3. Модифіковані шляхом урахування впливу змін зовнішнього атмосферного тиску на організм математичні моделі фізіологічних систем дали можливість досліджувати вплив атмосферного тиску на гемодинаміку і перерозподіл рідин в організмі людини.

4. Встановлено, що статична незалежність рівня артеріального тиску від рівня атмосферного тиску є результатом зміни об'єму крові на основі взаємодії біофізичних і фізіологічних механізмів.

5. Причиною чутливості серцево-судинної системи до змін атмосферного тиску є нерівномірність передачі екстрасудинного тиску всередину організму у зв'язку з неоднорідністю еластичних властивостей тканин і порожнин, в яких розташовані дані судини, що викликає появу додаткових градієнтів тиску в ССС.

6. Розроблена програмна технологія моделювання гемодинаміки, яка базується на декомпозиції математичної моделі на ряд моделей окремих фізіологічних систем, які описуються у вигляді незалежних програмних модулів та взаємодіють через встановлений формальний програмний інтерфейс, дозволила інтегрувати в єдиний дослідницький комплекс кількісні моделі фізіологічних систем і механізмів суттєво різної динаміки.

7. Програмно-моделювальний комплекс передбачає урахування інших систем і механізмів впливу зовнішніх факторів на гемодинаміку людини шляхом створення та підключення додаткових моделей, що дозволяє розширювати його дослідницький потенціал без змін в технології.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ ПРАЦЯХ

1. Григорян Р.Д. Программный имитатор сердечно-сосудистой системы человека на основе ее математической модели / Р.Д. Григорян, П.Н. Лиссов // Проблеми програмування. - 2004. - №4. - С.100-111.

2. Григорян Р.Д. Программно-моделирующий комплекс для теоретических исследований взаимодействия физиологических систем человека / Р.Д. Григорян, К.Л. Атоев, П.Н. Лиссов, А.А. Томин // Проблеми програмування - 2006. - №1. - С.79-92.

3. Ліссов П.М. Технологія створення програмного комплексу для моделювання фізіологічних систем / П.М. Ліссов // Проблеми програмування. - 2008. - №2-3. - С.770-776.

4. Григорян Р.Д. Специализированный программно-моделирующий комплекс «PHYSIOLRESP» / Р.Д. Григорян, П.М. Лиссов, Т.В. Аксенова, А.Г. Мороз // Проблеми програмування. - 2009. - №2. - С.67-82.

5. Григорян Р.Д. Математическое моделирование динамики жидких сред организма в условиях экзобародинамики / Р.Д. Григорян, П.Н. Лиссов // Доповіді Академії Наук України. - 2009. - №9. - С.48-55.

6. Grygoryan R.D. Internal originators of functions fluctuation in multi-cellular organism / R.D. Grygoryan, P.M. Lissov // Bioelectromagnetics. Current Concepts. - Springer. - 2006. - P.423-430.

7. Grygorian R.D. Producer-user relationships between living cells as a basis of natural control systems self-organization / R.D. Grygoryan, P.N. Lissov // PDMU-2005: 10th international conf., 12-17 September 2005. - 2005. - P. 27-28.

8. Atoyev K.L. Global change and healthcare challenges: information system for adaptiveness to environmental impacts and healthcare assessment / K.L. Atoyev, R.D. Grygoryan, P.N. Lissov, A.A. Tomin // Society For Risk Analysis Annual Meeting, 2005. - P.15.

9. Ліссов П.М. Моделювання взаємопов'язаних фізіологічних систем організму людини / П.М. Ліссов // XV Всеукр. наук. конф. СППМІ-2008: тези доповідей, 6-8 жовтня 2008р., Львів. - Львів, 2008. - С.74.

10. Лиссов П.Н. Моделирующий комплекс для теоретического исследования гемодинамики человека в условиях экзобародинамики / П.Н. Лиссов // І Всеукр. з'їзд "Медична та біологічна інформатика та кібернетика": матеріали конференції, м.Київ. - К.2010. - С.232.

