Схемно-конструкторские решения базовых генераторных модулей для синергетических биотехнических систем КВЧ-терапии

Статья

где opt - оператор функциональной оптимизации, а F - регулирующая функция, в данном случае - общесистемный закон распределения. Известен такой закон [3], согласно которому в любой сложной, целостной и устойчивой системе все возможные варианты оптимизации opt подчиняются гиперболическому ранговому распределению [4], то есть закон F (2) действенен в функциональном пространстве геометрии Лобачевского (гиперболической геометрии). Заметим, что такой закон в зависимости от конкретной области применения - имеет различные названия, например, в экономике - закон Парето и т.п. Геометрическая иллюстрация закона F (2) такова: площадь под гиперболой динамически изменяется при стабильности формы гиперболы.

Справедлива лемма:

Лемма 1. Процесс оптимизации биотехнической системы электромагнитной терапии подчиняется общесистемному гиперболическому ранговому распределению (2), что позволяет, в принципе, минимизировать min[Pat] патологические сопутствующие эффекты.

Выводы: из леммы 1 достоверно следует: минимизация min[Pat] пропорциональна уменьшению интенсивности воздействующего на организм ЭМП и приближению его характеристик (P, f, Омод,Х, Pol...), где P - мощность, f - частота, Омод - частота модуляции, х - киральность (см. [1]), Pol - поляризация, к характеристикам естественных ЭМП, имманентных процессам жизнедеятельности. Это самоочевидно вытекает из предыдущих рассуждений и не требует отдельного доказательства. Единственное уточнение: живой организм есть устойчивая система, но в варианте «устойчивого равновесия» - по Э.Бауэру [5], что не изменяет сущности действия гиперболического закона. Сформулированный выше принцип относится к области действия законов синергетики, то есть науки о самоорганизации, изучающей самоорганизующиеся системы, наиболее яркими (и наиболее сложными) представителями которых являются живые организмы.

Справедлива

Лемма 2. Биотехническая система электромагнитной терапии, включающая в себя контур «организм — излучающая аппаратура», замкнутый по системе обратных связей (ОС), является самоорганизующейся (синергетичной), то есть открытой, устойчиво неравновесной и нелинейной — на рабочем участке квазилинейной.

Выводы: спроектированная таким образом биотехническая система (лемма 2) является оптимальной и характеризуется тем, что в ней действует процесс самоизменения ее структуры, направленный на увеличение степени организации, векторизованной на переход от хаоса к упорядочению. Всходя из содержания лемм 1 и 2, можно сформулировать основные принципы к организации синергетических биотехнических систем электромагнитной терапии, воспользовавшись общей классификацией [3]:

1. Движение от первоначального хаоса к упорядочению, то есть автоматический поиск наиболее устойчивого режима работы биотехнического контура.

2. Структура системы задается «изнутри», то есть ее функционирование не определяется факторами, внешними по отношению к биотехнической системе; оператор же выполняет только функции контроля.

3. Функционирование биотехнической системы не определяется начальными условиями; это противоречит самому определению самоорганизующейся системы.

4. Устойчивая работа системы не требует притока (оттока) энтропии извне, только затрат невекторизованной энергии.

5. Самоорганизация биотехнической системы адекватна увеличению ее разнообразия, конфигурационной свободы; при этом система характеризуется избыточной информацией и поглощением (преобразованием) свободной энергии.

6. Синергетическая система характеризуется повышением функциональности при кооперативности процессов. Для биотехнических систем электромагнитной терапии это проявляется в части повышения терапевтической эффективности при расширении диапазона варьирования характеристик воздействующего ЭМП.

7. Синергетическая биотехническая система требует постоянного совершенствования, иначе неизбежна ее деградация, понимаемая как отставание ее возможностей от уровня развития научного знания, в частности, в физиологии, биофизике, биохимии, медицинском приборостроении.

