Проблемы создания медицинских систем и комплексов, страница 6

Во всех случаях существенную роль при анализе, конструировании и оценке эффективности технических средств восстановления организменных физиологических функций играют методы математического моделирования. Эти методы позволяют инженерам понять механизмы функционирования систем организма, описать их на том же языке, что и технические системы, и тем самым обеспечить базу для эффективного сопряжения физиологических и технических элементов в едином инженерно-физиологическом комплексе.

В качестве примера рассмотрим модель сердечной мышцы сердца.

2.3. Моделирование сократительных свойств сердца

В решении проблемы борьбы с сердечнососудистыми заболеваниями особое место занимает разработка методов оценки механических сократительных свойств сердца. Такая оценка важна и при диагностике заболеваний, и при определении эффективности лечебных мероприятий, предпринимаемых для восстановления сердечной деятельности с помощью фармакологических препаратов или технических средств.

В настоящее время медицина располагает разнообразной аппаратурой, как для инвазивных, так и для неинвазивных измерений различных переменных сердечно-сосудистой системы в эксперименте и клинике. Тем не менее, проблема оценки сократимости сердца стоит в современной кардиологии очень остро. Это связано, по-видимому, в первую очередь с тем, что при ее решении преобладает эмпирический подход. При этом подходе на основе тех или иных измерений рассчитываются так называемые индексы сократимости, которых в настоящее время насчитывается несколько десятков и которые практически все являются эмпирическими. Применение математических методов расчета различного рода регрессионных зависимостей между самими измеряемыми величинами и между индексами не изменяет существа подхода.

Трудности оценки сократимости обусловлены рядом обстоятельств, главное из которых заключается в том, что сердце – это элемент системы кровообращения, представляющей собой сложную систему управления со многими обратными связями. Поэтому по значениям обычно измеряемых переменных и индексов трудно отделить патологические сдвиги в различных отделах сосудистой системы от изменений сократительных свойств сердца. Кроме того, измеряемые переменные и индексы отражают не только сократительные свойства сердца, но и другие факторы его функциональной активности: частоту сердечных сокращении, длительность фазы изгнания, диастолические параметры и др. Наконец, не меньшие трудности связаны с отсутствием четкого определения самого понятия сократимости. До сих пор продолжаются поиски универсального скалярного показателя, а между тем появляется все больше доказательств того, что сократимость надо считать многокомпонентным (векторным) понятием. Разные же индексы отражают разные компоненты сократительных свойств.

Конструктивным подходом к решению проблемы оценки сократительных свойств сердца может служить разработка строгих математических моделей механики сердечной мышцы и сердца в целом. Оценка сократительных свойств есть оценка параметров этих моделей по экспериментальным и клиническим данным. Такие модели должны удовлетворять ряду требований. Важнейшее из них заключается в необходимости построения простейших моделей с минимальным числом параметров. Это требование диктуется существенной неполнотой и, как правило, плохим качеством клинических и экспериментальных данных. Однако модели должны, несмотря на простоту, достаточно адекватно отражать существенные черты механики сокращения. Важным требованием является возможность истолкования (формализация) сократительных свойств в терминах данной модели.

Оценка параметров моделей желудочка сердца по клиническим данным дает возможность диагностировать контрактильную недостаточность сердца или ее изменение при лечебных мероприятиях с помощью как терапевтических, так и технических средств. Оценка же параметров модели изолированной мышцы по экспериментальным данным позволяет оценивать сравнительную эффективность фармакологических препаратов в их воздействии на сократительный аппарат мышцы.