СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЙ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА
METHOD FOR EXAMINATION OF LIVING BODY STATES

Изобретение относится к медицине и может быть использовано при различных медико-биологических исследованиях, предполагающих определение состояния организма по его собственным хаотическим электромагнитным излучениям и переходных состояний системного гомеостаза на основе механизмов хаотической динамики электромагнитных излучений (ЭМИ).
В различных областях биологических наук и медицине широкое распространение получили исследования, направленные на изучение влияния радиофизических методов воздействия на живые организмы. В настоящее время теоретически обосновано и экспериментально доказано, что жизнедеятельность любого организма, в том числе человека, сопровождается собственными ЭМИ, в том числе хаотическими во всем радиодиапазоне, источниками которых являются клетки, органы, системы и организм в целом.
Известны способы диагностики функционального состояния живого организма, основанные на регистрации электромагнитного излучения того или иного диапазона длин волн.
Наиболее распространенными в медицинской практике являются электрокардиографы (см. О.В.Бецкий, М.Б.Голанд, Н.Д.Девятков. Миллиметровые волны в биологии. М., Знание, 1988 г. / Новое в жизни, науке, технике / Серия Физика, №6, стр.3-9, 39-47, 62-63).
Диагностическое обследование методом электрокардиографии проводится контактным путем с помощью электрических датчиков, способных регистрировать электромагнитное излучение, генерируемое сердечной мышцей. Анализ полученного сигнала проводится как по графическому изображению, так и с помощью ритмограмм, то есть спектральной характеристики сигнала на основе быстрого преобразования Фурье. Методом электрокардиографии можно регистрировать параметры колебаний, находящихся в метровом диапазоне длин волн, то есть генерируемых макросистемами, что сужает его применение.
Известны также методы электропунктурой диагностики, основанные на свойстве точек акупунктуры изменять сопротивление электрическому току в зависимости от состояния внутренних органов и систем, с ними связанных. Измерения производятся контактным способом с помощью двух электродов, один их которых пациент держит в руке, а другой оператор последовательно прикладывает к необходимым для оценки биоактивным точкам. Анализ результатов измерения производится по характеру отклонения стрелки измерительного прибора или при наличии компьютерной обработки по цветовой гамме, соответствующей уровню сигнала (см. Н.Л.Лупичев. Электропунктурная диагностика гомеопатия и феномен дальнодействия, М., НПИ "Ириус", 1990 г., стр.7, 13).
Основными недостатками данных методов являются:
- зависимость результатов от состояния кожных покровов;
- влияние на показатели медикаментозного лечения, приема пищи;
- зависимость получаемых данных от психоэмоционального и физического состояния врача и пациента.
Кроме вышеизложенного, известны также радиометрические методы для регистрации электромагнитных излучений организма дециметрового и сантиметрового диапазона (см. Н.Н.Данилова. Психофизиологическая диагностика функциональных состояний. Изд. Московского университета, 1992 г., стр.58-60), в основе которых лежит измерение чувствительными приемниками-радиометрами электромагнитного поля, излучаемого источниками, глубоко залегающими в организме. Ими могут быть воспалительные процессы, гематомы, злокачественные образования, гнойные процессы и т.п. Недостатком метода является некогерентность регистрируемого сигнала в измеряемом диапазоне и, следовательно, его малая информативность.
-17
-18
С целью повышения объективности и информативности диагностики рассматривается неинвазивный способ регистрации электромагнитных излучений человека в миллиметровом диапазоне с помощью высокочувствительного приемника и последующей компьютерной обработкой полученного сигнала в виде пространственно-временной и спектральной характеристик путем его быстрого преобразования по Маклорену (О.П.Кирчик. Способ регистрации низкоинтенсивного КВЧ - излучения человека, 1999 г., заявка на изобретение RU (11) 2128467 (13) С1). Способ базируется на явлении возбуждения когерентных колебаний в живых клетках. Для регистрации колебаний используется специальный приемник-радиомер миллиметрового диапазона частот с чувствительностью (10-10) Вт/см. Объектом измерения выбираются зоны проекции биоактивных точек и зон Захарьина-Геда на поверхности кожи.
