Устойчивость стационарных состояний
Физиологическое состояние организма характеризуется огромным набором биологических параметров. Их величины могут изменяться в некоторых пределах, которые характеризуют индивидуальные особенности организма (генотип, адаптационные возможности, развитие заболеваний и др.). К примеру, пределы изменения температуры в течение суток для здорового организма человека составляет ±0,1о C, т.е. всего 0,2 : 36,6 = 0,5%, а максимальный диапазон температур, при которых организм способен существовать занимает область от 33оС до 43оС. Для других параметров пределы изменения параметров могут быть существенно больше, как например для массы организма.
Для выявления патологических состояний необходимо знать пределы нормальных колебаний, поскольку их отклонения от этих значений являются симптомами соответствующих заболеваний.
В зависимости от условий жизнедеятельности (выполнения физической работы или покоя, возраста, внешних воздействий, развития заболеваний) организм переходит на другой стационарный уровень с иными биологическими показателями. Наиболее часто переход между уровнями описывается зависимостью:
y = Yo + Y(1 - e - t ),
график которой приведен на рисунке (рис.7а).
Рис. 7
В этом уравнении обозначено: Yо сходное значение биологического параметра, Y - его максимальное изменение, a - константа, определяющая скорость перехода (чем больше этот параметр, тем выше скорость), t - время, е - основание натуральных логарифмов Для оценки этого процесса можно также использовать время t1 (см. рис. 7а), за которое биологическая система достигает нового стационарного уровня.
В некоторых случаях переходная характеристика описывается более сложной зависимостью (см. рис. b):
y = Yo + Y(1 - e - t sin t)
Здесь обозначено = 2/Т - частота, Т - период затухающих колебаний биологического параметра около нового уровня стационарного состояния.
Иногда с течением времени наблюдается колебание параметра около некоторого, необязательно нормального, уровня. К примеру, на рисунке 7(с) приведены суточные колебания температуры при лихорадочном состоянии.
В принципе форма колебаний может быть любая, однако с определенной степенью точности для описания этих процессов удобно использовать гармонические функции типа:
y = Yo sin t
Применение подобных функций для моделирования реальных переходных процессов позволяет использовать количественные характеристики для диагностики патологических состояний и оценки степени их выраженности.
За последние годы в медицине успешно применяется функциональная (динамическая) диагностика для исследования состояния и реактивности различных органов, тканей и систем организма. Принцип такого подхода заключается в том, что регистрируют биологические показатели до и после дозированного воздействия, вызывающего переход биологической системы на новый стационарный уровень. Примером функциональной диагностики сердечно-сосудистой системы может служить велоэргометрия, когда определяют физиологические показатели (частоту сокращения сердца, артериальное давление, электрокардиограмму и др.) до и после дозированной физической нагрузки. Временная зависимость этих показателей представляет собой переходную характеристику в данном случае сердечно-сосудистой системы. Ее анализ позволяет получить количественные параметры, описывающие кинетику перехода между стационарными состояниями (исходное значение Yo, величину изменения Y, константу скорости , время перехода между стационарными состояниями t1, частоту и период, если переходная характеристика представлена колебательным процессом).
Функциональная (динамическая) диагностика по сравнению с обычным традиционным подходом обладает более высокой чувствительностью, позволяющей выявлять патологические сдвиги до клинического проявления.