заказ пустой
скидки от количества!1
Проникновение идей и методов математики в исследования живой природы составляет одну из характерных черт развития современной биологии. На математическое описание жизненных процессов возлагаются надежды не только как на способ более глубокого познания принципов организации и функционирования биологических объектов, но и как на 1 наиболее эффективное средство теоретического обобщения результатов, полученных эмпирической биологией.
В настоящее время процесс математизации биологических знаний находится лишь в стадии зарождения. Основные трудности в математическом моделировании биологических объектов обусловлены не только отсутствием исчерпывающей информации о всех фундаментальных актах, составляющих основу жизненных процессов, но и отсутствием таких математических методов, которые были бы способны отразить все многообразие функционирования, структуры и материала этих чрезвычайно сложных объектов. Тем не менее, многие процессы, происходящие в живой природе, могут быть подвергнуты математическому моделированию на основе уже существующих методов. К таким процессам относится и процесс обмена газами между организмом и внешней средой.
Обмен газами между внутренней средой организма и внешней средой составляет основное содержание функции дыхания организма. Эта функция, осуществляемая деятельностью системы дыхания и системы кровообращения, обеспечивает снабжение организма кислородом в количествах, адекватных его метаболическим потребностям, и выделение из него на-копившегося в результате метаболизма углекислого газа. Другими словами, деятельность функции дыхания направлена на поддержание окисли-
тельных процессов в клеточных субстратах организма. А именно эти процессы определяют основные жизненные проявления любого организма -его энергетику и поддержание его целостности.
Количественный подход к анализу отдельных звеньев процесса обмена газами между организмом и внешней средой был заложен еще в прошлом веке трудами Й.М.Сечеяова и С в нынешнем столетии такое
направление исследований по физиологии дыхания было продолжено
и их многочисленными последователями. В настоящее время усилия исследователей устремлены на создание модели обмена газами, которая отражала бы этот процесс во всем его многообразии. Необходимость в такой модели диктуется не только самим развитием физиологии дыхания, но и теми "социальными" заказами, которые выдвигают перед ней повседневная медицинская практика и такие области науки и техники как авиация, космонавтика, водолазное дело.
С общетеоретической точки зрения, обмен газами является саморегулирующимся процессом, направленным на поддержание уровней рС^, рСО и pH во внутренней среде организма в некоторых определенных диапазонах значений, допускающих его "нормальную" жизнедеятельность. Модели таких процессов принято разделять на две системы - регулируемую и регулирующую.
Принципы функционирования, строение и субстраты органов тела, которые осуществляют обмен газами между организмом и внешней средой, в общих чертах хорошо известны. В связи с этим оригинал регулируемой системы модели процесса обмена газами можно выделить в целостном организме довольно полно. Однако, исчерпывающая информация о деятельности механизмов регуляции дыхания (особенно при эмоциональном возСуждении человека или при выполнении им физической работы) в настоящее время отсутствует (I.E.Маршак,1961,1969). Поэтому из-за недостаточно полного выделения в целостном организме оригинала регулирующей системы замкнутая модель процесса обмена газами пока еще не представляется строго детерминированной. Кроме того, математический аппарат теории автоматического регулирования явно недостаточен для аналитического описания поведения такого рода многоконтурных сугубо нели-
нейных систем регулирования. В связи с этим в работах, посвященных моделированию обмена газами дается математическое описание упрощенных моделей этого процесса ('faedonA «/, 1954,1966,1967;^^^
I960; PliXAozri <г/, 1965,1969) или же указанная задача рассматривается лишь в порядке постановки вопроса (Колчинская, Лауэр, Шкаба-ра, 1966).
Описанные в литературе частные варианты замкнутой модели обмена газами преследуют узко конкретные цели и недостаточно полно отражают внутреннюю организацию этого процесса и его фундаментальные закономерности. В частности, такие модели не отражают динамику обмена азотом или любым инертным газом между организмом и внешней средой. В силу этого, они не могут быть использованы при анализе довольно широкого круга специфических проблем анестезиологии, авиа-коомической и подводной физиологии.
Задачей настоящей работы являлось математическое описание общих закономерностей обмена Og, СО2 и Ng между внутренней средой организма и внешней средой в рамках незамкнутой модели процесса обмена газами и приложение полученных результатов к анализу конкретных проблем как общей, так и специальной физиологии дыхания.
В качестве незамкнутой модели процесса обмена газами организма
Рис.4. ДИНАМИКА СОСТАВА ВОЗДУХА В АЛЬВЕОЛЯРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ГОМОГЕННЫХ ЛЕГКИХ В ТЕЧЕНИЕ ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦИКЛА.
А - объем альвеолярного пространства, как функция времени; Б - скорость изменения р02 и рС02 в альвеолярном воздухе; В - уровни р02 и рС02 в альвеолярном пространстве, как функции времени;
Г - идеальные оксиграмма и капнограмма выдоха.