Наиболее близким к предлагаемому способу является метод регистрации переходных состояний гомеостаза на основании расчета корреляционной размерности хаотической динамики электроактивности различных зон больших полушарий головного мозга как показателя состояний центральной интегрирующей системы (см. Ю.Л.Бельский и соавт. Диагностика патологических состояний мозга на основе анализа энцефалограммы методами нелинейной динамики. Радиотехника и электроника, т.38, 1993, N 9, стр.1625-1634).
Недостатками способа являются:
- низкая чувствительность, что делает полученные результаты недостаточно информационными при воздействиях малой интенсивности;
- сам алгоритм сложен и не удовлетворяет требованию заключения при исследовании в реальном масштабе времени;
- для уверенного расчета корреляционной размерности необходимы реализации с большим числом отсчетов, характеризующих сдвиги анализируемого биологического параметра, что накладывает определенные ограничения на сферу применения данной методики;
- практически возможно вычисление корреляционной размерности для устойчивых областей притяжения динамики (аттракторов) с размерностью не более 6, что заставляет оценивать данный метод скорее как качественный, а не количественный;
- метод формирует представление об особенностях хаотического процесса, по которым принимается диагностическое решение, в такой визуальной форме, что выводы исследователя в достаточной степени субъективны и требуют навыков и знаний в сфере компьютерной графики.
В то же время мы предположили, что определение состояний организма возможно на основании анализа процессов самоорганизации и деградации в биоинформационных системах.
По нашему мнению, в биологических системах различить процессы самоорганизации и деградации (см. Ю.Л.Климонтович. Информация открытых систем. Наука и технология в России №1 (31), 1999 г., стр.6) можно лишь на основе критерия относительной степени упорядоченности состояния открытых систем. При этом представление о самоорганизации, как об образовании структур, или как о процессе от менее упорядоченного к более упорядоченному состоянию, становится недостаточным.
Существуют условия жизнедеятельности биосистемы, для которых биологическая реакция в виде их собственных ЭМИ как состояние полного хаоса, так и полного порядка не могут быть реализованы. Их функционирование в таких условиях просто невозможно, так как состояние полного хаоса - это еще не биосистема (живой организм), а состояние полного порядка - это уже не биосистема (см. Ю.Л.Климонтович. Критерии относительной степени упорядоченности открытых систем. Успехи физических наук, том 166, №11, ноябрь 1996 г., стр.1240).
Здесь более фундаментальным (жизненным!) является понятие «нормы хаотичности», которое для биосистем может устанавливаться по эмпирическим данным на основе критерия S-теоремы. Как следует из (см. Ю.Л.Климонтович. Критерии относительной степени упорядоченности открытых систем. Успехи физических наук, том 166, №11, ноябрь 1996 г., стр.1236) из всех термодинамических функции только энтропия S обладает набором свойств, благодаря которым она может быть использована в качестве меры хаотичности собственных ЭМИ организма при описании процессов в биосистемах.
1
С целью использования этой возможности необходимо перенормировать энтропию более хаотического состояния  так, чтобы сопоставление состояния открытой системы (S) проводилось при одинаковых значениях средней эффективной энергии . Тогда разность энтропии , а следовательно, и информации о состоянии биосистемы при разных значениях управляющего параметра может служить мерой относительной степени упорядоченности выделенных состояний.
