Использование методов теории хаоса и синергетики в современной клинической кибернетике

риском развития гнойно-воспалительных заболеваний (р<0,05). ИЛ-1-Яа являясь противовоспалительным цитокином, играет значительную роль в уравновеши-

вании провоспалительного каскада и ограничении последующего повреждения органов, поэтому его снижение является неблагоприятным фактором.

THE IMMUNE STATUS OF THE NEWBORNS BORN FROM MOTHERS WITH HIGH INFECTION INDEX

B.D. Baldanova, P.M. Samchuk

Examination of 41 pregnant women with high risk of suppurative inflammation and 39 healthy pregnant women with non-complicated course of pregnancy was carried out. The study shown that a mother’s anamnesis compromised by chronic nidus of infection, genital inflammations during pregnancy and delivery, bad habits may result in suppurrative inflammatory diseases in newborn. In 68 cases we carried out the comparative examination of human a- interferon, IL-1 RA, IL- 4 concent in umbilical blood of newborns and venous blood of recently confined women. Cytokine concentration was defined by immune-enzyme analysis. Statistically significant reduction of IL-1RA concentration in blood of mothers and children included in the group of high risk of pyoinflammatory diseases.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дурова А.А., Симакова М.Г., Смирнова В. С. Этиология и патогенез внутриутробной инфекции // Акуш. и гин. — 1995. — № 6. —С.9-12.

2. Малиновская В.В. Система интерферона в норме и патологии. — М.: Медицина, 1996. — 134 с.

3. Сидорова И.С., Макаров Й.О., Сидоров А.А. и др. Особенности течения родов при внутриутробном инфицировании плода // Росс. вестн. перин. и педиат. — 1997.

- № 1. - С.15-20.

Самсыгина Г.А. Современные проблемы внутриутробных инфекций // Педиатрия. — 1997. — № 5. — С.34-36. Черниенко Й.Н. Особенности течения и ведения беременности при внутриутробном инфицировании плода: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. — М., 1999. — 19 с. Beckmann R. V, LingF. W., et al. Obstetrics and Gynecology. Second edition. —^SA. Baltimore: Williams & Wilkins, 1995. — P. 227-233.

© АДАЙКИН В.А., ДОБРЫНИНА И.Ю., ДОБРЫНИН Ю.В., ЕСЬКОВ В.М., ЛАЗАРЕВ В.В. - 2006

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ ХАОСА И СИНЕРГЕТИКИ В СОВРЕМЕННОЙ КЛИНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКЕ

В.А Адайкин, И.Ю. Добрынина, Ю.В. Добрынин, В.М. Есъков, В.В. Лазарев

(Сургутский государственный университет, ректор — д.ф.-м.н., проф. Г.И. Назин, лаборатория биокибернетики и

биофизики сложных систем, зав. — д.б.н. В.М. Еськов)

Резюме. В рамках нового подхода в клинической кибернетике, основанного на теории хаоса и синергетике, обсуждаются вопросы идентификации аттракторов нормы и патологии в фазовом пространстве состояний. Особое внимание уделяется проблеме идентификации степени синергизма в функциональных системах организма при патологии и норме в условиях действия резко изменяющихся экофакторов Севера РФ.

Ключевые слова. Синергетика, клиническая кибернетика.

В настоящее время синергетика и теория хаоса становятся основой в развитии клинической кибернетики, описывающей саногенез и патогенез в рамках современного компартментно-кластерного подхода (ККП). Теория хаоса и синергетика должны составить основу теоретической биологии и медицины, потому что они позволяют описывать состояние организма человека в норме (саногенез) и при патологии (патогенез) с позиций многомерного (ш-мерного) фазового пространства состояний, в котором человек, как сложная биологическая динамическая система (БДС), представляется вектором состояния организма человека (ВСОЧ). Последний может создавать некоторые движения в ш-мерном фазовом пространстве в пределах некоторых областей (аттракторов) [1-5].

