Методы моделирования медико-биологических и медико-экологических процессов

© Т.В. Веремчук, 2014 г УДК [574:613]:004.3

Л.В. Веремчук

методы моделирования медико-биологических и медико-экологических процессов

Владивостокский филиал ФГБУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» СО РАМН - НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, Владивосток.

Разработаны методы моделирования, адекватно оценивающие системно-функциональную структуру медико-биологических процессов в развитии заболеваний и процессов формирования экологической зависимости распространения заболеваний. В основу моделирования используются корреляционные связи, структурирование и анализ которых дифференцирован согласно задачам исследования. Медико-биологическое моделирование связано с субъективным структурированием клинических данных по функциональным системам. Медико-экологическое моделирование оценивает слабо детерминированные межфакторные связи с помощью объективного вычленения плеядных-структур, количественные характеристики которых указывают на системное и межсистемное поведение входящих компонентов, оценивая роль внешнего воздействия в развитии медико-экологических зависимостей.

Ключевые слова: моделирование, медико-биологические процессы, медико-экологические процессы. Цитировать: Веремчук Л.В. Методы моделирования медико-биологических и медико-экологических процессов // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2014. №2(56). С. 31-33. URL: http://yadi.sk/d/kghv1NowSaPSb.

Моделирование является неотъемлемым элементом любой целенаправленной деятельности и представляет собой один из основных методов познания, использующих изучение сложных систем, поддающихся формализации, свойства и поведение которых могут формально описываться с достаточной строгостью. Существует множество методов моделирования, включающие информационное, компьютерное, математическое, имитационное, структурное, функциональное и другие [4, 5]. В медицинских исследованиях чаще всего используют имитационное, структурно-функциональное моделирование. Имитационное моделирование представляет собой технику оценки значений функциональных характеристик моделируемой системы, выявляя проблемные места в системе при невозможности применения реальной модели. Под структурно-функциональным моделированием понимается процесс синтеза типовых модельных конструкций в новые модели сложных объектов, позволяющих создавать функциональные агрегации [1, 2, 3, 7].

Целью наших исследований явилось разработка методов моделирования, адекватно оценивающих системно-функциональную структуру медико-биологических связей при формировании заболевания и медико-экологических процессов, формирующих особенности распространения эколого-зависимых заболеваний.

Моделирование медико-биологических процессов включает изучение организма человека, как сложнейшего механизма, где все органы и системы взаимосвязаны, а процессы, происходящие между системами многообразны, многофункциональны и многоуровневы, что, в целом, делают клинические и экспериментальные данные случайными. Моделирование в потоках случайных событий позволяет выявлять закономерности, находить причинно-след-

ственный механизм перехода одной стадии заболевания в другую, изучать структуру, направленность и интенсивность зависимостей между органами и системами и, как следствие, диагностировать и прогнозировать характер течения болезни [7].

В основе медико-биологического и медико-экологического моделирования лежит процедура анализа корреляционных связей со всевозможными корреляционными манипуляциями (регрессионные модели, канонические зависимости, кластеризация и классификации и др.). Клинические и медико-биологические задачи связаны с исследованием патогенеза заболевания, где в зависимости от уровня детализации проблемы выстраивается и технология моделирования. Медико-экологические исследования основаны на поиске системных агрегаций, формирующих экологическую зависимость заболеваний.

В результате оценка состояния межсистемных и внутрисистемных взаимоотношений клинических показателей наиболее применима при изучении процессов перехода одной стадии заболевания в другую, где рассматривается поведение, как самих систем, так и ее отдельных показателей. Для сравнения и анализа взаимосвязей вводятся количественные характеристики, позволяющие оценивать мощность, активность, устойчивость систем. Для визуализации системных взаимоотношений применяется графическая интерпретация структурно-функциональных связей, четко дифференцирующих направленность процессов патогенеза [1]. Таким образом, для моделирования медико-биологических процессов достаточно эффективно использовать корреляционные связи, формирующие качественные, количественные характеристики поведения функциональных структур с визуальной их интерпретацией.

