Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема моделирования сложных биологических систем и их анализ является одной из наиболее актуальных в современной биофизике. В последние годы все большее значение приобретает математическое моделирование системы кровообращения. Из предложенных моделей лишь немногие удается использовать непосредственно в клинической практике для решения задач диагностики и терапии, а также выявления генеэа сложных патологических состояний (.Jusfcet ,1974; Лищук В.А.,1980). Как показывает опыт применения математических моделей в клинической практике математическое описание биофизических процессов, используемое з указанных сферах, дает врачу принципиально новые возможности (Бураковский В.И.,1980). Актуальность развертывания исследований в данном направлении обуславливается необходимостью объединения физиологических и биофизических закономерностей функционирования системы, клинического опыта и индивидуального состояния больного на основе современного алгоритмического подхода.
Одной из причин, ведущих к острым осложнениям деятельности сердечно-сосудистой системы, является изменение объема циркулирующей крови (ОЦЮ. Особенно тщательно и глубоко изучаются гипо - и гиперволемияеские состояния в связи со сложными операциями, искусственным кровообращением, реанимацией, интенсивной терапией и т. п. (Амосов Н.М. и соавт.,1978;Францев Б.И. и со-авт.,1978;Бураковский В.И. и соавт.,1980). Однако клинические наблюдения по своему объему и систематизации не всегда позволяют выбрать достаточно обоснованную лечебную тактику, причем не столько из-за отсутствия сведений, сколько из-за невозможности выполнения содержательного анализа контролируемых показателей у каждого больного в отдельности (Сидоренко Г.И.,1980; Бураковский В.И. и со авт.1990). Именно в этом направлении наметились принципиально новые возможности применения метода математического моделирования и компьютерной техники. Системный анализ с помощью математических моделей реакции сердечно-сосудистой системы,на изменение ОДК является одним из возможных путей решения этой актуальной проблемы. Необходимость таких исследований возростает в связи с увеличением требований к глубине и всесторонности обследования больного и при этом крайне важно
иметь возможность использовать как единое целое клинический опыт и биофизические закономерности, объединенные алгоритмическими возможностями современных ЭВМ.
' Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в разработке и использовании способа системной оценки и анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы, учитывающего специфику развития гипо - и гиперволемических реакций и ориентированного- на реальный физиологический и клинический контроль.
Для достижения поставленной цели были решены следующие самостоятельные задачи.
-
Разработка математических моделей системного и центрального кровообращения, ориентированных на применение в условиях клиники и эксперимента.
-
Анализ математической модели системного кровообращения с помощью ЭВМ (решение системы дифференциальных и алгебраических уравнений) в ответ на тестовые изменения "объема крови" для выявления динамических характеристик и автономных механизмов регуляции кровообращения при развитии гипо - и гиперволемических реакций.
-
Анализ зависимости эффективности насосной функции сердца от основных параметров деятельности сердечно-сосудистой
. системы.
-
Разработка и апробация конкретных методов реализации математических моделей системного и центрального кровообращения в эксперименте на животных.
-
Системная оценка и анализ с помощью математических моделей функционального состояния сердечно-сосудистой системы у животных в ответ на физиологические нагрузки.
-
Основанная на программно-реализованных математических моделях системная оценка и индивидуальный анализ функционального состояния сердечно-сосудистой системы больных, оперированных по поводу пороков сердца -и контролируемых в условиях реанимации и интенсивной терапии.
Научная новизна. Впервые разработана математическая модель сердечно-сосудистой системы, обобщающая в едином описании основные биофизические и физиологические закономерности, специ-
фику регуляции системы кровообращения при изменении объема циркулирующей крови и предусматривающая возможность ее использования для системной оценки и анализа функционального состояния большого и малого кругов кровообращения в эксперименте и клинике.
Впервые предложены общесистемные количественные критерии оценки эффективности насосной функции сердца: коэффициенты полезного действия левого (КЦЦл) и правого (КЦДп) желудочков сердца. Разработаны и внедрены способы определения КЦЦл и КПДп в эксперименте и клинике. Установлено, что КЦЦл и КЦЦп отражают совместное влияние как показателей функционального состояния сердца, так и степени вазодилятации и вазоконсгрикции кровеносного русла.
На основе анализа с помощью ЭВМ математической модели установлены количественные соотношения и компенсаторный вклад основных компонентов сердечно-сосудистой системы в регуляцию и установление целостных устойчивых состояний в ответ на развитие умеренных гипо - и гиперволемических реакций и степени потенциальных возможностей компенсаторных изменений резистивности сосудистого русла, тонуса системных вен, насосной функции левого и правого желудочков сердца.
Научно-практическая ценность. Программно-реализованные математические модели являются гибким, удобным и доступным ин-трументом для проведения физиологических и клинических исследований.
Разработанные методы идентификации, индивидуализации и анализа математических моделей дают возможность у каждого больного и в каждой конкретной ситуации оценить функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, что в свою очередь позволяет оперативно (в реальном времени) откорректировать выбранную тактику лечения.
Внедрение. Разработанные методы, модели и программы внедрены в ИССХ им. А.Ь.Бакулева г. Москвы и СП "КАРЕЛ" г. Еревана.
По материалам диссертации опубликованы методические рекомендации "Применение программируемого микрокалькулятора "Электроника БЗ-34" для оперативной обработки показателей гемодина-
мики" (1983), "Использование микро-ЭВМ при количественной оценке функционального состояния сердечно-сосудистой системы" (1988), "Системная оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы" (1989), "Способ оценки эффективности работы сердца в условиях кардиохирургической клиники" (1991).
Разработанные методы и модели систематически использовались в лекциях и практических занятиях со студентами Ереванского государственного медицинского университета по курсу "Медицинская кибернетика и электроника" (с 1980 г.), в лекциях и практических: занятиях с аспирантами и соискателями НШ и клиник МЗ РА по курсам "Основы математического моделирования" и "Основы вычислительной техники" (с 1986 г.) в рамках программы, ориентированной на биологов и врачей для сдачи кандидатских минимумов.
Публикация работ» По материалам диссертации опубликованы 25 научных работ во Всесоюзных и республиканских изданиях, издано 4 методических рекомендаций, имеется удостоверение на ра- " ционализаторское предложение (*57).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, включающих обзор литературы и четыре главы собственных исследований, заключения,выводов, практических рекомендаций и литературного указателя, включающего 384 наименований, в том числе 226 на русском и 158 на иностранном языках. Работаї.'изложе-на на 197 страницах машинописного текста и иллюстрирована 18 рисунками и 8 таблицами. На защиту выносятся: