CC BY
37
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ НАРУШЕНИЙ ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОЦЕССА
В.А. Фролов, Т.Ю. Зотова, С.М. Чибисов
Кафедра патологической физиологии Российский университет дружбы народов Ул. Миклухо-Маклая, 8, 117198 Москва, Россия
Жизнедеятельность живых организмов происходит при полной ее подчиненности законам термодинамики [2; 3]. Так, второй закон термодинамики реализует свое действие как принцип отбора тех состояний системы, которые сопровождаются ростом ее энтропии, обеспечивая существование системы в максимально вероятном для нее состоянии. Именно вследствие этого жизнь живого ограничена во времени и основным направлением ее эволюционного развития является движение от открытой неравновесной системы к закрытой равновесной термодинамической системе, что знаменует собой наступление биологической смерти организма. Уникальность живых систем заключается в том, что в них помимо спонтанных термодинамических процессов, существуют негэнтропийный процессы, реализуемые на основе использования системой информации. Последние могут сопровождаться понижением уровня энтропии системы.
Если учесть, что в условиях гомотермии существуют конкретные рамки, в пределах которых может меняться интенсивность спонтанных термодинамических процессов, то становится очевидной роль информации как ведущего фактора, обеспечивающего протекание негэнтропийных процессов, на основе которых и формируются структуры организма. При стационарности системы существует механизм, обеспечивающий как сопряженность протекания этих разнонаправленных процессов, так и реализацию принципа минимума производства энтропии за счет использования конкретных режимов управления интегрирующих систем организма. Таким образом, от соотношения 81 и 8нег зависит степень неравновесности системы, а существование в организме негэнтропийных процессов, подчиненных закону адаптации, позволяет создавать внутри организма информационные системы, уводящие организм от прямого воздействия факторов среды. Однако именно существование негэнтропийных процессов в организме является основой формирования конфликтных взаимоотношений организма со средой, так как увеличивая степень своего порядка, организм увеличивает степень беспорядочности среды. Данные взаимоотношения реализуются в рамках соотношения: I +3=соп81 [3], где I — информация, а Б — энтропия.
Рассмотрение механизма образования энтропии информационно-термодина-мической системы с точки зрения сопряженности спонтанных и термодинамических и планируемых негэнтропийгых процессов, реализованных в определенных режимах управления, позволяет оценить роль информации как параметра, меняющего потенциальные и вероятностные свойства системы. С этих позиций становится более очевидной взаимосвязь нарушений информационного процесса с механизмами формирования патологических систем [3]. Вопрос о возможностях визуализации данных нарушений, то есть как и по каким параметрам можно точно определить, что имеются нарушения в
ходе реализации информационных процессов, как их отличить от фенотипического разнообразия, присущего живым объектам — стал предметом нашего изучения.
Дело в том, что практическая медицина сконцентрировала все свое внимание на методах визуализации собственно патологического процесса. При этом чаще всего используются либо частотные, либо амплитудные параметры известных рабочих процессов, обеспечивающих собственно гомеостаз организма (например АД, ЧСС и т.д.) а также разнообразные морфометрические методы, свидетельствующие об изменении структуры органов и тканей. Однако уже давно назрел вопрос о необходимости определения реакции всей живой системы на данное патологическое воздействие, определяющей решение вопроса о жизни и смерти системы. С нашей точки зрения данная трудность носит чисто методологический характер, так как нарушения информационных процессов проще всего определить именно по тому параметру, который собственно регулируется информационной составляющей. Это — вероятностное поведение системы. Поэтому не случайно при формировании болезни возникают симптомы заболевания, которые не характерны для физиологической нормы. Они сигнализируют о том, что в результате формирования патологического процесса происходят нарушения в регуляции вероятностного выбора системы. Если для определения данных нарушений мы хотим остаться в традиционных рамках изучения амплитудных или частотных характеристик процессов, то наиболее чувствительным методом является хронобиоло-гическое исследование, так как именно распределение во времени характеристик процессов наиболее остро реагирует на изменение неравновесных параметров системы в ходе нарушения информационных процессов. Так, в процессе проведенных экспериментальных хронобиологческих исследований было установлено, что хроноструктура сердечно-сосудистой системы представляет интегральную совокупность разнопериодических колебаний с иерархическим подчинением высокочастотных ритмов ритмам с низкой частотой.
В наших исследованиях было установлено, что в течение 11-летнего цикла солнечной активности изменяются абсолютные значения показателей функции сердца, перестраивается сезонная-суточная периодичность функциональной активности сердечно-сосудистой системы, причем эти изменения происходят в направлении вертикально вниз в иерархии ритмов и затрагивают параметры высокочастотных ритмов работы сердца [4; 5].
