Особенности подхода к анализу биотехнической системы адаптивной электропунктуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

Особенности подхода к анализу биотехнической системы адаптивной электропунктуры

С.Г. Брянцев

Б.П. Холодный

Функциональная связь состояния того или иного органа или системы живого организма и определённого состояния соответствующих акупунктурных точек (далее - АТ), доказанная тысячелетним опытом применения китайского метода иглоукалывания (акупунктуры) «Чжэнь-цзю», не подвергается сомнениям исследователями и практиками традиционных методов лечения. Исследования, проведённые в ХХ веке [1, 2], подтвердили также и факт влияния состояния внешней среды и отражения этого влияния на состояние достаточно сложной системы акупунктурных точек (САТ) биологического объекта.

Исследователи в области электропунктуры пришли к заключению [1-3], что САТ представляет собой сложную энергоинформационную структуру, картину некоторых энергетических потоков, циркулирующих в акупунктурных меридианах организма. Общим для подобных понятий является представление о надморфологической природе организационной структуры САТ, объединяющей все энергоинформационные процессы в организме и отражающей влияние на организм внешней среды. Поэтому наиболее близким, объясняющим отсутствие морфологического субстрата, является введённое гипотетическое понятие «поля» [3] неизвестной и на настоящее время неизученной природы и структуры. Принципиальным является то, что выдвинутые гипотезы о материальном носителе биологической информации в САТ не доказывают, но и не противоречат по своей феноменологии китайской версии о движении «Чи» - «жизненной энергии».

В восточной медицине существует практически доказанная точка зрения [1-3], что по мере прохождения энергии по меридианам САТ акупунктурные точки последовательно «открываются» и становятся доступными для восприятия энергии космоса и земли соответствующими этим точкам органами или системами организма. Это приводит к согласованию циркуляции внутренней энергии организма, определяющей его жизненный цикл, с динамикой энергии внешней среды, создавая гармонию в триаде «небо - человек - земля».

При различных нарушениях, таких как гигиена, питание, воздействие окружающей среды, психологическое равновесие и др., АТ открываются несогласованно с движением космической и земной энергий и происходит либо опережение, либо отставание движения энергии «Чи» по меридианам. Тогда смещённые во времени внешние энергии проникают не в «свои» открытые АТ, действуя при этом на другие органы и системы организма, в результате чего возникает изменение их состояния (изменяются их электрофизиологические характеристики), что приводит к появлению различных заболеваний.

Современные электропунктурные методы оценки состояния каждой АТ и последующей через неё терапии базируются на использовании такой электрофизиологической характеристики (ЭФХ) АТ, как электрокожное сопротивление (ЭКС) проекции точки на кожный покров [1, 2].

Как правило, биотехнические системы (БТС), используемые в электропунктурной оценке состояния АТ и терапии, строятся на основе ряда общепринятых эквивалентных физических моделей биологической ткани, предложенных Ходжкиным и Хаксли [4, 5]; эти модели представляются как инерционные звенья первого или второго порядка. При анализе и синтезе БТС большинство исследователей идентифицируют и описывают биологические звенья системы сложнейшими математическими методами, вводя константы и коэффициенты, часто не отражающие физической природы исследуемых биологических процессов. На наш взгляд, подобные описания и рассуждения верны в общих случаях и носят больше теоретический характер, что затрудняет разработку реальной автоматической БТС.

На протяжении ряда лет авторами проводилась исследовательская работа в направлении развития и совершенствования метода и средств адаптивной электропунктуры. При проведении экспериментальных исследований [6, 7] были отмечены определённые необычные свойства АТ при воздействии на их кожные проекции постоянными и переменными напряжениями малых амплитуд и токов, сопоставимых с физиологическими.

Рис. 1. Изменение напряжения реакции на акупунктурной точке

Было замечено, что характер изменения амплитуды напряжения на АТ при воздействии на неё ступенькой напряжения (см. рис. 1) отличается от общеизвестных принятых результатов тем, что это изменение характерно для реактивности (электрической емкости) огромного порядка, составляющей значения от десятков микрофарад до единиц фарад; это существенно отличается от общепринятого в электропунктуре диапазона значений ёмкости АТ, равных 1-10 мкФ [1, 2].

Проведённый расчёт возможной ёмкости АТ по экспериментальной величине постоянной времени при известном значении реального диапазона ЭКС АТ (5-500 кОм) показывает, что средняя ёмкость АТ огромна и выражается сотнями и более микрофарад.

Аналогичные эпюры напряжений были зарегистрированы при воздействиях на различные АТ напряжениями как положительной, так и отрицательной полярности. Кроме того, подобный характер изменения напряжения на АТ зафиксирован и при воздействии на неё разнополярной последовательностью прямоугольных импульсов (см. рис. 2).

Рис. 2. Эпюры изменения напряжений на АТ при импульсном воздействии

Такая экспериментальная оценка характера динамики напряжений на АТ позволяет пересмотреть существовавший ранее подход к описанию и оценке процессов, происходящих в электрических моделях АТ, построенных на RC-звеньях.

Если обратиться к особенностям физических процессов, происходящих в современном электронном приборе - ионисторе [7], то обращает на себя внимание их идентичность с физиологическими процессами в биологической ткани при приложении внешнего электрического поля.

На рис. 3 представлены модели ионистора без подачи на него напряжения (а) и при его подключении (б).

Рис. 3. Образование двойного электрического слоя (а) и увеличение заряда при приложении напряжения (б)

В первом случае (см. рис. 3, а) в ионисторе положительные и отрицательные заряды формируются на поверхности его электродов: твёрдого (активированный уголь в виде мелкодисперсной фракции) и жидкого (органический электролит), образуя двойной электрический слой малой величины (5-10 нм) как границу раздела.

При приложении напряжения к твёрдым электродам (см. рис. 3, б) область двойного слоя увеличивается за счёт накопления заряда, уменьшая его электрическое сопротивление. При этом электролит проникает между частицами активированного угля, и электроды, таким образом, оказываются «пропитанными» электролитом.

Измерения электрофизиологических параметров акупунктурных точек при электропунктурном воздействии, анализ динамики «поведения» параметров показали близкую ассоциативную идентичность процессов, проходящих в области каждой АТ, и процессов в ионисторе. В частности, это - и увеличение объёма зарядов в области АТ, и изменения ЭКС точки при различных её физиологических состояниях (наличия или отсутствия патологии), а также при электропунктурном на неё воздействии.

Важно отметить, что твёрдый электрод ионистора представляет собой совокупность огромного количества частиц активированного угля, поэтому имеет очень большую «развитую» площадь поверхности, «омываемой» жидким электролитом, что определяет достаточно большую общую ёмкость ионистора. Конденсатор большой ёмкости ионистора можно представить как большое количество малых конденсаторов, где каждая частица из активированного угля является своеобразным электродом для каждого малого конденсатора с емкостью, обусловленной двойным электрическим слоем.

Необходимо также отметить, что при использовании ионисторов возникает проблема разбаланса их параметров как по рабочим напряжениям, так и по величине емкости, поэтому существуют некоторые способы устранения этого явления, например, путем параллельного соединения каждого ионистора с резистором (пассивное нивелирование разбаланса).

При электропунктурном воздействии на АТ на кожной её проекции под электродом аппарата электропунктуры и в подлежащих тканях создаётся область, состоящая из клеток и межклеточного вещества (электролита по своему свойству), образуя своего рода «живой» ионистор. При этом приложенное электрическое поле [1- 3] определяет скорость и направление поляризации-деполяризации мембран клеток, включение и выключение натриево-калиевых насосов, то есть это поле осуществляет управление как пассивным, так и активным транспортом ионов. Экспериментально отмечено, что высокочастотное воздействие на АТ существенно не влияет на динамику электрохимических процессов в области точки в силу относительной инерционности физиологических процессов; при низких же частотах эти процессы строго подчинены любым изменениям внешнего поля. Ионы с различными зарядами при этом взаимно уравновешиваются (клеточная мембрана в этом случае играет роль диэлектрика в конденсаторе), а некомпенсированные ионы перемещаются в «электролите» - жидких тканях - в соответствии с направлением тока, увеличивая или уменьшая свою концентрацию в зависимости от знака электрического поля. Сказанное можно соотнести с утверждениями китайской медицины о степени «открытия или закрытия» акупунктурных точек. В этом, по-видимому, кроется и так называемый «эффект ёмкостной памяти» АТ в течение достаточно длительного срока после окончания электрического либо другого пунктурного воздействия. акупунктурный ионистор реактивность

Важно отметить, что различное внешнее воздействие на АТ носит сугубо локальный характер регуляции, обусловливая энергоинформационные связи точки с органами или функциональными системами организма, фактически являясь пусковым механизмом саморегуляции в организме, однако это воздействие не управляет собственно физиологическими процессами в целом. Такое представление подтверждается различными исследованиями [1-6], которые выявили общую, характерную для всех АТ динамику электрической проводимости АТ, а также подтвердили и теорию китайского метода «Чжэнь-цзю» терапии.

При предложенном подходе автоматическая БТС «аппарат электропунктуры (АЭП) - АТ» является автоматической системой уравновешивания и стабилизации зарядов (анионов-катионов), с помощью которой и осуществляется синхронизация и настройка системы АТ в меридианах с их энергоинформационными параметрами. Такой подход значительно упрощает как анализ, так и синтез БТС, поскольку при её моделировании не возникает необходимость в описании процессов функционирования физиологической системы как биологического звена, так как звеном выступает сама АТ, а не отдельный сложный орган или физиологическая система организма.

Апериодический характер динамических процессов регуляции физиологических параметров, свойственный большинству биорегуляторов, позволяет при слабых воздействиях в первом приближении считать такие регуляторы БТС линейными звеньями первого порядка [8, 9].

Опыт научных исследований авторами методов адаптивной электропунктуры и разработки соответствующих лечебно-диагностических аппаратов [4, 6] показал, что БТС адаптивной электропунктуры является системой автоматической стабилизации балансно-дисбалансного состояния анализируемой конкретной АТ. При этом регулируемыми параметрами АТ являются: дисбаланс - разность полярных сопротивлений АТ токам различной полярности воздействия на точку, а также характер и скорость изменения (как правило, увеличения) эквивалентного импедансного сопротивления точки. Эти параметры ассоциируется соответственно с относительным дисбалансом Чи-энергии и тенденцией изменения абсолютной Чи, имеющими диагностическое и прогностическое значение в восточной медицине.

Для проведения исследований и последующего построения технического звена БТС была использована электрическая схема физической модели АТ [6], созданная на основе экспериментального измерения изменений напряжения на АТ при электропунктурном воздействии на неё. Получена также передаточная функция этой модели как звена БТС регуляции.

Анализ суточной составляющей динамики энергии показал [1, 3, 6], что АТ удобно рассматривать как объект регулирования в составе БТС автоматической стабилизации с позиций баланса уровней мощности зарядов в области АТ, формируемых анионами и катионами в ограниченном объеме биологической ткани. Структурная схема такой БТС может быть представлена рис. 4.

При воздействии на организм внешней или внутренней патологии любой природы (возмущения Рвоз(t)), когда диагностический признак выходит за рамки нормы, для регуляции состояния АТ возникает необходимость использования в качестве регулятора технического звена БТС - аппарата АЭП. Начинает функционировать цепь внешней отрицательной обратной связи БТС, формирующая воздействие Рос(t), которое компенсирует действие возмущающего фактора. В зависимости от знака патологического возмущения можно говорить (с позиций восточной медицины) о тормозящем воздействии на АТ - её «закрывании» или возбуждающем воздействии - открывании АТ.

На основе экспериментальных исследований и опыта создания адаптивных АЭП было успешно реализовано такое техническое звено БТС.

Рис. 4. Структурная схема БТС «АТ - АЭП»:

ОУ - объект управления (АТ); Р - регулятор (АЭП); Рвх(t) - входная мощность; Рвых(t) - выходная мощность; Рос(t) - мощность сигналов обратной связи; Рвоз(t) - мощность возмущения (воздействие патологии)

Получена передаточная функция замкнутой системы автоматической стабилизации диагностического признака D - балансно-дисбалансного состояния АТ:

.

Здесь: WАТ - передаточная функция модели АТ;

WАП - передаточная функция технического звена - аппарата адаптивной электропунктуры, построенного на базе операционного усилителя (ОУ):

.

Окончательно передаточная функция замкнутой системы может быть представлена как

.

Здесь: - коэффициент усиления ОУ; k - коэффициент положительной обратной связи ОУ;

a=R1+R2+R3; T1=R1C1; T2=R3C2;

; .

Передаточная функция Wзам позволяет произвести анализ и оптимизацию адаптивной БТС «АТ - АЭП».

Предлагаемый подход и используемая структурная схема интересны для описания биологических звеньев диагностико-терапевтических БТС, в частности, БТС адаптивной электропунктуры, где техническое звено образует внешний контур управления, включаемый параллельно моделируемой АТ как эндогенного регулятора акупунктурного меридиана. Модель позволяет исследовать динамику системы и на этой основе сформировать требования к параметрам воздействия при адаптивной электропунктуре. На основе предложенного подхода возможно построение многоканальных компьютерных биотехнических систем с использованием алгоритмов и методов традиционной китайской медицины.

Библиографический список

1. Портнов Ф.Г. Электpопунктуpная pефлексотеpапия. - Рига: Зинатне, 1987. - 352 с.

2. Марков Ю.В. Рефлексотерапия в современной медицине: От мифов и легенд к реальности. - Спб.: Наука, 1992. - 182 с.

3. Степанов А.М., Мейзеров Е.Е. Ритмы электропроводности кожи в точках акупунктуры // Интернет-ресурс Института рефлексотерапии ФНКЭЦ традиционных методов диагностики и лечения Минздрава России, г. Москва.

4. Панкрашкин А. Ионисторы: физика, принцип работы, параметры // Компоненты и технологии. - №9. - 2006. - С. 28-32.

5. Брянцев С.Г. Проблемы анализа биотехнической системы адаптивной электропунктуры / С.Г. Брянцев, А.Я. Уклейн // Труды 11-й межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи». - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2001. - С. 8-11.

6. Холодный Б.П. Некоторые аспекты применимости САР для коррекции ауторегуляции живых систем в адаптивной электропунктуре / Б.П. Холодный, А.Я. Уклейн // Труды 11-й межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи». - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2001. - С. 106-109.

7. Холодный Б.П. Элементы анализа физической модели акупунктурной точки как звена системы автоматической регуляции биологического объекта / Б.П. Холодный, А.Я. Уклейн, С.Г. Брянцев // Вестник СамГТУ. - Вып. 27: Физико-математические науки. - Самара, 2004. - С. 78-83.

8. Conway B.E. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications. Kuwer-Plenum Publ. Co., New York, 1999.

9. Биотехнические системы: Теория и проектирование. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. - 220 с.

Аннотация

Предложен новый подход к анализу физической модели акупунктурной точки, где в качестве её реактивности использован ионистор (сверхконденсатор); предложен вариант анализа биотехнической системы электропунктуры как системы авторегулирования с такой моделью акупунктурной точки; показаны варианты математического описания модели акупунктурной точки с ионистором как объекта системы, а также системы автоматической стабилизации состояния этой точки.

Ключевые слова: акупунктурная точка, ионистор, двойной электрический слой, живой «ионистор», баланс уровней мощности зарядов, передаточная функция биотехнической системы, диагностический признак.

A new approach is suggested for acupuncture point physical model, where ionistor (supercapacitor) is used as it's reactive component; an analysis method of adaptive electopuncture bio-technical system as automatic regulation system is proposed with this acupuncture point model; some variants of mathematical descriopion were shown for acupuncture point model with ionistor as system object, and also status automatic stabilizing system for this point.

Key words: acupuncture point, ionistor, double electrical layer, live ionistor, charge power level balance, bio-technical system transient function, diagnostic sign.

Размещено на Allbest.ru