Моделирование медико-экологических процессов ( связано также с анализом взаимоотношений между I малосопоставимыми, самостоятельно сложными си- I стемами «организма человека» и «окружающей сре- г ды». В связи с тем, что окружающая среда действует ( на человека в совокупности с эффектом наложения и з накопления действия моделирование взаимоотношений человека и среды является многогранной и сложной задачей. Трудность исследования складывается из ( невозможности создания чистой экспериментальной модели, адекватно отражающей связи человека в среде его обитания. Проблемой является и то, что целостное ( воздействие, обладает порой свойствами не характерными отдельным ее частям, в результате чего более адекватным инструментом исследования может являться информационное моделирование, использующее методы многомерного анализа (корреляционный, ( факторный, кластерный анализ, деревья классификации, структурные уравнения, нейронные сети и др.). При всей высокой технологичности данных статистических инструментов анализа, в итоговых результатах часто слабые зависимости автоматически удаляются, как незначащие. Однако взаимоотношения человека в окружающей среде в связи с наличием большого «информационного шума», как правило, имеют слабую корреляционную связь [3]. Поэтому требуются методы / исследования, позволяющие оценивать на малых зависимостях основные тенденции развития процессов.

В результате был использован, на наш взгляд, до- I статочно наглядный метод, учитывающий все связи, включая и слабые - метод корреляционных плеяд ; П.В. Терентьева [6]. Преимуществом метода явля- / ется объективность выделения функциональных ( агрегаций (плеяд). На выходе плеяда объединяет ^ зависящие друг от друга факторы, принадлежащие различным системам окружающей среды (климат, растительность, водные ресурсы и т.д.) и показате- I лей, характеризующих здоровье человека. Анализ I связей в плеяде позволяет учитывать не только не- ( посредственные, но латентные, косвенные взаимоотношения человека и среды. Механизм выделения г плеяд сводится к построению срезов в корреляционной матрице с заданным пороговым значением коэффициента корреляции г0 , из которых формируется I последовательность подграфов, принимаемых в качестве плеяд. Наглядной стороной метода является I графическая интерпретация корреляционных плеяд, которая визуально прослеживает структуру, направленность и силу зависимости между предикторами (признаками). В качестве анализа структурной зависимости используются количественные характери- I стики плеяд (мощность, сила и полнота связи).

Таким образом, моделирование медико-биологических и медико-экологических процессов базируется на характере структурирования корреляционных связей. Медико-биологические исследования используют

субъективную системную структуризацию, позволяющую оценивать поведение клинико-биологических показателей как внутри функциональной системы, так и между системами. В основе медико-экологических исследований стоят задачи определения экологической зависимости развития заболевания от влияния большого количества слабо коррелируемых факторов «среды» и «организма человека», поэтому формирование функциональных системных конгломераций, характеризующих непосредственное и латентное воздействие среды на человека, проводится путем объективной структуризации корреляционных связей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Антонюк М.В., Симонова И.Н., Веремчук Л.В., Андрюков Б.Г. Оценка риска кардиоваскулярных заболеваний при йоддефиците // Бюл. физиол. и патол. дыхания.2007. Вып. 25. С.11-18.

2. Андрюков Б.Г., Кику П.Ф., Веремчук Л.В., Антонюк М.В. Региональные закономерности йодде-фицитных состояний в Приморском крае. Владивосток: Издетельский дом ДВФУ, 2013. 350 с.

3. Веремчук Л.В., Горборукова Т.В., Кику П.Ф. Информационно-аналитическое моделирование медико-экологических процессов здоровья населения / Приложение к журналу «Информатика и системы управления». Материалы научной конференции «Системный анализ в медицине» (САМ 2007). Благовещенск, 2007 (13). С. 8-11.

4. Веремчук Л.В. Математические методы в медицинских и медико-экологических исследованиях // Труды Ин-та медицинской климатологии и восстановительного лечения. Владивосток: Дальнаука, 2003.С. 98-110.

5. Веремчук Л.В. Экологическая обусловленность заболеваний сердечно-сосудистой системы и щитовидной железы в Приморском крае // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2009. №4-5 (39-40). С. 31-34.

6. Гринин А.С., Орехов Н.А., Новиков В.Н. Математическое моделирование в экологии / М.: УРСС, 2003.269с.

