SourceForge Logo

Eng Rus
Главная. | Контакт. |
SK-INTER

О возможности построения интегративной физиологии на основе скейлинговых фрактальных механизмов развития процессов в взаимодействующих функциональных подсистемах для биоиммунореабилитации человека.

Смирнова T.M. 2001

Описываемый принципиальный подход скейлинговых фрактальных механизмов развития процессов в взаимодействующих функциональных подсистем лежит в русле глобального подхода (межпредметной координации и выявления устойчивых закономерностей) анализа явлений общественной жизни, бизнеса, политики и др. и является методологией кратко- и долгосрочного прогнозирования и принятия оптимальных решений.[5,8]
Механизм разработан для выявления ситуаций, когда мелкомасштабная временная активность начинает влиять на крупномасштабную картину, локализацию и классификацию особых точек процесса, частотно-временной характер происходящих изменений.
Скейлинг - метод масштабных преобразований для исследования поведения системы вблизи неравновесной точки, позволяющей предсказать ее положение и дальнейшую эволюцию во времени вблизи критической точки. Анализируется медленное изменение параметров взаимодействующих систем под действием обратной связи и определяются быстрые переходы в другое равновесное состояние с использованием методов анализа иерархий взаимодействующих подсистем.
Предложенная схема является универсальной, в одинаковой мере приложимой для описания операционной структуры поведенческих актов любой биологической или социальной модальности.
Возможно, этот путь даст реальная возможность перевода весьма неконкретных рассуждений о клиническом образе на значительно более определенный научный и даже - математический язык.
Сложные системы противоинтуитивны, ведут противоположно простым, на которых основан наш персональный опыт. Структура сложной системы - не простая петля обратной связи, где одно состояние определяет поведение. Сложная система имеет разнообразие взаимодействующих петель обратной связи. Внутренние потоки в ней управляются нелинейными отношениями как с положительной обратной связью, описывающие процессы роста, так и отрицательные, целенаправленные петли. В сложной системе причина может находиться далеко от следствий. Фактически, причины обычно не в предшествующих состояниях, а в структуре и управлении системы. В этих системах возможны скачкообразные изменения, возникающее при плавном изменении внешних условий. Этим обусловлена большая трудность долгосрочного прогноза поведения подобных систем и актуальность построения быстро реагирующей системы с обратной связью.
Создание целостного клинического образа невозможно без системного подхода к организму - не только на этапе диагностического поиска (учет состояния других органов и систем, в структуре диагноза - фоновые, сопутствующие заболевания), но и при выборе метода лечения (оценка состояния других органов и систем при назначении терапии, например, учет состояния желудочно-кишечного тракта при назначении глюкокортикоидной терапии), а также и при динамическом контроле за течением заболевания.
Осуществление томографии процесса и сравнивая с аналогичным у здорового, возможно выявление срыва функциональной интеграции, которые при использовании специально разработанного математического аппарата могут быть достоверно соотнесены с особенностями клинического течения определения прогноза с учетом параметров, характеризующих функционирование различных систем организма в динамике для исследуемого больного или группы больных позволяет выявить и оценить количественно тенденции в изменении функционального состояния, прогнозировать дальнейшее течение заболевания, возможные отклонения и осложнения, отслеживать влияние лечебных, физиологических и иных воздействий на организм с учетом состояния различных органов и систем.
Функциональные системы, по П. К. Анохину, самоорганизующиеся и саморегулирующиеся динамические центрально-периферические организации, объединенные нервными и гуморальными регуляциями, все составные компоненты которых взаимосодействуют обеспечению различных полезных для самих функциональных систем и для организма в целом адаптивных результатов, удовлетворяющих его раличные потребности. [1,2,3,4]
Целый организм представляет слаженную интеграцию множества функциональных систем, одни из которых своей саморегуляторной деятельностью определяют устойчивость различных показателей внутренней среды - гомеостазис, другие - адаптацию живых организмов к среде обитания.

Общие свойства функциональных систем.

Ведущим свойством функциональной системы любого уровня организации является принцип саморегуляции. В соответствии с теорией функциональных систем отклонение того или иного результата деятельности функциональных систем от уровня, определяющего нормальную жизнедеятельность организма, само является причиной к мобилизации всех составляющих функциональные системы компонентов на возвращение измененного результата к уровню, определяющему оптимальное течение процессов жизнедеятельности.
Для удержания полезного приспособительного результата на оптимальном уровне и его возвращения к этому уровню в случае отклонения каждая функциональная система избирательно объединяет различные органы и ткани, комбинации нервных элементов и гуморальных влияний, а также - при необходимости - специальные формы поведения. Примечательно, что в различные функциональные системы избирательно включаются одни и те же органы своими различными метаболическими степенями свободы. В результате одни и те же органы человека, включающиеся в деятельность различных функциональных систем, приобретают особые свойства.
Их тесное взаимодействие проявляется прежде всего в корреляционных отношениях ритмов их деятельности.

Иерархическое доминирование функциональных систем.

В каждый данный момент времени в организме человека совершается множество разнообразных метаболических реакций, составляющих в целом многопараметрическую общую потребность организма. Однако каждая специфическая функциональная система организма формируется только каким-либо одним параметром внутренней среды, составляющим только часть общей потребности организма. Всегда один из параметров общей потребности организма выступает в роли ведущего доминирующего, будучи наиболее значимым для выживания, продления рода или для адаптации человека во внешней и прежде всего социальной среде, формируя доминирующую функциональную систему. При этом все другие функциональные системы либо вытормаживаются, либо своей результативной деятельностью способствуют деятельности доминирующей функциональной системы.

Мультипараметрическое взаимодействие.

Этот принцип отражает обобщенную деятельность различных функциональных систем в организме человека. Особенно отчетливо принцип мультипараметрического взаимодействия проявляется в деятельности функциональных систем гомеостатического уровня, в которых изменение одного показателя внутренней среды, представляющего результат деятельности какой-либо функциональной системы, немедленно сказывается на результатах деятельности других связанных с ним функциональных систем. Принцип мультипараметрического взаимодействия отчетливо выявляется, например, в деятельности функциональной системы, определяющей уровень газовых показателей в организме.

Последовательное взаимодействие функциональных систем.

В целом организме человека деятельность различных функциональных систем последовательно связана друг с другом во времени, когда результат деятельности одной функциональной системы последовательно формирует другую потребность и соответствующую функциональную систему.
Одни функциональные системы в целом организме взаимодействуют по принципу иерархического доминирования, другие - по принципу мультипараметрического взаимодействия. Ряд функциональных систем связан последовательно во времени.

Системная диагностика здоровья.

С позиций теории функциональных систем нормальное состояние человека может быть определено как слаженное взаимодействие функциональных систем разного уровня организации в их иерархических, мультипараметрических и временных соотношениях по горизонтали и вертикали, обеспечивающее оптимальный для жизнедеятельности организма гомеостазис и адаптацию к условиям обитания.
С этих же позиций социальная адаптация человека определяется как способность его функциональных систем обеспечивать достижение социально значимых результатов.
Здоровый организм характеризуется таким образом системной и межсистемной гармонией. Слаженное взаимодействие функциональных систем в организме человека по иерархическому и мультипараметрическому принципам осуществляется на основе синхронизации ритмов их деятельности, а также ритмов, составляющих их отдельных элементов.
При действии на организм повреждающих факторов физической, химической или биологической природы формируются патологические системы.
Патологический очаг может объединять в патологический процесс местные метаболические реакции и ряд органов, так же как и регуляторные процессы. По отношению к патологическим системам происходит перестройка деятельности нормальных функциональных систем, причем их активность может быть направлена на ликвидацию патологической системы или установление нового компенсаторного уровня меж- и внутрисистемных отношений. Наличие в организме патологической системы, функционирующей по своим законам патологии, естественно, изменяет слаженную деятельность дефинитивных функциональных систем организма. В этом случае деятельность одних из них оказывается нарушенной, а другие компенсируют нарушенные функции, обеспечивая в меру возможности оптимальный уровень процессов жизнедеятельности. При этом в целом организме складываются противодействующие взаимодействия двух тенденций: с одной стороны, патологическая, создающая нарушения нормальных физиологических функций, с другой - компенсаторная деятельность физиологических функциональных систем, направленная на ликвидацию патологического процесса.
Результаты деятельности самих патологических систем часто утрачивают адаптивное для организма значение. Наоборот, их достижение способствует деструкции организма. Внешним проявлением деятельности патологических систем является формирование патологических синдромов.