Однако такая технология в принципе не может решить поставленную задачу по следующим причинам. В технологии с использованием S-теоремы рассматривается эволюция стационарных состояний некоторой открытой системы (живого организма) при изменении внешнего (!) управляющего параметра, величина которого и определяет реакцию биосистемы. Однако исходное состояние биосистемы в виде параметров ее собственных хаотических ЭМИ не являются стационарными (неизменными, постоянными) (см. Словарь иностранных слов, 14 издание, Москва, Русский язык, 1987 г., стр.471, п.3), а изменяющимися по определенным закономерностям в зависимости как от выбранной несущей частоты радиодиапазона измерений биосистемы, так и от времени наблюдения. Условия формирования нормы хаотичности существуют тогда и только тогда, когда на организм не воздействует внешний (!) управляющий параметр и организм здоров (отсутствуют болезни). В таких условиях организм функционирует предположительно под воздействием своего внутреннего управляющего параметра на каждой несущей частоте его ЭМИ, что отображается закономерностями изменения во времени амплитудно-частотной структуры (АЧС) собственных хаотических ЭМИ.
н
c
-d
Исходя из того, что норма хаотичности собственных хаотических ЭМИ организма формируется на каждой несущей частоте f излучаемого организмом множества частот радиодиапазона в условиях как отсутствия болезни организма, так и внешнего воздействия на него, в том числе воздействия внешних ЭМИ, то норму хаотичности можно определять параметрами закономерностей изменения во времени показателя Хаусдорфа (см. Ф.Мун. Хаотические колебания, Москва, Мир, 1990 г., стр.269, 272) на каждой несущей частоте. Показатель (размерность) Хаусдорфа - это математическое определение фрактальных свойств хаотических ЭМИ организма, связанных с емкостной размерностью. Емкость - одна из многих фрактальных размерностей в виде количественной характеристики множества точек в n-мерном пространстве, показывающей насколько плотно точки заполняют пространство, когда их число становится очень большим (см. Ф.Мун. Хаотические колебания, Москва, Мир, 1990 г., стр.275). Основная идея емкостной размерности состоит в подсчете минимального числа кубов с ребром ε, необходимых для покрытия данного множества точек. Если это число при ε→0 ведет себя как ε, то показатель d называется емкостной фрактальной размерностью.
c
С целью установления величины d и ее изменения во времени рассматривается равномерное распределение N точек вдоль некоторой линии или одномерного многообразия в трехмерном пространстве (см. Ф.Мун. Хаотические колебания, Москва, Мир, 1990 г., стр.216-217). Таким образом, покрывается это множество точек малыми кубами с ребром длиной ε. Такой подход позволяет вычислить минимальное число таких кубов N(ε), покрывающих линию, которые будут изменяться в зависимости от ε как .
Аналогично, если точки распределить равномерно по двумерной поверхности в трехмерном пространстве, то минимальное число кубов, покрывающих множество, будет изменяться в зависимости от ε как .
Таким образом, размерность в общем случае можно определить законом подобия .
Взяв логарифм от правой и левой части вышеприведенного соотношения и введя индекс с (от англ. capacity dimension - емкостная размерность), получим .
c
В соответствии с условиями (см. Ф.Мун. Хаотические колебания, Москва, Мир, 1990 г., стр.217-218) для определения величины d в процессе исследований на заданных отрезках времени используется формула
.
c
Таким образом, норма хаотичности ЭМИ определяется в виде изменения величины показателя Хаусдорфа d в зависимости от времени как математическое определение фрактальных свойств хаотических колебаний собственных ЭМИ живого организма, в том числе человека, связанных с емкостной размерностью.
Закономерности изменения показателя Хаусдорфа на каждой несущей частоте исследуемого диапазона в зависимости от времени именуемые хаос-ритмами оцениваются следующими параметрами:
- среднее состояние АЧС хаотических колебаний ЭМИ организма как среднее значение показателя Хаусдорфа за период квазигармонического колебания АЧС;
- амплитуда колебаний изменения АЧС хаоса (часть показателя Хаусдорфа после запятой) за период колебания хаос-ритма;
- период колебаний величины АЧС хаоса оценивается в секундах между соседними максимальными или минимальными значениями амплитуды;
- фаза колебаний АЧС - состояние квазигармонического колебательного процесса в определенный фиксированный момент времени.