7. Долгинцев В.И. Этапы математического моделирования при онкоэпидемиологических исследованиях // Системный анализ и моделирование в здравоохранении. Новокузнецк, 1980. С. 299-302.

8. Иванов Е.М. К методологии научного мышления // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2009. №4-5(39-40). С. 9-11.

9. Ростова Н.С. Корреляционный анализ в популя-ционных исследованиях // Экология популяций. М., 1991.С. 69-86.

10. Юбицкая, Н.С., Антонюк М.В., Веремчук Л.В., Ходосова К.К. Роль фактора некроза опухоли в развитии метоболического синдрома // Терапевтический архив. 2009. №11. С. 59-63

Veremchuk L.V.

modeling biomedical and environmental processes

Vladivostok branch FGBi «Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration» SB RAMS - institute of Medical Climatology and restorative treatment, Vladivostok.

Developed modeling techniques to adequately assess the systemic and functional structure of biomedical processes in the development of diseases and processes of formation of ecological depending spread of diseases. The basis of the simulation are used correlations, structuring and analysis which diffusion ferentsirovan according to the objectives of the study. Biomedical modeling associated with subjective structuring clinical data on functional systems. Mewild-ecological modeling estimates inter factor weakly deterministic communication using objective of isolating pleyadny structures, quantitative characteristics which indicate the system and intersystem behavior of incoming components, estimated-hand role in the development of the external action of medical and environmental dependencies.

Keywords: modeling, medical-biological processes, medical and ecological processes.

Citation: Veremchuk L.V. Modeling biomedical and environmental processes. Health. Medical ecology. Science. 2014; 2(56): 31-33. URL: http://yadi.sk/d/kghv1NowSaPSb.

Сведения об авторе

Веремчук Людмила Васильевна - ведущий научный сотрудник лаборатории медицинской экологии и рекреационных ресурсов Владивостокского филиала ФГБУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» СО РАМН - НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, д.б.н., к.т.н.; veremchuk_lv@mail.ru

© П.Ф Кику, Л.В. Веремчук, 2014 г. УДК: 614.7+612.2

П.Ф Кику, Л.В. Веремчук

моделирование влияния экологических факторов на уровни заболеваемости органов дыхания в приморском крае

Владивостокский филиал ФГБУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» СО РАМН - НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения, г. Владивосток.

В публикации представлены результаты информационно-аналитического моделирования с использованием корреляционных плеяд П.В. Терентьева. Были установлены зависимости уровня заболеваемости органов дыхания при воздействии факторов окружающей среды в Приморском крае. Для моделирования использовались внешние факторы, характеризующие климатические условия, техногенное загрязнение атмосферы, как среды обитания человека, и данные заболеваемости органов дыхания в Приморском крае. Было установлено, что на формирование заболеваний органов дыхания в Приморском крае первостепенное и непосредственное воздействие оказывают патогенные свойства регионального муссонного климата, усугубляющего действие мощного техногенного загрязнения атмосферы, что вызывает повышенный риск распространения болезней органов дыхания во всех возрастных группах населения края, особенно среди детей.

Ключевые слова: информационно-аналитическое моделирование, заболеваемость, болезни органов дыхания, техногенное загрязнение, погодные условия.

Цитировать: П.Ф Кику, Л.В. Веремчук Моделирование влияния экологических факторов на уровни заболеваемости органов дыхания в Приморском крае // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2014. №2(56). С. 33-35. http://yadi. sk/d/wpy_Kv6ASaPe5.

Одним из методов доказательной медицины является информационно-аналитическое моделирование [4]. В этой связи для определения зависимости заболеваемости органов дыхания от воздействия факторов окружающей среды были проанализированы климатические показатели, формирующие погодную ситуацию: температура воздуха, влажность, скорость ветра, осадки, количество дней с туманами, ясной и пасмурной погодами. В качестве показателей загряз-

нения воздуха были взяты данные Государственного комитета по охране окружающей среды Приморского края за 2000-2008 гг.: общие выбросы, пылевые выбросы, SO2, N0^ СО [3]. Инструментом обработки информации был выбран статистический метод «корреляционных плеяд П.В. Терентьева» [1, 2, 5]. Заболеваемость представлена показателями по классу болезней органов дыхания согласно Международной классификации XI пересмотра.