VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Введение

В данной работе рассматривается такое распространенное и тяжелое заболевание как бронхиальная астма. Несмотря на большое количество исследований в данной области, диагностирование данного заболевания до сих пор остается сложным, трудоемким процессом.

В качестве метода решения выбран метод нелинейной динамики. Обработка медицинских данных позволяет выявить взаимосвязь между нелинейно-динамическими характеристиками и типами бронхиальной астмы и предложить наиболее эффективный способ диагностирования типа бронхиальной астмы. Поэтому выполнение данной работы является актуальным для лечебных учреждений.

Объектами исследования являются правила для определения типа бронхиальной астмы.

Предметом исследования являются медицинские данные (оцифрованные пневмотахограммы, ЭКГ), снятые с больных бронхиальной астмой, а также со здоровых людей.

Целью курсовой работы является получение решающих правил для определения типа бронхиальной астмы методами нелинейной динамики.

Научная новизна работы заключается в получении нового способа диагностирования различных типов заболеваний бронхиальной астмой.

1 Проблемная область

Проблемная область данной работы тесно связана с медициной, здесь рассматривается такое заболевание как бронхиальная астма.

Бронхиальная астма (БА) (от греческого «астма» – удушье, тяжелое дыхание, одышка) – воспалительное заболевание дыхательных путей, сопровождающееся гиперреактивностью бронхов, характерным проявлением которого выступают приступы удушья, обусловленные нарушением бронхиальной проходимости, остро возникающим и обычно обратимым [1].

Возникновению бронхиальной астмы способствуют две группы факторов [2]:

• внутренние (эндогенные) – к ним относят характеристики, присущие самому организму (генетическая предрасположенность, ожирение, гиперреактивность дыхательных путей, пол и расовая принадлежность);

• внешние (экзогенные) – к наиболее значимым внешним факторам относят аллергены, инфекции, курение, загрязнение воздуха.

Внутренние факторы предрасполагают к заболеванию, а внешние способствуют его возникновению.

В качестве объектов исследования выбраны пациенты с различными видами бронхиальной астмы.

В настоящее время существуют несколько классификаций бронхиальной астмы в зависимости от их определяющих принципов. Рассмотрим классификацию, согласно которой выделено 4 типа бронхиальной астмы [3,4]:

• психогенно-индуцированная БА (БАПИ): здесь приступы удушья у пациентов начинают развиваться после эмоционального стресса, психотравмирующего события;

• непсихогенная БА (БАНП): у пациентов данного типа в начале болезни наблюдаются атопические (аллергические) проявления. К обострению болезни приводят вирусные инфекции, аллергии, физические факторы. Психогенное влияние здесь не обнаружено;

• сомато-психогенная БА (БАСП): течение болезни нарушается стрессом, вследствие чего внешние (психоэмоциональные) раздражители вызывают приступы удушья и обострение болезни;

• психогенная одышка (ПО): приступы удушья и одышка пациентов связаны с психотравмирующими жизненными событиями. Другие признаки астмы и органической патологии исключены.

2 Общие задачи проблемной области

Бронхиальная астма – достаточно широко распространенное и трудно диагностируемое заболевание. Поэтому к общим задачам данной области относят:

• диагностику заболевания;

• лечение заболевания.

Диагностика бронхиальной астмы при появлении первичного приступа требует сдачи стандартного типа анализов: анализ крови (на сахар, биохимический и общий анализ), анализ мочи. Для выявления или исключения сопутствующих сердечных патологий проводится ЭКГ. В качестве обязательной дальнейшей меры общей диагностики также рассматривается флюорография. При продуктивном кашле (то есть при таком кашле, который сопровождается выделением у больного мокроты) сдается общий анализ мокроты. При наличии предрасположенности к частому возникновению заболеваний инфекционного характера в области дыхательных путей также необходимо сдать анализ мокроты – на исследование ее микрофлоры с сопутствующим выявлением степени чувствительности в отношении антибиотиков. Сухой приступообразный кашель требует взятия у больного мазка на наличие грибка.

В качестве обязательного метода исследования рассматривается метод, при котором проводится исследование функций внешнего дыхания, называется он спирография. В ходе проведения этого метода диагностики больному необходимо подышать в присоединенную к специальной аппаратуре трубку. Есть некоторые рекомендации по данной процедуре, в частности они заключаются в предшествующем ее проведению исключении ингаляторов и бронхорасширяющих препаратов. Кроме того, следует также исключить и курение до проведения этой процедуры (курение в принципе не рекомендовано пациентам с бронхо-легочными заболеваниями).