8. Из утверждения предыдущего пункта следует выполнение для синергетических систем известного в философии закона Спенсера: сложность системы уравновешивает сложность среды.

Кроме названных принципов действуют и другие, сравнительно просто раскрываемые для конкретики биотехнических систем электромагнитной терапии: самоорганизация исполняется скачкообразно; для синергетических систем выполняется закон постоянства суммы энтропии (5) и информации (Т): 8+Т=Сопб1;; в самоорганизующихся системах информационное (I) действие превышает энергетическое (Е): Т >> Е; соотношение степени порядка и хаоса в синергетической системе подчиняется гармоническому закону; малые флуктуации в самоорганизующейся системе могут в определенных ситуациях усиливаться и «руководить» системой (принцип И.Пригожина); самоорганизация возникает только при нарушении симметрии процесса и/или среды.

Заключение. Современный этап использования ЭМП в терапевтических целях характеризуется реализацией синергетического принципа при организации соответствующих биотехнических систем. Последний имеет многоступенчатую иерархическую организацию, а соблюдение его при проектировании биотехнического контура позволяет одновременно повысить эффективность терапевтического действия и минимизировать побочные патогенные эффекты.

Литература

1. Архипов М.Е. и др. Киральная асимметрия биоорганиче-ского мира: Теория, эксперимент. - Тула: Тульский полиграфист, 2002.- 242 с.

2. Нефедов Е.И. и др. Взаимодействие физических полей с биологическими объектами / Под ред. Е.И.Нефедова и А.А.Хадарцева.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2005.- 344 с.

3. Селезнев Г.Д. // Экология. Экологическое образование. Нелинейное мышление: Сб. тр. III Межд. конф.- Воронеж, 1997.-С. 217-223.

4. Мацуо Комацу. Многообразие геометрии / Пер. с япон.-М.: Знание, 1981.- 208 с.

5. Бауэр Э.С. Теоретическая биология.- Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001.- 280 с.

УДК 614.89+314.18

СХЕМНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РЕШЕНИЯ БАЗОВЫХ ГЕНЕРАТОРНЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ СИНЕРГЕТИЧЕСКИХ БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ КВЧ-ТЕРАПИИ

Ю. А. ЛУЦЕНКО*

При проектировании биотехнических систем КВЧ-терапии, работающих на основе синергетических принципов, то есть принципов самоорганизации, возникает ряд специфических требований [1-3], связанных с многофункциональностью таких систем. Особенно это относится к базовым генераторным модулям (БГМ), т.к. именно они задают исходные параметры электромагнитного излучения (ЭМИ) КВЧ-диапазона, воздействующие на организм пациента. В первую очередь это относится к мере когерентности ЭМИ КВЧ, генерируемого БГМ. По базовым концепциям взаимодействия низкоинтенсивного ЭМИ с организмом, воздействующие поля должны обладать очень высокой когерентностью [1, 3]. А собственно мера когерентности оценивается, как правило, по уровню амплитудно- и частотномодули-рованных (АМ и ЧМ) шумов, но к настоящему времени количественно не определена. Поэтому при разработке синергетических биотехнических контуров следует исходить из соображений компромисса между терапевтической эффективностью и стоимостными показателями проектирования и серийного изготовления соответствующей аппаратуры.

Вторым требованием к БГМ является его стабильность. А когерентность и стабильность в полупроводниковых БГМ обеспечиваются высокой собственной добротностью колебательной системы генератора КВЧ [2]. Наиболее эффективное решение

Тульская обл., Новомосковский институт Российского химикотехнологического ун-та им. Д.И.Менделеева, кафедра электротехники

Статья

последней задачи - реализация в колебательной системе БГМ большой (по модулю) положительной реактивности, образуемой короткозамкнутым (КЗ) отрезком коаксиальной линии, встроенной в волноводный резонатор и заполненный ферритом [3].