В рамках нового подхода в клинической кибернетике можно разделять не только понятия нормы и патологии, но и описывать различные состояния организма человека в пределах разных градаций самих понятий саногенеза и патогенеза. Как было нами ранее показано [2-4], существуют различные аттракторы движений ВСОЧ в фазовом пространстве состояний, которые соответствуют двум крайним аттракторам в этом фазовом пространстве: аттрактору фазического состояния (Б) и аттрактору тонического состояния (Т). На

пересечении этих двух областей Б и Т образуется область фазового пространства, называемая нормотони-ей (К). Причем, в зависимости от особенностей регуляции со стороны ЦНС (структур мозга, управляющих нейро-моторным, нейро-трансмиттерным и нейро-ве-гетативным системокомплексами (НМС, НТС и НВС, соответственно), которые мы условно назвали фазато-ном мозга — ФМ) каждый человек может преобладающе находиться в области Б, Т или N.

Например, для жителей Севера РФ или лиц с хроническими (вялотекущими) заболеваниями аттрактор движения ВСОЧ находится в области Т (преимущественно). Более того, во многих случаях (для хронических патологий) характерно пребывание в части области Т, которая условно обозначается как псевдонорма (РК).

Исследования показателей ВСОЧ, размеров их аттракторов для различных видов патологии, динамики поведения всех 12-ти кластеров обобщенных признаков (эти переменные образуют ш-мерное фазовое пространство), степеней взаимосвязи показателей (параметров порядка), описывающих все 3 указанные выше системокомплекса, — все это составляет основу кибернетического подхода в рамках синергетики и компарт-ментно-кластерного подхода в описании БДС (функ-

циональных систем организма — ФСО, в частности), представляющих организм человека в норме и при патологии. Особое значение при этом имеет разработка процедуры идентификации минимальной размерности к фазового пространства (к < ш), в котором координаты х. ВСОЧ (/ < к) называются параметрами порядка, а сами модели БДС описываются так называемыми «руслами».

Идентификация параметров порядка и русел составляет основу современного системного синтеза (в отличие от системного анализа). Нами на сегодняшний день выполнена полностью такая процедура идентификации для БДС, находящихся в состоянии покоя (когда Сх/С? = 0 или сСх/Л » 0по всем х). Существенно, что в рамках такого подхода заболевание организма (т.е. переход от саногенеза к патогенезу) сопровождается изменением размерности к подпространства (к увеличивается, к  т), а БДС переходят в области так называемых джокеров. В этом случае (для заболевшего человека) возникают другие правила поведения БДС (ФСО, в частности), которые и называются джокерами.

По сути дела описание болезни в рамках такого подхода, должно сводиться к описанию областей джокеров и самих джокеров, а в рамках ККП мы должны идентифицировать новые модели поведения БДС. Все это соответствует необходимости разработки новых (динамических) атласов БДС, которые должны отличаться от традиционных морфологических атласов. Эти динамические атласы БДС должны описывать поведение ВСОЧ в условиях нормы или патологии, определять аттракторы состояний БДС, их границы и динамику ВСОЧ (в аспекте прогноза поведения ВСОЧ).

Если использовать подобные подходы при оценке степени тяжести заболевания, то необходимо идентифицировать размеры аттракторов, в которых движется ВСОЧ до развития патологии и в ходе развития заболевания конкретно для каждого человека. В наших исследованиях мы выполняли не только идентификацию многомерных объемов Уш этих аттракторов в фазовых ш-мерных пространствах состояний ВСОЧ (эти объемы образовывали некоторые ш-мерные параллелепипеды), но и идентифицировали условные центры (их координаты х.0) этих объемов Ут.

Материалы и методы

В рамках компартментно-кластерного системного подхода (ККСП) нами выполнены исследования по изучению показателей функциональных систем организма человека в норме и при патологии в условиях действия внешних возмущающих воздействий. В качестве таковых в данном сообщении приводятся данные по динамике ВСОЧ для кар-дио-респираторной ФСО до и после резкого похолодания (15-200С), которые так характерны для климата СевероЗападной Сибири (Югры, в частности).