Из вышеизложенного следует:
Норма хаотичности собственных ЭМИ живого организма определяется параметрами закономерностей изменения показателя Хаусдорфа в зависимости от текущего времени на отдельных фиксированных несущих частотах радиодиапазона при условиях предельно малой девиации (максимальное отклонение от фиксированного значения) (см. Словарь иностранных слов, 14 издание, Москва, Русский язык, 1987 г., стр.148), не превышающей ±15 Гц от выбранного номинала несущей частоты. Это обеспечивается полосой пропускания (Δf=30 Гц) радиоприемного устройства, используемого для приема ЭМИ организма.
нi
c.cp
Норма хаотичности ЭМИ на отдельной несущей частоте f оценивается средним значением показателя Хаусдорфа d за квазисинусоидальный период T его изменения, длительностью самого периода и другими параметрами.
С учетом вышеизложенного, дальнейшие исследование хаос-ритмов на отдельной несущей частоте может опираться на следующие характеристики колебательных процессов:
c.cp
- закономерность изменения среднего значения показателя Хаусдорфа d за квазисинусоидальный период в зависимости от изменения величины номинала несущей частоты излучений организма;
- закономерность изменения длительности квазисинусоидального периода Т показателя Хаусдорфа от номинала выбранной величины несущей частоты радиодиапазона излучений организма.
При этом норма хаотичности электромагнитного образа (ЭМО) организма определяется как совокупность одновременно изменяющихся параметров норм хаотичности на ограниченном множестве отдельных несущих частот используемого радиодиапазона излучений организма.
Таким образом, целью изобретения является разработка нового способа исследования состояний живых организмов, основанного на измерении его собственных хаотических электромагнитных излучений.
Указанная цель достигается на основе использования законов биоинформационных систем, в частности определения нормы хаотичности организма и отклонения от нее в процессе жизнедеятельности.
Способ исследования состояний живого организма включает радиоприем его собственных хаотических электромагнитных излучений на каждой выбранной фиксированной несущей частоте исследуемого радиодиапазона, преобразование принятых сигналов к виду, удобному для анализа, проведение анализа изменяющихся во времени структуры и параметров принятых и преобразованных сигналов на совокупности используемых несущих частот исследуемого радиодиапазона, при этом:
нi
- осуществляют радиоприем собственных хаотических ЭМИ организма на каждой фиксированной несущей частоте f ограниченного множества частот, где i=1, 2, …, n;
нi
- прием проводят с использованием радиоприемников с предельно узкой полосой пропускания фиксированного по номиналу частоты сигнала соответствующей несущей частоте не более f±15 Гц, т.е. полоса пропускания Δf на несущей частоте не более 30 Гц;
нi
c
- преобразовывают принятые на каждой частоте f ЭМИ сигналы, изменяющиеся как от времени, так и от степени хаотичности, в показатель Хаусдорфа d;
c.cp
нi
- рассчитывают среднюю величину показателя Хаусдорфа d за период колебания его величины на каждой исследуемой частоте f;
нi
- определяют величину длительности периода этого колебания Т на исследуемой частоте f;
c.cp
нi
нi
- строят график зависимости d от номинала исследуемых частот f и график зависимости Т от номинала исследуемых частот f;
- сравнивают полученные зависимости с показателями, полученными для здорового организма, находящегося в условиях отсутствия внешнего воздействия на него техногенного электромагнитного поля;
- выносят заключение о состоянии исследуемого живого организма при повышении или понижении полученных показателей относительно показателей здорового организма.
По нашему мнению, необходимость измерения нормы без действия внешнего электромагнитно поля определяется следующим.