Другой момент - использование МЭП-диода [2], работающего на участке отрицательной проводимости. Выбор именно МЭП-диода в качестве генерирующего элемента объясняется тем, что его импеданс имеет емкостный характер, что позволяет стабилизировать рабочую точку. Одновременно повышение эксплуатационной надежности и расширения частотного диапазона Дю генерации обеспечивается при повышении добротности контура усилением контролирующего влияния КВЧ-поля на доменную неустойчивость в МЭМ-диоде. Определенные требования предъявляются и к пассивным конструктивным элементам БГМ. Технико-экономическая эффективность БГМ обеспечивается его хорошими эксплуатационными характеристиками; последние, в свою очередь, обусловлены простотой конструкции, расширенным частотным диапазоном Дюраб., возможностью магнитного управления частотой генерации, надежностью и пр. По сравнению с традиционными методами повышения частотной стабильности, например, применением стабилитронных схем, предлагаемое схемно-конструкторское решение технологичнее и экономичнее.

Испытания макетного образца БГМ показали существенное снижение АМ- и ЧМ-шумов на малых отстройках от несущей частоты Юн±Дю по сравнению с обычными КВЧ-модулями. В диапазоне частот 37...41,5 ГГц уровень ЧМ-шумов составил

55__50 дБ/Гц на остройках 5 кГц от /, что существенно ниже,

чем аналогичные показатели для серийных измерительных генераторов Г4-141 и Г4-142, широко используемых в медикобиологических исследованиях, в КВЧ-терапии при клинических экспериментах.

Еще раз подчеркнем особенность БГМ: магнитное управление частотой генерации ЭМИ КВЧ. При этом колебательная системы реализуется значительно более простой по сравнению с обычными системами на варикапах; в последнем случае велика роль паразитных параметров корпуса. Использование же феррита приводит к снижению числа резонансных частот пюрез, разрежению спектра 8(ю), повышению устойчивости автоколебательного режима при вариациях нагрузки иных условий эксплуатации - с точки зрения возможных перескоков частоты.

Конструкция разработанного БГМ явилась основой аппарата КВЧ-терапии, используемого в синергетическом биотехническом контуре при лечении стоматологических заболеваний [1]. Предусмотренная в конструкции БГМ возможность магнитного управления частотой ЭМИ КВЧ без срывов генерации и перескоков частот Юх^Ю2_ позволяет решить простыми средствами такую насущную для КВЧ-терапии с фиксированной частотой излучения задачу, как регуляция психофизиологического состояния пациента. Это достигается режимом апериодической комбинированной АМ-ЧМ-модуляции ЭМИ КВЧ:

М8ш ю1;^-8т (пю1)^_

Для задач активации и мобилизации защитных сил организма используется режим модуляции, при котором обеспечивается плавная линейная девиация частоты Дю/Д1 в начале и в конце радиоимпульса при неизменной частоте Юраб=сопв1;(1;) в его центральной части; имеется в виду режим импульсной АМ-модуляции: меандр с частотой повторения £-0,8.. .100 Гц.

Примерно такой же эффект достигается при использовании экспоненциально Аехр[£(1;)] нарастающей девиации частоты в начальной части радиоимпульса и резкого изменения этого параметра в конечной части импульса (задний фронт). С позиций синергетики отметим: экспоненциальный закон эндогенного воздействия на организм является наиболее адекватным для адаптации биосистемы. Для задач психофизиологического «успокоения» характер девиации Дю/Д1 частоты должен быть иным, а именно: быстра девиация в начале радиоимпульса и экспоненциальный задний фронт. Механизм магнитного управления частотой наиболее просто решает перечисленные задачи. И еще отметим один методический момент. Оптимальной считается ситуация, когда спектральный состав ЭМИ КВЧ адекватен полям в биологических активных точках (БАТ) организма человека, что является непременным условием реализации синергетического коммуникационно-информационного механизма терапевтического воздействия ЭМИ КВЧ. Заметим, что кроме обоснованных в

КВЧ-терапии «терапевтических частот» [1, 3], экспериментально установлена эмиссионная способность БАТ и рефлексогенных зон (РГЗ) Подшибякина и Захарьина - Геда на частотах 120, 170, 330 и 400 ГГц [1], что соответствует полосам непрозрачности атмосферы. Это означает, что чувствительность организма к ЭМИ в этих диапазонах очень высока, то есть эти частоты потенциально эффективны для терапии. Отсюда и задача получения технического решения высококогерентной синергетической КВЧ-аппаратуры на частотах непрозрачности.

