Динамический контроль системы терморегуляции, путём контроля метаболизма в тканях и мышцах

February 18, 2013 by admin Комментировать »

Булгаков В. И., Булгакова Н. В., Сакало С. Н. Харьковский национальный университет радиоэлектроники (ХНУРЭ) просп. Ленина, д. 14, г. Харьков, 61166, Украина тел. +38(057)7021478, e-mail: rtf@kture.l<harl<ov.ua

Аннотация – С использованием метода СВЧ радиотермометрии проведен динамический контроль системы терморегуляции, путём контроля метаболизма в тканях и мышцах.

I.                                       Введение

Одним из методов диагностики является измерение температуры тела человека (инфракрасной температуры), которая впервые была измерена в Германии в 1851 году с помощью одного из первых образцов ртутных термометров [1]. Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды.

Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма. Это достигается с помощью физиологических механизмов терморегуляции. Терморегуляция проявляется в форме взаимосочетания процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нервно-эндокрин- ным путем. Терморегуляцию принято разделять на химическую и физическую.

Химическая терморегуляция осуществляется путём изменения уровня теплообразования, т. е. усиления или ослабления интенсивности обмена веществ в кпетках организма. Химическая терморегуляция имеет важное значение для поддержания постоянства температуры тела, как в нормальных условиях, так и при изменении температуры окружающей среды. Освобождение энергии в организме совершается за счет окислительно-восстановительной реакции. Поэтому все механизмы, которые регулируют окислительные процессы, регулируют и теплообразование.

Физическая терморегуляция осуществляется путем изменения отдачи тепла организмом. Важное значение она приобретает в поддержании постоянства температуры тела во время пребывания организма в условиях повышения температуры окружающей среды.

Теплоотдача осуществляется при помощи трех механизмов переноса тепла: теплопередача, конвекция, радиоизлучение. При повышении температуры окружающей среды до 35°С теплоотдача посредством радиоизлучения и конвекции становится невозможной и температура тела поддерживается на постоянном уровне искпючительно посредством испарения воды с поверхности кожи и альвеол легких.

Например, отдача тепла при температуре 21°С составляет: излучение – 70 %; испарение пота – 27 %; дыхание – 2 %; мочеотделении и дефекация – 1 %.

Для испарения 1 мл воды необходимо 2,4 кДж (0,58 ккал). Следовательно, если в условиях основного обмена телом человека отдаётся посредством испарения около 1675-2093 кДж (400-500 ккал), то с поверхности тела должно испаряться примерно 700- 800 мл воды. Из этого количества 300-350 мл испаряются из легких и 400-500 мл – с поверхности кожи.

Только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи [2,3] (эта часть пота составляет эффективное потоотделение).

Обменные процессы в клетке обеспечиваются благодаря осмосу, который характеризуется осмотическим давлением [4]:

где п – количество частиц; R – газовая постоянная; Т

–  абсолютная температура; \/- объём. Очевидно, что при постоянном значении Т, осмотическое давление пропорционально количеству частиц в растворе на единицу объёма раствора.

Регуляторные реакции, обеспечивающие сохранение постоянства температуры тела, представляют собой сложные рефлекторные акты, которые возникают в ответ на температурное раздражение терморецепторов, кожных и подкожных сосудов, а также самой центральной нервной системы. Потенциал равновесия, который характеризует обменный процесс в клетке, определяется уравнением Нернста [4]:

где Е^, – потенциал равновесия для СГ. Такой же потенциал равновесия существует и для .

II.                               Основная часть

Настоящая работа посвящена динамическому контролю функционирования системы терморегуляции. Как известно для исследования системы автоматического регулирования, необходимо изменять входные параметры и анализировать выходные параметры. Характеристикой каждой системы автоматического регулирования служит коэффициент передачи и характер переходного процесса.

Для анализа процесса терморегуляции были проведены исследования двух групп пациентов: шести мужчин и семи женщин при помощи радиотермометра РТ-01 «Наталка». Исследования проводились в сауне, при температуре около 80°С, что соответствует длине волны λ=8 шм. Разность температур до и после сауны составляла около 50°С [4]. Измерение яркостной температуры проводилось в трех симметричных точках конечностей. Выбор именно этих точек обосновывается следующим образом: первая точка – наружный квадрант ягодицы – система внутренней подвздошной артерии, была принята базовой. Вторая точка – середина бедра, третья – область икроножных мышц (как самый уязвимый участок, где наиболее часто возникает нагрузочная ишемия) [2]. Исследования проводились в положении лежа на животе. Пациенты посещали сауну два дня подряд. В первый день измерялась внутренняя температура нижних конечностей до посещения сауны, после посещения сауны и через два часа после

посещения сауны. Во второй день температура измерялась до, и после посещения сауны. Данные измерений представлены в табл. 1 и 2.