Процесс деградации организма можно рассматривать как результат противодействия в организме двух факторов: «собственного» и внешнего управляющих параметров. Под «собственным» понимается способность организма обеспечить формирование нормы хаотичности собственных хаотичных ЭМИ на каждой несущей частоте радиодиапазона. Это представляется на ограниченном множестве несущих частот как норма хаотичности ЭМО, так и некоторое отклонение от нее в сторону увеличения (уменьшения) хаотичности излучений под воздействием внешнего управляющего параметра в процессе самоорганизации организма.
Под внешним управляющим параметром понимается воздействие на организм внешнего электромагнитного поля, параметры которого (электрическая и магнитная напряженность сигнала, несущая частота, модулирующие частоты сигнала, поляризация волны и др.) при взаимодействии с организмом осуществляют изменения АЧС его собственных хаотических ЭМИ и формируют процессы деградации.
Противоборство собственного и внешнего управляющего параметров отображается изменениями во времени параметров АЧС собственных хаотических ЭМИ организма на всем множестве излучаемых несущих частот в виде его электромагнитного образа.
В результате, если собственный управляющий параметр поддерживает организм в условиях нормы хаотичности ЭМО процесса самоорганизации, то внешний управляющий параметр при превышении определенных значений своих параметров формирует изменения хаотичности ЭМИ организма на каждой несущей частоте радиодиапазона от менее упорядоченного (более хаотичного) к более упорядоченному (менее хаотичного) состоянию процесса деградации.
Таким образом, процесс самоорганизации характеризуется параметрами собственных хаотических ЭМИ на исследуемом частотном радиодиапазоне, оцениваемом как нормой хаотичности ЭМО организма, так и выше нормы хаотичности.
Различить в живых организмах процессы самоорганизации и деградации можно на основе критерия относительной степени упорядоченности: по степени отклонения от нормы хаотичности ЭМИ, определяемой показателем Хаусдорфа на каждой несущей частоте излучений организма, в ту или иную сторону - в сторону увеличения или уменьшения относительно нормы хаотичности.
Граница процессов самоорганизации и деградации организма оценивается параметрами собственных хаотических ЭМИ организме в частотном диапазоне 0,3 Гц÷30000015 Гц.
Осуществимость предлагаемого способа подтверждается следующим примером.
Для проверки сделанных нами выводов проведены следующие экспериментальные исследования ЭМО человека, в которых использовались низкочастотный (АК-НЧ) и высокочастотный (АК-ВЧ) аппаратные комплексы.
АК-НЧ решает задачи исследований собственных электромагнитных излучений (ЭМИ) человека (биообъекта) в диапазоне 0,3÷164 Гц. Он состоит из аппаратуры формирования внешнего электромагнитного поля (ЭМП) и программно-аппаратного комплекса PL-EEG (электроэнцефалографа), используемого для измерения низкочастотных потенциалов в электроактивных точках головы человека в реальном масштабе времени с целью определения закономерностей их изменения при отсутствии внешнего воздействия на человека и при его облучении ЭМП.
Аппаратура формирования внешнего ЭМП включает:
- модернизированную радиостанцию Р-105, излучающую амплитудно-модулированный сигнал на частоте 25 МГц напряженностью в районе головы человека 1,2 мВ/м и 6 мВ/м;
- генератор модулирующих колебаний 500-1500 Гц типа ГЗ-111, подключенный на вход Р-105.
Исследуемые биообъекты - мужчины в возрасте 21-32 лет в здоровом состоянии. Параметры аппаратуры, используемые в исследовании, представлены в таблице 1.
Исходное состояние АК-НЧ: человек находится в горизонтальном положении, на его голове установлены электроды электроэнцефалографа в виде антенной решетки соответственно
3
3
4
4
3
3
4
4
3
1
4
4
3
Z
4
Z
3
Z
4
Z
1
Z
2
Z
N1-FT; N2-FT; N3-ТF; N4-TP; N5-PO; N6-PO; N7-FC; N8-PC; N9-ТC; N10-TC; N11-OC; N12-OC, которые попарно подключены к PL-EEG.
c.cp
Данные с выхода PL-EEG преобразовываются и выдаются в виде зависимостей d от номинала текущей частоты и зависимостей Т от номинала текущей частоты (хаос-ритмы), из которых, в конечном счете, формируется ЭМО человека.