В качестве испытуемых было выбрано 2 группы (молодежь 15-20 лет с небольшим стажем (< 5 лет) проживания на Севере и лица среднего возраста (свыше 40 лет) с начальной стадией гипертензии). Исследования проводились в условиях 15 градусного перепада температуры воздуха (за 10 часов). Методика обследования базируется на ККСП, когда испытуемому предлагается тест (30 приседаний) и регистрируется (до и после воздействия): частота сердечных сокращений (БСР), систолическое и диастолическое давление (БР, БР).

Обработка получаемых кривых (3 компонента ВСОЧ, рис. 1, 2) производилась в рамках ККСП, где каждая координата х! ВСОЧ представлялась марковскими параметрами у, характеризующими кардиореспираторную систему (КРС), как представителя ФСО. Алгоритм и методы идентификации моделей КРС в условиях стандартных возму-

щений основываются на методе минимальной реализации (ММР) по авторской (зарегистрированной) программе до расчета матриц А моделей и идентификации перронова корня [2-4], использовалась теорема Фробениуса Перрона и выполнялся расчет коэффициента полного синергизма вновь полученной матрицы Q, подобной матрицы А [3,4].

Результаты и обсуждение

Все измеряемые в наших исследованиях с ФСО количественные показатели характеризуют состояние кардиореспираторной системы (КРС) для отдельных лиц, как критические, а для основной массы, как адаптационные, но с отклонением от среднеевропейской нормы. Ситуация усугубляется весьма высоким показателем уровня оксигемоглобина.

Особый научный интерес и тревогу за состояние ФСО вызывают данные по обследованию КРС на предмет выявления степени синергизма. Выполненные обследования двух групп людей (без патологий и с начальной стадией патологии) показали существенные различия в динамике ВСОЧ и параметрах синергизма по реакциям систем регуляции КРС на резкие перепады температур.

Анализируя динамику изменения трех показателей (БСР, БР, БЯ) в ответ на стандартную нагрузку в разные периоды времени (до падения температуры воздуха и после) мы построили матрицы моделей систем управления КРС и получили выводы о степени синергизма во взаимодействии ФСО и организма в целом с окружающей средой. Кривые динамики поведения БСР, БР, БР для испытуемых (40 лет) представлены на рис. 1 и 2. Матрицы полученных моделей имеют вид (рис. для А1, А2), который позволяет сделать вывод о потере синергизма в условиях перепада температур. Более существенные изменения наблюдаются у лиц старшего возраста с более длительным проживанием на Севере.

Используя теорему Фробениуса-Перрона, возможно привести матрицы А1 к окончательно неотрицательному виду Q. В частности, для младшей возрастной группы испытуемых нами доказана возможность полного синергизма в системе регуляции КРС. Для второй группы испытуемых (начальная форма гипертензии) были получены данные в виде марковских параметров, по которым находились матрицы А и их перроновые корни.

Для рис. 1 имеем модель системы регуляции КРС и ее матрицу А1 в виде:

Для этой матрицы ее собственные значения имеют вид:

1.03+г*0.00, 0.64+/*0.00, -0.12-/*0.36, -0.12-г*0.36, -0.12+г*0.36.

Легко видеть, что существует перронов корень у матрицы А1 вида ^*=1.03. Это значит, что до резкого похолодания у этой группы людей в системе регуляции КРС возможны синергичные взаимоотношения, т.к. матрица А1 может быть приведена к окончательно неотрицательной форме.

Рис. 1. Зависимость частоты сердечных сокращений и артериального давления отдельно систолического (8Р) и диастолического фР) давления от дозированной физической нагрузки у лиц 38-40 лет до похолодания (при -10°С).

Однако после резкого похолодания были получены другие марковские параметры, т.е. зависимость значений артериального давления и частоты сердечных сокращений после дозированной физической нагрузки (30 приседаний). Например, БСР для этой группы после похолодания имеет характер восстановления, представленный на рис. 2.

