Автор(ы): Иванова Н.В., Случанко Е.И., Верхотурова Д.И.
Город: Псков
Учреждение: ФГБОУ ВО Псковский государственный университет
Актуальность
В настоящее время в медицинском образовании стало широко применяться компьютерное моделирование патологических процессов. Реализация компьютерного моделирования биологических процессов является серьезной фундаментальной проблемой, стоящей на стыке медицины, биологии и математики. Сахарный диабет является глобально значимой медико-социальной проблемой современности, поэтому вызывает исследовательский интерес не только у гуманитарных, но и у точных наук. Уже много десятилетий сахарный диабет подробно рассматривается с позиции математического моделирования. Основные подходы к математическому моделированию взаимодействий основных компонентов системы регуляции углеводного обмена в норме и при патологии были сформулированы еще во второй половине двадцатого века. Однако в настоящее время исследования и разработки, направленные на совершенствование старых и создание новых математических моделей, как самого сахарного диабета, так и его лечения продолжаются и становятся все более актуальными и востребованными.
Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью раннего прогнозирования развития осложнений у пациентов с сахарным диабетом,так как именно от разработки адекватных имитационных моделей заболевания во многом зависят глобальные успехи в профилактике развития осложнений, его лечении и организации системы оказания медицинской помощи.
Цель
разработка работоспособной имитационной компьютерной модели корреляции гипергликемии с динамикой параметров липидного спектра при нарушениях углеводного обмена для прогнозирования развития сосудистых осложнений в условиях междисциплинарного модуля .
Материалы и методы
Массив данных был представлен результатами биохимических анализов крови пациентов эндокринологического отделения ГБУЗ Псковская областная клиническая больница с диагнозом сахарного диабета 2-ого типа (уровень глюкозы, общего холестерина, липопротеинов низкой плотности, липопротеинов высокой плотности и триглицеридов), также учитывались пол и возраст пациентов. Студентами в междисциплинарном модуле общей патологии и физиологической кибернетики для систематизации информации была выбрана программа для работы с электронными таблицами, функциональное средство визуализации и анализа данных - Microsoft Office Excel. Задача по выявлению корреляции гипергликемии с динамикой параметров липидного спектра при нарушениях углеводного обмена выполнялось по методике корреляционного анализа. Расчеты производились в программном пакете STATISTICA. Далее был осуществлен анализ существующих математических моделей (T. Bremer, T. Van Herpe, Y. Kazama, R.N. Bergman и Bolie) и выбор модели для компьютерного моделирования. Для разработки компьютерной имитационной модели студенты использовали MATLAB с встроенной графической средой для имитационного моделирования Simulink, так как данная среда является удобной для настройки и задания входных воздействий и интерактивной визуализации выходных сигналов, обладает доступными средствами построения многоуровневых и многокомпонентных моделей. Имитационное моделирования осуществлялось поэтапно, с формированием блок-схем каждого контура или компартмента. Сам процесс имитационного моделирования представлял собой реализацию обыкновенных дифференциальных уравнений по средствам основных блоков программы «Simulink».
.
Результаты
В междисциплинарном модуле общей патологии и физиологической кибернетики были реализованы четыре модели, описывающие динамику концентраций инсулина и глюкозы. В каждую из моделей была встроена подсистема в виде дополнительной блок-схемы, описывающая изменения параметров липидного спектра в ходе работы каждой модели. Результаты работы каждой реализованной имитационной модели представлены в виде графиков. Три модели из четырех продемонстрировали свою адекватную работоспособность, то есть доказали свою пригодность для расчета доз инсулина или пероральных сахароснижающих препаратов для стабилизации концентрации глюкозы в пределах нормы. Также в работе каждой модели была отражена динамика параметров липидного спектра в зависимости от уровня глюкозы в крови пациента, что позволило спрогнозировать повышение уровня общего холестерина и липопротеидов низкой плотности и вовремя предотвратить его, тем самым предотвратив развитие осложнений сахарного диабета.
Обсуждение
Основным методом общей патологии, как науки и как учебной дисциплины, является метод моделирования патологических процессов и реакций, болезненных состояний, а также пациента в целом. Это вызвано потребностью в выявлении и описании сущности того, что скрыто от врача при обследовании и лечении пациента, — механизмов возникновения, развития и завершения болезней. Эти механизмы, а также роль патогенных факторов, условий, в которых они реализуют своё действие, необходимо было воспроизводить на «искусственных копиях» болезней — их моделях; описывать с использованием медицинских терминов, представлений и положений, т.е. моделировать интеллектуально. Формирование у студентов основ врачебного мышления достигается в процессе проведения студентами анализа конкретных клинических данных, при решении ситуационных задач на занятиях. Это имитирует поведение врача, моделирующего болезнь и пациента в целом, а также схемы лечения. Компьютерное моделирование в условиях междисциплинарных модулей повышает интерес студентов к освоению фундаментальных дисциплин, использованию возможностей современных информационных технологий для решения задач клинической медицины.
Выводы
Компьютерное моделирование в условиях междисциплинарных модулей уже на начальном этапе обучения в ВУЗе позволяет студентам овладевать навыками практической и научной деятельности. Имитационные модели, реализованные студентами на основе дифференциальных уравнений, описывающих динамику концентраций глюкозы и инсулина, имеют потенциал для дальнейшего использования в целях персонифицированного прогнозирования развития осложнений диабета и расчета потребностей терапии.
Наталья Иванова
Ваш комментарий будет первым!
Войти или зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.