01.09.2009
«Чтобы найти истину, каждый должен
хоть раз в жизни освободиться от
усвоенных им представлений и совершенно
заново построить систему своих взглядов»
Р. Декарт
На всех уровнях биологической организации вообще и уровнях организации организма в частности протекающие физиологические процессы детерминированы соответствующими структурами – молекулярными, надмолекулярными, клеточными, тканевыми, органными и т.д.
Невольно вспоминается гениальное утверждение Вирхова в 1851г.: «Я не знаю ничего существенно биологического, кроме биологической организации».
Физическая организация биологических систем (от отдельных молекул до организма) имеет одну исключительно важную особенность, которая обычно остается вне поля зрения механистической научной парадигмы. Эта особенность заключается в том, что каждая молекула и каждая структура всех более высоких уровней организации является динамической и генерирует вокруг себя полевую динамическую систему с характерным спектром частот колебаний и характерной динамикой.
Илларионов В.Е. отмечает, что «основными носителями информации в биообъекте являются широкополосные колебания различной природы, в том числе электромагнитные и акустические поля и волны сложнейшей конфигурации» [1].
С позиций теории динамических систем полевые динамические системы биологических структур можно рассматривать как системы иерархически распределенных динамических систем с индивидуальными аттракторами движения и собственными перекрестно связанными бифуркирующими флюктуациями.
Спектрально–динамический портрет полевой системы отражает особенности структуры биологического объекта от его целостности до «последнего» атома водорода. При этом динамика отражает особенности функционирования биосистемы, соответствующей этому биообъекту, включая тип функционирования (например, нормальный или патологический) и активность функционального процесса.
Таким образом, спектральные и динамические характеристики полевых структур биосистем представляют собой две стороны одной «биомедали» и обладают потенциальной полнотой информации о морфологии и физиологии биосистемы.
Отсюда следует, что спектрально-динамический анализ поля биосистемы in vivo или in vitro может служить тонким и высокоинформативным инструментом биологических и, прежде всего, физиологических исследований.
Формирование спектрально-динамического подхода стало возможным благодаря недавно открытым физическим принципам, которые породили такие новые технические направления как пассивная радиолокация, «шумовая» радиосвязь, спектральный анализ гидроакустических сигналов и др.
Этот подход основан на принципиально новом способе съема информации о состояниях электромагнитного поля биологического объекта. В качестве объекта могут выступать динамические структуры разного уровня – атомного, молекулярного, надмолекулярного и так далее – вплоть до биологических организмов.
Новый способ съема волновой информации имеет три отличительных признака.
Первый заключается в использовании пассивного электрода, который можно рассматривать как антенну. В качестве примера использования активного волнового датчика можно назвать магнитно-резонансную томографию.
Вторым отличительным признаком является низкий энергетический уровень принимаемых сигналов. Уровень напряженности детектируемого электрического поля составляет от 2 мВ. Для сравнения, аппаратура магнито-резонансной томографии оперирует с сигналами от 50 мВ. Спектрально–динамический сигнал снимают в диапазоне звуковых частот.
Третий отличительный признак нового способа съема волновой информации заключается в первичном анализе сигналов на основе нового вида спектрального анализа, а именно, вейвлет преобразования.
Вейвлет преобразование, разработанное более 15 лет назад в Принстонском университете, впервые позволило получать объемные фазовые характеристики с их количественным представлением.
Суть спектрально-динамического метода заключается в анализе динамики электрических колебаний биополя организма в диапазоне звуковых частот. Анализ динамики поля обеспечивается регистрацией направления вращения фазовых плоскостей поля. Способ регистрации фазовых плоскостей можно проиллюстрировать на примере динамической системы течения реки. Течение имеет изгибы, градиенты скорости, медленные и быстрые водовороты. Если поперек течения сделать серию срезов, то есть динамическую томограмму, то каждый срез будет являться аналогом фазовой плоскости динамической системы течения.
Ключевым моментом спектрально–динамического анализа является учет направления вращения и скорости вращения фазовых плоскостей поля. Благодаря этому выявляются патологические (с правым вращением) и нормальные (с левым вращением) фазовые плоскости, а также острые (с быстрым вращением) и хронические (с медленным вращением) процессы. Напомним, что в метаболизме, в основном, принимают участие -изомеры (левовращающие изомеры) различных молекул, то есть левое вращение является физиологическим (нормальным) для организма.
Метод спектрально-динамической диагностики основан на алгоритмах спектрально-динамического анализа и выявлении в динамическом спектре организма пациента спектрально–динамических структур, соответствующих (гомоморфных) спектрально–динамической структуре эталонных спектрально-динамических маркеров состояний, веществ, факторов, агентов и т.д., которые имеются в базах данных спектрально–динамического комплекса. Степень соответствия (сходства) оценивается в процессе распознавания на динамическом уровне по совпадению фазовых плоскостей с правым и левым вращением на последовательности частот рабочего диапазона.
Охарактеризованный выше способ и методическое обеспечение спектрально-динамических исследований реализованы в виде компьютерного программно-аппаратного комплекса. Спектрально-динамический программно-аппаратный комплекс называется «Комплекс медицинский спектрально–динамический (КМСД)». КМСД зарегистрирован в Российской Федерации, регистрационное удостоверение № ФСР 2009/04973.
КМСД реализует новую диагностическую технологию, которая отличается сочетанием пассивности, оперативности, потенциальной универсальности и мобильности. Эта технология не требует от врача приобретения какой либо специальной квалификации, кроме обучения работы с КМСД.
Работа КМСД основана на пассивной регистрации электромагнитного поля пациента, оцифровании волнового сигнала и его спектральном анализе. Диагностика основана на алгоритме распознавания образов медико–биологических объектов сравнения (маркеров) в общей спектрально–динамической структуре волнового поля пациента. Оцифрованный сигнал с блока первичного преобразователя информации, представленной в виде массива данных, подвергается вейвлет преобразованию. Затем формируется двоичный числовой ряд, в котором двоичный код отражает одно из двух возможных направлений вращения фазовых плоскостей на последовательности частот спектра рабочего диапазона. Распознавание производится путем сравнения числовых рядов (кодов) спекторв пациента и медико–биологического объекта сравнения.
КМСД регистрирует волновой сигнал в рабочем диапазоне частот от 20 герц до 11 килогерц. Предусмотрена возможность расширения диапазона рабочих частот до 22 килогерц.
В аспекте практического применения КМСД позиционируется как диагностический комплекс с потенциально универсальными возможностями. Последнее обусловлено тем, что волновое поле организма содержит информацию о всех структурах и процессах в организме на всех уровнях организации. КМСД является первым представителем медико-биологической аппаратуры, основанной не на измерениях, а на распознавании образов. Вопрос о применении спектрально-динамического подхода для измерений является открытым и требует специальных научных исследований.
Реализуя пассивный способ снятия сигнала, КМСД не оказывает никакого предварительного воздействия на объект. В медицине это третий пассивный способ диагностики после снятия электрических потенциалов (электрокардиография, электроэнцефалография) и тепловизора.
Диагностическое распознавание проводится относительно спектрально-динамических маркеров, предварительно записываемых в электронной базе данных. Маркеры формируют путем регистрации динамических сигналов специальных препаратов (молекулярных, тканевых, органных, лекарственных и других). Время диагностического обследования 35 сек, объем получаемой информации 8 тысяч диагностических маркеров.
В состав КМСД входят:
Достоинствами КМСД являются: компактность, мобильность, универсальность, быстродействие и простота эксплуатации.
КМСД является диагностической аппаратурой. Предназначен для диагностики физиологических и патологических состояний, индивидуальной комплементарности лечебно–профилактических средств, этиологических агентов (вирусов, бактерий и др.) и средовых факторов (аллергенов, токсикантов и др.).
Базы данных КМСД включают следующие основные классы маркеров.
Алгоритмическое обеспечение комплекса позволяет на основе имеющейся базы спектрально–динамических маркеров формировать оценки их сходства с соответствующими объектами и процессами в организме, а также оценки остроты или давности процессов, актуальности и комплементарности для организма лекарственных средств. Активность (актуальность) оценивается по скорости вращения фазовых плоскостей (чем активнее, тем выше скорость), а комплементарность – по уровню сходства патологических фазовых плоскостей. Это позволяет выбирать для пациента индивидуально комплементарные (соответствующие, подходящие, эффективные) и наиболее индивидуально актуальные лекарственные средства.
Помимо широкого практического применения для диагностики патологических и физиологических состояний и процессов, диагностики этиологических агентов и экологических факторов, а также индивидуальной комплементарности лечебно-профилактических средств, КМСД может представлять большой интерес в качестве инструмента клинических и медико-биологических научных исследований.
Эффективность практического применения спектрально-динамической технологии связана с решением многообразных задач медицинской диагностики, а также с задачами медицинской коррекции (оздоровительной, профилактической и лечебной). [2,3,4,5]. Место спектрально–динамической технологии в общей структуре медицинских технологий вполне очевидно и оно показано в работе [6].
Менее очевидны перспективы применения спектрально-динамического анализа в научных исследованиях широкого круга биологических и медицинских проблем. Эти перспективы обусловлены возможностями изучения различных физиологических процессов на молекулярном, метаболическом, клеточном, тканевом, органо-системном и других уровнях, включая психофизиологический.
Разумеется, что сегодня мы в состоянии сформулировать лишь самые общие соображения о возможных направлениях физиологических исследований на основе спектрально-динамического подхода.
Прежде всего, скажем несколько слов о тех особенностях подхода, которые принципиально обеспечивают проведение физиологических исследований с помощью спектрально-динамического анализа.
Первая особенность заключается в том, что исследователь может формировать новые спектрально–динамические маркеры для объектов любого уровня организации, а также их состояний.
Вторая состоит в том, что в соответствии с конкретным спектрально–динамическим маркером из общей полевой структуры исследуемой системы (in vivo или in vitro) как бы вычленяется субструктура, соответствующая данному–динамическому маркеру. Это обеспечивает возможность применения различных способов высокоспецифичной работы с конкретными молекулярными, клеточными, тканевыми и другими структурами.
Третья особенность вытекает из пассивности метода и заключается в обеспечении динамических невозмущающих наблюдений, в том числе в реальном масштабе времени.
Наконец, четвертая особенность связана с возможностями полевого влияния на физиологический процесс на основе механизмов частотного резонанса и амплитудной компенсации.
Эти особенности показывают, что спектрально-динамический анализ может служить тонким инструментом как для пассивного наблюдения физиологических процессов, так и для активного физиологического эксперимента.
Уже на молекулярном уровне проявляется одно из основных свойств биологической организации, которое заключается в цикличности и полицикличности физиологических процессов. Для исследований в области молекулярной физиологии спектрально-динамический анализ предоставляет возможность изучения динамики различных молекулярных и метаболических процессов. Это обеспечивается тем, что, например, с периодичностью в 3 сек записывают динамический спектр наблюдаемой системы. Каждый записанный спектр содержит практически полную информацию о системе. Поэтому в каждом отдельном спектре, то есть в каждый, соответствующий i-той записи, момент времени можно косвенно определить параметры содержания или состояния тех молекул или других объектов, для которых в базе данных имеются соответствующие спектрально–динамические маркеры.
Разумеется, что в процессе развития физиологических исследований придется решать ряд методических задач, связанных с защитой от шумов и обработкой получаемых данных. Но это неизбежные атрибуты развития любого нового способа научного исследования.
На клеточно-тканевом уровне физиологических исследований сохраняются все возможности, указанные выше, и появляются новые. Они определяются тем, что на каждом вышележащем уровне (от уровня клеточных процессов до уровня психических процессов) имеют место свои уровнеспецифические динамические физиологические процессы. Соответственно есть возможность для каждого уровня формировать свои базы спектрально–динамических маркеров и на этой основе проводить различные физиологические исследования.
Внимания заслуживают также перспективы физиологических исследований явлений синхронизации, десинхронизации и самосинхронизации на различных уровнях организации. Можно предполагать, что самосинхронизация физиологических колебательных процессов является главным механизмом их самоорганизации. Блехман И.И. приводит основные свойства самосинхронизации [5]:
Эти общие свойства самосинхронизации могут давать массу конкретных физиологических проявлений в спектральной динамике различных биосистем.
Важно, что спектрально–динамическая технология дает широкие возможности проведения физиологических и патофизиологических экспериментов на животных с неинвазивным контролем в реальном масштабе времени.
Наконец, одним из наиболее интересных и практически важных направлений является изучение физиологии индивидуальных рисков и способов их коррекции. Не случайно В.Е. Илларионов писал, что «для высокоэффективного профилактического влияния необходимо переосмысление некоторых основ жизнедеятельности организма человека и обоснование более эффективных способов и методов коррекции» [6]. Спектрально динамическая коррекция рисков может стать новым инструментом профилактики, получив необходимые физиологические обоснования.
Таким образом, с помощью КМСД физиологические исследования различных молекулярных и надмолекулярных структур, клеток, тканей, органов и систем организма возможно проводить на единой методической основе спектрально-динамического анализа. И можно их осуществить не только на любом уровне по отдельности, но и в любых сочетаниях, и в совокупности, то есть на уровне целостного организма и без утраты информации о нижележащих уровнях.
Изложенные перспективы применения спектрально-динамического анализа в различных физиологических исследованиях как минимум указывают на целесообразность развития этого нового методического направления исследований в физиологии.
109235, г. Москва, ул. 1-ая Курьяновская, д. 34c11
2024, Спектрально-динамические системы, г. Москва
Поиск