Опис (3.11) дає повне теоретичне уявлення про процеси в метаболічній системі. Питання моделювання складних систем і їх ідентифікації інтенсивно досліджуються зараз в сучасній теорії управління.
Розглянемо простий приклад опису метаболічного об'єкту управління в
інженерно-фізиологічної системі. Останнім часом велика увага приділяється методам лікування цукрового діабету за допомогою автоматичних засобів доставки інсуліну в організм (штучна підшлункова залоза). Опис об'єкту в цьому випадку повинен враховувати динаміку основних речовин, що беруть участь в метаболізмі, – глюкози і інсуліну. Загальноприйнята спочатку х років модель Болі має вигляд:
t
t
i
i
a
g
a
dt
di
p
i
a
g
a
dt
dg







4 3
2 Модель записана для випадку введення інсуліну ззовні із швидкістю itімає всього два компартмента – для глюкози (g) і інсуліну (i) в плазмі крові при лінійних правих частинах рівнянь, виявилася неадекватною до нових задач. Сьогодні задача опису об'єкту управління у такій БТС стала однією з найважливіших у вирішанні проблеми лікування діабету за допомогою автоматичних дозаторів інсуліну.
3.2. Аналогія між організмом людини та машиною
Аналогії, що існують між живими організмами і машинами, здавна привертали увагу вчених різних спеціальностей: від Декарта і Ламеттрі до
Галілея, Каріо і Н. Вінера. Проте аж до недавнього часу такі аналогії носили переважно умоглядний характер. Тільки з появою БТС, особливо інженерно- фізиологічних БТС, ця аналогія стала прикладною, практично значущою.
Сучасне уявлення про організм як аналогу технічної системи тяжіє, швидше, до великого біохімічного виробничого комплексу. Продукція цього комплексу, споживана клітинами самого організму, проводиться генетично керованими складальними цехами (внутріклітинними структурами. Матеріали для складальних цехів поставляють біохімічні системи в результаті процесів анаболізму. Постачання і транспортне обслуговування забезпечує фізіологічний комплекс організму, який доставляє виробництву сировину і паливо (доставка окислювача в техніці характерна, швидше, для окремих агрегатів, чим для цілих виробництв). Ці ж системи відводять за межі виробничого комплексу кінцеві продукти – відходи виробництва. Управління всім цим комплексом проводиться вищими кібернетичними рівнями організму відповідно до
«довгострокових» і «поточних» програм.
Допомога з боку технічних засобів, що включаються до складу БТС, в різних ситуаціях можуть одержувати практично всі системи організму. На

рисунку 3.4 показані основні типи технічних засобів і апаратів, вживаних для допомоги системам організму в біотехнічних системах інженерно- фізиологічного типу. Створення засобів, що підтримують життєдіяльність організму і його працездатність в складних виробничих умовах, в космічному і підводному середовищі, в медичній клініці стало одним з важливих і перспективних напрямів сучасної науки, що вимагає пильної уваги фахівців різних дисциплін.
и
і
і
ті
)
і
і
і
)
и нірка,
ії та
)
(і
ємі
і
і
і
і
і)
Бі
і
і
н
ї
,
Рисунок 3.4 – Технічні засоби, використовувані для корекції і підтримки функцій організму
3.3. Аналіз і моделювання систем заміщення і відновлення втрачених
функцій організму
Розглянемо методи математичного моделювання і аналізу інженерно- фізиологічних систем, призначених для відновлення функцій організму. Кажучи про біотехнічні методи відновлення таких функцій, звичайно мають на увазі різні медичні застосування, тобто допомогу хворому організму. Тут, перш за все, слід згадати методи відновлення кібернетичних функцій організму, що мають давні традиції, – його рецепторних і ефекторних систем. Що стосується рецептивних функцій організму, то вкажемо спочатку зорові і слухові протези (очкова оптика, слухові апарати і т.д.). Вважається, що конструкції таких приладів настільки прості, що при їх розробці математичні методи використовувати недоцільно. Ці методи зможуть знайти тут застосування лише в системах майбутнього (наприклад, повний протез зорового каналу) [5].
Інакше йде справа з ефекторними системами. Наприклад, не дивлячись на численні зусилля, дотепер не створено довершених протезів втрачених або не функціонуючих органів руху. Однією з причин є недостатнє розуміння

організмених механізмів управління цими органами, неможливість їх математичного опису і, як наслідок, інженерного відтворення.
Метаболічні функції організму мають значно коротшу історію взаємодії з технічними засобами, яка налічує яких-небудь два десятиліття. Саме таким системам і приділятиметься основна увага в цьому розділі.
Нагадаємо, яке місце в процесах обміну речовиною між організмом і середовищем займають системи організму, що традиційно виділяються. Є два джерела, що забезпечують організм речовинами з навколишнього середовища: шлунково-кишковий тракт (джерело субстратів і палива) і легені (джерело окислювача для забезпеченні енерговитрат). Внутрішньоорганізмені транспортні засоби переносять всі ці речовини в біохімічну машину клітин. Універсальним транспортним засобом є в організмі система кровообігу (серце і кровоносні судини), яка доносить до клітин все необхідне – початкові субстрати, паливо і окислювач.
Відведення продуктів обміну (відходів біохімічного виробництва) йде спочатку також через внутрішньоорганізмений транспорт – серцево-судинну і лімфатичну системи. Далі газоподібні речовини (СО) покидають організм через легені. Інші, важчі продукти обміну хімічно перетворяться в системі печінки для зручності подальшого виведення. Нирки виводять їх з організму, будучи головним його стоком. Функції стоку для важких речовин виконують також потообразуюча і жовчна системи. Всі системи організму, що видаляють із кровоносного русла некорисні і шкідливі речовини, можна розглядати як єдину систему очищення організму і евакуації обмінних шлаків.
Всі транспортні процеси (отримання, перетворення, запасання, використання речовин, що поступають, а також відведення, перетворення і евакуація відходів, що утворюються) регулюються нервовою і гуморальною системами, у тому числі і залозами внутрішньої секреції. Наприклад, один з етапів процесу перетворення палива – запасання глюкози – регулюється підшлунковою залозою за допомогою гормону інсуліну, що виробляється нею.
В даний час інженерні засоби застосовуються для корекції і відновлення чине всіх найважливіших систем організму. Процеси доставки речовин дублюються системами штучного кровообігу і дихання (наприклад, штучним серцем, апаратами типу АШК і т.д.), а також різного роду допоміжними і такими, що управляють механізмами, стимулюючими природну діяльність цих систем. Тут можна, відзначити такі засоби дії на систему кровообігу, як пейсмекери, масажери, системи автоматичного дозування лікарських речовин і т.д.
Завдання евакуації шлаків розв'язується різними системами очищення крові
(системи плазмоферезу, гемосорбції, гемоперфузії, апарати типу «штучна нирка» і т.д.).
Розглянемо деякі напрями в моделюванні і аналізі систем допоміжного життєзабезпечення хворого організму. Але читач може легко уявити собі те місце, яке займає кожна з пропонованих його увазі робіт в загальній системі досліджень, направлених на створення засобів відновлення метаболічних функцій організму.
У всіх випадках істотну роль при аналізі, конструюванні і оцінці ефективності технічних засобів відновлення організмених фізіологічних функцій грають методи

математичного моделювання. Ці методи дозволяють інженерам зрозуміти механізми функціонування систем організму, описати їх на тій же мові, що і технічні системи, і тим самим забезпечити базу для ефективного сполучення фізіологічних і технічних елементів в єдиному інженерно-фізиологічному комплексі.
Відзначимо на закінчення, що разом із задачами опису і аналізу роботи складних засобів відновлення життєвих функцій важливе місце займають і задачі оцінки стану взаємодіючих з ними фізіологічних систем самого організму. Тому в цьому розділі читач знайде питання, присвячені оцінці різних характеристик і параметрів фізіологічних систем організму.