圖4所示，心肝脾之間相生相克的關(guān)系模型如圖5所示。

圖4 肝、腎、心相生相克圖

圖5 心、肝、脾相生相克關(guān)系

4 五腧穴-臟腑關(guān)聯(lián)模型

在針灸治療中，刺激穴位，這種刺激被傳導(dǎo)到經(jīng)絡(luò)，貫通氣血，通過(guò)經(jīng)絡(luò)氣和血流到臟腑。關(guān)于經(jīng)穴的刺激模型，針對(duì)“穴位-臟/腑”的影響關(guān)系建立了Petri 網(wǎng)模型圖，如圖6所示。

圖6 一個(gè)經(jīng)穴與單一臟(腑)的結(jié)合模型

在這里，經(jīng)穴(Meridian Point)作為庫(kù)所，被刺激時(shí)輸出場(chǎng)所(Point Place)產(chǎn)生令牌，通過(guò)tp和臟腑的的狀態(tài)Place (Output & State Place)的令牌進(jìn)行組合再移到臟腑的輸入場(chǎng)所(Input Place)。移向臟腑的狀態(tài)Place，表示激活臟腑。在此，對(duì)于各臟腑來(lái)講，在一個(gè)Place上接收從多個(gè)經(jīng)穴流動(dòng)過(guò)來(lái)的令牌。

在五臟六腑Petri 網(wǎng)模型中，將人體的表里即經(jīng)絡(luò)和經(jīng)穴、經(jīng)穴和臟腑相互進(jìn)行關(guān)聯(lián)臟和腑的關(guān)聯(lián)手法見圖7，單一臟腑Petri網(wǎng)模型如圖8所示。

圖7 臟腑關(guān)聯(lián)模型

圖8 單一臟腑模型

5 學(xué)位與臟腑整體結(jié)合模型

根據(jù)表2的相依關(guān)系，根據(jù)五行說(shuō)的臟腑相生相克的關(guān)聯(lián)建立了臟腑-肺經(jīng)五腧穴的Petri網(wǎng)模型。圖9所示的是在CPNTool工具里設(shè)計(jì)的五臟六腑的關(guān)聯(lián)模型。而圖10所表示的是臟腑之間的如肺和大腸之間的關(guān)聯(lián)圖。圖11所示的是五臟六腑與肺經(jīng)五腧穴之間的關(guān)聯(lián)模型。

圖9 五臟六腑模型

圖10 臟腑與五腧穴的關(guān)聯(lián)模型

根據(jù)表2的相依關(guān)系，根據(jù)五行說(shuō)的臟腑相生相克的關(guān)聯(lián)建立了臟腑-肺經(jīng)五腧穴的Petri網(wǎng)模型。圖7所示的是在建立的五臟六腑的關(guān)聯(lián)模型。圖8所示的是五臟六腑與肺經(jīng)五腧穴之間的關(guān)聯(lián)模型。

在此次實(shí)驗(yàn)中，各類仿真參數(shù)設(shè)定如下：①所有的Place全部為REAL型；②臟腑的狀態(tài)令牌值域在(0.5，5.5)范圍；③五臟間相生和相克計(jì)算式子f (t)=as*fs(t-1)-bk*fk(t-1)+c*f(t-1)中as=0.15，bk=0.05，c=0.90；④關(guān)于與臟腑相關(guān)的Arc：與臟的狀態(tài)Place相連的Arc 為z，與腑的狀態(tài)Place相連的Arc為f，臟的輸入Place的Arc為d.f+e.z，腑的輸入Place的Arc 為d.z+e.f時(shí)，設(shè)定d=0.90，e=0.10。因此，對(duì)于一個(gè)經(jīng)穴對(duì)相應(yīng)的臟腑每一次的影響值為0.01。

實(shí)驗(yàn)一：在五臟六腑的仿真模型當(dāng)中將肺以外的所有臟腑的狀態(tài)初始值賦值為“3”，肺的初始值設(shè)定為“1”，進(jìn)行了五臟六腑的仿真模型。

實(shí)驗(yàn)一結(jié)果：如圖11、圖12所示。從圖11可以看出，肝是在第7回周期增加到3.00497022684，在 減 少 到2.8894823542.心 的 狀 態(tài) 在 第48回 周 期 減 少 到2.8822865085.脾的狀態(tài)在第8回減少到2.57047685421，又增加到2.85152225899.肺在第18回周期 減 少 到2.74308488644，又 增 加 到2.82360701343.腎 是 在 第3回 周 期 增 加到3.01213649979，又減少到2.83740466471，各臟器的狀態(tài)值接近于2.8。

圖11 五臟狀態(tài)值的變化

圖12 六腑狀態(tài)值的變化

同樣，圖12可以看出六腑的狀態(tài)值也接近于2.9。在五臟六腑模型的仿真中肺得到了回復(fù)，與之對(duì)應(yīng)的脾受到影響狀態(tài)值減少，并慢慢回復(fù)。從而知道肺和脾，脾和中焦相互影響維持生命的平衡狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)二：在肺經(jīng)五腧穴與五臟六腑結(jié)合的仿真中，依然進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)，除了肺以外的其它臟腑狀態(tài)初始值設(shè)定為“3”，肺的狀態(tài)值為“1”，并且對(duì)肺有影響的五個(gè)穴位尺澤、經(jīng)渠、太淵、魚際、少商，分別進(jìn)行刺激來(lái)做仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13-圖22所示。

圖13 刺激少商穴后五臟的狀態(tài)值變化

圖14 刺激少商穴后六腑狀態(tài)值的變化

圖15 刺激太淵穴后五臟的狀態(tài)值變化

圖16 刺激太淵穴后六腑狀態(tài)值的變化

圖17 刺激尺澤穴后五臟的狀態(tài)值變化

圖18 刺激尺澤穴后六腑狀態(tài)值的變化

圖19 刺激經(jīng)渠穴后五臟的狀態(tài)值變化

圖20 刺激經(jīng)渠穴后六腑狀態(tài)值的變化

圖21 刺激魚際穴后五臟的狀態(tài)值變化

圖22 刺激魚際穴后六腑狀態(tài)值的變化

在仿真二實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上分別對(duì)肺經(jīng)上的少商、太淵、尺澤、經(jīng)渠、魚際五個(gè)穴位進(jìn)行刺激后得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出肺臟異常時(shí)，脾臟也會(huì)受到影響，而當(dāng)刺激肺經(jīng)的五腧穴時(shí)，肺的恢復(fù)會(huì)比較快，其中當(dāng)刺激經(jīng)渠穴時(shí)對(duì)肺的恢復(fù)效果更佳。當(dāng)同時(shí)在刺激肺經(jīng)五腧穴時(shí)，其它臟腑也會(huì)受到影響狀態(tài)值會(huì)呈現(xiàn)不同程度的下降。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文在先行研究中提出的五臟六腑模型的基礎(chǔ)上添加了結(jié)合肺經(jīng)五腧穴的集合模型。并根據(jù)刺激肺經(jīng)五腧穴對(duì)模型進(jìn)行了仿真。通過(guò)對(duì)五腧穴不同的穴位進(jìn)行刺激觀察五臟六腑的變化程度，以及不同臟腑的反應(yīng)，進(jìn)一步比較根據(jù)刺激不同的穴位肺臟的恢復(fù)程度的快慢。今后的課題為以下幾點(diǎn)：

1)建立肺經(jīng)其它穴位對(duì)肺臟以及其它臟腑的影響程度的仿真模型與其實(shí)驗(yàn)。

2)調(diào)查五臟六腑與大腦之間的關(guān)聯(lián)情況。

3)根據(jù)針灸的臨床數(shù)據(jù)(如臟腑生物電數(shù)值)與模型數(shù)據(jù)的比較來(lái)進(jìn)一步調(diào)整參數(shù)來(lái)調(diào)整模型進(jìn)行多輪仿真使其模型合理化。

致謝

本文特別感謝山口大學(xué)葛崎偉教授的大力支持和幫助，還要感謝的是盧開信主任對(duì)于本次研究的醫(yī)學(xué)理論指導(dǎo)以及把臨床經(jīng)驗(yàn)和研究相結(jié)合。