CC BY
81
MS Excel для учета фармакологической активности при альтернативной форме учета реакций. II Современные проблемы токсикологии. — 2003. — №4. — С. 81-89.
4. ВеселовскаяН.В., КовапенкоА.Е. Наркотики. — М.: «Триада-Х», 2000. — 206 с.
5. Георге Могош Острые отравления — диагноз и лечение. Бухарест: Медицинское издательство, 1984. — 579 с.
6. Егоров В.Ф., Кошкина Е.А., Корчагина Г.А., Шамота А.З. Наркологическая ситуация в России II Русский медицинский журнал.
— М., 1997. — С. 109-114.
7. ИванецН.Н., ВинниковаМ.А. Героиновая наркомания. М.: «Медпрактика», 2000. — 122 с.
8. Кошкина Е.А., Корчагина Г.А. Показатели потребления психоактивных веществ подростками в г. Санкт-Петербурге в 19891994 г.г. // Вопросы наркологии. — 1996. — №2. — С. 60-64.
9. Кошкина Е.А., Паронян И.Д. Распространенность употребления наркотических и токсических веществ среди подростков-уча-щихся СПТУ. //Вопросы наркологии. — 1994. — №2. — С. 79-84.
10. Лаговский А.Ю. Медико-социальная характеристика осужденных женщин больных наркоманией: Автореферат диссертации на соисканиеученой степени к.м.н.. — М. — 1993. — 32 с.
11. Мамкин А.Б. Некоторые новые данные об особенностях острой интоксикации при опийной наркомании II Проблемы наркологии. Тезисы докладов объединенной конференции психиатров. Душанбе, 1989. — С. 187-189.
12. Остапенко Ю.Н. Диагностика и неотложная помощь при отравлении наркотиками на догоспитальном этапе. //Особенности клиники, диагностики и лечения острых отравлений наркотиками. Материалы городской научно-практической конференции.
— 1999 — С. 11-15.
13. Статистические расчеты, используемые в фармакологии и токсикологии (методы альтернативного анализа) — http:llwww.stats-ojt.ru/home/portal/applications/medicine/pharma.htm.
14. ЧеркесА.И. Ореакцииорганизма налекарстваияды.Харьков:изд-воМистецтво, 1938. —52 с.
15. Шигеев С.В. Судебно-медицинская оценка острых отравлений опиатами// Проблемы экспертизы в медицине. — 2005. — № 1. — С. 25-26.
16. Шигеев С.В., Жаров В.В. Судебно-медицинское диагностическое значение содержания морфина в крови и моче II Судебно-медицинская экспертиза. — 2005. — №5. — С. 39-42.
17. Шигеев С.В. Судебно-медицинская диагностика смертельных отравлений препаратами опия (комплексное морфологическое, лабо-раторноеимедико-статистическое исследование):Автореф. дис. ... канд. мед. наук. —М. —2002. —21 с.
© А.Ю. Вавилов, А.А. Халиков, М.С. Ковалева, 2006 УДК 576.72:615.842
А.Ю. Вавилов, А.А. Халиков, М.С. Ковалева МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ ПРИ ОЦЕНКЕ ЕЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ МЕТОДОМ ИМПЕДАНСОМЕТРИИ
Кафедра судебной медицины (зав. — проф. В.И. Витер) ИГМА,
кафедра....
бюро судебно-медицинской экспертизы (нач. — В.И. Жихорев) М3 УР В статье представлены материалы по математическому моделированию элек-трических процессов, происходящих в биологической ткани при проведении импедансометрии ее повреждений. Показано схемотехническоерешение, объясняющее особенности выявляемых авторами изменений. Разработан вариант оценки результатов импедансометрии, позволяющий на макроуровне более аргументировано обосновать степень повреждения микроструктур кожи, руководствуясь величиной ее электрической емкости.
Кпючевыеспова:математическоемоделирование, импедансометрия, емкость, повреждениякожи.
MATHEMATICAL MODEL OF ELECTRIC PARAMETERS OF THE BIOLOGICAL TISSUE IN ESTIMATION
OF DAMAGES BYIMPEDANSEMETRY
A.Ju. Vavilov, A.A. Khalikov, M.S. Kovalyova 'Ше mathematical model of electric processes in damaged biological tissue carrying out by impedance measurement is submitted. It is shown a circuit decision, which explains revealed changes, 'ttiese results allow proving a damage rate of microstructures ofskin by its electric capacity.
Key words: mathematical modeling, impedance measurement, capacity, skin damages.
Моделирование, как метод познания сути процессов, происходящих в объектах материального мира, является одним из наиболее мощных инструментов научного мышления.
