В. В. Аничкин (Гомель), С. Б. Мельнов (Минск), М. Е. Абраменко (Гомель), А. Д. Наумов (Витебск), Е. И. Барановская (Гомель), В. С. Новиков (Санкт-Петербург), В. Н. Беляковский (Гомель), И. А. Новикова (Гомель)
|
|
Скачать 4.95 Mb.
|
|
^ 1. Багирова, В. Л. Актуальность фармакоэкономических исследований для оптимизации рынка лекарственных препаратов / В. Л. Багирова, Н. А. Колганова, К. А. Раздобарин // Российский биомедицинский журнал. — 2005. — Т. 6. — С. 157. 2. Практический фармакоэкономический анализ, как средство рационализации затрат на лекарственное обеспечение стационара / В. В. Батов [и др.] // Управление системой охраны здоровья населения и отраслью здравоохранения в: матер. респ. науч-практ. конф. — Минск, 2003. — С. 112–115. 3. Бекетов, А. С. Проведение анализа «цена-эффективность» для выбора препаратов из группы аналогов / А. С. Бекетов // Качественная клиническая практика. — 2002. — № 2. — С. 76–82. 4. Власов, В. В. Медицина в условиях дефицита ресурсов / В. В. Власов. — М., 2000. — 448 с. 5. Вольская, Е. А. Организационно-правовые аспекты информации о лекарственных средствах / Е. А. Вольская, Г. В. Шашкова // Фармация. — 2001. — № 3. — С. 9–11. 6. Вялков, А. И. Концептуальный подход к формированию программы повышения квалификации по лекарственному менеджменту / А. И. Вялков, Г. В. Шашкова, Р. С. Скулкова, // Фармация. — 2001. — № 1. — С. 7–9. 7. Косарев, В. В. Значение формулярной системы в рациональном использовании лекарственных средств / В. В. Косарев, С. А. Бабанов // Экономика здравоохранения. — 2001. — № 9. — С.8–12. 8. Мешковский, А. П. Место дженериков в лекарственном обеспечении / А. П. Мешковский // Фарматека. — 2003. — № 3. — С. 103–108. 9. Практическое руководство по разработке и внедрению формулярной системы в лечебных учреждениях // Проект «Рациональный Фармацевтический Менеджмент» в России. — Арлингтон, Виржиния / Москва, Россия. 2-изд. Management Sciences for Health Науки Управления для Здравоохранения. — 1997. — 100 с. 10. Реутская, Л. А. Фармакоэкономический подход к вопросу использования дженериков / Л. А. Реутская // Вестник фармации. — 2001. — № 1–2. — С. 35–36. 11. Сулейманов, C. Ш. Создание лекарственного формуляра — первый этап по рациональному использованию лекарственных средств / C. Ш. Сулейманов, С. В. Дьяченко, Т. Н. Шишкина // Матер. Росс. научн-практ. конф. «Рациональное использование лекарств». — Пермь, 2000. — С. 11–12. 12. Шашкова, Г. В. Международные непатентованные наименования: их значение и использование / Г. В. Шашкова // Ремедиум. — 2003. — № 10. — С. 4–10. 13. Kobelt, G. Методы фармакоэкономического анализа: минимизация затрат / G. Kobelt // Клиническая фармакология и терапия. — 1999. — № 2. — С. 50–51. Поступила ^  УДК 616.713:616.12-089 ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРВИЧНОЙ ДИАГНОСТИКИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ^ С. В. Шилько, Ю. Г. Кузьминский, В. В. Аничкин, М. В. Борисенко Институт механики металлополимерных систем им. В. А. Белого НАНБ, г. Гомель Гомельский государственный медицинский университет ^ Показаны возможности первичной биомеханической диагностики состояния сердечно-сосудистой системы, основанной на гидродинамической модели кровотока и реализованной в компьютерной программе БИОДИС V2.2. Ключевые слова: сердечно-сосудистая система, гемодинамика, первичная диагностика, биомеханическое моделирование, программное обеспечение. ^ ON THE BASIS OF BIOMECHANICAL ANALYSIS OF HEMODYNAMICS S. V. Shilko, Yu. G. Kuzminsky, V. V. Anichkin, M. V. Borisenko V. A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of NASB, Gomel Gomel State Medical University Belarussian State University of transport, Gomel The facilities of primary diagnostics of heart and vascular system based on hydrodynamic model of blood flow and realized in software BIODIS V2.2 have been demonstrated. ^ heart and vascular system, hemodynamics, primary diagnostics, biomechanical modeling, software. Введение Для ряда профессий (летный состав, машинисты, водители автотранспортных предприятий, диспетчеры, спортсмены и др. категории) условием допуска к работе является прохождение первичного контроля физического состояния, в т. ч. диагностики сердечно-сосудистой системы (ССС). Значительное число обследуемых и необходимость выявления отклонений от нормы непосредственно перед началом трудовой деятельности обусловили необходимость использования достаточно точных и вместе с тем быстрых, экономичных и неинвазивных методик диагностики. К используемым в медицинской практике и доступным для измерения характеристикам состояния ССС относятся частота сердечных сокращений (ЧСС), верхнее и нижнее пульсовое давление, в т.