27 Фев

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:
  1. ПОНЯТИЕ «УСТОЙЧИВОСТЬ».

 Устойчивость, стабильность —  универсальные понятия, используемые в различных  сферах человеческой жизни, начиная от бытовых (устойчиво научился ходить ребенок,  устойчиво работает  та или иная бытовая техника). В медицине понятие «устойчивость»  употребляется для обозначения степени тяжести состояния больного: «стабильное», «стабильно тяжелое» и т.д. В психологии — для обозначения  людей с «устойчивой» и «неустойчивой» психикой.  В физике под «устойчивостью движения» понимается способность движущейся  механической системы не отклоняться от траектории при незначительных случайных воздействиях. Анализ  различных определений понятия «устойчивость» и классификацию  систем по типам устойчивости можно найти  в монографии В.В.Артюхова [1].

Строгие математические определения понятия «устойчивость» берут начало от  изучения  устойчивости движения механических систем. Движение любой механической системы зависит от действующих сил и начальных условий, исходя из которых, можно теоретически рассчитать, как будет двигаться система. Движение, соответствующее этому расчёту, называется невозмущённым. Но на практике истинные значения начальных условий обычно изменяются из-за влияния внешних случайных  возмущений. Движение, которое система будет совершать при наличии этих возмущений, называется  возмущённым движением. Если при  малых начальных возмущениях характеристики движения  всё последующее время мало отличаются от невозмущённых,  движение  называется устойчивым. Если же характеристики движения со временем будут всё более и более отличаться от невозмущённых, то движение системы называется неустойчивым. Эти определения соответствуют определению устойчивости движения по А. М. Ляпунову, который заложил основы точной математической теории устойчивости механических систем. В отличие от механических,  в физиологических  системах  мы сталкиваемся с невозможностью применения к ним математических методов оценки устойчивости, так как в большинстве случаев нам не известны  дифференциальные уравнения, описывающие их состояние. Для того, чтобы сформулировать дифференциальные уравнения физиологической системы, нужно создать математическую модель, которая смогла бы описать всю совокупность известных экспериментальных данных и предсказать новые закономерности. Понятие «устойчивость физиологических функций»  получило широкое распространение одновременно с проникновением в физиологию кибернетических идей и сформулированного П.К.Анохиным принципа саморегуляции и  системного подхода к изучению физиологических функций.  Согласно этому принципу, «отклонение результата деятельности функциональной системы от уровня, обеспечивающего нормальный метаболизм, немедленно вызывает цепь центрально-периферических процессов, направленных на восстановление оптимального уровня данного результата. Именно благодаря динамической саморегуляторной деятельности различные функциональные системы определяют необходимую для  нормальной жизнедеятельности устойчивость метаболических процессов  и их уравновешенность с внешней средой» [6].

  1. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ.

В настоящее время применяются различные методы оценки устойчивости физиологических функций:

  1. Экспериментальные.
  2. Математические.

         —   Аналитические  (если сформулирована модель в виде   алгебраических   или дифференциальных   уравнений).

         —  Графические  (лестничные диаграммы, диаграммы Пуанкаре).

  1. Компьютерные  (вычислительные эксперименты).

Детальное изложение математических методов оценки устойчивости биологических систем можно найти в книге Г.Ю.Ризниченко [5], а изложению существующих математических моделей физиологических процессов посвящена монография  Д.Кинера и Д. Снейда [7]. Практическое применение этих методов для оценки влияния стрессорных нагрузок на  устойчивость сердечно-сосудистых функций можно найти в наших работах  [3,4].

Для  экспериментальной оценки электрической стабильности сердца используются  следующие  показатели:

  • ПЖА — пороги возникновения желудочковых аритмий (фибрилляции желудочков, повторной желудочковой экстрасистолии и пароксизмальной желудочковой тахисистолии) Чем выше ПЖА, тем выше электрическая стабильность сердца.
  • ULV — верхний предел уязвимости миокарда (порог уяз­вимости). Чем выше ULV, тем ниже электрическая стабильность сердца.
  • DF — порог дефибрилляции. Чем выше DF, тем ниже электрическая стабильность сердца.

Проведенные нами экспериментальные исследования на животных (крысы, кролики, собаки), выявили достоверное снижение ПФЖ у животных под влиянием как острого, так и хронического эмоционального стресса. В этих исследованиях было показано, что  стрессорная нагрузка является фактором, провоцирующим снижение   устойчивости сердечной деятельности.

Помимо экспериментальных, для оценки устойчивости сердечной деятельности применяются также  математические методы. Это стало возможным одновременно с развитием методов математического моделирования сердечной деятельности. Нами была разработана математическая модель, позволяющая изучать устойчивость кардиоритма при постепенном возрастании частоты экстракардиальной импульсации, поступающей на синоатриальный  узел. Модель основана на базовых закономерностях, описывающих проведение электрического импульса по проводящей системе сердца и сформулирована в виде рекуррентных уравнений, выражающих зависимость последующего   RR интервала  от предыдущего [3,4].

Результаты проведенных нами вычислительных экспериментов показали, что постепенное возрастание величины стрессорной нагрузки сопровождается не только количественными, но и качественными изменениями  амплитудно-временной упорядоченности сердечного ритма. Различным диапазонам стрессорных воздействий соответствуют различные режимы функционирования кардиодинамики: линейный режим,  режим «хаос 1-й степени» и режим «хаос 2-й степени». Результаты исследований устойчивости различных режимов кардиодинамики, выполненные методом компьютерного моделирования, показали, что наибольшей  устойчивостью отличается  линейный режим. Для этого режима  малые погрешности в значениях начальных условий не способны резко изменить исходную динамику RR интервалов. Оба  нелинейных режима кардиодинамики являются неустойчивыми, причем степень неустойчивости  режима «хаос 2-й степени» более высокая по сравнению с режимом режим «хаос 1-й степени». Результаты вычислительных экспериментов подтверждают экспериментальные данные, свидетельствующие о наличии взаимосвязи  между показателями степени упорядоченности сердечного ритма и показателями электрической стабильности сердца.

  1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Понимание необходимости математического обобщения  большого числа разрозненных экспериментальных данных, накопленных в физиологической науке, и построения основ теоретической физиологии началось в середине прошлого века. Начало развитию теоретической физиологии положили основные идеи П.К.Анохина — теория функциональных систем и системный подход к исследованию физиологических функций.  Ученые разных специальностей пришли к убеждению, что системный подход  — это «единственный путь соединить в одно целое куски нашего разобщенного мира и достичь упорядоченности вместо хаоса» [2]. Физиология – это наука, которая на основе частных процессов и механизмов строит динамику работы целого организма [6]. Важным направлением теоретической физиологии является разработка  методов оценки устойчивости физиологических функций. Основой тому являются положения  общей теории устойчивости сложных систем произвольной природы: биологических, социальных,   технических  и других.  В настоящей работе на примере  устойчивости сердечнососудистой системы изложена лишь часть этих методов. Разработка точных количественных методов и критериев оценки  устойчивости других   функциональных систем  организма  —  предмет  дальнейших совместных исследований  математиков, физиологов, врачей, инженеров.

Список  литературы

  1. Артюхов В.В. Общая теория систем. Самоорганизация. Устойчивость. Разнообразие. Кризисы. М.: Либроком, 2010 — 224 с.
  2. Гиг Дж. В. Прикладная общая теория систем. М.: Мир, 1981 — 733 с.
  3. Мезенцева Л.В // Росс.Физиол.Ж.. им. И.М.Сеченова, 96(2),106 (2010)
  4. Мезенцева Л.В. //Биофизика, 56(3), 543 (2011).
  5. Ризниченко Г.Ю. Лекции по математическим моделям в биологии. М.: Изд. РХД, 2002 — 560с.
  6. Физиология функциональных систем. Под ред. К.В.Судакова. Иркутск: Изд-во Ирк. Ун-та, 1997 — 516 с.
  7. Keener, J. and J. Sneyd. Mathematical physiology. Springer, 2001 — 766р
    МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
    Проблема устойчивости физиологических функций – важный раздел теоретической физиологии. Основные идеи П.К.Анохина - теория функциональных систем и системный подход к исследованию физиологических функций положили начало развитию теоретической физиологии. В статье излагаются методологические аспекты оценки устойчивости на примере устойчивости сердечно-сосудистых функций к стрессорным нагрузкам. Математическая модель, позволяющая исследовать устойчивость сердечного ритма, основывается на известных принципах экспериментальной электрофизиологии сердца, описывающих распространение электрического возбуждения в его различных структурах.
    Written by: Мезенцева Лариса Валентиновна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 12/27/2016
    Edition: euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)
    Available in: Ebook