Спосіб екстракорпоральної корекції гомеостазу

Корисна модель належить до галузі інформаційних технологій і може бути використана в ергатичних системах, у ланцюгу зворотного зв'язку яких, в якості ланки оптимізації, присутня людина (оператор реактора атомної станції, пілот літака), або у автоматизованих системах, де людина присутня як об'єкт керування (системи екстракорпоральної детоксикації, системи життєзабезпечення у екстремальних умовах). Відомий спосіб оцінювання гомеостазу організму людини, як кібернетичної ланки у системі керування, згідно з яким оператор періодично проходить тестування на спеціалізованих тренажерах, де оцінюють його психофізичний стан, у медичному закладі перед виконанням завдання вимірюють його основні фізіологічні показники, приймають рішення щодо допущення людини до виконання завдання чи проводяться заходи для приведення показників гомеостазу до значень, які лікар рахує можливими [1]. Недоліком такого способу є неможливість оцінювання та корегування стану гомеостаза оператора у реальному часі безпосередньо під час виконання завдання [2, 3]. Відомий також, вибраний як прототип, спосіб екстракорпоральної детоксикації, згідно з яким відбувається кількісне визначення показників стану організму пацієнта (маркерів гомеостазу) за рахунок того, що перед початком процедури екстракорпоральної детоксикації вимірюються його антропометричні данні, вимірюються біохімічні показники рідинних секторів, розраховують різницю між показниками, що виміряні і попередніми їх значеннями, з'єднуються з апаратурою екстракорпоральної детоксикації рідинні сектори організму людини, встановлюють розраховані режими роботи апаратури екстракорпоральної детоксикації, відбувається масоперенесення речовин між внутрішнім середовищем організму людини (біологічного об'єкту керування (БОК)) та зовнішнім середовищем, що обумовлено роботою апаратури екстракорпоральної детоксикації, за рахунок чого відбувається зменшення гомеостатичного зсуву у внутрішньому середовищі організму людини [4]. Недоліком такого способу є недостатньо чітке порозуміння взаємозв'язків різноманітних маркерів гомеостазу БОК із ступеню їх відхилення від оптимальних значень та встановленим режимом апаратури екстракорпоральної детоксикації, динаміки можливої поведінки маркерів гомеостазу під час екстракорпоральної детоксикації, а як наслідок - унеможливлення чіткого кількісного визначення оптимальної траєкторії керування для усунення гомеостатичного зсуву у БОК. В основу корисної моделі поставлено задачу: у способі екстракорпоральної детоксикації шляхом введення процесу вимірювання та розрахунку границь гомеостатичного плато БОК до проведення екстракорпоральної корекції гомеостазу, вимірювання поточних значень дестабілізуючих факторів зовнішнього середовища та маркерів гомеостазу БОК під час проведення екстракорпоральної корекції гомеостазу, щоб забезпечити підвищення ефективності корегувальних впливів на гомеостаз БОК. Поставлене завдання вирішується тим, що у способі екстракорпоральної детоксикації що включає кількісне визначення показників стану організму пацієнта, розрахунок параметрів режиму роботи апаратури екстракорпоральної детоксикації, проведення екстракорпоральної детоксикації, згідно з корисної моделі, перед екстракорпоральною корекцією гомеостазу створюють вплив на БОК тестових значень зовнішніх дестабілізуючих факторів, вимірюють, накопичують, статистичне обробляють значення маркерів гомеостазу, розраховують межі гомеостатичного плато БОК на основі статистичної обробки даних, під час проведення екстракорпоральної корекції гомеостазу вимірюють у реальному часі значення маркерів гомеостазу БОК та показники дестабілізуючих факторів зовнішнього середовища і в залежності від виміряних значень зовнішніх дестабілізуючих факторів та розрахованих значень гомеостатичного плато оптимізують режими роботи апаратури екстракорпоральної корекції гомеостазу. У даному випадку терміном "екстракорпоральна корекція гомеостазу" позначають процес вимірювання та розрахунку значень маркерів гомеостазу для визначення ступеню їх