Азархов А Ю, Сакало С Н Харківський національний університет радіоелектроніки (ХНУРЕ) просп Леніна, буд 14, м Харків, 61166, Україна тел +38 (057) 7021478, e-mail: rtf@kturekharkovua

Анотація – Для формування вимог до методики проведення температурних вимірювань біологічних обєктів, розглянуто поведінку організму людини як динамічної відкритої системи на основі теорії стійкості

I                                       Введення

Незважаючи на значний прогрес у розвитку техніки та компютерних технологій, медична діагностика більшою мірою являє собою процес творчості, мало піддається формалізації Це обумовлено наявністю складних взаємозвязків між органами і системами організму, а також його взаємовідношенням з зовнішнім середовищем Тому на всіх етапах розвитку медицини робилися спроби визначити найбільш інформативні обєктивні показники, що характеризують стан організму людини Одним з таких показників є температура Це обумовлено тим, що між організмом людини, як відкритою системою і зовнішньої середовищем встановлюється енергоінформаційний баланс Всі процеси в організмі: фізичні, хімічні та біологічні призводять до зміни ентропії [1] Це виробництво відбувається завжди з певною швидкістю – завжди позитивною і рівною нулю в умовах рівноваги Рівновага означає нормальний стан організму При захворюванні рівновагу енергоінформаційного балансу всередині організму і організму із зовнішнім середовищем порушується, що знаходить своє відображення в порушенні температурного балансу Причому слід розрізняти два температурних поля Температура поверхні тіла значною мірою повязана з теплообміном із зовнішнім середовищем, і може бути виміряна з високим ступенем точності Температурні аномалії внутрішнього середовища організму менш залежать від зовнішнього середовища [2, 3] тобто є більш інформативними про стан обєкта, проте їх вимір повязано з технічними труднощами

У сучасній медичній практиці широко використовуються прилади, що реєструють температуру, як поверхні, так і всередині організму людини Однак, інтерпретація результатів вимірювань можлива тільки у разі отримання теоретичної моделі, яка описує теплові процеси в організмі людини Крім того, як правило вимір температури являє собою фіксацію миттєвого її значення, в той час як температура, як показник динамічної системи, постійно змінюється

Для формування вимог до методики проведення температурних вимірювань, авторами пропонується розглянути поведінку організму людини як динамічної відкритої системи на основі теорії стійкості

II                              Основна частина

Самоорганізація, тобто спонтанне утворення і розвитку складних впорядкованих структур – одна з особливостей біологічних систем [2] Це не суперечить законам термодинаміки, оскільки всі живі біологічні системи є відкритими і обмінюються речовиною і енергією з навколишнім середовищем Ентропія, що служить мірою безладдя, може зменшуватися у відкритих системах з плином часу Необхідна передумова ефектів самоорганізації закпючается в наявності потоку енергії, що надходить в систему від зовнішнього джерела і поглинається системою Завдяки цьому потоку система стає активною і набуває здатність до утворення нових структур Самоорганізація не є винятковою властивістю біологічних обєктів (ВО) і спостерігається, в тій чи іншій формі в неорганічних системах [3-5]

Живий організм являє собою складно організовану ієрархію автономних підсистем Керуючі сигнали верхніх рівнів управління не мають характеру жорстких команд, що підпорядковують собі активність всіх індивідуальних елементів більш низьких рівнів [6] Замість цього від вищих рівнів ієрархії поступають сигнали, які зумовлюють переходи підсистем від одного режиму функціонування до іншого При цьому існуючі невеликі відхилення від рівноваги створюють стійкі специфічні нерівноважні структури, звані диссипативними Нестійкість траєкторій хаотичних систем робить їх надзвичайно чутливими до управління Ці траєкторії мають властивість з часом потрапляти в околицю будь-якої точки, що належить аттрактору нелінійної детермінованою системи

Будемо виходити з того, що ВО (точніше – аттрактор, що описує поведінку деякого квазіперіодичного коливання в цьому обєкті) в стані норми знаходиться в деякому рівноважному стані Це стан, з одного боку, обмежено граничними можливостями організму, а з іншого боку, мінімальними потребами для підтримки життєдіяльності потенційною енергією Не розглядаємо затухаючі коливання – Загибель ВО Уявімо аттрактор у вигляді кульки катається в потенційній ямі Межі цієї ями характеризують граничні можливості ВО (в моделі – граничний цікп аттрактора) На кульку впливають зовнішні фактори (навколишнє середовище, режим харчування і т п), які і забезпечує флуктуацію потенційної ями Таким чином, на тлі значних квазіперіодичних коливань виникають додаткові хаотичні коливання, які можна розглядати як аналог адаптаційних процесів ВО Крива розподілу цієї енергії для стану норми приведена на рис1

