Солитонные модели процессов в биоструктурах
Определение спектральных характеристик сигналов с помощью турбулентности, возникающей при распространении волн возбуждения по нервному и сосудистому руслу. Исследование фрактальной структуры проводящей системы сердца и сосудистой системы кровотока.
| Рубрика | Медицина |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.11.2018 |
| Размер файла | 304,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Красноярский государственный технический университет
СОЛИТОННЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ В БИОСТРУКТУРАХ
Г.М. Алдонин
Турбулентность, возникающая при распространении волн возбуждения по нервному и сосудистому руслу, определяет спектральные характеристики сигналов. Солитоны, как естественный структурный элемент, является удобным инструментом структурного анализа. Солитонные модели процессов позволяют получать адекватное описание и идентификацию состояния таких систем, как проводящей, мышечной и кровеносной систем сердца. нервный сосудистый сердце кровоток
Общая модель динамических процессов в живом организме и ветвящаяся структура "систем коммуникации" организма объясняет механизм формирования спектральной характеристики процессов.
Турбулентность, возникающая при распространении волн возбуждения по нервному и сосудистому руслу, определяет спектральные характеристики сигналов. Главным в проблеме турбулентности во всех ее физических и иных проявлениях всегда был и остается вопрос о ее природе, т. е. о причинах и механизмах возникновения хаоса [1]. Как кровоток, так и нервное возбуждение при распространении по ветвящемуся руслу в каждой точке ветвления генерируют флуктуации на возникающей резкой неоднородности русла. Частота и мощность флуктуаций полностью соответствуют топологиии этой системы - от больших волн главного русла к геометрически возрастающим по частоте и в той же зависимости падающими по мощности флуктуациям дробящегося потока.
Спектр электрокардиосигнала (ЭКС)и сигнала пульсовой волны (ПВ) при этом будет определяться турбулентностями, возникающими при распространении нервного возбуждения по нервной проводящей сети сердца и турбулентностями в потоке крови по сосудистому руслу кровеносной системы.Это определяется морфологическим строением нервной системы сердца и сосудистой системы сердца в виде ветвящегося дерева, как это видно из рисунка1.
Рис. 1. Фрактальная структура проводящей системы сердца (а) и сосудистой системы кровотока(б).
Ветвление отрезков нервной сети и кровеносной системы соответствует предельному отношению смежных членов ряда Фибоначчи или т. н. золотому сечению (ЗС) [2]. По каждому сегменту сети проходит половинная часть волны с задержкой относительно предыдущего участка на время, пропорциональное ЗС.
Герман Гельмгольц, занимаясь исследованиями в области физиологии и гидродинамики, установил автоволновый характер прохождения нервного импульса по нейронным сетям и пульсовой волны по сосудистому руслу, что явилось одним из применений солитонов к описанию формы и скорости распространения нервного импульса и пульсовой волны.
Солитоны, как естественный структурный элемент, является удобным инструментом структурного анализа. Солитонные модели процессов позволяют получать адекватное описание и идентификацию состояния таких систем, как проводящей, мышечной и кровеносной систем сердца. Для диагностики состояния сердечно-сосудистой системы можно использовать информацию, содержащуюся в форме, а соответственно и в спектрах электро-кардиосигналов, пульсовой волны и фонокардиосигнала (рис. 2). В экспериментальных спектральных характеристиках этих биосигналов наблюдается общее их соответствие характеристике вида 1/f.
Рис. 2. Совместная запись ЭКС и ПВ (а), ЭКС и ФКС (б) и их спектры (в) I - здорового и II - пациента с инфарктом миокарда.
Совместное исследованиеформы, а, соответственно, и спектров электро-кардиосигналов (ЭКС), пульсовой волны (ПВ) и фонокардиосигнала (ФКС), генератором которого является также фракталоподобная структура его соединительных сухожилий, некоторых мышечных волокон, дает более полную и объективную характеристику состояния сердечно-сосудистой системы (ССС).
