CC BY
26
Таким образом, выполнение аналогичных исследований должно быть обязательным при поиске причин произошедших осложнений, при конструировании новых и модификации уже существующих конструкций для эндопротезирования.
Литература
1. Гаврюшенко Н.С. Материаловедческие аспекты создания эрозионно-стойких узлов трения суставов человека: Дис...докт. техн. наук - М., 2000. - 277 с.
2. Горбовец Н.А и др. // В кн. Науч. тр. МАТИ им. К.Э. Циолковского.- 2003.- Вып. 6 (78) .- С. 28-33.
3. Ильин А. и др// Вест. травматол. и ортопед. им. Н.Н. Приорова.- 2005.- №3.- С. 3-10.
4. Кнетс И.В. и др. Деформирование и разрушение твердых биологических тканей.- Рига: Зинатне, 1980.- 319 с.
5. Evans F. Mechanical properties of bone.- Charls C. Thomas. Springfield.- 1973.- 300 p.
6. Introduction to the Biomechanics of Joints and Join Replacement / Ed D. Dowson,d V. Wright.- Mechanical engineering Publications LTD.- London, 1981.- P. 254
APPLICATION OF HIP ENDOPROSTHESIS FUNCTION BY MATHEMATIC SIMULATION METHOD
M.V. BANETSKIY, D.V. ELKIN, N.V.ZAGORODNIY, A.A. IL’IN,
V.N. KARPOV, A.M. MAMONOV
Summary
Present-day prosthesis construction requires deep understanding of endoprosthesis function inside a human body. Methods based on mathematic analysis of tension dispensing in bone and the prosthesis components are of great importance. Modern computer science gives the possibility of tension simulation in different conditions. Group of authors has performed the analysis of tension dispensing in the system «implant - bone» with mathematic simulation by finite element method. The conclusions allow to predict the implementation of the system «implant - bone» and determine optimality condition for successful arthroplasty.
Key words: endoprosthesis, arthroplasty, simulation
УДК 612.17
ОБЪЕДИНЕННАЯ КУМУЛЯТИВНАЯ КРИВАЯ КОЛИЧЕСТВА ЯРУСОВ ФАЗ РИТМА СЕРДЦА
А.А. КУЗНЕЦОВ*
Для использования статистических параметров в качестве адекватных критериев общего состояния организма распределение величин КК-интервалов обязано быть одномодальным. Статистический метод анализа может быть использован при малых отклонениях закона распределения от нормального. Статистические критерии могут указать на отклонение состояния от нормы и даже определить тенденцию на ухудшение состояния. Однако при заболеваниях они теряют адекватность идентификации улучшения или ухудшения общего состояния. Иными словами, их использование не позволяет определить какое из нескольких состояний является наиболее тяжелым. Поэтому их применение не возможно при сертификации больных по тяжести заболевания.
В исследование включены данные по двум категориям обследуемых: условно здоровые обследуемые (УЗО) студенты (N=91), спортсмены и курсанты военного училища (N=91) и больные - пациенты реанимационного отделения Владимирской областной клинической больницы (N=85). При исследовании ярусной структуры КК-интервалограмм [1] для каждого обследуемого было определено количество ярусов (кя) в объеме выборки (п = 1000). Функция кя(Щ, размещенная в базе данных, активируется и достраивается при поступлении новых данных. Эта функция представляет объединенную кумулятивную кривую
1 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87. Владимирский ГУ
вариационного ряда чисел ярусов одинаковых по объему выборок КК-интервалограмм.
Для сравнения на рис. 1 см. кумулятивных кривых двух одинаковых по объему групп студентов (рис. 1, 1) и студентов-спортсменов ВлГУ и курсантов военного училища (рис. 1, 2).
Рис. 1. Кумулятивные кривые количества ярусов кя от числа N УЗО двух независимых одинаковых по объему групп: 1 - студенты, 2 - спортсмены и курсанты
При построении графика функции кя(^ количества ярусов кя от номера N обследуемого в форме вариационного ряда необходимо учитывать все ярусные фазы ритма. Из рис. 1, 2 видно, что кя условно здоровых людей варьируется в интервале 20-117. Видно, что графики функций кя(^) имеют три участка: логарифмический N = 1 -35), линейный ^ = 36 - (65-80)) и экспоненциальный N = (65-80) - 91). Эти участки соответствуют трем разным режимам ритма сердца: ригидному ритму, ритму в норме, экстрасистолии. В этом направлении для распределения плотности вероятности статистического ряда значений КК-интервалов коэффициент эксцесса падает, а коэффициент асимметрии и дисперсия возрастают. К здоровым людям по данному критерию можно отнести лишь 30-45 % УЗО, пять студентов N = 87-91) имеют серьезные нарушения ритма (рис. 1, кривая 2).
