Сайт учителя биологии и географии Лотоцкой Е. Г.

Интересные факты

Главная » 2013 » Ноябрь » 16 » Моделирование неидеального биения сердца

---

20:53 Моделирование неидеального биения сердца

В состоянии покоя сердце здорового человека сокращается со скоростью около 70 ударов в минуту, причем, с течением времени эта скорость может изменяться на 20%. В своей последней работе исследовательская группа из Великобритании сформулировала новую категорию математических моделей этого процесса, имитирующих не идеальный периодический ритм сигнала (явление, которое очень часто имеет место в биологических системах). По словам ученых, предложенные ими модели позволяют также воспроизводить устойчивость подобных систем в условиях флуктуаций или шумов, введенных окружающей средой. Опубликованная теория может привести к разработке новых диагностических процедур для изучения нарушений функций сердца, а также предоставить более общие методы анализа для колебаний в других биологических системах. Многие системы в биологии (к примеру, сердце) демонстрируют почти периодическое поведение, правда, частота их «работы» сама колеблется со временем. К примеру, частота сердечных сокращений изменяется в соответствии с циклом вдоха и выдоха. Понимание происходящих при этом изменений имеет важное значение, поскольку постоянное сердцебиение, согласно некоторым научным работам, на самом деле является одним из факторов, указывающих на присутствие сердечнососудистых заболеваний. Предыдущие стабильные модели неидеального сердцебиения, предложенные различными научными группами, были связаны с сердцем и легкими, как взаимодействующие осцилляторы. Но они, как правило, были синхронизированы на одной частоте (если туда не было заложено отдельного механизма для изменения частоты). Модели другого типа с переменной частотой были неустойчивыми и непредсказуемыми в присутствии возмущений окружающей среды (случайного шума в уравнениях, представляющего собой малые движения тела, изменения температуры и т.п.). В этом случае решающим (с точки зрения жизнеспособности модели) был механизм стабилизации. Группа ученых из Lancaster University (Великобритания) предложила альтернативный путь. Ученые сосредоточили свое внимание на «неавтономных» системах, в рамках которых «ведущий» генератор колебаний (к примеру, легкие) действовал на «второстепенный» генератор (в данном примере – сердце). Команда установила частоту ведущего устройства, как функцию времени, и продемонстрировала, что «второстепенный» генератор будет следовать этой изменяющейся частоты по предсказуемому шаблону, который не теряет стабильности при наличии внешних возмущений. Для наглядного изображения описанного поведения команда использовала стандартную схему в фазовом пространстве, где решение уравнения (к примеру, ЭКГ) представляет собой точку, перемещающуюся по плоскости. Положение точки зависит от деталей конкретного теста. При этом если система переходит в состояние простых колебаний с фиксированной частотой, точка проходит с постоянной скоростью по окружности вокруг центра (этот случай был назван предельным циклом). Предложенная учеными модель, в конечном счете, дает почти предельный цикл, правда, при этом скорость движения точки изменяется со временем. А умеренный внешний шум в системе не дестабилизирует ее, а просто вызывает некоторые колебания положения точки. В рамках работы модель была проверена учеными на реальной ситуации. Для этого была снята ЭКГ здорового человека, которого просили дышать с заданной скоростью, что позволило отслеживать «команды», передаваемые «ведущим» генератором «ведомому». В ходе измерений были выявлены вариации частоты сердечных сокращений, и дальнейший анализ показал, что предложенная модель вполне объясняет эти вариации. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters. Как считает научная группа, будущие исследования позволят обнаружить других «драйверов» изменений частоты сигнала, кроме легких. После выявления таких факторов, они надеются с помощью анализа изменений частоты делать выводы о дисфункциях сердца.

1 2 3 4 5 Просмотров: 366 | Добавил: konechnoya | Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0

Некоторые файлы и информация, находящиеся на данном сайте, были найдены в сети ИНТЕРНЕТ, как свободно распространяемые, присланы пользователями сайта или найдены в альтернативных источниках, также использованы собственные материалы. Автор сайта не претендует на авторство ВСЕХ материалов. Если Вы являетесь правообладателем той или иной продукции или информации, и условия, на которых она представлена на данном ресурсе, не соответствуют действительности, просьба немедленно сообщить с целью устранения правонарушения.