відхилення від оптимальних, створення інформаційного образу організму для можливості кількісного впливу на нього зовнішніми фізичними, психічними, терапевтичними, технічними засобами, щоб зменшити гомеостатичний зсув у разі його виникнення. Створення тестових впливів зовнішніх дестабілізуючих факторів на організм людини і вимірювання значень маркерів гомеостазу дозволяють накопичити інформацію для конкретного організму. Розглянемо організм людини як систему, спрямовану на досяжність цільової функції Ψ, алгоритми виконання якої закладено у центральній нервовій системі, оцінювання положення у просторі і часі забезпечують рецептори, переміщення у просторі виконують ефектори, а енергетичне забезпечення підтримує метаболічна система, тобто Q(t ) = F{DE,I, RE} , (1) y де Q(t) - значення маркерів гомеостазу БОК; ΔΕ - енергетичний баланс, І - поточне значення накопиченої інформації; RE - фактор працездатності рецепторно-ефекторних органів і систем. Досяжність максимального значення цільової функції керування Ψmax БОК завжди відбувається під дією дестабілізуючих факторів зовнішнього середовища (ДФЗС) D, які призводять до зсуву гомеостатичної рівноваги. Визначимо гомеостаз, як знаходження маркерів гомеостазу у певних межах, що з урахуванням (1) запишемо наступним чином: ìD E = 0 ï Q(t )opt = F íI = IS Y ® Ymax ï îRE = RE max (2) де Q(t)opt - оптимальні значення маркерів гомеостазу БОК; I Σ - інформаційна ємність біологічної системи; REmax - максимально можливі характеристики рецепторно-ефекторних органів і систем. Створення тестових впливів зовнішніх ДФЗС на організм людини і вимірювання значень маркерів гомеостазу дозволяють визначити простір їх можливих станів Q var, тобто Q min £ Q var Dmin £D£Dmax £ Q max (3) Dmіn, Dmах - мінімальне, максимальне допустиме значення параметрів ДФЗС для даного типу БОК відповідно. Накопичення інформації про можливі варіації Q var для конкретного організму дозволяють визначити Q статистичні показники маркерів гомеостазу var і розрахувати кореляційні зв'язки між різними групами маркерів гомеостазу та ДФЗС Qvar Di j . Тоді основну проблему, що виникає під час лікування людини технічним засобами чи керування станом організму людини в екстремальних умовах можна перевести у плоскість завдань оптимального керування і з урахуванням (2), (3) визначити як Q (t )opt = F Y ® Ymax {Q } D min i £D i £Dmax i var j Такий підхід дозволяє завчасно прогнозувати поведінку гомеостазу організму людини, вибирати необхідні засоби для усунення можливих гомеостатичних зсувів, своєчасно створювати необхідні впливи на організм людини, що підвищує надійність, безпеку систем керування, у контурі яких присутня людина. Заявлений спосіб на прикладі пацієнтів з термінальною стадією хронічної ниркової недостатності на рівні метаболічного зсуву, здійснюється таким чином. У разі виникнення ниркової недостатності визначаються біохімічні показники плазми крові, сечі, стан серцевосудинної системи, визначаються антропометрічні дані, розраховується залишкова функція нирок (маркери гомеостазу). Ці параметри порівнюються із середньостатистичним, і якщо вони знаходяться у допустимих межах відбувається накопичення значень цих параметрів. Дестабілізуючими факторами для даної групи людей у першу чергу є кількість надходження поживних речовин та води. Тому у разі нормальної динаміки розвитку хвороби можливе створення тестових впливів за рахунок надходження різної кількості і різних груп поживних речовин та накопичення значень маркерів гомеостазу. При достатньої кількості цих значень визначаються максимально припустимі значення показників дестабілізуючих факторів і простір стану маркерів гомеостазу та розраховуються кореляційні показники між значеннями маркерів гомеостазу та параметрами дестабілізуючих факторів. Таким чином створюється інформаційний портрет гомеостазу організму пацієнта. Якщо динаміка хвороби призводить до виходу маркерів за межи простору припустимих станів приймається рішення до проведення гемодіалізу. Наявність інформаційного портрету гомеостазу пацієнта дозволяє визначити початкові значення параметрів керування апарату "штучна нирка" (АШН). Зовнішнє середовище, яке формує АШН і яке контактує із внутрішнім середовищем пацієнта також може розглядатися як дестабілізуючим фактором по відношенню до пацієнта, якщо встановлені режими апарату "штучна нирка" не є оптимальними. Наступним кроком є створення тестових значень зовнішнього середовища АШН, оцінка маркерів гомеостазу і визначення нового простору їх можливих станів. Після статистичної обробки даних і визначення кореляційних зв'язків між маркерами гомеостазу та параметрами зовнішнього середовища АШН формується оптимальні значення параметрів керування у гемодіалізній системі. Приклад. Корекція гомеостазу метаболічного рівня в пацієнта з термінальною стадією ниркової недостатності. На основі протоколювання маркерів гомеостазу та режимів роботи АШН утримувались основні гомеостатичні показники у межах норм, табл.1, табл.2, Фіг.1 [5]. Таблиця 1 Київська обласна клінічна лікарня №1 Протокол екстракорпоральної детоксикації ПІБ пацієнта Діагноз Дата Стать Вік ч 46 Кров in Кров out Na+ 148 146 ДР0 ДР0,5 ДР1 Na+ 128 127 122 Назва Тип № Час, хв 0 С/т Д/т ЧCC 160 104 62 Qb 310 Модель АШН FORMULA 2000 Кур'янов Сергій Борисович Type IBFXB703 Хронічна ниркова недостатність №92021006 19.09.2006 р. Час робот, год 126 Вага, кг Початок ГД 8:15 Об’єм рідини, Зріст, До Після Кінець ГД 13:00 Попер мл см діаліз після д діаліз Об'єм УФ, л 2,00 180 90,88 47873 Kt/Vpозp 1,23 Біохімічні показники крові (діалізувального розчину) до проведення ЕД K+ Са+ Ur Kr Цук Бил Гем-н Белок Альбум 6,6 1,86 50,3 1,230 105 4,3 2,2 23,7 0,570 Біохімічні показники крові (діалізувального розчину) після проведення ЕД K+ Са+ Ur Кr Цук Бил Гем-т 3,4 2,48 14,3 0,36 2,3 2,50 8,1 0,21 2,1 2,60 5,4 0,16 Ідентифікація витратних матеріалів Діалізатор Магістраль Голки Конц. кисл. Конц. бикар. Aside Compose BLS514SD PVCAV821-1 16GV-R25 Solucart pl. 750 A1 101009116 ВО 682100 16GA-R25 600003 №09282 Фізіологічні показники пацієнта під час проведення ЕД 30 60 90 120 150 180 210 240 280 300 330 Фізіологічний стан пацієнта 154 158 152 156 167 168 168 155 162 103 105 101 109 104 105 110 108 105 61 64 60 61 61 63 70 73 78 Параметри вектору керування АШН 310 310 310 310 310 310 310 310 310 Qd 500 TDFО 36,6 PT 5 Vuf 0,0 Об.Пр. 13,6 Бікарб. 3,0 Ефективність ЕД: 500 36,6 0 0,2 13,6 3,0 500 36,9 10 0,44 13,6 3,0 Ur Кг Blur 500 36,9 10 0,7 13,6 3,0 Kt/VD Kt/VD Kt/Vd 500 36,8 5 0,93 13,6 3,0 0,974 0,811 0,753 500 36,9 5 1,05 13,2 3,0 500 37,0 5 1,28 13,1 3,0 Kt/VK 500 36,9 10 1,51 13,1 3,0 0,042 500 500 36,9 36,8 0 5 1,72 2 13,1 13,1 3,0 3,0 Kt/VS s 1,016 Kt/VS S 0,853 Реальне значення кліренс діалізатора Кеф 173,7 Таблиця 2 Компоненти Mg - магній Cr - креатинин Ca - кальцій Ur - сечовина BL - загальний білірубіни Gt - гематокрит К - калій Сх - цукор OB - загальний білок СІ - хлор Nа - натрій Норма min 0,74 0,05 2 3,3 6,84 35 4,1 4,44 65 98 133 max 1,23 0,132 2,88 8,3 20,52 48 5 6,6 80 110 153 Kf 1 20 1 1 0,5 0,1 1 1 0,1 0,1 0,1 Значення minKf maxKf 0,74 1,2 1 2,6 2 2,9 3,3 8,3 3,42 10,3 3,5 4.8 4,1 5,0 4,44 6,6 6,5 8,0 9,8 11,0 13,3 15,3 Sred 0,99 1,82 2,44 5,8 6,84 4,15 4,55 5,52 7,25 10,4 14,3 Корегувались режими роботи АШН, Фіг.2. В результаті екстракорпоральної корекції гомеостазу інвалід першої групи міг займатися діяльністю, пов'язаною з самостійними поїздками власним автомобілем на відстань 300-500км та напруженим розумовим навантаженням. Джерела інформації 1. Очаков В.Е. Человеческий фактор в авиационных проишествиях. - М.: МАК, 2005 - 80 с. 2. Безпека авіації / В.П. Бабак, В.П. Харченко, В.О. Максимов та ін.; За ред. В.П. Бабака - К.: Техніка, 2004. 584 с. 3. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. - М.: Медицина, 1979. - 298 с. 4. Поліщук С.Т., Бойко I.Ф. Гемодіалізна технологія. - К.: ППНВ, 2006. - 216 с. 5. Науково-дослідна робота "Дослідження впливу температури діалізувального розчину на ефективність екстракорпорального заміщення функції нирки в пацієнтів з нирковою (поліорганною) недостатністю". Номер державної реєстрації 0106U007857.