Объединенные кумулятивные кривые количества ярусов фаз ритма сердца кя(^ для равных по объему групп УЗО и пациентов реанимационного отделения имеют характерные отличия (рис. 2). Для групп УЗО линейная часть кривой имеет значительно меньший угол наклона и слабо выраженные экспоненциальные участки. Поэтому размах вариаций Дкя(^ для УЗО значительно меньше. Функция кя(^, составленная по данным группы больных людей, имеет значительно больший размах вариаций. По форме графика кумулятивную кривую кя(^) для больных реанимационного отделения (рис. 2, 1) можно разбить на 5 частей, поставив им в условное соответствие стадии тяжести общего состояния. При формировании кривая 2 имеет телескопический эффект вдоль оси N, а кривая 1 - вдоль обеих осей. Это значит, что две кривые кя(^ для групп больных и УЗО, представленные в одном масштабе, с неизбежностью пересекаются (рис. 2).
Рис. 2. Кумулятивные кривые количества ярусов кя от числа N
больных (1) и УЗО (2)
По мнению автора, объединенные кумулятивные кривые можно трактовать, как вариационные ряды режимов ритма сердца больного и здорового. С одной стороны, наличие области пересечения двух кривых свидетельствует, что этот показатель не удовлетворяет критерию адекватности идентификации общего состояния организма в линейной области кривой кя(^. С другой стороны, область пересечения кя(М) = 43-44 можно трактовать, как область переходного, или «резонансного режима ритма», где происходит выбор между 2-мя режимами ритма сердца.
Очевидно, что вид функции кя(^ зависит от объема выборки. При принятых и зафиксированных границах нормы с 20 < кя < 70 при N ^ х> график функции кя(№) будет терять наклон в линейной части, вырождаясь в горизонтальном направлении. Если индивидуальное значение кя приходится на линейную область, то информацию о предполагаемом удовлетворительном
состоянии можно уточнить по индивидуальной кумулятивной кривой kя(m) обследуемого.
Наиболее сложной для аналитического исследования является участок «обедненного» ригидного ритма. Предполагается для его анализа использовать показатель энтропии.
Результаты и выводы. Ярусы могут нести системную информацию о процессах, формирующих сердечный ритм. Кривая kя(N) может служить основой при проведении сертификации больных по тяжести заболевания. По объединенной кумулятивной кривой можно проводить экспресс-профилактические обследования больших групп людей. Применение этого показателя позволяет проводить при профилактических 10-15-минутных регистрациях предварительную сертификацию обследуемых на две группы: УЗО при Д£я^ = (20^70) и больных при Д£я(^<20 и Д£я(^>70 ярусов. Такая «выбраковка» может быть эффективна при большой плотности потока обследуемых при работе мобилизационных медицинских комиссий при призыве в армию, при обследованиях абитуриентов и курсантов военных училищ.
Литература
1. Кавасма Р., Кузнецов А., Сушкова Л. Автоматизированный анализ и обработка электрокардиографических сигналов. Методы и система./ Под ред. Л.Т. Сушковой. - М.: Сайнс-пресс, 2006. 144 с
УДК 681.3
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АДАПТИВНЫХ РЕАКЦИЙ КАРДИО-РЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ДЕТЕЙ В ВЕСЕННИЙ И ЛЕТНИЙ ПЕРИОДЫ С ПОЗИЦИИ ТЕОРИИ ХАОСА И СИНЕРГЕТИКИ
В.М. ЕСЬКОВ, С.И. ЛОГИНОВ, М.Н. МАЛЬКОВ, О.Е. ФИЛАТОВА2
Показано, что кратковременное лечение в санатории на побережье Черного моря весной и летом сужает параметры аттрактора вектора состояний организма человека и частично нормализует показатели кардиореспираторной системы детей 7-14 лет. Дана количественная оценка такому процессу в терминах синергетики.
Наиболее чувствительным показателем степени адаптации организма к воздействию негативных факторов окружающей среды является здоровье детского населения. Известно, что здоровье ребенка может находиться в одном из трех состояний: состояние с высоким уровнем адаптационных возможностей, состояние болезни со срывом адаптации, пограничное состояние - между здоровьем и болезнью [1]. Такой подход в плане саноге-неза предусматривает накопление знаний по всем трем состояниям с преимущественным изучением третьего состояния. Это становиться достаточно трудным в рамках традиционной медицины. Такая возможность появляется в рамках компартментно-кластерного анализа и синтеза биосистем на основе теории хаоса и синергетики. В настоящее время разработаны новые методы изучения сложных биологических динамических систем (БДС) применительно к феномену «здоровье» в различных условиях внешней среды [3,5]. Отметим, что вектор состояния организма человека (ВСОЧ) в условиях Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО-Югры) по динамике движения отличается от динамики ВСОЧ для человека в условиях средней полосы РФ. Определены различия в коэффициентах синергизма и размерах параметров аттракторов ВСОЧ в фазовом пространстве состояний. Так у жителей ХМАО-Югры наблюдается сужение интервалов устойчивости БДС, снижение степени синергизма, и как следствие уход в глубокую тоническую фазу показателей фазато-на мозга [3]. Исследуемые нами дети в подавляющем большинстве родились и выросли в г. Сургуте и Сургутском районе и являются аборигенами второго поколения с более или менее удовлетворительной адаптацией. Однако детский организм «платить» за эту адаптацию достаточно высокую «цену». Каким же образом снизить «цену адаптации» до безопасного уровня здоровья человека проживающего в ХМАО-Югре. Выходом из данной ситуации является оздоровление в санаториях и летних лагерях отды-
2 НИИ биофизики и медицинской кибернетики при СурГУ, г. Сургут, Энергетиков 14, СурГУ, (3462)524713; e-mail: evm@bf. surgu. ru
ха на побережье Черного моря. Результаты исследований в весенний и летний периоды представлены в настоящем сообщении.