При оценке параметров ритмов показателей сердечно-сосудистой системы в целом за год выявлено, что 79% хроноструктуры сердца составляют ритмы циркадианного периода. Ритмы с ультра- и инфрадианным периодами составляют 12%, причем параметры ритмов, анализируемые по сезонам, имеют свои особенности.
Состояние циркадианной системы организма является зеркалом общего функционального состояния, критерием работоспособности. Представляя собой очень чувствительный инструмент, биоритмологический индикатор позволяет обнаружить малейшие функциональные отклонения.
Проведено 16 серий исследований по семисуточному мониторированию АД и ЧСС. Исследования АД проводилось с использованием монитора ТМ-2421 (AND, Япония) на испытуемых (возраст от 21 до 56 лет), не имеющих в анамнезе артериальной гипертензии (АГ). Проанализированы данные по 112-ти суткам монитори-рования. Выявлено преобладание профиля суточной кривой АД по типу «дипперы» (лица с нормальным снижением артериального давления в ночное время — от 10 до 22 %). Однако у испытуемых в 25% случаев наблюдался суточный профиль кривой по типу «нон-дипперы» (с недостаточным снижением АД в ночное время). В 4%
случаев регистрировались суточные кривые типа «овер-дипперы» (лица с чрезмерным падением АД в ночное время) и «найт-пикеры» (лица с ночной гипертензией).
Статистический анализ, проведенный совместно с хронобиологическим центром Минессотского университета (США), позволяет говорить об отсутствии артериальной гипертензии у исследуемых. Среднесуточные значения АД соответствовали возрастной и половой норме.
Суточная вариабельность (вариабельность АД - это отклонение АД от средней величины АД.) у здоровых людей в возрасте 20-60 лет составляет не менее 20% от среднего уровня систолического (диастолического) АД. Она увеличивается с возрастом за счет появления кратковременных колебаний. Если у больного имеется превышение хотя бы одного из четырех значений нагрузки давлением, то его относят к группе лиц с повышенной вариабельностью. Считается плохим диагностическим признаком сочетание низкой амплитуды суточного ритма с высокой кратковременной вариабельностью. Повышенная вариабельность коррелирует с гипертрофией левого желудочка и с уровнем креатинина сыворотки.
В многочисленных исследованиях доказано, что показатели «нагрузки давлением» являются важными факторами риска сердечно-сосудистых осложнений артериальной гипертензии. Показатель «нагрузки давлением» рассматривается, как основной предиктор различных осложнений АГ, включая возникновение инфаркта, аритмий, раннее развитие гипертрофии миокарда и сосудистой стенки.
С целью количественной оценки эпизодов повышения АД использовались показатели «нагрузки давлением». Они более точно, чем средние значения АД, характеризуют гипербарическую нагрузку на органы-мишени.
В наших исследованиях более чем в в 26% случаев отмечена повышенная суточная вариабельность АД и в 18% случаев регистрировалось повышение показателя «нагрузки давлением». В обоих случаях наблюдались явления выраженного десинхроноза сердечно-сосудистой системы у исследуемых, что могло являться признаком дисфунк-циии вегетативной нервной системы. Наиболее выражены изменение характеристик АД в сутки с неблагоприятной гелиогеофизической и метеорологической обстановкой
Морфометрические исследования также могут быть использованы для объективизации нарушений информационных процессов, так как именно морфологическая перестройка органов является следствием измененной в процессе адаптации экспрессии генов.
На уровне ультраструктуры кардиомиоцитов утреннее введение алкоголя вызывает их гиперфункционирование с преобладанием необратимых процессов с деградацией и деструкцией митохондрий. Можно говорить о серьезном нарушении энергообеспечения сократительного акта и белково-пластических процессов. Следствием этого является резкое падение сократительной функции сердца.
Можно констатировать, что нарушение хроноструктуры ритмов является реакцией на любой неспецифический агент, воздействующий на организм (сезонные вариации, климата, магнитную бурю, введение алкоголя).
Реакция сердечно-сосудистой системы человека на изменения метеорологических и гелиогеофизических факторов определяется не только специфичностью воздействий, но и индивидуальными адаптационными способностями организма. У большинства больных порог физиологических реакций на воздействие метео-гелиофизических факторов снижается, что при соответствующих погодных условиях может проявиться в виде развития гипертонических кризов, инсультов и других осложнений.