Клинические аспекты системной диагностики.

Болезнь, как правило, затрагивает в целом организме деятельность множества взаимосвязанных функциональных систем. В связи с этим оценка различных показателей деятельности организма в условиях патологии должна учитывать системную интеграцию физиологических функций.
При каждом заболевании прежде всего необходимо определить, какие функциональные системы затронул патологический процесс и нарушение деятельности которых усугубляет его, а деятельность каких функциональных систем имеет компенсаторную направленность.

Системная компенсация нарушенных функций.

С системных позиций компенсация нарушенных функций всегда идет в направлении сохранения функциональными системами способности обеспечивать полезные для организма приспособительные результаты.
При удалении одного легкого компенсаторный процесс связан не только с деятельностью второго оставшегося легкого, но и с функциями сердца, почек, крови и других исполнительных компонентов разветвленного внутреннего звена саморегуляции функциональной системы дыхания. При этом нарушается деятельность и других функциональных систем, определяющих оптимальный для организма уровень кровяного и осмотического давления, реакции крови, выделения и т. д., которые по принципу многосвязного взаимодействия компенсаторно перестраивают свою деятельность.
Широкими резервами компенсации обладают исполнительные звенья саморегуляции функциональных систем, у которых имеется огромная возможность перебора и взаимозаменяемости для достижения полезного приспособительного результата. В любом случае при удалении или повреждении того или иного органа необходимо учитывать, на какие другие исполнительные органы и в каких функциональных системах ляжет дополнительная нагрузка.

Системные механизмы реабилитации.

Теория функциональных систем позволяет по-новому подойти к проблеме реабилитации нарушенных функций человека.
С позиций теории функциональных систем все реабилитационные мероприятия выступают в роли дополнительного внешнего звена саморегуляции, компенсируя тем самым недостаточную функцию тех или иных функциональных систем организма.
Особого внимания в этом плане заслуживает первая стадия формирования патологического процесса.
На этой стадии нарушенные внутри- и межсистемные отношения функциональных систем в организме легко восстанавливаются методами реабилитации: гипнотическим воздействием, массажем, гомеопатией, аккупунктурой, тепло-холодовыми процедурами, гипоксией и т. д., позволяющими предупредить переход дисфункций в устойчивую патологическую форму.
Эти же факторы важны и для сохранения и упрочения эффектов реабилитации.

Системные отношения человека с окружающей средой.

