Спосіб структурно-інформаційного представлення гомеостазу біологічної системи

1. Спосіб структурно-інформаційного представлення гомеостазу біологічної системи шляхом структурування біологічної системи за рівнями, визначення актуальних значень маркерів гомеостазу кожного рівня, занесення у пам'ять комп'ютера актуальних значень маркерів гомеостазу, оброблення введених даних, кількісного представлення стану гомеостазу біологічної системи, який відрізняється тим, що створюють тестові впливи зовнішніх факторів на біологічну систему, визна 3 33933 Поставлене завдання підвищення повноти та достовірності кількісного представлення гомеостазу БС вирішується тим, що у способі глобального представлення гомеостазу що містить структурування БС за рівнями, визначення актуальних значень маркерів гомеостазу кожного рівня, занесення у пам’ять комп’ютера актуальних значень маркерів гомеостазу, оброблення введених даних, кількісного представлення стану гомеостазу БС, згідно з корисною моделлю створюють тестові впливи зовнішніх факторів на БС, визначають параметри простору можливих станів маркерів гомеостазу відповідного рівня, вимірюють значення маркерів гомеостазу БС у конкретній точці простору і часу в процесі виконання завдання, накопичують та статистично обробляють отримані дані, отримують імовірнісні характеристики знаходження маркерів гомеостазу кожного рівня у просторі можливих станів. Структурування БС відбувається за рівнями: фізичної цілісності; загального функціонування; психічної адекватності; метаболічного статусу; імунної резистивності, а кількість актуальних маркерів гомеостазу кожного рівня можуть змінюватись в залежності від класу завдань, яки виконує БС. Розглянемо організм людини як систему, яка під час дії дестабілізуючих факторів зовнішнього середовища (ДФЗС), спрямована на досяжність цільової функції y, 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 (рис.1) [4], тобто Q (t)= Ф {DЕ,І,RE} (1) y де Q (t) - значення маркерів гомеостазу БОК; DЕ - енергетичний баланс, I - поточне значення накопиченої інформації; RE - фактор фізичної цілісності органів та систем. Досяжність максимального значення цільової функції керування ymax 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 (гомеостатично плато, простір стану маркерів гомеостазу), що з урахуванням рівняння (1) запишемо наступним чином: ìD E = 0 ï Q (t)= Ф íI = Iå y ® ymax ï ïRE = RE max D î (2) де Q (t) - оптимальні значення маркерів гомеостазу БОК; I S - інформаційна ємність біологічної системи; REmax - фактор спроможності функціонування рецепторно-ефекторних органів та фізіологічних систем. Виходячи з формули (2) БС можна представити наступними рівнями. Запишемо кількісне значення гомеостау - Q , як об’єднання елементів множин маркерів гомеостазу - ai, які несуть інформацію відповідного рівня структурної організації БС, 4 (3) Q Î {a 0Ua 1Ua 2Ua 3Ua 4...Ua n} де a 0 – рівень фізичної цілісності; a 1 - рівень загального функціонування; a 2 - рівень психічної адекватності; a 3 - рівень метаболічного статусу; a 4 – рівень імунної резистивності. Маркери гомеостазу БС 0-го ріння надають інформацію про механічну цілісність та рухому спроможність БС у даний момент часу, у даній точці простору, a 0 = {HD,HL,HR,FHL,FHR,LL,LR,...}, де HD,HL,HR,FHL,FHR,LL,LR - рухомість голови, лівої руки, правої руки, пальців лівої руки, пальців правої руки відповідно. Маркери гомеостазу БС 1-го рівня надають оперативну інформацію у реальному часі про загальний стан фізіологічної системи БС, a 1={AVT,HF,BF,ВТ,SE,РО2,РСО2,...}, де AVT - артеріальній тиск; HF – частота серцевих скорочень; BF - частота дихання; ВТ – температура тіла; SE - електропровідність шкіри; РО2 - сатурація крові киснем; РСО2 – тиск вуглекислого газу у крові. Маркери гомеостазу БС 2-го рівня формують у реальному часі інформацію, яка надає можливість оцінювати стан психічної діяльності БС, a 2={SV,KV,SE,KE,SAC,SLC,AS,PS,QS,...}, де SV - стереоскопічність зору; KV - гострість зору; SE - стереоскопічність слуху; КЕ - гострість слуху; SAC - швидкість виконання арифметичних операцій; SLC - швидкість виконання логічних операцій; AS - спектр голосових повідомлень; PS присутність нюху; QS - смакове сприйняття. Маркери гомеостазу БС 3-го рівня надають інформацію про внутрішнє середовище БС з наперед заданою періодичністю, і формуються позапланово, уразі відхилень від середньостатистичних значень показників на рівнях 1, 2. a 3={ВМ,QL,CR,UR,SH,НТ,СВ,VUR,...}, де ВМ - маса тіла; QL - об’єм рідини в організмі; CR - концентрація креатинину; UR- концентрація сечовини; SH - концентрація цукру; СР- загальний білок; VUR - добовий об’єм сечі. Маркери гомеостазу 4-го рівня надають інформацію про показники імунної системи БС із заданою періодичністю, а у разі відхилення показників від оптимальних значень на рівнях 1-3 - поза встановленої періодичності, a 4={НВ,LK,ER,LF,MN,...}, де НВ, LK, ER, LF, MN - концентрації гемоглобіну, лейкоцитів, еритроцитів, лімфоцитів, моноцитів відповідно. Створення тестових впливів ДФЗС на організм людини і вимірювання значень маркерів гомеостазу дозволяють визначити простір їх можливих станів Q var , тобто Qmin < Q var Dmin £D£Dmax £ Qmax (4) Dmin, Dmax - мінімальне, максимальне допустиме значення параметрів ДФЗС для даного типу БС відповідно. Накопичення інформації про можливі варіації для конкретного організму дозволяють визначити статистичні показники маркерів гомеостазу Q var і розрахувати кореляційні зв’язки між різними гру 5 33933 пами маркерів гомеостазу та ДФЗС Q var Di j . Тоді кількісне значення гомеостазу БС можна представити функцією розподілу маркерів гомеостазу відповідного рівня, Р( Q )і з урахуванням (2)-(4) визначити як P( Q £ acr ) = Ф y ® y max {Qvar }D j mini £Di £Dmaxi . де - a cr граничні значення маркерів гомеостазу j-го рівня. Запропонований спосіб дозволяє на основі структурування БС, тестування її параметрів, статистичної обробки значень маркерів гомеостазу БС та параметрів ДФЗС мати кількісне уявлення про стан рівнів гомеостазу БС, прогнозувати її поведінку у цілому в просторі та часі, що, в свою чергу, підвищує повноту та достовірність кількісного представлення параметрів гомеостазу БС. Приклад Корекція гомеостазу організму людини на метаболічному рівні. 1. Визначені середньостатистичні показники антропометричних даних для даної вікової групи 6 та статі РСР.=72кг. Розрахунок вказав на відхилення у сторону збільшення маси тіла на 19%. 2. У табл. 1 надано значення маркерів гомеостазу. 3. Аналіз маркерів гомеостазу рівнів a 0 - a 4 показує на відсутність суттєвих відхилень в організмі. 4. Зміни маркерів гомеостазу та значень ДФЗС під час проведення екстракорпоральноі корекції приведено у табл.2. Використані джерела: 1. Гомеостаз / Под ред. П.Д. Горизонтова. -М.: Медицина, 1981. - 576с. 2. Гомеостаз на различных уровнях организации биосистем./ Нефедов В.П., Ясайтис A.A., Новосельцев В.Н. и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - 232c. 3. Вериго В.В. Системные методы в космической биологии и медицине// Проблемы космической биологии. -М.: Наука, 1987, Т.55. - 211с. 4. Поліщук С.Г., Азарсков В.М., Харчевка Е.О. Визначення параметрів простору станів маркерів гомеостазу космонавта як об’єкта керування у контурі біотехнічної системи// Збірник тез "7-ої Українська конференція з космічних досліджень". - Євпаторія: Спейс-Інформ, 2007. - С.227-228. 7 33933 8 9 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 33933 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601