ч. измеряемое в условиях дозированной физической нагрузки (функциональной пробы), а также антропометрические данные (возраст, рост, вес). Кроме того, для уточнения медицинского заключения полезна информация о содержании гемоглобина ^ , кинематической вязкости крови ρ, содержании адреналина, начальной деформации и модуле упругости стенок сосудов Еd, скорости распространения пульсовой волны Cv и др. К сожалению, в настоящее время перечисленные параметры определяются инвазивными, сложными и дорогостоящими биохимическими и биофизическими методами. Обычно практикуемый «быстрый» способ выявления дисфункций по систолическому давлению, на наш взгляд, является ограниченным, т. к. не вполне характеризует состояние гемодинамики обследуемого. Необходима разработка новых диагностических подходов в дополнение к уже существующим и доказавшим свою эффективность неинвазивным методам [1]. Проведение диагностики в реальном времени затрудняет использование известных гемодинамических моделей [5]. В этой связи авторами предложен ускоренный алгоритм анализа гемодинамики, описанный в [6, 7] и реализованный в компьютерной программе БИОДИС V2.2 [8]. В целях установления степени корреляции и ранжирования выявленных значимых факторов, а также верификации разрабатываемого диагностического средства в настоящей работе выполнен параметрический анализ гемодинамики на основе литературных данных и результатов диагностики контингента лиц с особенностями гемодинамического статуса (спортсмены-разрядники, лица с кардиопатологией). ^ . Учет антропометрических параметров производится при помощи коэффициента поправки kd к опубликованным средним значениям эквивалентных диаметров артериальных сосудов [2], при котором обеспечивается «нормальное» систолическое и диастолическое давление независимо от роста и массы тела. Практика расчетов показала, что даже для средних антропологических показателей человеческого тела (масса 70 кг при росте 170 см) коэффициент поправки kd к опубликованным значениям диаметра артерий, артериол и сфинктеров) равен 0,98. Считается, что капилляры и аорта не оказывают существенного влияния на изменение давлений ввиду малого градиента давления в сосудах данного уровня. Аналогично масса тела определяет «нормальные» значения ударного объема Vsys и частоты сердечных сокращений. Соответственно, возраст пациента определяет «нормальное» значение измеряемой скорости пульсовой волны в см/с. Эта скорость зависит от диаметра d и δ толщины стенок сосуда, модуля упругости стенок сосуда Eb в МПа.  Контролируемыми параметрами сердечно-сосудистой системы является систолическое pmax и диастолическое pmin давление, а также частота сердечных сокращений. При математическом моделировании артериального кровотока предполагается, что на входе в капилляры обеспечивается минимальное давление pcap в пределах 9-15 мм рт. ст. [3]. Известно, что pmin достигается на входе в артериолы, для которых, как и для сфинктеров, отсутствует понятие систолического давления [4]. Названные сосуды обладают мышечным тонусом, препятствующим дилатации. Существенные изменения давления от pmin до pmax происходят в крупных, средних и мелких артериях. Течение артериальной крови в основном является ламинарным и описывается полученной на основе формулы Пуайзеля зависимостью давления от объемной скорости течения, кинематической вязкости крови, длины и диаметра сосуда с учетом возможной дилатации:  где ρ — плотность крови в г/см3, υ — вязкость в сСт, l – длина и d — диаметр сосуда в мм, VM — сердечный выброс в л/мин. В приведенной зависимости изменениям подвержены вязкость, диаметр и объемная скорость течения. ^ измеряется на устройствах типа велоэргометров, и ее ранжирование приведено в литературных источниках. Подобно тому, как в трубопроводном транспорте источником движения перекачиваемой жидкости является