Матрица А2 модели системы регуляции КРС для этой 2-й группы испытуемых примет вид:

0.80 0.08 0.00 0.00 0.00

1.00 1.85 -4.90 0.00 0.00

0.00 1.00 -2.50 -0.03 0.00

0.00 0.00 1.00 5.43 - 24.01

0.00 0.00 0.00 1.00 -4.34

Собственные значения матрицы А2 системы регуляции КРС 2-й возрастной группы испытуемых имеют вид:

0.15+/*0.00, 0.21+/*0.17, 0.21-/*0.17, -0.09+/*0.22, -0.09-/*0.22.

Легко видеть, что здесь после падения температуры перронов корень пропадает. Это означает, что для этой

возрастной группы пропадает возможность синергических взаимоотношений в системе регуляции КРС под действием перепада температуры окружающей среды. Нами было установлено, что реакции молодых жителей Югории и лиц среднего возраста (с проживанием более 15 лет на Севере) все-таки существенно отличаются в ответе на резкий перепад температуры. Дело в том, что приведение к окончательно неотрицательному виду матрицы А для двух разных групп дает разные значения коэффициентов синергизма %1 и %2. Оказалось, что величина с1 существенно меньше, чем величина %2 (х1 < Х2). Это означает, что число

отрицательных элементов в окончательно «неотрицательной» матрице (точнее говоря модифицированной матрицы А2 после ее приведения к такому виду) значительно меньше, чем в модифицированной матрице.

Таким образом, молодые жители Югории после резкого похолодания хотя и теряют возможность полного синергизма в системах регуляции КРС (под действием резкого перепада температур), но все-таки у них меньше возникает тормозно-угнетающих связей в регуляторных системах, чем это наблюдается для систем регуляции КРС у жителей с большим сроком проживания на Севере РФ и в возрасте около 40 лет. Люди среднего возраста более тяжело переносят перепады температуры, а потери степени синергизма в их системах регуляции КРС могут быть оценены количественно в сравнении с молодежной группой.

Разработанные нами методы оценки изменения КРС в условиях действия метеотропных и других факторов среды могут быть использованы и для оценки состояния других ФСО человека на Севере РФ. Например, они использовались нами для оценки нервно-мышечной системы и изменения вегетативной нервной системы. Состояние показателей этих систем может вместе с показателями КРС дать объективную оценку состояния фазатона мозга человека, проживающего на Севере РФ.

Следует отметить, что состояние ФМ — это весьма важный показатель общего состояния ФСО и здоровья человека, в целом.

В рамках фазатонной теории мозга сейчас в медицине, например, развитие различных патологий связывают с переходом организма от фазического состояния к тоническому. А ряд неврологических заболеваний вообще рассматривают в аспекте дисбаланса фази-ческого и тонического состояния ФМ [5]. Особый интерес при этом представляет кибернетический подход и трактовка состояния ФМ

Рис. 2. Зависимость ЧСС (РСР) и артериального давления (АР) от физической нагрузки. Результирующий график для 2 —й группы жителей ХМАО (возраст 38-40 лет) после резкого падения температуры (с -100С до -25°С).

в рамках ККП в изучении этого центрального регулятора. Именно медико-кибернетический подход (вполне возможно) станет центральным методом в объяснении многих патологических процессов, которые, фактически, сопровождаются переходом от одних облас-

тей аттракторов Ут к другим. Это сопровождается изменением уровня синергизма в ФСО и границами интервалов устойчивости биосистем, образующим организм человека [2,4].

METHODS OF SYNERGETICS AND CHAOS THEORY IN MODERN CLINICAL CYBERNETIC

W.A. Adaycin, I.Y. Dobrinina, Y.V. Dobrinin, V.M. Eskov, V.V. Lasarev

New modern methods of synergism identification of human functional organism systems are presented. The dynamic of human organism stage—vector (HOSV) in phase space was discussed according to size of HOSV "behavior attractor.

ЛИТЕРАТУРА

1. БакусовЛ.М., Сафин Ш.М., Насыров Р.В. Компартмен-тные модели нейронных механизмов усвоения закономерностей на основе теории самообучающихся рекурсивных фильтров // ВНМТ. — 2002. — № 3. — С.72—75.