Благодаря использованию моделей, можно ставить гипотезы и проверять их, выявлять дефекты теорий, предсказывать новые явления.
Элементы моделирования присутствуют в любой сфере современного общества. Медицина в целом, так же пришла к математическому, кибернетическому моделированию различных состояний человека в норме и патологии. Научные перспективы, открытые перед моделированием биологических и, в частности, судебно-медицинских, закономерностей, в настоящее время широки и многообещающи.
В судебной медицине, в той или иной мере, моделированию подвергались все процессы, которые можно было выразить количественно [4, 9, 10].
Основными способами моделирования при этом являются:
— моделирование в реальном масштабе времени;
— математическое моделирование.
Метод моделирования в реальном масштабе времени был предложен П.И. Новиковым [4]. Метод отличается весьма высокой точностью диагностики и корректностью модели, но имеет ряд существенных недостатков, среди которых громоздкость, длительность исследования и большая зависимость конечного результата от комплекса трудно учитываемых факторов (погрешность изготовления физической модели, температурные зависимости параметров компонентов этой модели и т.д.).
Абстрактно-логическое представление динамического процесса с описанием его закономерностей математическим языком в виде функции, уравнения - математическое моделирование, имеет преимущество, так как, оперируя
базовыми, фундаментальными положениями современного естествознания, свободно от недостатков, присущих моделированию в реальном времени, сохраняя его достоинства в точности предсказания конечного результата.
Необходимо так же отметить, что интенсивное развитие высокотехнологичных отраслей промышленности, привело к возможности осуществления сложных математических вычислений с помощью специализированных математических (статистических) программ (Mathematica, SPSS), а разработка компьютерных средств проектирования (CAD - computer-aided design), позволила составлять модели сложных объектов материального мира (ArhiCad, AutoCad, MathCad) с описанием их свойств на «языке цифр».
Одним из способов математического моделирования является создание эквивалентных электрических цепей [1, 4], изменения прохождения тока в которых, соответствуют в динамике изучаемому на практике процессу.
В настоящей статье представлены некоторые результаты математического моделирования электрических процессов при проведении нами исследований по изучению импеданса биологических тканей [2, 6, 8]. В качестве инструмента использована программа схемотехнического моделирования Electronics Workbench 8.0 Trial.
Методика импедансометрии основана на известном положении, о способности биологической ткани проводить переменный ток.
Биологические мембраны и, следовательно, ткани организма в целом, обладают емкостными свойствами, в связи с чем, импеданс тканей определяется не только омическим (резистивным), но и емкостным сопротивлениями [5].
Представляя эквивалентную электрическую схему биологической ткани в виде параллельного соединения двух ветвей, содержащих, соответственно резистор и резистор и конденсатор (рис. 1), определяем общее сопротивление (импеданс) биологической ткани:
(1) где
Яобщ— общее сопротивление цепи (биологической ткани) (Ом);
R1 — омическое сопротивление внеклеточных электролитов (Ом); R2 — омическое сопротивление внутриклеточныхэлектролитов (Ом); Хс — емкостное сопротивление биологическихмембран (Ом).
В мертвой ткани разрушены мембраны, играющие роль конденсаторов, и ткани обладают только омическим сопротивлением, не имеющим частотной зависимости (линия Б, на рис. 2).
17000.0
16000.0
15000.0
14000.0
13000.0
1 12000,0
2 11000,0 5 10000,0
9000.0
8000.0 7000,0
10 100 1000 10000 100000 Частота тока (Гц)
^0— "живая" ткань —"мертвая" ткань
Рис. 2. Частотная зависимость импеданса биологической ткани.
Изучая электрическое сопротивление поврежденных участков кожи, нами получены некоторые результаты, свидетельствующие о перспективности метода импедансометрии при исследовании вопроса прижизненное™ и давности механической травмы [7]. Тем не менее, определенные экспериментально значения электрического сопротивления кровоподтеков кожи и сравниваемых с ними интактных участков, несмотря на наличие между ними достоверных статистическихразличий, сравнительно невелики (табл. 1).
Таблица 1.
Значения электрического сопротивления кровоподтеков кожи и интактных ееучастков (группа сравнения)
Интактная кожа
100 Гц 1 кГц 10 кГц 100 кГц
Среднее значение 10,76 10,53 10,46 10,16
Ст. отклонение 1,1 1,0 1,0 1,0
п 93 93 93 93
Кровоподтек
Среднее значение 10,22 10,01 10,03 9,73
Ст. отклонение 1,0 1,0 1,0 1,0
п 91 91 91 91
Коэф. Стьюдента 3,7 3,4 3,0 2,9
Крит, значение t 1,973 при Р>95
(2) где
Хс — емкостное сопротивление (Ом); о) — угловая частота (Гц);
С — емкость (Фарад).