электроэнергия, в гемодинамике таким носителем считается кислород О2, вступающий в реакцию окисления с аккумулирующими энергию веществами с выработкой СО2. Поэтому газообмен является функцией многих систем жизнеобеспечения. В частности, в покое принимается W0 = 5, при которой мужчина ростом 170 см и массой 70 кг потребляет 250 мл кислорода в минуту. В зависимости от нагрузки и массы тела М (кг) объем потребляемого кислорода в мл рассчитывается по формуле [4]:  хотя объем кислорода не определяет однозначно объем сердечного выброса. Физическая нагрузка влияет на ударный объем следующим образом:  Если нагрузка W > W0.5max, ударный объем  . При гипертрофии сердца увеличение ударного объема с ростом физической нагрузки не столь значительно [9].^ является ключевым параметром и зависит не только от необходимого количества кислорода, но и от содержания гемоглобина Hb в г/л, параметра кислотного равновесия рН, объемной доли кислорода Gplsm, отдаваемой из плазмы крови, и физической нагрузки W по предложенной авторами формуле:  Авторами введен также коэффициент поправки границ изменения кислородного дифференциала в зависимости от нагрузки:  ,  , .Здесь  и  — пределы изменения кислородного дифференциала в покое, согласно литературным данным [2].Для определения объемной скорости течения в конкретном кровеносном сосуде необходимо разделить сердечный выброс на число моделируемых сосудов. Для сфинктеров предлагается учитывать блокировку части сосудов при возрастании уровня стрессовой нагрузки kstr по эмпирической формуле:  , .Коэффициент  влияния уровня стрессовой нагрузки на число активированных сфинктеров является управляемым.Минутный объем вентиляции легких предлагается расчитывать по формуле:  .Влияние на вязкость крови уровня стрессовой нагрузки kstr, содержания гемоглобина, параметра кислотного равновесия и уровня физической нагрузки [9, 10] учитывается следующими коэффициентами:  , , , .«Нормальные» значения гемоглобина и кислотного равновесия Hb0 и pH0, а также коэффициент kvstr влияния стресса на вязкость крови являются задаваемыми. Коэффициент исходного отклонения вязкости крови пациента от «нормы» является расчетной величиной. Влияние деформации стенок сосудов на модуль упругости существенно неоднородной и физически нелинейной сосудистой ткани можно оценить по формуле:  ,где kd — расчетный коэффициент относительного изменения диаметра сосуда, E0 — исходный модуль упругости стенок сосуда, зависящий от возраста пациента по ступенчатой функции, ke и ked — весовые коэффициенты, используемые при настройке модели. Представляет также интерес учет известного из литературы факта влияния параметра кислотного равновесия на модуль упругости сосудистой ткани. Коэффициент дилатации сосуда в виде отношения диаметра под давлением р и в отсутствие давления определяется из формулы Франка изменения объема сосуда под давлением:  .Здесь учитываются скорость пульсовой волны, плотность и давление крови. Поскольку диаметр и толщина стенок сосуда влияют на скорость пульсовой волны, зависимость дилатации от давления и деформации сосуда является существенно нелинейной. Из числа параметров, определяемых при биохимическом анализе крови, наиболее существенными являются содержание гемоглобина и кислотное равновесие, влияние которых изложено выше. Отметим, что наиболее существенно при варьировании физической нагрузки изменяется рН крови [6]. Целесообразно при моделировании перейти от уровня стрессовой нагрузки к уровню адреналина, содержание которого является наиболее быстро изменяющимся. Увеличение ЧСС с ростом содержания адреналина проявляется также в снижении выносливости для пациентов, чувствительных к стрессу [9]. Помимо учета влияния адреналина на вязкость крови и число активированных сфинктеров, важно найти зависимость реализуемой нагрузки от содержания адреналина. ^ в целях определения ряда неизвестных параметров, число которых превышает число входных параметров, относится к области некорректных задач. Существуют методы решения таких задач, в основном, оптимизационные, которые позволяют минимизировать отклонения (невязки) расчетных и известных значений т.н. контрольных параметров [3, 6]. В настоящей работе рассматриваются два списка параметров, невязки которых минимизируются:
 .
