Рассмотрим методы математического моделирования и анализа инженерно-физиологических систем, предназначенных для восстановления функций организма. Говоря о биотехнических методах восстановления таких функций, обычно имеют в виду различные медицинские применения, т. е. помощь больному организму. Здесь, прежде всего, следует упомянуть имеющие давние традиции методы восстановления кибернетических функций организма – его рецепторных и эффекторных систем. Что касается рецептивных функций организма, то укажем сначала зрительные и слуховые протезы (очковая оптика, слуховые аппараты и т. д.). Считается, что конструкции таких приборов настолько просты, что при их разработке математические методы использовать нецелесообразно. Эти методы смогут найти здесь применение лишь в системах будущего (например, полный протез зрительного канала).
Иначе обстоит дело с эффекторными системами. Например, несмотря на многочисленные усилия, до сих пор не создано совершенных протезов утраченных или не функционирующих органов движения. Одной из причин является недостаточное понимание организменных механизмов управления этими органами, невозможность их математического описания и, как следствие, инженерного воспроизведения.
Метаболические функции организма имеют значительно более короткую историю взаимодействия с техническими средствами, которая насчитывает три десятилетия. Именно таким системам и будет уделяться основное внимание в этой главе.
Напомним, какое место в процессах обмена веществом между организмом и средой занимают традиционно выделяемые системы организма. Имеются два источника, снабжающих организм веществами из окружающей среды: желудочно-кишечный тракт (источник субстратов и топлива) и легкие (источник окислителя для обеспечении энергозатрат). Внутриорганизменные транспортные средства переносят все эти вещества в биохимическую машину клеток. Универсальным транспортным средством является в организме система кровообращения (сердце и кровеносные сосуды), которая доносит до клеток все необходимое – исходные субстраты, топливо и окислитель.
Отведение продуктов обмена (отходов биохимического производства) идет сначала также через внутриорганизменный транспорт – сердечно-сосудистую и лимфатическую системы. Далее газообразные вещества (СО2) покидают организм через легкие. Остальные, более тяжелые продукты обмена химически преобразуются в системе печени для удобства дальнейшего выведения. Почки выводят их из организма, являясь главным его стоком. Функции стока для тяжелых веществ исполняют также потообразовательная и желчная системы. Все системы организма, удаляющие из кровеносного русла бесполезные и вредные вещества, можно рассматривать как единую систему очистки организма и эвакуации обменных шлаков.
Все транспортные процессы (получение, преобразование, запасание, использование поступающих веществ, а также отведение, преобразование и эвакуация образующихся отходов) регулируются нервной и гуморальной системами, в том числе и железами внутренней секреции. Например, один из этапов процесса преобразования топлива – запасание глюкозы – регулируется поджелудочной железой с помощью вырабатываемого ею гормона инсулина.
В настоящее время инженерные средства применяются для коррекции и восстановления едва ли не всех важнейших систем организма. Процессы доставки веществ дублируются системами искусственного кровообращения и дыхания (например, искусственным сердцем, аппаратами типа АИК и т. д.), а также различного рода вспомогательными и управляющими механизмами, стимулирующими естественную деятельность этих систем. Здесь можно, отметить такие средства воздействия на систему кровообращения, как пейсмекеры, массажеры, системы автоматической дозировки лекарственных веществ и т. д.
Задача эвакуации шлаков решается различными системами очистки крови (системы плазмофереза, гемосорбцин, гемоперфузии, аппараты типа «искусственная почка» и т. д.).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.