ЭКС отражает состояние электропроводящей системы сердца, форма ПВ - состояние кровеносной системы, а ФКС - мышечной системы сердца. Спектральные характеристики сигналов определяются турбулентностью, возникающей при распространении волн возбуждения по нервному и сосудистому руслу (рис. 1 а,б). Это определяется морфологическим строением нервной системы сердца и сосудистой системы сердца в виде ветвящегося дерева, на этом основаны солитонные модели распространения нервного импульса по проводящей нервной системе сердца и ПВ в сосудистой сети. Одиночная волна возбуждения имеет вид:
где
Реальный ЭКС состоит из трех волн P, QRS и Tразной амплитуды. Аналогично ПВ состоит из двух совмещенных солитоноподобных волн. Турбулентность потока будет возникать на неоднородности сечения нервного волокна при ветвлении. Спектр сигнала пульсовой волны также будет определяться турбулентностями, возникающими при распространении в потоке крови по сосудистому руслу кровеносной системы.
Модели ЭКС и ПВ в виде цепочки задержанных относительно друг друга по закону ряда Фибоначчи солитонов в проводящей и сосудистой сети и их спектры представлены на рис. 3.
Рис. 3. Солитонные модели и спектры ЭКС (а) и ПВ (а), рассчитанные в MatCad
Возможные патологии в сосудистой системе заключается в атеросклеротических сужений сосудов при тромбозе какой либо ветви, что вызывает изменение спектральной картины пульсовой волны. Смоделировать эти явления можно либо при изменении интервала между импульсами, либо исключением соответствующего импульса из суммы. Таким образом, меняя параметры модели можно моделировать патологии нервных проводящих путей и сосудистой системы кровотока.
Литература
1. Алдонин Г. М. Робастность в природе и технике / М., "Радио и связь", 2003.
2. В. М Урицкий, Н. И. Музалевская Фрактальные структуры и процессы в биологии /Биомедицинская информатика и эниология (проблемы, результаты, перспективы): Сб. трудов // Под ред. Р. И. Полонникова и Г. К. Короткова. СПб: Изд-во "Ольга", 1995.С. 84 - 129.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Состав проводящей системы сердца: синусно-предсердный и предсердно-желудочковый узлы, пучок Гиса и его разветвления, волокна Пуркинье. Три типа мышечных клеток: узла проводящей системы, переходные и клетки пучка Гиса. Внутрипредсердные проводящие пути.
презентация [2,4 M], добавлен 16.12.2014Характеристика нервной регуляции внешнего дыхания. Структура и организация проводящей системы сердца, ее физиологическое значение. Автоматия сердца, существующие теории и понятие об убывающем градиенте автоматии. Особенность проводящей системы сердца.
контрольная работа [27,4 K], добавлен 17.05.2009Проводящая система сердца. Анатомия синусового узла. Строение атриовентрикулярного узла. Пучок Гиса и его ножки. Волокна Пуркинье, пронизывающие мышцу сердца. Роль проводящей системы для диагностических исследований ЭКГ и понимания сердечных аритмий.
презентация [292,6 K], добавлен 25.02.2014Понятие и значение проводящей системы сердца как сложного нервно-мышечного образование, обеспечивающего его ритмическую работу. Состав и основные части данной системы, особенности их внутреннего взаимодействия. Главные типы мышечных клеток и узлов.
презентация [4,5 M], добавлен 24.11.2013Графические методы исследования сердца: электро- и фонокардиография. Клиническая оценка нарушений ритма сердца, синдром сосудистой недостаточности. Исследование периферических вен и венного пульса. Функциональное исследование сердечно-сосудистой системы.
реферат [24,5 K], добавлен 22.12.2011Общая характеристика строения и совершенствования проводящей системы сердца по мере роста ребенка. Рассмотрение особенностей нервной регуляции сердечно-сосудистой системы. Увеличение длины внутриорганных сосудов, их диаметра, количества анастомозов.
презентация [610,1 K], добавлен 06.12.2015Функции проводящей системы сердца и атриовентрикулярного узла. Особенности АВ-соединения. Общий ствол пучка Гиса. Потенциал действия клетки синусового узла. Этиология аритмий. Классификации нарушений ритма. Пароксизмальные и автоматические тахикардии.