АНОТАЦІЇ

Ліссов П.М. Моделювальний комплекс для дослідження гемодинаміки людини в умовах змінного атмосферного тиску - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.09 - медична і біологічна інформатика та кібернетика. - Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем НАН України і МОН України, Київ, 2011.

В дисертаційній роботі дано нове вирішення актуальної науково-практичної задачі побудови програмного моделювального комплексу для дослідження комплексної реакції гемодинаміки людини на зміни атмосферного тиску з урахуванням екскреторної функції нирок, барорецепторної регуляції гемодинаміки, перерозподілу рідин між ССС, міжклітинним та внутрішньоклітинним просторами та лімфатичної системою.

Розроблено комплексну математичну модель, яка описує функціонування серцево-судинної та екскреторної систем, барорецепторну регуляцію гемодинаміки в умовах змінного атмосферного тиску з урахуванням динаміки рідин у міжклітинному, внутрішньоклітинному та лімфатичному просторах. Запропоновано технологію моделювання, яка полягає в розбитті комплексної моделі на ряд окремих математичних моделей функціональних систем організму та реалізації кожної з них в якості окремого програмного модуля з визначеним інтерфейсом. Це дає можливість формалізувати взаємозв'язок між підмоделями і забезпечити можливість використання довільних програмних засобів для налаштування та аналізу результатів.

Проведені модельні експерименти дозволили стверджувати адекватність моделі та зробити висновок, що перерозподіл рідини всередині організму пояснює чутливість людини до динаміки атмосферного тиску та стабілізацію стану при довільному сталому рівні тиску.

Ключові слова: моделювальний комплекс, математична модель гемодинаміки людини, барорецепторна регуляція, атмосферний тиск, перерозподіл рідин всередині організму.

Лиссов П.Н. Моделирующий комплекс для исследования гемодинамики человека в условиях переменного атмосферного давления - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.09 - медицинская и биологическая информатика и кибернетика. - Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН Украины и МОН Украины, Киев, 2011.

В диссертационной работе приводится новое решение актуальной научно-практической задачи построения моделирующего комплекса для исследования гемодинамики человека в условиях изменений атмосферного давления, что позволило исследовать роль перераспределения жидкости в организме человека для стабилизации гемодинамики при изменениях атмосферного давления.

Известно, что несмотря на явное реагирование гемодинамики человека на изменения атмосферного давления, основные показатели гемодинамики (артериальное давление, сердечный выброс) практически не зависят от установившегося уровня атмосферного давления. Данная работа посвящена проверке гипотезы о том, что поддержание показателей гемодинамики обеспечивается перераспределением жидкостей внутри организма.

Атмосферное давление передается в организм человека неравномерно, вызывая появление дополнительных градиентов давления как внутри одной системы (между разными участками сосудистой сети), так и между разными анатомическими системами (между ССС, межклеточной и внутриклеточной системами). Это вызывает перераспределение жидкости между такими системами.

Разработана комплексная математическая модель, описывающая функционирование сердечнососудистой, выделительной систем, барорецепторную регуляцию ССС в условиях переменного атмосферного давления с учетом динамики жидкостей в межклеточном, внутриклеточном и лимфатическом пространствах. Математическая модель базируется на существующих моделях ССС в сосредоточенных параметрах и усовершенствована путем учета передачи внешнего давления в сосуды. Для описания насосной функции сердца созданы 2 модели: с пульсирующими и усредненными параметрами. Разработанная технология позволяет переключаться между этими моделями как перед проведением эксперимента так и во время него, что обеспечивает точность описания и одновременно позволяет проводить длительные эксперименты.

Для описания динамики жидкостей в тканях создана модель в сосредоточенных параметрах, которая рассматривает несколько участков межклеточного и внутриклеточного пространств (их набор определяется набором капиллярных участков модели ССС) и единое лимфатическое пространство. Математическое описание этой модели аналогично модели ССС с дополнительным учетом осмотического давления.