Проводилось определение нормы хаотичности ЭМО человека. АК-НЧ функционирует в заданных условиях при отключенной аппаратуре формирования внешнего ЭМП в камере и при отсутствии внешних техногенных электромагнитных полей. Полученные электроэнцефалографограммы человека, преобразованные в хаос-ритмы, оцениваются как норма хаотичности.
Исследование отклонения от нормы хаотичности ЭМО человека. АК-НЧ функционирует в полном объеме при напряженности внешнего ЭМП 1,2 мВ/м и 6 мВ/м и на частотах модуляции несущей в пределах 500-1500 Гц. Данное воздействие расценивается как угрожающее для человека.
Результаты исследования представлены в таблице 2 и на фигуре 1.
c.cp
По полученным результатам видно изменение показателей как d, так и Т. При этом участники эксперимента испытывали временное ухудшение самочувствия, что сопровождалось также объективными изменениями их состояния, выражаемое в повышении артериального давления и увеличения частоты сердечных сокращений.
АК-ВЧ решает задачи исследований собственных ЭМИ человека (биообъекта) в диапазоне 10-30 МГц. Он состоит из аппаратуры формирования внешнего ЭМП и анализаторов спектра ЭМИ человека типа HP-8590 серии Е.
Аппаратура формирования внешнего ЭМП включает:
- генератор высокой частоты типа Г4-176, создающий амплитудно-модулированное ЭМП на частоте 25 МГц напряженностью 1,2 мВ/м в районе расположения человека;
- генератор модулирующих колебаний 500-1500 Гц типа ГЗ-111, подключенный на вход Г4-176.
Исследуемые биообъекты - мужчины в возрасте 21-32 лет в здоровом состоянии. Параметры аппаратуры, используемые в исследовании, представлены в таблице 1.
Исходное состояние АК-ВЧ.
Человек находится в вертикальном положении. Его собственные ЭМИ принимаются на антенну прибора HP-8590, с выхода которого данные преобразуются в хаос-ритмы, из которых, в конечном счете, формируется ЭМО человека.
Результаты исследования представлены в таблице 2 и на фигуре 1.
Проведенные исследования при воздействии внешнего ЭМП также показали изменение показателей хаос-ритмов, т.е. отклонение от нормы хаотичности ЭМО человека.
Таким образом, совокупность параметров норм хаотичности организма на каждой из несущих частот исследуемого радиодиапазона, представленных в последовательности возрастания номинала несущих частот, формируют единую норму хаотичности ЭМО организма (см. Фигура 2).
Норма хаотичности ЭМО организма представляется в виде кривых среднего значения показателя Хаусдорфа и длительности периода его колебаний в зависимости от номиналов несущих частот ЭМИ радиодиапазона исследуемого организма.
Вышеописанный способ позволяет повысить достоверность и объективность информации о состоянии организма за счет высокой информативности его ЭМИ, преобразованных на основе механизмов хаотической динамики к количественным параметрам (показатель Хаусдорфа, период его колебаний) (см. Таблица 2) и наглядным графикам-зависимостям (см. Фиг.2).
При этом становится возможным анализ состояний организма с учетом процессов самоорганизации и деградации в различных условиях, в том числе негативного влияния окружающей среды (например, внешнего ЭМП) или болезни организма.
Используемые в изобретении алгоритмы позволяют, при последующем накоплении данных, в дальнейшем разработать способы диагностики, основанные на анализе закономерностей изменения во времени амплитудно-частотной структуры собственных хаотических ЭМИ организма.