Контингент и методы исследования. В комплексном исследовании с участием 35 детей 8-14 лет (из них 18 девочек) изучали адаптационные изменения показателей кардиореспира-торной системы детей в условиях 2-х недельного пребывания на Черноморском побережье Российской Федерации (район Туапсе) весной и летом 2007 года. После получения информированного согласия родителей дети были последовательно обследованы четыре раза: при приезде в санаторий Туапсе (весна); 2) до отъезда из Туапсе (весна); 3) по приезде в санаторий Туапсе (лето); 4) непосредственно перед отъездом из Туапсе (лето).
Показатели кардиореспираторной системы (КРС) изучали с помощью вариационной пульсометрии, поскольку важную роль в адаптации организма к внешним воздействиям играют регуляторные механизмы вегетативной нервной системы (ВНС). Наиболее доступным для регистрации параметром, отражающим процессы регуляции с участием ВНС, является ритм сердечных сокращений, динамические характеристики которого позволяют оценить выраженность симпатических и парасимпатических влияний при изменении функционального состояния организма ребенка [2, 4]. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) изучали с помощью пульсоксиметра «ЭЛОКС-01С2» и программы «ELO-GRAPH» (г. Самара, РФ). Специальным фотооптическим датчиком в положении сидя в течение 5 мин регистрировали мгновенные значения ЧСС, а также величину насыщения гемоглобина крови кислородом (SPO2). Для анализа вариабельности сердечного ритма методами временной обработки кардиоинтервалов рассчитывали показатели симпатической (SIM) и парасимпатической (PAR) ВНС, индекс напряжения Баевского (ИНБ), а также стандартное отклонение нормальных RR-интервалов (SDNN). Изучение параметров аттракторов поведения ВСОЧ в различных условиях внешней среды проводили с помощью оригинальной зарегистрированной программы «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве», предназначенной для исследования систем с хаотической организацией [4]. Производили расчет координат граней, их длины, объема m-мерного параллелепипеда, ограничивающего аттрактор, хаотического и статистического центров, показателя асимметрии стохастического и хаотического центров. Это давало возможность проследить изменение фазовых характеристик во времени и выяснить скорость изменения состояний системы. Показатели описательной статистики рассчитывали с помощью пакета статистических программ Statistica_6.
Результаты. Представим сравнительные характеристики параметров (координат) ВСОЧ испытуемых Заметим, что статистические данные не всегда дают достоверные различия изучаемых параметров ВСОЧ (табл. 1-3).
Таблица 1.
Динамика показателей КРС мальчиков и девочек ХМАО-Югры весной и летом 2007 г., по данным вариационной пульсометрии и оксиметрии (Х±80)
Показатели Туапсе (приезд- весна) (n=35) Туапсе (отъезд- весна) (n=35) Туапсе (приезд- лето) (n=35) Туапсе (отъезд- лето) (n=35)
SIM, усл. ед. 2,9±2,0 3,б±2,0 3,8±2,б** 3,4±2,3
PAR, усл. ед. 14,0±5,1 12,2±4,4# 12,4±5,3 13,5±4,4
HR, уд/мин 87,1±9,4 89,1±9,б 8б,2±9,1 8б,8±9,2
INB, усл. ед. 40,9±25,1 53,0±29,2# 52,б±30,2** 41,1±18,9# **
SPO2, отн. ед. 97,8±0,75 97,9±0,8 97,б±1,0 97,б±1,0
SDNN, мс 53,9±15,98 48,1±15,3 52,8±18,5 57,2±1б,7**
# - p<0,05 по сравнению с приездом в санаторий Туапсе; ** - p<0,05 по сравнению с весной. Условные обозначения:: SIM - параметры активности симпатического отдела ВНС; PAR - параметры активности парасимпатического отдела ВНС HR - ЧСС; INB - индекс напряжения Баевского; SPO2 -степень насыщения крови кислородом; SDNN - стандартное отклонение кардиоинтервалов за 5 мин регистрации
При приезде в санаторий в весенний период показатель PAR у мальчиков достоверно ниже, чем у девочек, но в отношении SPO2 данный показатель у мальчиков выше, чем у девочек. По отъезду из Туапсе достоверных различий не найдено.
В летний период наблюдается несколько иная ситуация. Так, по приезду в санаторий у мальчиков показатель PAR достоверно выше такового у девочек. Обнаружено отличие в показате-