На рис 2 показано стан нехронічних та хронічного захворювань Для стану хвороби максимальна глибина потенційної ями знаходиться вище стану «норми» Хронічне захворювання характеризується тим, що ВО знаходиться в потенційній ямі на рівні або нижче норми Запропоновані моделі добре збігаються з відомими [3]

Рис 1 Розподіл енергії для нормального стану БО

Fig 1 Energy distribution for ВО normal condition

Всі енергетичні процеси в організмі людини відбуваються з виділенням тепла Отже, можна вважати, що розглянута енергетична модель відображає динаміку температури як організму в цілому [7], так і, в силу гомеостазу, окремих органів

Рис 1 Розподіл енергії для 50, що знаходиться в стані нехронічних та хронічного захворювань

Fig 1 Energy distribution for ВО in the state of chronic or non-chronic disease

III                                   Висновок

1 Температура тіла організму і окремих його органів є динамічним показником, вимір якого відображає миттєве стан організму 2 Для вирішення медичних завдань необхідно вимірювати динаміку температури за інтервал часу характеризує квант поведінки системи (органу) 3 У силу великої площі теплообміну організму з навколишнім середовищем, більш інформативними, про стан організму (органу), є глибинні температури тіла 4 Різкі температурні аномалії можуть свідчити як про патологіях так і про спроби організму до самоорганізації т е виходу на нову траєкторію аттрактора

IV                           Список літератури

[1] Хорстхемке В, Лефевр Р Індуковані шумом переходи: Теорія та застосування у фізиці, хімії та біології – М: Світ, 1987 – 400 с

[2] Гемба В Н Теорія інформації та фізичні механізми взаємодії низькоінтенсивних електромагнітних полів з біологічними обєктами / / Електроніка і звязок – 1999 – № 6, т 1 – С 202-206

[3] Мун Ф Хаотичні коливання Пер з англ М: Світ, 1990-312 с

[4] Неймарк Ю І, Ланда П С Стохастичні та хаотичні коливання – М: Наука, 1987 – 424 с

[5] Агафонов Б Є, Живлюк Ю Н, Черніков Ф Р Детермінований хаос в динаміці водневого звязку / / Біофізика – 1995, т 40, № 3 – С 497-505

[6] Алдонін Г М Синергетика і біоритми / / Біомедична радіоелектроніка – 1999, № 1 – С 51-56

[7] Беляков С В, Бецкий О В, Яременко Ю Г Стан та тенденції розвитку апаратури для КВЧ-терапії / / Біомедична радіоелектроніка – 1998, № 3 – С 50-56

DIAGNOSTICS OF THE BODY CONDITION BY THERMAL FIELDS DISTRIBUTION

Azarkhov A Yu, Sakalo S N

Kharkiv National University of Radioeiectronics 14, Lenin Ave, Kharkiv, 61166, Ukraine Ph: +38(057) 7021478, e-mail: rtf@kturekharkovua

Abstract-Jo form requirements for the methods of temperature measurements of biological objects (BO), human body behavior as a dynamic open system has been observed based on stability theory

I                                         Introduction

Modern medical practice widely uses instruments registering temperature both on the surface and inside the human body However, interpretation of measurements results is possible only in case of obtaining theoretical model describing thermal processes in the human body In addition, measuring temperature, as a rule, represents logging its instantaneous value whereas temperature as a dynamic system indicator is changing constantly

To form requirements to the methods of temperature measurements the authors suggest analyzing human body behavior as a dynamic open system based on stability theory

II                                        Main Part

Living body represents a complex hierarchy of separate subsystems Let us proceed from the fact that the biological object (attractor, to be more precise, describing the behavior of some quasi-periodic oscillations in this object) in normal condition is in a certain equilibrium condition This condition, from the one hand, is limited by the body limit capabilities, and, from the other hand, by minimal requirements for maintaining vital activity with potential energy

Let us imagine an attractor as a ball rolling in a potential pit The borders of the pit characterize BO limit capabilities (in the model – limit cycle of attractor) The ball is exposed to external factors (environment, dietary pattern, etc), which provide fluctuation of potential pit In such a way on the background of considerable quasi-periodic oscillations additional chaotic oscillations appear and they can be regarded as analogue of BO adaptation processes

Fig 1 shows the curve of distribution of this energy for normal condition

Fig 2 shows condition of chronic and non-chronic diseases For illness condition, maximum potential pit depth is higher than the «norm» condition Proposed models coincide well with established models [3]

III                                       Conclusion

1         Body temperature and its separate organ is a dynamic factor, which measuring reflects instantaneous condition of the body 2 To solve medical problems it is necessary to measure temperature dynamics within the time interval that characterizes quantum of the system (organ) behavior 3 Due to big area of heat exchange of the body with the environment, deep body temperature is more informative about the condition ofthe body (organ) 4 Sharp temperature abnormalities may indicate both pathologies and body attempts to self-organization I e coming to the new trajectory of attractor

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р