Являясь частотнозависимым параметром, данная характеристика позволяет оценить жизнеспособность тканей организма и их физиологическое состояние. Так, например, импеданс биологической ткани меняется при изменении кровенаполнения сосудов, соотношения между клеточными и внеклеточными электролитами в результате травматических воздействий на ткани и т.д. [5].
При этом динамика частотной зависимости импеданса неповрежденной биологической ткани имеет вид экспоненциальной кривой (линия А, на рис. 2).
При этом макроскопическая характеристика повреждений (цвет, форма, объем излившейся крови) предполагает наличие значительных изменений микроскопических структур ткани и, следовательно, величины емкостного ее сопротивления.
С целью установления степени вклада емкостного сопротивления клеточных мембран в общий импеданс исследуемого участка биологической ткани, а так же возможности расчетного ее определения, проведено следующее:
— в программе Electronics Workbench 8.0 Trial составлена электрическая цепь, эквивалентная участку биологической ткани, заключенному между электродами используемого нами измерительного прибора (рис. 3) с включением в нее широкодиапазонного синусоидального генератора и микроамперметра переменного тока. Параметры компонентов заданы таким образом, чтобы они полностью соответствовали реальным условиям экспериментального исследования.
— На различных частотах (10 Гц - 100 кГц) изучалось сопротивление данного участка переменному току. Изменения величины емкостного сопротивления моделировалось путем последовательного увеличения емкости
Рис. 3. Схема моделирования процесса измерения импеданса биологической ткани
конденсатора С1 в пределах от 10 пФ до 1 мкФ (в 1x106 раз). Сопротивления резисторов и Я2 заданы равными 16 кОм, что, с определенной степенью допущения, соответствует нормальному значению импеданса плазмы крови [2, 8].
Смоделированные значения величины тока через изучаемую цепь и соответствующие им значения ее импеданса, представлены в таблице 2.
Установлено, что наиболее близкие по характеру распределения расчетные значения импеданса цепи их реальным величинам, полученным экспериментально, соответствуют значениям емкости Сх в интервале от 1до100 нФ.
Таблица 2.
Значения величины тока (мкА) через цепь и соответствующие им значения ее импеданса (Ом)
10
100
1000
Гц
62,49
62,50
62,50
10000
62,51
100000
63,45
Гц
10
100
1000
10000
100000
lOpF
16002,6
16000,0
R
62,50
62,50
16000,0
62,50
15997,4
63,44
15760,4
99,38
10nF
62,52
15994,9
63,45
15760,4
99,35
124,60
125,00
R
10065,4
8025,7
8000,0
lOOpF
R
16000,0
62,51
16000,0
62,51
16000,0
63,45
15762,9
99,35
10062,4
100 nF
63,45
99,35
124,50
125,00
125,00
R
15760,4
10065,4
8032,1
8000,0
8000,0
1 nF
15997,4
15997,4
124,60
R
15760,4
10065,4
8025,7
1 mF
99,34
10066,4
124,50
8032,1
125,00
125,00
125,00
R
8000,0
8000,0
8000,0
Гц С Хг
10 100 нФ 159235,67 14661,34
100 100 нФ 15923,57 10658,16
1000 100 нФ 1592,36 8379,22
10000 100 нФ 159,24 8039,61
100000 100 нФ 15,92 8003,98
Таким образом, сопротивление внеклеточных электролитов оказывает «скрадывающий» эффект, маскируя величину изменения Хс — степень повреждения клеточных мембран.
Между тем, предлагаемый нами подход — моделирование электрических процессов в ткани при измерении ее импеданса — позволяет установить истинное значение емкостного сопротивления, оценив тем самым на макроуровне степень повреждения микроструктур.
Для этого, в качестве инструмента, нами выбран табличный процессор Microsoft Office Excel, являющийся элементом программного обеспечения, присутствующим на абсолютном большинстве современных персональных компьютеров. Помимо присутствующих в Excel тривиальных табличных и математических методов, в нашем случае особенно полезным является наличие сервисной функции, именуемой «подбор параметра». Суть работы данной функции заключается в выполнении компьютером ряда последовательных итераций — вычислению интересующего пользователя параметра по указанному выражению до совпадения расчетных значений с заданными.
Используя выражение (1) произведем подбор величины Хс до совпадения вычисленных значений Яобщ с реальными значениями, определенными экспериментально (табл. 1).