Предложена технология моделирования, состоящая в декомпозиции комплексной модели на ряд отдельных математических моделей функциональных систем организма и оформлении каждой из них в качестве отдельного программного модуля с определенным интерфейсом. Это дало возможность формализовать взаимосвязь между модулями и обеспечить возможность использования произвольных средств внутри модуля для настройки и анализа результатов.

Моделирующий комплекс оформлен на основе платформы Micosoft .Net в качестве программы для ПК. Созданы инструменты, позволяющие исследователю собирать модель организма из подсистем, настраивать модель, проводить исследования и анализировать полученные результаты без необходимости привлечения программистов. Разработан ряд решений, в том числе расчет моделей с различным шагом, переменный шаг интегрирования, прореживание результатов и т.д., что позволило добиться значительного увеличения скорости расчета и снизить требования к оперативной памяти. Это позволяет имитировать реальные процессы, длящиеся до нескольких суток, на обычном ПК.

Был проведен ряд компьютерных экспериментов для моделирования ортостатической нагрузки, кровопотери, изменения давления вокруг нижней части тела. Результаты вычислений лежат в пределах известных из литературы результатов реальных измерений, что позволяет утверждать, что модель адекватно описывает рассматриваемые процессы.

Поставлен ряд имитационных экспериментов, моделирующих изменения атмосферного давления как с небольшой амплитудой (характерных для прохождения атмосферных фронтов), так и с большой амплитудой (характерных для полета на пассажирском самолете). Модель позволила показать, что при отсутствии перераспределения жидкости без барорецепторной регуляции гемодинамики возникали бы резкие изменения артериального давления и сердечного выброса. Барорецепторная регуляция поддерживает эти показатели на приемлемом, но несколько измененном уровне, однако это достигается при большом напряжении регуляторов, что проявляется в больших изменениях ЧСС. Перераспределение жидкости позволяет поддержать показатели гемодинамики на нормальном уровне без чрезмерной активации регуляторных механизмов. Таким образом, показано, что перераспределение жидкости внутри организма играет важную роль в поддержании показателей гемодинамики при изменении атмосферного давления, а повышенная индивидуальная чувствительность к таким изменениям давления воздуха может быть объяснена инерционностью процесса перераспределения жидкости и пониженной активностью барорецепторных механизмов регуляции гемодинамики у таких людей. Ключевые слова: моделирующий комплекс, математическая модель гемодинамики человека, барорецепторная регуляция, атмосферное давление, перераспределение жидкости внутри организма.

Lissov P.N. Modeling complex for research of human hemodynamic under atmosphere pressure changes - Manuscript.

The thesis for a candidate degree in technical sciences in the specialty 05.13.09 - medical and biological informatics and cybernetics. International Research and Training Centre of Information Technologies and Systems, Kiev, 2011.

The given thesis provides new solutions for the problem of mathematical model development for research of human hemodynamic under atmosphere pressure changes. This allowed an investigation of the role of liquids distribution in hemodynamic stabilization under pressure changes.

The complex mathematical model that describes the cardiovascular system, kidneys, barometric control system, fluids dynamics in intra- and intercellular and lymphatic spaces functioning under changing atmosphere pressure was created. The modeling technology that is based on complex model decomposition into a set of independent mathematical models of anatomic functional systems and the implementation of each of them as a separate software unit that provides defined interface was presented. The technology allowed the provision of a formal way of interconnection and interchange of such modules without introducing any restrictions on their inner structure and software instruments for models setup and modeling results analysis.

A set of experiments that proved the model complex as being adequate to processes under research was performed on these models. They show that sensitivity to atmosphere pressure changes in dynamics and independence of hemodynamic state to any given stable level of pressure is explained by liquid redistribution in the human body.

Keywords: modeling complex, mathematical model of human hemodynamic, baroreceptor control, atmospheric pressure, liquid distribution in the human body.

Размещено на Allbest.ru