Табл. 1. Температура нижних конечностей пациентов до и после посещения сауны

Table 1. Patients’ lower limb temperature before and after sauna

Первый день посещения сауны у мужчин, t°C

До сауны

После сауны

Через 2 часа после сауны

Левая

Правая

Левая

Правая

Левая

Правая

26,68

26,62

26,23

26,28

26,28

26,18

Af=+0,06“C

Af=-0,05 “С

Af=+0,1 “С

Второй день посещения сауны у мужчин, i°C

До сауны

После сауны

Левая

Правая

Левая

Правая

28,56

28,31

26,87

26,75

Af=+0,25“C

Af=+0,12“C

Первый день посещения сауны у женщин, i°C

До сауны

После сауны

Через 2 часа после сауны

Левая

Правая

Левая

Правая

Левая

Правая

27,84

27,71

26,73

26,72

26,98

27,02

Af=+0,13“C

Af=+0,01 “С

Af=-0,04 “С

Второй день посещения сауны у женщин, i°C

До сауны

После сауны

Левая

Правая

Левая

Правая

25,96

25,94

25,29

25,14

Af=+0,02“C

Af=+0,15“C

III.                                   Заключение

Условие оптимального метаболизма в клетке – это поддержание терморецепторами гипоталамуса температурной константы на уровне 37°С. Эта задача возлагается на систему терморегуляции. Оценивая работу системы терморегуляции, можно судить об адаптационных способностях человека. Но поскольку система терморегуляции многоконтурная динамическая система автоматического регулирования, со многими входными и выходными параметрами и обратными связями, прямой её анализ весьма проблематичен. Проще анализировать работу системы терморегуляции, контролируя внутреннюю (радиояркостную) температуру, методами радиотермометрии. Измеряя внутреннюю температуру тканей и мышечных структур пациента, мы тем самым контролируем метаболизм в реальном масштабе времени.

Различия в динамических откликах системы терморегуляции мужчин и женщин можно объяснить гормональным статусом и, в частности, концентрацией прогестерона, который, в свою очередь, воздействует на терморегулирующие центры. Учитывая концентрацию прогестерона в крови у мужчин и женщин, процессы релаксации у мужчин и женщин проходят по разному.

IV.                            Список литературы

[1]  Радиотермография как метод диагностики в медици- не/Вайсблат А. В. – М.: Изд. НЦЗД РАМН, 2003. – 80 с.

[2]  Физиология человека/Под редакцией чл. кор. АМН СССР Г. И. Косицкого. – М.: Медицина, 1985. – 544 с.

[3]  Ф/з/олог/я людини/В1льям Ф. Ганог-Льв1в. Видавн.

«БаК», 2002. – 767 с.

[4]  Радиотермометрия как способ динамического контроля метаболизма в мышцах и тканях после ИК-воздействия при консервативном лечении заболеваний позвоночни- ка/Сакало С. Н., Булгаков В. И., Азархов А. Ю. – В кн.: 15-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2005). Материалы конф. – Севастополь: Вебер, 2005, С. 874-875.

А MICROWAVE RADIOMETRY TECHNIQUE FOR DYNAMIC MONITORING OF THERMOREGULATION SYSTEM USING RT-01 ‘NATALKA’ RADIO THERMOMETER

Bulgakov V. I., Bulgakova N. V., Sakalo S. N.

Kharkiv National University of Radio Electronics

14               Lenin Ave., Kharkiv, 61166, Ukraine Ph.: +380 (57) 7021478, e-mail: rtf@kture.kharkov.ua

Abstract – A dynamic monitoring of thermoregulation system has been carried out, involving monitoring of metabolism in tissues and muscles, with the use of a microwave radio thermometry technique.

I.                                         Introduction

The stability of human body temperature may only be maintained if balance exists between heat generation and heat emission in the whole body, which is achieved through physiological mechanisms of thermoregulation. Such thermoregulation is manifested as an interrelation between heat generation and heat emission processes controlled in a neuroendocrinous way. Thermal emission is maintained through three heat transfer mechanisms: heat transfer, convection, and radio emission. If ambient temperature rises to 35°C, heat emission through radio emission and convection becomes impossible, and body temperature is maintained at constant levels only through water evaporation from skin surfaces and air vesicles.

II.                                        Main Part

To investigate thermoregulation processes, two groups of patients (six males and seven females) have been examined using the RT-01 ‘Natalka’ radio thermometer in a sauna at an average temperature of 80 °C, which corresponds to the wavelength of λ = 8μm. The temperature difference before and after sauna was approx. 50°C [4]. The radiance temperature was measured at three symmetric points of limbs. The reason for selecting these points is as follows: the first point at the outward quadrant of a buttock (the internal iliac artery system) was taken as a basic one. The second point was in the middle of a thigh, while the third one – in the gastrocnemius muscle area (the most vulnerable zone where exercise-induced ischemia occurs most frequently) [2]. The research was carried out on the patients lying in a prone position. The patients attended sauna two days running. On the first day the internal temperature of lower limbs was taken before sauna, immediately after sauna, and two hours later. On the second day the temperature was taken before and after sauna. The measured data is presented in Tables 1 and 2.

III.                                       Conclusion

By estimating thermoregulation processes, human adaptation abilities may be assessed. Since the thermoregulation system is a multistage dynamic automatic control system involving numerous input/output parameters and feedback, its direct analysis is rather problematic. The operation ofthe thermoregulation system is more conveniently analyzed by monitoring internal (radiance) temperature using radio thermometry techniques. By measuring internal temperature of tissues and muscular structures of patients, we monitor metabolism in real time.

Differences in dynamic responses between male and female thermoregulation systems may be explained by hormonal status, in particular by luteal hormone concentration, which, in its turn, influences thermoregulation centers.

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