Зависимость доза-эффект

Зависимостью доза-эффект называется наблюдаемое приращение вектора состояния биологического объекта при заданной дозе воздействия.

Вектор состояния организма человека содержит очень большое число компонент. При решении задач анализа и синтеза БТС проводится минимизация числа компонент (уменьшение размерности) вектора состояния.

Рис. 10.5.

Затем проводится серия измерений по схеме «воздействие-ответ». В ходе такого эксперимента постепенно повышается уровень внешнего воздействия на живую систему. Одновременно регистрируются изменения вектора состояния. По полученным данным строится функция «доза-эффект». Допустимую при воздействии дозу и, соответственно биологический эффект должен оценивать врач.

На рис. 10.5 показан пример зависимости «доза-эффект» для воздействия химического агента (ХА) на биологический объект.

Рис. 10.6.

Например, при исследовании влияния ХА на популяцию лабораторных животных, зависимости «доза-эффект» определяются следующим образом.

Берётся группа, содержащая N особей. Особи представительной статистики воздействие повторяется k раз. Подсчитывается количество особей ΔN_i, для которых был зарегистрирован ответ на воздействие химических агентов (табл.10.2), а затем определяется процент особей, для которых был зафиксирован ответ на воздействие:

Таблица 10.2. Определение зависимости «доза-эффект».

D	D1	D2	…	Dk
ΔN	ΔN1	ΔN2	…	ΔNk
P(D)			…

 

По данным табл. 10.2 строится зависимость P(D). Типичный вид зависимости «доза-эффект» показан на рис. 10.6.

Рис. 10.7.

Доза, оказавшая воздействие на половину группы, называется полуэффективной дозой D_1/2. Аналогичные графики могут быть построены также при определении летальности воздействия химических агентов на популяцию лабораторных животных. В этом случае величину D_1/2 принято называть полулетальной дозой.

В качестве примера на Рис. 10.8 показана функция воздействия, полученная с использованием рассмотренной ранее экотоксикологической модели. Эффект воздействия Е определяется по отклонению численности популяции от стационарного значения, соответствующего нулевым концентрациям химических агентов:

Е(х₁, х₂) = 1-z_st(х₁, х₂),

где х₁, х₂ – концентрации химических агентов, нормированные на пороговые значения, соответствующие полному подавлению роста популяции при нулевой концентрации соответствующей добавки; z_st – стационарная численность популяции, нормированная на численность при отсутствии добавок (х_i=0).

Теоретические результаты сравниваются с данными эксперимента по кинетике роста культуры Saccharomyces cerevisiae в среде с добавками цинка и меди.

Рис. 10.8.

Определение функции доза воздействия – эффект в рассмотренном выше примере ФТС сводится к расчету разогрева тканей в результате выделения джоулевого тепла

Q=U²Rt,

где U – эффективное напряжение воздействующего электрического поля, t – время воздействия.

По известной средней теплоемкости с тканей можно рассчитать повышение температуры части тела, подвергаемой воздействию

ΔT = Q/c.

Если в качестве эффекта рассматривать повышение температуры части тела, подвергаемой воздействию, а в качестве дозы выделившееся тепло, то данная зависимость позволяет рассчитать функцию доза-эффект.

При частоте f =27,12 МГц импеданс руки (Табл. 10.1) меняется в пределах 5 -10 КОм, то есть реактивная составляющая мала по сравнению с активной.

Следует иметь в виду, что помимо теплового воздействия СВЧ-поле оказывает существенное влияние на нервные клетки. Однако механизм этого влияния изучен недостаточно и адекватные модели такого влияния не разработаны.

 

Подписи под рис раздел 10.

Рис. 10.1. Классификация БТС.

Рис. 10.1а. Официальный (министерский) общероссийский классификатор медицинской техники.

Рис. 10. 2. Схема взаимодействия биообъект (В)↔техническое устройство (Т). Структура технического устройства: Z – зондирующее устройство; D – датчик-сенсор; P – регистрирующий прибор-преобразователь; – вектор наблюдаемых свойств биообъекта; x(t) – сигнал с датчика-сенсора; – вектор измеряемых свойств биообъекта; М – регистрирующее устройство (монитор).

Рис. 10.3. Физиотерапевтическая система (ФТС) для проведении УВЧ-терапии электрическим полем 27,12 МГц.

Рис. 10.4. Моделирование физиотерапевтической системы для проведении УВЧ-терапии электрическим полем 27,12 МГц. а. Взаимодействие В ↔ Т (конечность ↔ УВЧ-поле). б. RC- контур – физическая модель взаимодействия.

Рис. 10.5. Пример зависимости «доза-эффект» при воздействии необходимого химического агента (ХА) на биологический объект. Е – эффект воздействия ХА на БО; С(х) – доза ХА.

Рис. 10.6. Зависимость «доза-эффект» при воздействии на организм примесного ХА на биологический объект.

Рис. 10.7. Зависимость «доза-эффект» при воздействии на популяцию.

 

 

Рис. раздел 10.

Рис. 10.1. Классификация БТС. Рис. 10. 2. Схема взаимодействия биообъект

(В)↔техническое устройство (Т).

 

 

 

Рис. 10.3. Физиотерапевтическая система (ФТС) для УВЧ-терапии 27,12 МГц.

 

 

 

 

Рис. 10.4. Модель физиотерапевт. системы для УВЧ-терапии полем 27,12 МГц.

Рис. 10.5. Зависимость «доза-эффект» для воздействия на организм необходимого химического агента (ХА) на биообъект.

 

Рис. 10.6. Зависимость «доза-эффект» для воздействия на организм примесного ХА.

 

 

Рис. 10.7. Зависимость «доза-эффект».

 

 

 

Рис. 10.8. Зависимость «доза-эффект» при воздействии ZnSO₄ на Sac. сer. при нулевой концентрации ХА.

 

 

 

Рис. 10.1а. Официальный общероссийский классификатор медицинской техники.