После установления величины емкостного сопротивления, рассчитаем емкость биологической ткани, для чего, получив путем преобразования из уравнения (2), используем следующее выражение:
1
С-
2 nfXr
(3)
Результаты такового расчета, а так же параметры используемых для этого величин, представлены в таблице 4.
Таблица 4.
Результаты расчета по определению емкостного сопротивления (ХС, Ом) и емкости (С, Фарад) биологической ткани (неповрежденной кожи и зоны кровоподтека на ней)
Воспользовавшись уравнением (2) рассчитаем величину емкостного сопротивления Хс на разных частотах, а произведя подстановку его в уравнение (1) определим теоретическую величину вклада емкостного сопротивления в общий импеданс исследуемой биологической ткани (табл. 3).
Таблица 3.
Значения емкостного сопротивления (Хс> Ом) при емкости конденсатора 100 нФ ирасчетные значения импеданса биологической ткани №общ> Ом)
Интактная кожа
Гц я. общ. С
100 16000 16000 16855,0 10760,0 9,4474Е-08
1000 16000 16000 14800,7 10530,0 1,0758Е-08
10000 16000 16000 14209,4 10460,0 1,1206Е-09
10000 16000 16000 11835,6 10160,0 1,3453Е-09
Среднее значение 2,6924Е-08
Кровоподтек
Гц R2 Хс ^общ. С
100 16000 16000 12290,7 10220,0 1,2955Е-07
1000 16000 16000 10737,9 10010,0 1,4829Е-08
10000 16000 16000 10881,1 10030,0 1,4634Е-09
10000 16000 16000 8829,3 9730,0 1,8034Е-09
Среднее значение 3,6913Е-08
Как следует из представленной таблицы 3, несмотря на значительные изменения величины емкостного сопротивления (со 159 кОм до 15 Ом), общее значение импеданса цепи меняется не более чем на 6 кОм, что обусловлено влиянием на Яобщ значения Я1 — импеданса внеклеточных электролитов ткани.
Среднее значение емкости интактной кожи соответствует 2700 пФ, а из области кровоподтека — 3700 пФ.
Таким образом, предлагаемый в настоящей статье подход, позволяет при проведении импедансометрии кровоподтеков, руководствоваться не частотнозависимыми величинами общего сопротивления биологической ткани, а значением ее емкости, тем самым более полно и адекватно на макроуровне оценивая степень повреждения микроструктур кожи.
Литература:
Вавилов А.Ю.у Куликов В.А., Рамишвили А.Д. Электрическая модель тела человека как многослойного объекта // Применение вычислительной техники в измерительных системах. Межвузовский сборник. — Ижевск: Экспертиза, 1997. — С. 48-52.
2. Вавилов А.Ю., Чирков В.Е., Поздеев А.Р., Плешакова Н.П. О возможности применения метода измерения электрического сопротивления при исследовании биологических сред // Проблемы экспертизы в медицине. — Ижевск: Экспертиза, 2004. — №1. — С.21-23.
3. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 560 с.
4. Новиков П.И. Судебно-медицинская диагностика давности наступления смерти способом моделирования посмертного процесса изменения температуры трупа:Дис. ... д-рамед. наук. —М., 1986.
5. РемизовА.Н. Медицинская и биологическая физика. М., «Высшая школа», 1987. — 640 с.
6. Халиков A.A., Вавилов А.Ю. Характеристика и перспективы биофизических методов при определении давности кровоподтеков уживыхлиц//Проблемыэкспертизывмедицине. —Ижевск:Экспертиза, 2005. —№4. —С. 11-13.
7. Халиков A.A., Вавилов А.Ю., Хасанянова С.В. Состояние и перспективы проблемы определения прижизненности и давности механических повреждений // Проблемы экспертизы в медицине. — Ижевск: Экспертиза, 2005. — №1. — С. 36-40.
8. Чирков В.Е., Вавилов А.Ю., Прошутин В.Л., Поздеев А.Р. К вопросу экспресс-диагностики «трупной» крови и крови от живого лица, свозможностъю определениядавности образованияеепятна//Морфологическиеведомости. —2005. —№3-4. —С. 166-168.
9. Шульман З.П. Хусид Б.М., Файн И.В. Теоретический анализ тепловых процессов в живой биоткани при локальной гипертермии. I. Виотепловоеуравнениеилокалънаягипертермия//Инженерно-физическийжурнал. — 1995. — Т. 68. —№1. —С. 75-86.
10. Marshall Т.К., Hoare F.E. Estimating the time death. 'Ше rectal cooling after death and its mathematical expression. // }. Forens. Sei.
