Полная версия

Главная arrow Техника arrow БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Характерные пространственные и временные масштабы биообъектов

Для количественного описания биообъекта необходимо не только провести разделение системы на элементы, но и выбрать пространственно-временные масштабы, соответствующие данному уровню классификации. Пример выбора пространственного масштаба - анализ биообъекта на молекулярном, тканевом или популяционном уровне.

Выбор масштаба характерных интервалов времени (наносекунды, секунды, часы, сутки, годы) зависит от скорости процессов, протекающих как на данном уровне, так и на взаимосвязанных уровнях.

Пространственные масштабы биообъекта можно определить с помощью принципа энергетической дифференцировки (см. гл. 1). Вместе с тем выбор масштабов может также зависеть и от специфики решаемых задач.

Наиболее сложная проблема - описание состояний и процессов, характеризующихся взаимодействием различных уровней. При этом имеет место пересечение пространственно-временных масштабов, соответствующих этим уровням.

Например, при взаимодействии технического устройства с биообъектом - мышечной тканью - следует рассматривать три уровня. К нижнему микроскопическому уровню относятся биомолекулы и ор- ганеллы, к мезоскопическому (промежуточному) уровню - клетки, к макроуровню - клеточные популяции, формирующие биоткань. В этом случае пространственно-временные масштабы, в пределах которых «работает» модель взаимодействия технического устройства с биообъектом, зависят от степени детализации системы. Масштабы определяются пространственными размерами подсистем и характерными интервалами времени, в течение которых происходят заметные на данном уровне изменения вектора состояния.

Разделение временных масштабов наряду со структурной (пространственной), энергетической и организационной иерархиями играет огромную роль в живых системах.

В табл. 2.2 приведены значения времени обращения промежуточных продуктов клеточного метаболизма в биообъектах различных уровней сложности (по Гессу). Диапазон характерных интервалов времени чрезвычайно велик: 10... 108 с.

Разделение временных масштабов различных процессов - одна из характерных особенностей живых систем, имеющая важное значение для моделирования биообъектов. Оно позволяет выделить медленные процессы на фоне быстрых изменений состояний биобъекта. В результате удается разделить по временным масштабам сложное многообразие взаимосвязанных биологических процессов, уменьшить размерность фазового пространства и существенно упростить модель биобъекта.

Таблица 2.2. Значения времени обращения промежуточных продуктов клеточного метаболизма в биообъектах различных уровней сложности

Биообъект

Биологический

вид

Орган, система организма

Время

обращения, с

Митохондрия

Мышь

Печень

1,3-108

Г емоглобин

Человек

Эритроциты

1,5-107

Альдолаза (фермент)

Кролик

Мышца

1,7-106

Псевдохолинэстераза (фермент)

Человек

Плазма крови

1,2-106

Глюкоза

Крыса

Организм в целом

4,4-103

Метионин

Человек

То же

2,2103

АТР-гликолиз

Человек

Кровь (эритроциты)

1,6-103

АТР-гликолиз + дыхание

Человек

Тромбоциты

4,8-102

АТР-гликолиз + дыхание

Мышь

Асцитная опухоль

40

Промежуточные продукты,проходящие цикл Кребса

Крыса

Почки

1...10

Промежуточные продукты гликолиза

Мышь

Асцитная опухоль

0,1...8,5

Переход в цитохроме А

Кузнечик

Мышцы крыльев

10‘2

Разделение временных масштабов количественно обосновано теоремой Тихонова (принцип квазистационарности в кинетике). Например, в квазихимической модели роста клеточных популяций с помощью теоремы Тихонова можно свести четырехстадийный процесс роста клеток к двухстадийному, что существенно упрощает описание этого фундаментального биологического процесса (см. гл. 4).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>