 Контрольными являются либо статистически «нормальные» (в процедуре анализа), либо архивные для конкретного пациента (в процедуре мониторинга) значения вышеназванных параметров, для каждого из которых введены весовые коэффициенты. Здесь коэффициенты ki равны 1 для систолического объема, гемоглобина, кислотности, вязкости, стресса, диаметра и 0,1 — для модуля упругости. ^ ЧСС, давление при нагрузке Wy по данным замера ЧСС, давлений при нагрузке Wx осуществлялся по формулам, предложенным авторами на основании диагностики студентов Гомельского государственного университета:  , , .^ характеризуется повышенной ЧСС и заниженным давлением для предполагаемого сердечного выброса и приводит к регургитации части объема крови Vsys. Объем сброса Vout зависит от систолического и диастолического давления pmin, pmax и площади Sout = Sa kdak частично открытого клапана сердца. При прочих неизменных параметрах кровотока это приводит к увеличению частоты сердечных сокращений до N1 по формулам:   .Применение обратных зависимостей позволяет вычислять коэффициент дисфункции аортального клапана сердца kdak по изменению ЧСС. ^ с параметром kdah = Sо / Sah (соотношение площади просвета к площади сечения коронарной артерии) приводит к снижению исходного коронарного давления ps на величину p, равную местному сопротивлению на внезапном сужении (расширении) коронарной артерии (рисунок 1). Это местное сопротивление зависит от объемной скорости течения в артерии. Снижение давления приводит к изменению градиента давления в артериальной части коронарной системы кровообращения с сопутствующим снижением объемной скорости течения в ССС в пропорции kdqh = qdh / q0 и ухудшением кровоснабжения сердца, обычно потребляющего порядка 5 % общего кровотока в диастолической стадии. Для вычисления потерь давления в стенозированной части сосуда применима формула:  где dak — диаметр коронарной артерии, nak — число моделируемых артерий, Vm — минутный объем крови, ρb и ρr — плотность крови и ртути соответственно.  ^ при заданном параметре kdah искомый коэффициент потерь коронарного кровотока в отдельной артерии kdqh определяется из уравнения:  где Fpps и kdl — функции потерь давления при обычном течении крови в сосудах и изменения диаметров сосудов под давлением, ps — минимальное давление в конце артериальной части коронарной системы. Модель включает базу опорных данных, интерфейс (рисунок 2) и расчетную часть, состоящую из следующих процедур: 1. АНАЛИЗ. Задаются: антропометрические параметры, ЧСС, максимальное и минимальное давления. Дополнительно могут задаваться отдельные параметры из числа расчетных: содержание гемоглобина, параметр кислотного равновесия, вязкость и скорость распространения волны. Рассчитываются параметры и отклонения значений основных параметров от статистических норм. 2. МОНИТОРИНГ. Задаются: вес, нагрузка, ЧСС, максимальное и минимальное давление. Задается номер опорной записи из архива. Определяются отклонения основных параметров от норм из опорной записи. 3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ. Задаются: вес, нагрузка и номер опорной записи из архива. По накопленным статистическим данным определяются ЧСС и давление. Аналогично мониторингу определяются остальные параметры. 4. ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ. Задаются: вес, нагрузка и номер опорной записи из архива. Дополнительно задаются нагрузка, ЧСС и давление при дополнительном обследовании при измененной нагрузке. Путем линейной аппроксимации определяются ЧСС и давления. Методом расчета мониторинговых вычислений определяются остальные параметры. 