Комп'ютерна диференційна діагностика порушень вуглеводного обміну на основі однокомпартментних математичних моделей

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

 

ЖЕМЧУЖКІНА ТЕТЯНА ВОЛОДИМИРІВНА

 

УДК 57. 007/. 001. 57

 

  

Спеціальність 05. 11. 17 – медичні прилади та системи

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Харків – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Бих Анатолій Іванович, Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри біомедичних електронних пристроїв та систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Піротті Євген Леонідович, Харківський національний технічний університет „ХПІ”, професор кафедри вищої математики; кандидат технічних наук, доцент Мельник Олександр Степанович, Національний технічний університет України „КПІ” (м. Київ), доц. кафедри фізичної та біомедичної електроніки.

 

 

Актуальність теми. Цукровий діабет – розповсюджене важке ендокринне захворювання, небезпечне не тільки саме по собі, але й пізніми судинними ускладненнями. Серед усіх захворювань він займає одне з перших місць по поширеності. Цукровий діабет є не тільки медичною, але і серйозною соціальною проблемою. Дослідження американських вчених показали, що в 1992 році в США було зареєстровано більш 1 мільйона госпіталізацій, пов'язаних із цукровим діабетом, причому загальні витрати на медико-санітарну допомогу тільки хворим цукровим діабетом I типу склали $105, 2 млрд., а середні витрати на одного хворого цукровим діабетом ($9493) перевищували в 3 рази відповідну цифру для інших хворих ($2604). Хворі цукровим діабетом у два рази частіше передчасно ідуть на пенсію і мають у два рази більше днів госпіталізації. При цьому витрати на лікування ускладнень цукрового діабету превалюють у загальній вартості лікування.

Цукровий діабет є актуальною проблемою і для України, де поширеність цього захворювання за останні десять років зросла в півтора рази, а загальне число зареєстрованих хворих перевищує один мільйон, причому, як показує практика, на кожний зареєстрований випадок доводиться 2-3 невиявлених захворювання. За матеріалами міжрайонних експертних комісій в Україні близько 70% осіб, що страждають цукровим діабетом, складають люди працездатного віку (30-60 років), з яких більш 60% є інваліди I і II груп.

Канонічним тестом для діагностики цукрового діабету є пероральний тест толерантності до глюкози. У випадку порушень функції всмоктування глюкози в кишковому тракті пацієнта застосовують більш складний внутрішньовенний тест. Ці тести дозволяють лише грубу діагностику з точністю до трьох класів станів: норма, явний цукровий діабет і проміжний між ними стан – порушення толерантності до глюкози. Окремі глікемічні значення тестів всередині класу порушеної толерантності до глюкози виявилися діагностично незначущими. Тому зараз обмежуються лише статистичними прогнозами по нормалізації чи переходу в цукровий діабет порушень толерантності до глюкози.

На відміну від порушення толерантності до глюкози цукровий діабет – невиліковне захворювання в повному розумінні слова. Він допускає лише компенсацію пероральними глюкозознижуючими препаратами або ін'єкціями інсуліну. Однак сучасні методи замісної інсулінотерапії, в тому числі з використанням дозаторів інсуліну, не дозволяють досягти достатнього ступеня компенсації цукрового діабету і запобігти смертельно небезпечних пізніх судинних ускладнень. В даний час загальновизнано, що ці ускладнення практично неминучі, навіть при дотриманні правильних методів терапії.

Допомогти в рішенні проблеми ранньої діагностики цукрового діабету і проблеми його ефективної компенсації можуть математичні моделі динаміки глікемії в крові і секреції інсуліну в організмі людини, що індивідуалізуються для конкретного пацієнта за даними його глюкозотолерантного тесту і відтворюють рівні глюкози й інсуліну в його крові.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема даної дисертаційної роботи входить як складова частина в медико-технічну програму, що виконується в даний час на кафедрі біомедичних електронних пристроїв і систем (БМЕ) Харківського національного університету радіоелектроніки (ХНУРЕ) по комплексній д/б НДР №128 “Моделювання процесів діагностики, терапії і забезпечення життя людини” (№ ДР 0101U001946), підрозділ №128-6 “Розробка методів індивідуального комп'ютерного добору програм інсулінотерапії і ранньої комп'ютерної діагностики цукрового діабету на основі математичних моделей вуглеводного обміну”.

Мета і задачі дослідження. Мета даної роботи полягає в побудові математичних моделей вуглеводного обміну в організмі людини і розробці на їхній основі способів комп'ютерної диференційної діагностики порушень вуглеводного обміну і поліпшення компенсації цукрового діабету.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити ряд задач:

  Модифікація математичної моделі перорального глюкозотолерантного тесту на випадок довільного глюкозного навантаження і побудова нових математичних моделей секреції інсуліну підшлунковою залозою людини, які повністю відтворюють глікемічні та інсулінемічні криві в нормі і з патологіями для довільного глюкозного навантаження;

  Проведення модельного чисельного експерименту на реальних клінічних тестах толерантності до глюкози (внутрішньовенному та глюкозоінфузійному) для підтвердження фізіологічної адекватності розроблених моделей;

  Розробка способів диференційної діагностики порушень вуглеводного обміну і поліпшення компенсації цукрового діабету на основі запропонованих математичних моделей. Розробка рекомендацій по створенню біотехнічної безсенсорної системи компенсації цукрового діабету.

Об'єкт дослідження. Система регуляції рівня глікемії в крові людини.

Предмет дослідження. Гіперглікемічні порушення в системі регуляції рівня глікемії в крові людини, їхня діагностика і інсулінотерапія за допомогою автоматизованих дозаторів інсуліну.

Методи дослідження. У роботі використовуються методи математичного