Заключение. Повышение эффективности КВЧ-терапии напрямую связано с разработкой методов проектирования высококогерентной маломощной аппаратуры, работающей в режиме комплексной АМ-ЧМ-модуляции и изменения поляризации (киральности) в различных, в том числе и коротковолновой, частях КВЧ-диапазона. При этом все изменения рабочих параметров - частоты, модуляции, поляризации и пр. - должны выполняться в автоматическом режиме, которым управляет биотехнический контур, замкнутый по системе обратных связей от пациента (с датчиков) к аппаратуре ЭМИ КВЧ. Это есть первое и основное условие реализации принципов синергетики. Еще отметим важный вопрос об элементной базе БГМ ЭМИ КВЧ. Традиционно используемыми в генераторах ЭМИ КВЧ малой мощности (КВЧ-терапии) активными элементами являются полупроводниковые диоды с междолинным переносом электронов (МЭП-диоды или диоды Ганна), а также лавинно-пролетные диоды (ЛПД). Эти элементы являются пролетными приборами, то есть связь между генерируемой мощностью Рг и частотой генерации /0 выражается через каноническое соотношение [2]: РрРо2=сопв1 Поэтому с ростом частоты величина генерируемой мощности резко падает. Поэтому при проектировании БГМ, работающих на частотах свыше 40.50 ГГц, наиболее целесообразным является генерация на более низких частотах с последующим удвоением частоты; наиболее эффективны здесь конструкции умножителей на запредельных волноводах [1, 3], что позволяет обойти реальный вопрос с отсутствием серийно выпускаемой высокочастотной элементной базы.

Литература

1. Ю.А. Луценко и др. Электромагнитная терапия в стоматологии / Под ред. Т.И.Субботиной, А.А.Яшина.- Тула: ТулГУ, 2002.- 228 с.

2. Костылев С. и др .Полупроводники с объемной отрицательной проводимостью в СВЧ-полях.. - Киев: Наукова думка, 1987.- 144 с.

3. Архипов М.Е. и др. // Физика волновых процессов и радиотехнические системы.- 1999.- Т. 2, № 3-4.- С. 56-68.

УДК 611-18.1; 576.3/.7;611-013.11

ТРАНСПЛАНТАЦИЯ ГЕПАТОЦИТОВ В ЛЕЧЕНИИ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПЕЧЕНИ - НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ

Д.В. ИВАНОВ, А.И. РЯЗАНОВ, А.А. ХАДАРЦЕВ*

Интерес к клеточным технологиям в лечении заболеваний печени постоянно нарастает, что в первую очередь связано с нехваткой донорских органов (не только за рубежом, но ив России). В России с 2003 года продолжается судебный процесс над врачами-трансплантологами, который практически свел к нулю число трансплантаций органов. Трансплантация гепатоци-тов (ГЦ) или гепатоцитоподобных клеток в клинике может стать альтернативой ортотопической трансплантации печени при острой печеночной недостаточности, наследственных метаболических заболеваниях печени и на последних стадиях цирроза печени. Концепция клеточной терапии заболеваний печени широко известна, но применение ее для лечения ограничено. Ведутся дискуссии о значимости клинических и экспериментальных данных по трансплантации ГЦ, о роли стволовых клеток в восстановлении ткани печени.

* ГУП ТО НИИ новых медицинских технологий