КОНЦЕПЦИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ( УПРАВЛЕНИЯ ) В МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКЕ И СИНТЕЗ НА ЕЕ ОСНОВЕ ПРИБОРНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГЛИКЕМИИ

В.И.Толокнов

ЗАО "ВНИИМП-ВИТА" (НИИ медицинского приборостроения ) РАМН,
г.Москва

Концепция регулирования ( управления ) в медико-технической кибернетике опирается на три фундаментальных категории : категорию процесса, категорию целенаправленности процесса и категорию системы.

Процесс

Кардинальной идеей концепции является представление о реакции организма на экзогенное воздействие (например, углеводная нагрузка - прием углеводов с пищей) как о физиологическом процессе.

Процесс - это изменение состояния организма с течением времени в соответствии с объективными физиологическими закономерностями .

Состоянием обозначается релевантный показатель (например, концентрация глюкозы в крови или гликемия), количественно характеризующий функционирование организма.

Целенаправленность процесса

Согласно экспериментальным данным в норме физиологический процесс гликемии как реакция организма на углеводную нагрузку характеризуется унимодальной функцией, описывающей рост гликемии из физиологически регламентированного исходного состояния до физиологически регламентированного максимума с определенным временем релаксации к физиологически регламентированному состоянию или целевому состоянию.

Процесс, направляемый в целевое состояние, обладает свойством целенаправленности и представляет собой целенаправленный процесс, характеризуя норму функционирования организма. .

Процесс, не направляемый в целевое состояние, является патологическим (например, при диабете).

Система

Средством, обеспечивающим реализацию целенаправленных процессов, является система.

Обязательным признаком системы является включение в структуру закономерностей функционирования организма специального системореализующего фактора, принудительным изменением которого обеспечивается реализация в системе целенаправленных процессов.

В системе, реализующей целенаправленные процессы гликемии, системореали-зующим фактором является гормон инсулин.

Регулирование (управление)

На основании рассмотренных фундаментальных категорий процесса, целенаправленности процесса и системы концепция регулирования в медико-технической кибернетике определяет его назначение в виде формирования такой функции изменения системореализующего фактора с течением времени, которая обеспечивает реализацию в системе целенаправленных процессов .

Технология формирования регламентируется алгоритмом регулирования на основе фундаментального кибернетического принципа обратной связи с использованием текущей информации о состояниях организма и априорной информации о количественных характеристиках физиологических закономерностей и целевого состояния.

Информация о текущих состояниях доставляется мониторингом.

Алгоритм регулирования воплощается в регуляторе, являющимся в норме физиологическим и образующим вместе с организмом физиологическую систему. При патологии регулятор создается медико-техническим и образует вместе с организмом медико-техническую систему.

Норма

Регулирование процесса гликемии в норме с помощью физиологического регулятора осуществляется мониторингом гликемии рецепторами организма с выдачей сигнала в бета-клетки островков Лангерганса панкреаса, воплощающих алгоритм регулирования и секрецию эндогенного инсулина в организм. Следовательно, в норме имеет место саморегуляция.

Патология

Патология вызывается дефектами саморегуляции. Патология может быть обусловлена дефицитом эндогенного инсулина, дефектами физиологического мониторинга гликемии и физиологического алгоритма регулирования. Регулирование патологических процессов

Медико-технический регулятор должен замещать дефектный физиологический. Регулирование патологического процесса гликемии должно производиться с помощью медико-технического регулятора в виде приборного комплекса и заключаться в мониторинге гликемии прибором-сенсором с выдачей сигнала в прибор-контроллер, воплощающий алгоритм регулирования и выдающий сигнал на введении экзогенного инсулина прибором-насосом через катетер в организм.

Проблемы

Проблемы состоят в создании прибора-сенсора для неинвазивного мониторинга гликемии, синтезе алгоритма для медико-технического регулятора, идентичного физиологическому, разработке процедуры идентификации дифференциальной математической модели глюкозо-инсулиновой динамики по экспериментальным данным, разработке программы компьютерного вычислительного эксперимента с математическим имитатором медико-технической системы, планировании и проведении вычислительного эксперимента.

В иностранных публикациях рассматриваемый медико-технический регулятор по аналогии с физиологическим регулятором называют искусственной бета-клеткой ( Толокнов В.И. Биокибернетические аспекты искусственной бета-клетки // Итоги науки и техники Т. 5. М.: 1987 ). 25 Августа 2000 г.

Содержание конференции | Секция10