В начале 60-х годов нашего столетия человечество впервые стало осознавать серьезность встающих перед ним экологических проблем и хрупкость самого существования жизни на планете Земля. Реальностью стали глобальное потепление климата, возникновение озоновых дыр над полюсами, убиквитарное распространение токсикантов и загрязнение воды, воздуха, почв, продуктов питания вредными химическими веществами, вымирание многих видов растений и животных, снижение биоразнообразия в результате деятельности растущего народонаселения планеты.
Сегодня скорость увеличения вредного воздействия средовых факторов и интенсивность их влияния уже выходит за пределы биологической приспособляемости экосистем к изменениям среды обитания и создает прямую угрозу жизни и здоровью населения.
Для того чтобы предупредить и избежать влияния Экологически опасных Факторов , необходим целый комплекс социальных и специальных мероприятий, которые для их реализации по всем нравственным нормам и жизненным показаниям требуют значительных капитальных вложений, существенно превышающих сегодняшние "вливания". Согласно прогнозам, в течение ближайших 30-40 лет (при сохранении существующих тенденций развития индустрии) состояние здоровья населения России на 50- 70% будет зависеть от качества среды обитания (при нынешнем соотношении 20-40%), а затраты материальных ресурсов, энергии и труда на стабилизацию условий окружающей среды станут самой крупной статьей экономики, превысив 40-50% валового национального продукта.
! интерес как для широкого круга специалистов, профессионально интересующихся вопросами экологии, охраны природы в целом и здоровья человека - экологов, гигиенистов, токсикологов, медиков, генетиков, химиков и т.п., так и всех, кого волнуют проблемы взаимоотношений человека и природы, сохранения среды обитания человека.
Оптимальное управление экономическими процессами, обеспечивающими устойчивый рост национальной экономики (изложение техники дела [9] ) необходимо дополнить экологическими и медицинскими аспектами и применить выше изложенный скейлинг процесс для управления.
Для автоматизации решения задач интегративной физиологии необходима объектно-ориентированная система со следующими возможностями: Наглядное графическое отображение дисбаланса между органами и системами, возникающего при динамическом контроле, и характеризующее функционирование различных систем организма в их взаимосвязи для исследуемого больного или группы больных позволяет выявить и оценить количественно тенденции в изменении функционального состояния, прогнозировать как дальнейшее течение заболевания, так и возможные отклонения и осложнения, отслеживать влияние лечебных, физиологических и иных воздействий на организм с учетом состояния различных органов и систем.
Система должна эффективно реализовать управление выходными функциями.
На основе предложенного подхода могут быть реализованы сложные медицинские системы: распространение заболевания, опухолей, фармакологические и другие динамические процессы.
В зависимости от степени наpушения функции важнейших систем жизнеобеспечения (дыхания, кpовообpащения, метаболизма, иммунитета) избиpается тот метод (методика) или последовательность методов, или их сочетание , оптимально соответствующие имеющимся в данный момент условиям у конкpетного больного.
Обострение приступа бронхиальной астмы протекает в следующем порядке : Бронхиальный секрет имеет два слоя - верхний, вязкоэластичный гель и нижний жидкий слой золь. Гель мокроты способен перемещаться только после повышения минимального напряжения сдвига.
В норме процесс слизеобразования имеет защитный характер, но может нарушать дренажную функцию бронхов и затруднять дыхание.
Воспалительный процесс в бронхиальном дереве изменяет состояние молекул гликопротеинов, и они оказываются связанными между собой.
Гиперплазия слизеобразующих клеток приводит к повышению уровня гликопротеинов, увеличение фракции геля и соответственно повышение вязко эластичных свойств бронхиального содержимого.
Реологические свойства мокроты - вязкость, эластичность и адгезия играют важнейшую роль в протекании заболевания.
Гетерогенные механизмы астмы взаимодействуют комплексно.
Основную роль играют повреждение эпителия, повышение сосудистой проницаемости, отек стенки бронхов, медиаторы эффекторных клеток воспаления и нарушение функции вегетативной нервной системы.
В патогенезе астмы принимают участие многие клетки, среди которых особое внимание уделяют тучным клеткам, эозинофилам и лимфоцитам.
В ранней астматической реакции, возникающей после контакта с аллергеном, тучные клетки легких в результате опосредованной IgE дегрануляции выбрасывают хемотаксический фактор эозинофилов и нейтрофилов и медиаторы, оказывающие бронхосуживающее действие.
Таким образом, тучные клетки выступают в роли триггера, запускающего воспалительную реакцию в дыхательных путях.
Макрофаги могут быть активированы через IgE-зависимые механизмы и неаллергическими раздражителями.
Нейтрофилы высвобождают такие воспалительные медиаторы, как деструктивные протеазы, способные повреждать ткань легкого. Кроме того, они являются источником цитокинов. Цитокины могут в дальнейшем усиливать нейтрофильную инфильтрацию.
Эозинофильная инфильтрация дыхательных путей является характерной чертой астмы и позволяет дифференцировать это заболевание от других воспалительных процессов в дыхательных путях. Эозинофилы высвобождают различные медиаторы, кислородные радикалы, а также основные белки (большой основный белок и эозинофильный катионный белок), которые токсичны для эпителия бронхов. Активированные эозинофилы могут, таким образом, приводить к повреждению эпителия, что также характерно при астме.