В случае подозрения на наличие бронхиальной астмы у больного проводится специальная проба с использованием бронхорасширяющих препаратов. Заключается она в проведении спирографии, затем – нескольких ингаляций, далее – повторной спирографии. В качестве основной цели в данной схеме рассматривается определение степени проходимости бронхов, обуславливаемой воздействием указанной группы препаратов.

На основании значительной распространенности заболеваний, сопровождающих бронхиальную астму с поражением области носоглотки, дополнительно рекомендуется посещать отоларинголога, а также контролировать состояние придаточных носовых пазух.

В качестве крайне важного направления в обследовании пациентов на предмет бронхиальной астмы выступает исследование, ориентированное на выделение конкретных аллергенов, провоцирующих за счет контакта с ними пациента аллергическое воспаление. Проводится тестирование, позволяющее определить чувствительность в отношении основных групп аллергенов (грибковые, бытовые и т.д.) [5].

Таким образом, диагностирование бронхиальной астмы представляет сложный процесс, включающий в себя комплекс различных исследований.

Методы лечения бронхиальной астмы зависят от ее типа. При несвоевременном и неправильном назначении лекарств от бронхиальной астмы могут возникнуть серьезные осложнения.

Правильный диагноз – первый шаг к управлению и контролю над этим хроническим заболеванием легких. Поэтому целью работы является получение правил для определения типа бронхиальной астмы.

3 Актуальность поставленной задачи

Актуальна ли проблема бронхиальной астмы и нуждается ли в рассмотрении? По научным данным в России бронхиальной астмой страдает около 8-10% взрослого населения и 10-15% детей. Последние десятилетия отмечены печальной статистикой, свидетельствующей об увеличении частоты проявления астмы и усугубления ее течения. Считается, что количество людей, страдающих бронхиальной астмой, увеличилось в 2 раза за прошедшие 25 лет [6].

Актуален ли метод нелинейной динамики, который был выбран для достижения поставленной цели? Метод нелинейной динамики широко используется в различных областях, особенно в экономике и медицине, что подтверждается литературой [7-10]. Методы нелинейной динамики позволяют оценить фундаментальные свойства физиологических процессов и с клинической точки зрения дают возможность прогнозировать динамику патологического процесса [11].

4 Методы решения

Для решения поставленной задачи можно выделить две группы методов:

• лабораторные:

  • клинико-лабораторные;

  • микробиологические;

  • аллергологические;

  • иммунологические;

  • молекулярно-генетические;

• научные [3,4,7,14]:

  • методы статистического анализа;

  • методы кластерного анализа;

  • методы когнитивной графики;

  • методы нелинейной динамики и др.

Поскольку мы являемся специалистами в области математики, поэтому будем использовать научные методы. Проведя обзор литературы, было решено использовать метод нелинейной динамики, который в последнее время приобретает все более широкое распространение.

Развитие нелинейной динамики базируется на работах великих математиков современности – А.М. Ляпунова, А.Л. Колмогорова, Анри Пуанкаре, Альберта Эйнштейна. Нелинейная динамика – наука, изучающая структуру и свойства эволюционных процессов в нелинейных динамических системах. Особенностью, присущей исключительно нелинейным системам, является возможность реализации в них множества различных режимов функционирования, которые зависят от начального состояния, параметров системы и внешних воздействий. В частности, в нелинейных системах возможны режимы детерминированного хаоса в виде незатухающих апериодических колебаний, напоминающих случайный процесс.

Методы нелинейной динамики позволяют оценить фундаментальные свойства физиологических процессов – энтропию, отражающую уровень информационной неопределённости, а также фрактальность, отражающую степень самоподобия процесса. С клинической точки зрения такой подход дает возможность прогнозировать динамику патологического процесса.

Колебательный процесс дыхания относится к механическим колебаниям. Источником колебательного процесса является дыхательный центр – совокупность нервных клеток, расположенных в разных отделах центральной нервной системы, обеспечивающих координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц и приспособление дыхания к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды организма, реагирующий на концентрации кислорода и углекислого газа в крови.

Для нормального функционирования практически всех систем жизнедеятельности человека характерен некий промежуточный режим между хаосом и порядком, режим детерминированного хаоса. Дыхание человека, биение его сердца, кроветворение, ритмы сна и бодрствования, гормональные ритмы, психическое равновесие – для всех этих процессов свойственна определенная мера хаоса, необходимая для поддержания здоровья человека. Поэтому процесс дыхания может быть рассмотрен с помощью нелинейно-динамических методов.

Применение нелинейно-динамического подхода позволяет оценить, как функционирует исследуемая система (регулярно или нерегулярно, если нерегулярно, то в какой степени), определить сложность ее динамики [11].