5. ДИАГНОСТИКА. Задаются: вес, нагрузка, ЧСС, максимальное и минимальное давление, номер опорной записи из архива с параметрами, соответствующими хорошему самочувствию пациента. Значения статистического прогноза ЧСС, минутный объем кровотока, давления при текущей нагрузке и расчетное давление в состоянии покоя размещаются в специальных ячейках. Записываются отклонения расчетного максимального давления в состоянии покоя (гипертония / гипотония) от нормы; текущего ЧСС от прогнозируемого значения (тахикардия/брадикардия); текущего максимального давления от прогнозируемого значения (сердечная недостаточность); степень порока аортального клапана, измеряемая в % площади сечения аорты исходя из степени тахикардии [1]. При прогнозируемом систолическом объеме крови в покое более 150 мл указывается признак спортивного типа системы кровообращения. Верификация решений некорректных задач выполняется путем сопоставления расчетных и измеренных контрольных параметров двумя способами. Первый способ заключался в сопоставлении расчетных результатов с неопределенными и с заданными значениями лабораторно контролируемых параметров (вязкость крови, содержание гемоглобина, параметр кислотного равновесия, скорость распространения пульсовой волны). Поскольку проведение анализов названных параметров в медицинской практике ограничены по стоимостным причинам и не содержатся в архивах в нужном объеме, в качестве контрольных использовались более доступные данные о содержании гемоглобина. Отклонение расчетных и измеренных значений содержания гемоглобина не превышало 8 %. В соответствии со вторым способом, для 75 студентов факультета спортивной медицины Гомельского государственного университета, включая спортсменов-разрядников и призеров международных соревнований, были собраны значения входных параметров в покое и при средней тренировочной нагрузке. Выполнены первичный анализ, мониторинг и прогнозирование параметров при максимальной нагрузке. Обсуждение результатов со специалистами по спортивной медицине не выявило противоречий с их оценкой состояния обследуемых. Прогнозируемые в отдельных случаях аномальные значения дифференциала потребляемого кислорода, уровня кислотного равновесия, вязкости крови) объясняются низким уровнем физической подготовки и сниженной адаптацией к предельным нагрузкам. Для иллюстрации процедуры мониторинга ниже приведены результаты расчета исследуемой группы параметров одного из авторов при варьировании артериального давления (рисунок 3). Обсуждение Отсутствие полной биохимической и биофизической диагностики в большинстве медучреждений, медицинских и спортивных вузах, а также спортивных учреждениях ограничивает объем информации по сердечно-сосудистой системе, важной для оценки трудоспособности, лечения пациентов, тренировок спортсменов и обучения студентов соответствующих специальностей. Предлагаемый подход играет роль дополнительного источника информации «с правом совещательного голоса», позволяя получить хотя бы приблизительные оценки состояния гемодинамики с учетом ряда особенностей пациента (антропометрические параметры, место проживания и т. п.), оказывающих влияние на принятую медицинскую норму содержания гемоглобина в крови. Разработанное автоматизированное средство диагностики может быть интегрировано в существующие системы телемедицины и приборы для индивидуального контроля гемодинамики (тонометры). Анализ получаемой диагностической информации и совершенствование гемодинамической модели в процессе использования способствует постепенному повышению точности расчетных оценок. Естественно, окончательное решение о методе лечения сердечно-сосудистых патологий остается за специалистом-кардиологом, с обязательным привлечением клинического опыта и результатов традиционных методов диагностики. Заключение Показаны возможности биомеханической диагностики состояния сердечно-сосудистой системы, основанной на компьютерной реализации гидродинамической модели кровотока. Разработана компьютерная программа БИОДИС V2.2 для первичного выявления дисфункции сердечно-сосудистой системы. Проведена