2. Еськов В.М., Живогляд Р.Н., Карташова Н.М. и др. Понятие нормы и патологии в фазовом пространстве состояний с позиции компартментно-кластерного подхода // ВНМТ. — 2005. — Т. XII, № 1. — С.12-14.

3. Еськов В.М., Кулаев С.В., Папшев В.А. и др. Программа расчета степени синергизма в биологических динами-

ческих системах с хаотической организацией. Свидетельство об официальной регистрации программы на ЭВМ № 2005612885 РОСПАТЕНТ. - М., 2005.

Еськов В.М., Живогляд Р.Н., Папшев В.А. и др. Системный анализ и компьютерная идентификация синергизма в биологических динамических системах // Систем -ный анализ и управление в биомедицинских системах.

- 2005. - № 1. - С. 108-111.

Скупченко В.В., Милюдин Е.С. Фазотонный гомеостаз и врачевание. Монография. - Самара, Самарский гос. мед. ун-т, 1994. - 256 с.

© СЕКУНДА А.А., ИГНАТЬЕВА Л.П., НИКОЛАЕВА Л.А., ГУЗОВСКАЯ Е.В. - 2006

БИОХИМИЧЕСКИЕ И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СЕРДЦЕ ЖИВОТНЫХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МЕТАЛЛОВ, ПОСТУПАЮЩИХ С ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ

А.А. Секунда, Л.П. Игнатьева, Л.А. Николаева, Е.В. Гузовская

Резюме. В эксперименте на 150 крысах, употреблявших питьевую воду, обогащенной солями Са2+ и М^+, повреждающий эффект металлов (№, V, Си) на сердце выражен меньше, чем при употреблении питьевой воды слабой минерализации.

Ключевые слова. Металлы, соли Са2+ и М^+, лактатдегидрогеназа, креатининкиназа, морфология.

В последние десятилетия в Российской Федерации (РФ), как и во всех экономически развитых странах, на фоне роста общей заболеваемости населения особого внимания заслуживает проблема сердечно-сосудистой патологии. Для успешного решения данного вопроса, учитывая многофакторность патологии, существует необходимость в проведении ряда профилактических мероприятий. К настоящему времени в РФ, США, Великобритании, Японии проведено большое число клинических и гигиенических исследований, направленных на выявление причин возникновения сердечнососудистых заболеваний, в частности, касающихся влияния качества питьевой воды на формирование этой патологии [1,4,5,11].

Особое внимание в литературе, с гигиенической точки зрения, уделяется проблеме негативного влияния на здоровье населения слабоминерализованных вод с дефицитом кальция, натрия и магния, обусловливающих повышение уровня заболеваний сердечно-сосудистой системы. Слабоминерализованная вода является одним из факторов риска формирования ИБС и артериальной гипертензии [1,3,4,6,8,10]. С другой стороны, согласно данным отечественных и зарубежных исследователей, питьевая вода с содержанием микроэлементов антропогенного происхождения (никеля, ванадия, меди и цинка) также может оказывать неблагоприятное влия-

ние на организм, в том числе на сердечно-сосудистую систему вследствие биологической активности металлов [5,11,12].

В связи с этим для разработки программ по профилактике и совершенствованию организационных форм снижения сердечно-сосудистой патологии новые возможности открывают гигиенические исследования, позволяющие понять закономерности развития заболеваний и объективно оценить причинную связь их с отдельными факторами риска.

Несмотря на многогранную положительную биологическую роль цинка, при длительном поступлении в малых концентрациях цинк может оказывать неблагоприятное влияние на организм. В условиях контрастного минерального состава питьевой воды его токсичность увеличивается, что приводит к нарушению белкового обмена, повреждению живых клеток, вызывая в них коагуляционный некроз, снижая количество гемоглобина в крови.

Медь ускоряет окисление липидов и характеризуется как атерогенный фактор. В сыворотке крови больных с инфарктом миокарда обычно наблюдается повышенное содержание меди. В организме людей с ИБС отмечается увеличение содержания никеля. Изменения в миокарде наступают так быстро и выражено, что могут быть использованы для ранней диагностики и про-