Повреждение эпителия.

Было обнаружено, что мокрота больных астмой содержит агглютинаты эпителиальных клеток и их количество значительно увеличивается во время обострения астмы. Различные эпителиальные повреждения могут быть следствием высвобождения из эозинофилов основных белков, а также результатом высвобождения различными эффекторными клетками воспаления кислородных радикалов и, возможно, следствием отека подслизистой оболочки. Эпителиальное повреждение может влиять на бронхиальную гиперреактивность.
Поврежденные клетки эпителия высвобождают провоспалительные медиаторы, воздействие которых на субэпителиальные чувствительные рецепторы и нервные окончания может привести к активации нервно-рефлекторных механизмов.

Повышение сосудистой проницаемости.

Вследствие повышенной сосудистой проницаемости к бронхиальному секрету примешивается серозный белковый компонент. Повышение проницаемости сосудов приводит к отеку слизистой оболочки дыхательных путей, который может привести к увеличению реактивности по геометрическим причинам.

Нейрогенная регуляция.

Поскольку изменения в тонусе мускулатуры бронхов при астме происходят быстро, давно было сделано предположение, что при этом заболевании может иметь место расстройство регуляции вегетативной нервной системы, проявляющееся дисбалансом между возбуждающим и тормозящим влиянием, приводящее к чрезмерной "судорожности" дыхательных путей.
В зависимости от степени наpушения функции важнейших систем жизнеобеспечения (дыхания, кpовообpащения, метаболизма, иммунитета) избиpается тот метод (методика) или последовательность методов, или их сочетание , оптимально соответствующие имеющимся в данный момент условиям у конкpетного больного.
Это позволит не увеличивать количество пpепаpатов и повышение их доз, а применять индивидуальную тактику лечения на основе эффеpентных методов.
Анализ динамики механизмов заболевания выявит моменты запуска новых или коррекций действующих физиологических подсистем организма на основе обработки фрактальной структуры происходящих изменений.
Временная структура, частотно-фазовые характеристики, а также фрактальная размерность, форма огибающей спектра мощности дают возможность апроксимировать происходящие изменения причинными уравнениями и добиваться поставленных целей в стратегии и тактике лечения.
Это усовершенствует рабочее место практикующего врача, ускорит процессы фармакологических разработок, автоматизирует поиск оптимальных решений в научных исследованиях и образовательной деятельности.

Литература:
1.Судаков К. В. Общая теория функциональных систем. - М.: Медицина,1984.

2.Судаков К. В. Функциональные системы организма. - М: Медицина, 1987.

3.Судаков К. В. Избранные лекции по нормальной физиологии. - М.: Эрус, 1992.

4.Судаков К. В. Теория функциональных систем. М.,1996.

5. Реут Д. Единственная реальная проблема - структурирование будущего. PCWeek. - 1997.

6.Саати Т. Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий. - М.: Радио и связь, 1993.

7.ХУДОЛЕЙ В. В., МИЗГИРЕВ И. В. Экологически опасные факторы.

Санкт-Петербург 1996

8. Вильямс Б. Торговый хаос.

9. Chukwu E.N. Mathematical Controllability Theory of Capital Growth of Nations.

Applied Mathematics and computation 52:317-344(1992)