предварительная верификация на фактических данных. Разработанное средство диагностики позволяет на основе доступных антропометрических данных (нагрузка, рост, вес, возраст) и измеряемых параметров (частота сердечных сокращений, систолическое и диастолическое давление) определить систолический объем, объем циркулирующей крови, минутный объем крови, содержание гемоглобина, кислотность (рН), вязкость крови и эластичность артериальных сосудов. Реализованы процедуры первичного анализа выходных параметров с возможностью учета отдельных лабораторно измеренных входных параметров (вязкость, гемоглобин, рН, скорость распространения ударной волны); мониторинга отклонений выходных параметров от ранее определенных значений; прогнозирования параметров по ранее определенным параметрам сердечно-сосудистой системы и задаваемой нагрузке; диагностики важнейших патологий (% сужения коронарных артерий, % дисфункции аортального клапана, отклонения частоты сердечных сокращений, гипотонии или гипертонии). Данная процедура дополняет обычно используемые в медицинской практике инструментальные методы диагностики состояния сердечно-сосудистой системы. Помимо первичного контроля трудоспособности ряда категорий работающих (летного состава, водителей автотранспортных предприятий, диспетчеров, спортсменов и др.) биомеханический анализ позволяет оперативно и без существенных затрат получить полезную информацию о причинах патологии сердца и сосудов, прогнозировать результаты протезирования в кардиохирургии, а также выявить адаптивные возможности сердечно-сосудистой системы.    ^ цифрами показаны соответствие табличных значений и графических зависимостей ^ 1. Инструментальные методы исследования в кардиологии / Г. И. Сидоренко [и др.] / Под научн. ред. Г. И. Сидоренко. — Минск, 1994. — 272 с. 2. Дубровский, В. И. Биомеханика / В. И. Дубровский, В. Н. Федорова. — М.: Медицина, 2003. — 669 c. 3. Лищук, В. А. Математическая теория кровообращения / В. А. Лищук. — М.: Медицина, 1991. — 256 c. 4. Савицкий, Н. Н. Биофизические основы кровообращения и клинические методы изучения гемодинамики / Н. Н. Савицкий. — Л.: Медицина, 1963. — 403 с. 5. Аnalysis of pressure losses in the hemodialysis graft vascular circuit using finite element analysis / M. Beasley [et al.] // Excerpt from the Proc. of the COMSOL Users Conf. Boston. — 2006. — Р. 185–191. 6. Методика и компьютерная система диагностики состояния сердечно-сосудистой системы / Ю. Г. Кузьминский [и др.] // Проблемы здоровья и экологии. — 2009. — № 2. — С. 90–96. 7. Кузьминский, Ю. Г. Параметрический анализ гемодинамической модели артериальной части сердечно-сосудистой системы / Ю. Г. Кузьминский, С. В. Шилько // Биомеханика-2010: Тез. докл. 10 Всерос. конф. / Под ред. Л. Ю. Коссовича. — Саратов. — Изд-во Сарат. ун-та, 2010. — С. 107–108. 8. Свидетельство № 166 о регистрации компьютерной программы БИОДИС V2.2 / Кузьминский Ю.Г., Шилько С.В., заявка С20100043 от 23.04.2010, дата внесения в Реестр 05.05.2010. 9. Сумин, А. Н. Стресс-реактивность гемодинамики у подростков и факторы ее определяющие / А. Н. Сумин, Л. Ю. Сумина, Н. Д. Васильева // Артериальная гипертензия. — 2008. — Т. 14, № 1. — С. 165–171. 10. Gültekin, Z. Hemodynamic and lactic acid responses to proprioceptive neuromuscular facilitation exercise / Z. Gültekin, A. Kin-Isler, Ö. Sürenkök // Journal of Sports Science and Medicine. — 2006. — № 5. — Р. 375–380. Поступила В зоне эпидермиса, находящегося непосредственно над новообразованием, были отмечены следующие особенности. Клетки характеризовались разнообразием размеров, форм и количеством ядер.. В зоне эпидермиса, находящегося непосредственно над новообразованием, были отмечены следующие особенности. Клетки характеризовались разнообразием размеров, форм и количеством ядер.. |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям