Биологическое управление, сигналы, используемые для осуществления биоуправления. Структурная схема биотехнической системы автоматизированной коррекции калиевого гомеостаза.

Управление системой путем введения биологических обратных связей с целью коррекции оказываемого на пациента воздействия с учетом его состояния до и во время процедуры называется биологическим управлением. В качестве сигналов управления в этом виде управления используются четкие проявления активности управляющего органа (электрической, химической).

Особенностью биологического управления является то, что обеспечивается "идеальное" согласование воздействия с ритмом естественных жизненных процессов, поскольку управление совершается сигналами самого организма. В качестве сигналов биоуправления используются четкие проявления активности управляющего органа или системы, а особенно удобно применение биоэлектрических потенциалов, которые после усиления и другой обработки могут непосредственно выполнять роль командных сигналов. Однако оправдано это только в тех случаях, когда достаточно изучено физиологическое значение конкретных биопотенциалов и удается довольно четко расшифровать их смысл, а, кроме того, отведение потенциалов надежно, просто и нетравматично. Для функционального биоуправления на основе биологической обратной связи используются различные сочетания физиологических сигналов: электроэнцефалографических (ЭЭГ), вызванных потенциа­лов (ВП), реографических (РЕО), электрокардиографических (ЭКГ), миографических (ЭМГ), температурных (Т), кожно-гальванической реакции (КГР), пневмограммы (ПГ), фотоплетизмограммы (ФПГ), давления и других в произвольном сочетании как в условиях покоя, так и при моделировании психоэмоционального напряжения (стресс-тестирование).

На настоящий момент разработаны стандартные формы представления информации по каналу биологической обратной связи:

- различные графики, шкалы, зрительные образы, диаграммы для отображения изменения регулируемых физиологических показателей пациенту;

- тематически подобранные видеоряды (слайды, видеоролики) с изменяемыми характеристиками их визуализации (размер, Прозрачность, различные виды искажения, наплыв);

- музыкальные и звуковые фрагменты с изменяемыми характери­стиками их воспроизведения (громкость, зашумленность, пространст­венное расположение источников звука с автономным управлением); специализированные формы представления.

Важнейшие функции сердца – возбудимость, проводимость, автоматизм и сократительность - непосредственно связаны с обменов ионов через мембрану и, в первую очередь, с обменом между ионами калия и натрия. Так при повышении концентрации калия в плазме крови (гиперкалиемия) наблюдается уменьшение R-Зубца, уширение QRS – комплекса и деформация Т (появление остроконечной вершины), при гипокалиемии обнаруживается уплощение и уширение Т-зубца, сокращение интервала ST, появляется экстрасистолия, нарушается атриовентрикулярная проводимость. В конечном итоге крайние степени гипо и гиперкалиемии приводят к одинаковым изменением ЭКГ. В связи с этим была разработана система автоматиз. коррекции калиевого гомеостаза, в которой используется сигнал ЭКГ. Рис Изменение формы QRS – комплекса (а - исходная) при понижении (б) при повышении (в) концентрации калия в плазме крови.

Такая система БТС-МТ относится к системам с вещественным управлением. Электрокардиограмма от физиологического объекта (ФО) через АЦП поступает в управляющую вычислительную машину (УВМ), где обрабатывается. В результате через дисплей (Д) выдается соответствующий сигнал тревоги врачу (В). Алгоритм обработки кривой ЭКГ в УВМ предлагает полуавтоматический режим работы с привязкой к данному объекту с учетом индивидуальных изменений его кривой, так как автономное распознавание дискалиемических ЭКГ — пока еще трудноразрешимая задача вследствие многообразия кривых. Поэтому для данной системы обязательно участие врача который может оперативно направлять работу системы, менять се рсжимы и за которым остается право принятия окончательного решения (прерывистая линия обр-й связи)

Рис Структурная схема системы автоматизированной коррекции калиевого гомеостаза.Основным звеном такой системы является исполнительное устройство (ИУ) главный элемент которого — колонка, наполненная ионообменной смолой и служащая для купирования гиперкалиемии. Колонка включается в кровоток экстракорпорально по схеме артерия - колонка — вена. Кроме колонки в устройство входит автоматический шприц для введении ионов калия в кровь при гиперкалиемии.