3.3.2 Система для автоматизитованной коррекции калиевого гомеостаза
Важнейшие функции сердца – возбудимость, проводимость, автоматизм и сократимость – непосредственно связаны с обменом ионов через клеточную мембрану и, в первую очередь, с обменом между ионами калия и натрия. Замечено, что при нарушениях баланса электролитного обмена наблюдаются изменения формы электрокардиограммы (ЭКГ). Например, при повышении концентрации калия в плазме крови (гиперкалиемия) на ЭКГ (рисунок 3.10, б) наблюдается уменьшение амплитуды R-зубца, уширение QRS-комплекса и деформация Т-зубца – появление остроконечной вершины и сужение основания. Затем замедляется атриовентрикулярная проводимость уменьшается амплитуда Р-зубца, наступает мерцание предсердий, сокращение интервала ST; возникают желудочковые экстрасистолы и, наконец, мерцание желудочков. При уменьшении концентрации калия (гипокалиемия) обнаруживается (рисунок 3.10, в) уплощение и уширение Т-зубца, сокращение интервала ST; нарушается атриовентрикулярная проводимость, появляется экстрасистолия и, наконец, мерцание желудочков.
Рис. 3.10. Изменение формы QRS-комплекса: а) – исходная;
б) и в) – соответственно при повышении и понижении концентрации калия в плазме крови.
Важно отметить, что в конечном итоге крайние степени гипер- и гипокалиемии приводят к изменениям ЭКГ.
Вышеизложенное дало основание А. А. Киселеву и В. В. Обойшеву разработать систему автоматизированной коррекции калиевого гомеостаза организма, в которой для этого используется сигнал ЭКГ. Ее структурная схема показана на рисунке 3.11.
Такая система БТС-МТ относится к системам с вещественным управлением. Принцип работы системы состоит в следующем. Электрокардиограмма от физиологического объекта (ФО) (животного или человека) через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) поступает в управляющую вычислительную машину (УВМ), где обрабатывается по программе, дифференцирующей изменения кривой ЭКГ в сторону гипер- или гипокалиемии. В результате через дисплей (Д) выдается соответствующий сигнал тревоги врачу (В). Алгоритм обработки кривой ЭКГ в УВМ предполагает полуавтоматический режим работы с привязкой к данному объекту с учетом индивидуальных изменений его кривой, так как автоматическое распознавание дискалиемических ЭКГ пока еще трудноразрешимая задача вследствие многообразия кривых. Поэтому для данной системы обязательно участие врача, который может оперативно направлять работу системы, менять ее режимы и за которым остается право принятия окончательного решения. На рисунке 3.11 эта возможность отображена прерывистой линией в виде обратной связи.
Основным звеном такой системы является исполнительное устройство (ИУ), главный элемент которого – устройство поглощения ионов калия (колонка, наполненная ионно-обменной смолой), служащее для купирования гиперкалиемии. Колонка включается в кровоток экстракорпорально по схеме: артерия – колонка – вена. Кроме колонки в устройство входит автоматический шприц для введения ионов калия в кровь при гипокалиемии.
Подобная система была апробирована в сериях экспериментов на собаках. Выявилось, что колонка активно удаляет калий лишь в течение 20-30 мин, затем происходит насыщение ионнообменной смолы. Поэтому еще требуется решить ряд медико-технических задач, в том числе задач по автоматизации.
Рис. 3.11. Структурная схема системы автоматизированной коррекции калиевого гомеостаза