— 1962. —Vol.7. —P. 56-81.
© Д.Л. Кондратов, Л.М. Гринберг, 2006 УДК 340.621:616-089.168.1-06
Д.Л. Кондратов, Л.М. Гринберг АЛГОРИТМЫ ДИАГНОСТИКИ И ПОСТРОЕНИЯ ДИАГНОЗА ПРИ ТУБЕРКУЛЕЗЕ В СУДЕБНО-МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ
Свердловское областное бюро судебно-медицинской экспертизы (начальник бюро - к.м.н. Н.И. Неволин), кафедра патологической анатомии (зав. кафедрой - проф. Л.М. Гринберг) Уральской государственной медицинской академии
В работе приведены основные варианты танатогенетического алгоритма построения судебномедицинского диагноза при сочетании различных форм туберкулеза со случаями различных нозологических форм насильственной и ненасильственной смерти, в том числе при сочетании туберкулеза с острой алкогольной интоксикацией, переохлаждением, гнилостными изменениями трупа.
Ключевые слова: туберкулез, судебно-медицинский диагноз, алгоритмы.
DIAGNOSTICS & DIAGNOSIS FORMATION’S ALGORITHMS OF TUBERCULOSIS INFORENSIC MEDICAL PRACTICE.
D.L. Kondrashov, L.M. Grinberg
'Ше main variants of tanatogenetic algorithm of forensic medical diagnosis at combination of different tuberculosis forms with cases of various nosological forms of violent & nonviolent death, including the combination of tuberculosis with acute alcoholic intoxication, overcooling, putrefactive corpse changes are given in this work.
Keywords: tuberculosis,forensicmedical diagnosis, algorithms.
За последние десять лет в нашей стране отмечается резкое увеличение как впервые выявленных случаев, так и смертности от туберкулеза [5, 6]. В современных условиях туберкулез протекает более «агрессивно», растет количество остро прогрессирующих форм, увеличивается смертность во всех группах населения, но в большей степени среди лиц мужского пола, трудоспособного возраста, среди безработных и асоциальных категорий граждан [3, 4]. При этом туберкулез в настоящее время претерпевает негативную фазу патоморфоза, характеризуется не только ростом количественных эпидемиологических показателей, но и глубокими качественными изменениями самого возбудителя, структуры форм заболевания, его осложнений, причин смерти и патоморфологических проявлений [1, 2].
Судебно-медицинским экспертам приходится все чаще встречаться в своей практической деятельности с не диагностированными при жизни различными формами туберкулеза, которые могут выступать в роли основной причины смерти, а также фонового или сопутствующего заболевания. Значительный рост смертности от туберкулеза, особенно от генерализованных и остро прогрессирующих форм заболевания, не может не отражаться на структуре случаев ненасильственной смерти, которые исследуют судебно-медицинские эксперты. По данным архивных материалов Свердловского областного бюро судебно-медицинской экспертизы за период с 1994г. по 2005г. в структуре ненасильственной смерти доля случаев смерти от туберкулеза возросла в 4 раза.
Основная причина неуклонного роста доли туберкулеза в структуре судебно-медицинских вскрытий
заключается не только в ухудшении эпидемиологическои обстановки по данному заболеванию, но и в том, что значительная часть больных туберкулезом умирает, оставаясь неизвестными противотуберкулезной службе при жизни. Это обстоятельство в свою очередь можно объяснить мощными миграционными процессами, происходящими в нашем обществе, достаточно высокой степенью распространения алкоголизма и наркоманий, приводящих к асоциальному образу жизни, потери постоянного места жительства и социальной деградации части населения. Определить причину смерти у указанного контингента лиц правоохранительные органы и прокуратура поручают судебно-медицинской службе, прежде всего для исключения возможных насильственных ее причин.
Установление причины смерти — одна из важнейших задач, постоянно решаемых судебно-медицинскими экспертами при исследовании тел умерших. На практике не всегда однозначно удается выделить этапы и механизм танатогенеза (последовательность патологических процессов, ведущих к смерти) и правильно сформулировать судебно-медицинский диагноз. Это в первую очередь относится к случаям сочетания различных видов насильственной смерти с различными заболеваниями, в том числе и с туберкулезом. Судебно-медицинские эксперты могут допускать ошибки не только при определении форм туберкулеза, но и роли его в танатогенезе.
Цель работы — разработать основные варианты танатогенетического алгоритма построения судебномедицинского диагноза при сочетании различных форм туберкулеза со случаями различных нозологических форм насильственной и ненасильственной смерти.
