ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ

January 25, 2013 by admin Комментировать »

Азархов А. Ю., Сакало С. Н. Харьковский национальный университет радиоэлектроники (ХНУРЭ) просп. Ленина, д. 14, г. Харьков, 61166, Украина тел. +38(057)7021478, e-mail: rtf@kture.kharkov.ua

Аннотация – Для формирования требований к методике проведения температурных измерений биологических объектов, рассмотрено поведение организма человека как динамической открытой системы на основе теории устойчивости.

I.                                       Введение

Несмотря на значительный прогресс в развитии техники и компьютерных технологий, медицинская диагностика в большей степени представляет собой процесс творчества, мало поддающийся формализации. Это обусловлено наличием сложных взаимосвязей между органами и системами организма, а также его взаимоотношением с внешней средой. Поэтому на всех этапах развития медицины предпринимались попытки определить наиболее информативные объективные показатели, характеризующие состояние организма человека. Одним из таких показателей является температура. Это обусловлено тем, что между организмом человека, как открытой системой и внешней средой устанавливается энергоинформационный баланс. Все процессы в организме: физические, химические и биологические приводят к изменению энтропии [1]. Это производство происходит всегда с определенной скоростью – всегда положительной и равной нулю в условиях равновесия. Равновесие означает нормальное состояние организма. При заболевании равновесие энергоинформационного баланса внутри организма и организма с внешней средой нарушается, что находит свое отражение в нарушении температурного баланса. Причем следует различать два температурных поля. Температура поверхности тела в значительной степени связана с теплообменом с внешней средой, и может быть измерена с высокой степенью точности. Температурные аномалии внутренней среды организма менее зависят от внешней среды [2, 3] т. е. являются более информативными о состоянии объекта, однако их измерение связано с техническими трудностями.

В современной медицинской практике широко используются приборы, регистрирующие температуру, как поверхности, так и внутри организма человека. Однако, интерпретация результатов измерений возможна только в случае получение теоретической модели, описывающей тепловые процессы в организме человека. Кроме того, как правило измерение температуры представляет собой фиксацию мгновенного ее значения, в то время как температура, как показатель динамической системы, постоянно изменяется.

Для формирования требований к методике проведения температурных измерений, авторами предлагается рассмотреть поведение организма человека как динамической открытой системы на основе теории устойчивости.

II.                              Основная часть

Самоорганизация, т. е. спонтанное образование и развитию сложных упорядоченных структур – одна из особенностей биологических систем [2]. Это не противоречит законам термодинамики, поскольку все живые биологические системы являются открытыми и обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Энтропия, служащая мерой беспорядка, может уменьшаться в открытых системах с течением времени. Необходимая предпосылка эффектов самоорганизации закпючается в наличии потока энергии, поступающего в систему от внешнего источника и поглощаемого системой. Благодаря этому потоку система становится активной и приобретает способность к образованию новых структур. Самоорганизация не являются исключительным свойством биологических объектов (ВО) и наблюдается, в той или иной форме в неорганических системах [3-5].

Живой организм представляет собой сложно организованную иерархию автономных подсистем. Управляющие сигналы верхних уровней управления не имеют характера жестких команд, подчиняющих себе активность всех индивидуальных элементов более низких уровней [6]. Вместо этого от высших уровней иерархии поступают сигналы, которые предопределяют переходы подсистем от одного режима функционирования к другому. При этом существующие небольшие отклонения от равновесия создают устойчивые специфические неравновесные структуры, называемые диссипативными. Неустойчивость траекторий хаотических систем делает их чрезвычайно чувствительными к управлению. Эти траектории обладают свойством с течением времени попадать в окрестность любой точки, принадлежащей аттрактору нелинейной детерминированной системы.

Будем исходить из того, что ВО (точнее – аттрактор, описывающий поведение некоторого квазипериодического колебания в этом объекте) в состоянии нормы находится в некотором равновесном состоянии. Это состояние, с одной стороны, ограниченно предельными возможностями организма, а с другой стороны, минимальными потребностями для поддержания жизнедеятельности потенциальной энергией. Не рассматриваем затухающие колебания – гибель ВО. Представим аттрактор в виде шарика катающегося в потенциальной яме. Границы этой ямы характеризуют предельные возможности ВО (в модели – предельный цикп аттрактора). На шарик воздействуют внешние факторы (окружающая среда, режим питания и т. п.), которые и обеспечивает флуктуацию потенциальной ямы. Таким образом, на фоне значительных квазипериодических колебаний возникают дополнительные хаотические колебания, которые можно рассматривать как аналог адаптационных процессов ВО. Кривая распределения этой энергии для состояния нормы приведена на рис.1.

На рис. 2 показано состояние нехронического и хронического заболеваний. Для состояния болезни максимальная глубина потенциальной ямы находится выше состояния «нормы» Хроническое заболевание характеризуется тем, что ВО находится в потенциальной яме на уровне или ниже нормы. Предложенные модели хорошо совпадают с известными [3].

Рис. 1. Распределение энергии для нормального состояния БО.

Fig. 1. Energy distribution for ВО normal condition

Все энергетические процессы в организме человека происходят с выделением тепла. Следовательно, можно считать, что рассмотренная энергетическая модель отображает динамику температуры как организма в целом [7], так и, в силу гомеостаза, отдельных органов.

Рис. 1. Распределение энергии для 50, находящегося в состоянии нехронического и хронического заболеваний.

Fig. 1. Energy distribution for ВО in the state of chronic or non-chronic disease

III.                                   Заключение

1.           Температура тела организма и отдельных его органов является динамическим показателем, измерение которого отображает мгновенное состояние организма. 2. Для решения медицинских задач необходимо измерять динамику температуры за интервал времени характеризующий квант поведения системы (органа). 3. В силу большой площади теплообмена организма с окружающей средой, более информативными, о состоянии организма (органа), являются глубинные температуры тела. 4. Резкие температурные аномалии могут свидетельствовать как о патологиях так и о попытках организма к самоорганизации т. е выхода на новую траекторию аттрактора.

IV.                           Список литературы

[1]  Хорстхемке В., Лефевр Р. Индуцированные шумом переходы: Теория и применение в физике, химии и биологии. – М.: Мир, 1987. – 400 с.

[2]  Гемба В. Н. Теория информации и физические механизмы взаимодействия низкоинтенсивных электромагнитных полей с биологическими объектами//Электроника и связь. – 1999. – № 6, т. 1 – С. 202-206.

[3]  Мун Ф. Хаотические колебания. Пер. с англ. М.: Мир, 1990.-312 с.

[4]  Неймарк Ю. И., Ланда П. С. Стохастические и хаотические колебания. – М.: Наука, 1987. – 424 с.

[5]  Агафонов Б. Е., Живлюк Ю. Н., Черников Ф. Р. Детерминированный хаос в динамике водородной связи// Биофизика. – 1995, т. 40, № 3. – С. 497-505.

[6]  Алдонин Г. М. Синергетика и биоритмы//Биомедицинская радиоэлектроника. – 1999, № 1. – С. 51-56.

[7]  Беляков С. В., Бецкий О. В., Яременко Ю. Г. Состояние и тенденции развития аппаратуры для КВЧ-терапии// Биомедицинская радиоэлектроника. – 1998, № 3.- С. 50-56.

DIAGNOSTICS OF THE BODY CONDITION BY THERMAL FIELDS DISTRIBUTION

Azarkhov A. Yu., Sakalo S. N.

Kharkiv National University of Radioeiectronics 14, Lenin Ave., Kharkiv, 61166, Ukraine Ph.: +38(057) 7021478, e-mail: rtf@kture.kharkov.ua

Abstract-Jo form requirements for the methods of temperature measurements of biological objects (BO), human body behavior as a dynamic open system has been observed based on stability theory.

I.                                         Introduction

Modern medical practice widely uses instruments registering temperature both on the surface and inside the human body. However, interpretation of measurements results is possible only in case of obtaining theoretical model describing thermal processes in the human body. In addition, measuring temperature, as a rule, represents logging its instantaneous value whereas temperature as a dynamic system indicator is changing constantly.

To form requirements to the methods of temperature measurements the authors suggest analyzing human body behavior as a dynamic open system based on stability theory.

II.                                        Main Part

Living body represents a complex hierarchy of separate subsystems. Let us proceed from the fact that the biological object (attractor, to be more precise, describing the behavior of some quasi-periodic oscillations in this object) in normal condition is in a certain equilibrium condition. This condition, from the one hand, is limited by the body limit capabilities, and, from the other hand, by minimal requirements for maintaining vital activity with potential energy.

Let us imagine an attractor as a ball rolling in a potential pit. The borders of the pit characterize BO limit capabilities (in the model – limit cycle of attractor). The ball is exposed to external factors (environment, dietary pattern, etc.), which provide fluctuation of potential pit. In such a way on the background of considerable quasi-periodic oscillations additional chaotic oscillations appear and they can be regarded as analogue of BO adaptation processes.

Fig. 1 shows the curve of distribution of this energy for normal condition.

Fig. 2 shows condition of chronic and non-chronic diseases. For illness condition, maximum potential pit depth is higher than the «norm» condition. Proposed models coincide well with established models [3].

III.                                       Conclusion

1.         Body temperature and its separate organ is a dynamic factor, which measuring reflects instantaneous condition of the body. 2. To solve medical problems it is necessary to measure temperature dynamics within the time interval that characterizes quantum of the system (organ) behavior. 3. Due to big area of heat exchange of the body with the environment, deep body temperature is more informative about the condition ofthe body (organ). 4. Sharp temperature abnormalities may indicate both pathologies and body attempts to self-organization I. e. coming to the new trajectory of attractor.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты