Модель серцево-судинної системи регулювання кровообігу з елементами керування

Анотація

Проведено аналіз існуючих моделей серцево-судинної системи з контурами регуляції, які використовуються для дослідних цілей та діагностики захворювань у медицині. Запропоновано динамічну модель серцево-судинної системи, яка враховує процеси регуляції. В моделі використано один з ключових аспектів регулювання кровообігу - нервова регуляція, яка здійснюється через симпатичну та парасимпатичну нервові системи. Симпатична нервова система стимулює серце до збільшення частоти скорочень та сили серцевих ударів, а також звуження периферичних судин, що підвищує артеріальний тиск. Парасимпатична нервова система, навпаки, знижує частоту серцевих скорочень і сприяє розширенню судин, знижуючи тиск. Ці механізми діють у тісній взаємодії для підтримання стабільного кровообігу у відповідь на змінні фізіологічні потреби організму. Гуморальна регуляція включає в себе дію різних гормонів та біоактивних речовин, які циркулюють у крові та впливають на серцево-судинну систему, що також враховано в моделі. Динамічна ланка системи регулювання на проміжному рівні (гуморальна система) в моделі імітує утворення медіаторів, наприклад, адреналіну і норадреналіну, які переміщуються з кров’ю по судинам. Результат дії гормонів з проміжного рівня на серцево-судинну систему формується сенсорами, які являють собою, наприклад, баро-, хемо-рецептори, розташовані в аорті, середовищі малого кола і т.п. Для покращення функціональності моделі в  проміжний рівень регуляції гуморальної системи введена мережа Kolmogorov-Arnold Networks (KANs). Мережу KAN навчають на базі знань навчальної вибірки з десятків гострих критичних ситуацій серцево-судинної системи. В подальшому таку модель можна використовувати для комп’ютерного прогнозування та розпізнавання захворювання пацієнтів та для навчання студентів медиків.