Данный метод уже применялся при исследовании двух типов бронхиальной астмы (БАНП и БАПИ), однако одни и те же показатели имели разные значения [12,13]. Таким образом, нельзя утверждать, что тема исследования нелинейно-динамических показателей у пациентов с различными типами БА закрыта, тем более что в данной работе планируется исследование нелинейно-динамических показателей для четырех типов БА. В таблице 1 более наглядно описаны различия между работами.

Таблица – Различия между данной и существующей работами

В существующих работах были исследованы:	В данной работе будут исследованы:
два типа БА (БАНП и БАПИ)	четыре типа БА (БАНП, БАПИ, БАСП и ПО)
нелинейно-динамические показатели (корреляционная размерность и показатель Ляпунова)	нелинейно-динамические показатели (фрактальные размерности разных типов: корреляционная, емкостная, поточечная), автокорреляционные функции и спектральные плотности

Заключение

При выполнении курсовой работы:

• проведен обзор литературы по проблемной области, существующим методам ее решения;

• показана актуальность данной работы.

Поскольку тема актуальна и метод уже выбран, планируется поставить ряд задач и проводить исследования.

Литература

1. Мухин Н.А. Пропедевтика внутренних болезней: учебник. – 2-е изд., доп. и перераб. / Н.А. Мухин, В.С. Моисеев. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. – 848 с.: ил.

2. Вилунас Ю. Рыдающее дыхание излечивает бронхиальную астму и другие заболевания органов дыхания. – СПб.: Питер, 2013. – 224 с.: ил.

3. Бурцева А.Л. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ У БОЛЬНЫХ С РАЗЛИЧНЫМИ ФОРМАМИ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ // Материалы VI Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL: http://www.scienceforum.ru/2014/482/2361.

4. Карпенко П.В., Немеров Е.В. ИССЛЕДОВАНИЕ РИТМА ДЫХАНИЯ У БОЛЬНЫХ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМОЙ ВО ВРЕМЯ НОЧНОГО СНА // Материалы VI Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» URL: http://www.scienceforum.ru/2014/482/2949.

5. Бронхиальная астма: симптомы и лечение. URL: http://simptomer.ru/bolezni/allergiya/342-bronkhialnaya-astma-simptomy.

6. Международный астма-день. РИАНОВОСТИ. URL: http://ria.ru/spravka/20140506/1005905156.html .

7. ОМЕЛЬЧЕНКО В.П., ДЕМИДОВА А.А. ВОЗМОЖНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ ПРИ АНАЛИЗЕ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАРУШЕНИЙ РИТМА СЕРДЦА // Современные наукоемкие технологии . 2010. №10. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnosti-pokazateley-nelineynoy-dinamiki-pri-analize-variabelnosti-serdechnogo-ritma-dlya-prognozirovaniya-narusheniy-ritma

8. Данилец, А. В. Нелинейная динамика психофизиологических процессов при бронхиальной астме/ А. В. Данилец // Сиб. вестн. психиатрии и наркологии. - 2006. - № 3. - С. 89-91.

9. Методы нелинейного анализа в кардиологии и онкологии: Физические подходы и клиническая практика. Вып. 2 / Под ред. Р.Р. Назирова. — М. : КДУ, 2010. — 206 с. : табл., ил., цв. ил.

10. Петров Л. Ф. Методы нелинейной динамики как инструменты управления экономической эффективностью. // Эффективное антикризисное управление, 2011, № 2.

11. Кардиореспираторная вариабельность при заболеваниях органов дыхания/ Р.Х. Зулкарнеев — 14.00.43 — Москва, 2007. URL: http://www.dissercat.com/content/kardiorespiratornaya-variabelnost-pri-zabolevaniyakh-organov-dykhaniya.

12. К.Г. Языков, Е.В. Немеров, А.В. Данилец НЕЙРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О САМООРГАНИЗАЦИИ ПСИХОГЕННО ИНДУЦИРОВАННОЙ АСТМЫ. Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Психология и педагогика». – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – № 5 (49). – с. 152-163. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/neyrobiologicheskie-predstavleniya-o-samoorganizatsii-psihogenno-indutsirovannoy-astmy.

13. Нелинейно-динамический анализ ритмики ночного дыхания у больных / К. Г. Языков, А. В. Данилец, А. В. Немеров. ; Сибирский вестник психиатрии и наркологии: научно-практический рецензируемый журнал. - Томск, 2002 №2 - С. 58-61.

14. О.Г. Берестнева, И.А. Осадчая, Е.В. Немеров МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МЕДИЦИНСКИХ ДАННЫХ - Вестник науки Сибири. 2012. № 1 (2) URL: http://sjs.tpu.ru/journal/article/viewFile/245/250.

Код для цитирования: Скопировать