Еще одним методом, позволяющим на основе расчетных показателей определить нарушения информационных процессов в норме и при формировании патоло-
гических процессов, на наш взгляд, является изучение энтропии [1], то есть вероятностного разнообразия системы в ходе организации ее структуры или функции. На основе изучения характера вероятностного разнообразия отрезков ЭКГ в 12 стандартных отведениях нам удалось визуализировать точку приложения патологического процесса при остром инфаркте миокарда. Данные, представленные в табл. 1 демонстрируют, что первой реакцией на формирование патологического процесса был сдвиг общего регуляторного баланса в сторону более случайного режима управления (показатель Кт=0,34.) Превалирование случайной составляющей над детерминированной расценено нами как следствие системной реакции на повреждение. При этом следует отметить неоднородность выбора режимов управления отрезками ЭКГ в рамках общего ЭКГ-комплекса. Далее системная регуляция из режима повреждения переходит в режим адаптации (Кт=0,52), при этом формируется выраженное детерминирующее воздействие на миокард (Я более 50%) при вероятностном регулировании интервалов <3118, что расценено нами как маркировка патологического процесса в виде острого инфаркта миокарда.
Таблица 1
Больной В с острым инфарктом миокарда задне-латеральной локализации без исходного стенокардитического анамнеза, с двухсосудистым поражением КА, ФВ составляла 0,62
Отрезки ЭКГ Р Р<2 (ДО БТ Т Тр
Время12,50
Б 0,68 0,74 0.55 0.59 0.68 0.74
Я 0.32 0.26 0.45 0.41 0.32 0.26
Ят 0.34
Время18,20
Б 0.65 0.35 0.22 0.44 0.49 0.78
II 0.35 0.65 0.78 0.60 0.51 0.25
Ят 0.52
Время20,02
Э 0.58 0.35 0.4 0.59 0.53 0.54
Я 0.49 0.65 0.60 0.41 0.47 0.46
Ят 0.44
Отрезки ЭКГ определялись: р - соответствует зубцу р, рС> — конец р начало С2, — соответствует комплексу ОЯБ, БТ — соответствует сегменту, Т — соответствует зубцу Т, Тр — конец зубца Т начало зубца р. Расчетными показателями для определения вероятностного разнообразия отрезков в 12 отведениях были: относительная энтропия ( 8) и коэффициент избыточности (Я), отражающий вклад информационной составляющей. 11т — средняя величина данного коэффициента для всех отрезков.
Таким образом, структурно-функциональный уровень организации живой системы при переходе от анализа конкретных величин параметров к анализу их вероятностного распределения позволяет определить точку приложения патологического процесса по изменению характера управляющих воздействий. Дело в том, что формирование
патологического процесса — это всегда детерминированное явление. Данный подход может быть использован и для динамического наблюдения за течением патологического процесса в ходе используемого лечения. Суммарный уровень коэффициента Rm указывает уже на реакцию системы на данное патологическое воздействие, которое может идти как в режиме повреждения (превалирует случайная составляющая), так и в режиме адаптации (превалирует информационная составляющая).
Выводы: представленные данные, демонстрируют, что вероятностный принцип является основой интеграции живых систем, что необходимо учитывать при планировании научных исследований. Наиболее адекватными методами, позволяющими визуализировать нарушения информационных процессов, как основы интеграции, на наш взгляд являются:
1. Хронобиологические исследования морфологии и функции систем, так как они наиболее адекватно отмечают изменения, происходящие в ходе реализации не-равновесности системы.
2. Энтропийный анализ, так как он позволяет визуализировать изменения вероятностных распределений структуры и функции в ходе реализации патологических процессов и системного ответа.
ЛИТЕРАТУРА
1 .Автандилов Г.Г. Проблемы патогенеза и патологической диагностики болезней в аспекте морфометрии. — М.: Медицина, 1984. — 288 с.
2. Винер К, Кибернетика. — М.: Наука, 1983. — 343 с.
3. Фролов В.А., Моисеева Т.Ю., Зотов А.К. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. — 1998. — № 3. — С.3-6.
4. Halberg F., Chibisov S., Radysh I., Cornelissen G. Time structures (chronomes) in us and around us: Monography. — М.: PFUR, 2005. — 186 p.
5. Chibisov S., Cornelissene G., Halberg F. Magnetic storm effect on the circulation of rabbits // Biomedicine and pharmacotherapy. — М., 2004. — Vol. 58. — S. 15-19.
METHODOLOGICAL APPROACHES TO STUDYING INFRINGEMENTS OF INFORMATION PROCESS
V.A. Frolov, T.Y. Zotova, S.M. Chibisov
Department of Pathofisiology Peoples’ Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya st., 8, 117198 Moscow, Russia
Clinical forms of myocardial ischemia are considered in terms of a new approach towards illness formation as a violation of information exchange in a human organism.
In current moment there is a urgent necessity of detailed researches in area of chronostructure of rhythms and morphology of cardiovascular system and their modifications under action of the external environment factors.
The effects of social phenomena or variations of natural external synchronizers, such as the rhythms of solar radiation and geomagnetic field variations, lead to a similar response in biological systems, namely adaptive stress.