презентация [1,3 M], добавлен 26.04.2015Строение сердца человека - центрального органа кровеносной системы, понятие автоматии сердечной мышцы. Характерные анатомические и физиологические особенности иннервации сердца. Компоненты и функции проводящей системы сердца. Сердечный цикл, его фазы.
реферат [9,9 M], добавлен 25.07.2010Распределение крови в различных отделах сердечно-сосудистой системы. Морфофункциональные особенности системы мозгового кровообращения. Иннервация мозговых сосудов. Обеспечение независимости мозгового кровотока при изменениях артериального давления.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 02.02.2018Система кровообращения, ее органы. Условия, необходимые для непрерывности кровотока. Анатомия сердца, его физиологические свойства. Узлы проводящей системы. Организация атриовентрикулярного узла. Механизмы закрытия и открытия клапанов. Сердечный цикл.
презентация [2,7 M], добавлен 29.08.2013Рассмотрение функциональных особенностей сердечно-сосудистой системы. Изучение клиники врожденных пороков сердца, артериальной гипертензии, гиппотезии, ревматизма. Симптомы, профилактика и лечение острой сосудистой недостаточности у детей и ревматизма.
презентация [382,4 K], добавлен 21.09.2014Строение и функции сердца с позиции механики. Подсистемы сосудистой системы. Виды кровеносных сосудов. Внешние проявления деятельности сердца. Линейная и объемная скорость кровотока. Градиент скорости между между слоями движущейся по сосудам крови.
презентация [2,7 M], добавлен 25.12.2013Проводящая система сердца - сложное нервно-мышечное образование, играющее роль в ритмичной работе сердца и в координации в деятельности мускулатуры отдельных камер сердца. Гистопатология синоатриального и атриовентрикулярного узлов при инфаркте миокарда.
презентация [4,7 M], добавлен 18.10.2014Размеры и форма сердца у новорожденных. Разновидности положения сердца и его строение у детей. Особенности анатомии проводящей системы и круга кровеносных сосудов (артерий и вен) в детском возрасте. Развитие деятельности коронарной системы у детей.
презентация [310,4 K], добавлен 22.10.2015Исследование сердечно-сосудистой системы, системы органов дыхания и пищеварения. Патология клеточных мембран кардиомиоцитов и гладкомышечных клеток стенок сосудов. Лечение ишемической болезни сердца и стенокардии напряжения III функционального класса.
история болезни [49,2 K], добавлен 11.05.2019Характеристика проводящей системы сердца: строение, патологии и возрастные изменения. Особенности работы синоатриального узла, предсердных и дополнительных трактов, пучка Гиса. Рассмотрение опытов Гаскела и Харрери, доказывающих автоматизм работы сердца.
реферат [1,9 M], добавлен 03.09.2011Изучение строения проводящей системы сердца человека. Описание мускулатуры синусно-предсердного узла и межузловых трактов сердца. Атриовентрикулярный узел, Пучки Гиса и Волокна Пуркинье. Распространение импульсов через дополнительные пути проведения.
презентация [806,8 K], добавлен 12.12.2015Определение сердечно-сосудистой системы. Основные причины, признаки и симптомы при сердечно-сосудистых заболеваниях: одышка, удушье, учащенное сердцебиение, боль в области сердца. Статистика заболеваний ССС по Казахстану. Основные методы их профилактики.
презентация [78,5 K], добавлен 23.11.2013Общие сведения о заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Основные синдромы, соответствующие основным жалобам. Недостаточность правых отделов сердца и обусловленный ею застой в органах системы. Регуляция болевой чувствительности. Стенокардия и одышка.
лекция [220,9 K], добавлен 06.02.2014Сердце как центральный орган сердечно-сосудистой системы. Его анатомия, принципы и механизмы фунционирования. Методики определения границ сердца. Проекции клапанов сердца и места их аускультации. Характеристика физикальных методов их исследования.
презентация [654,3 K], добавлен 13.09.2015
