— лёгкий способ обсуждать сложные вещи

Интеграция эволюционной математической модели накопления риска нарушений пищеварительной системы макро- и мезоуровня

You are here

Аннотация: 

В рамках решения задач оценки влияния факторов среды обитания на здоровье человека, а также прогнозирования эволюции риска функциональных нарушений в человеческом организме, связанных с химическими, физическими, социальными и др. факторами, разрабатывается многоуровневая математическая модель. Статья посвящена проблемам интеграции подмоделей «макро-» и «мезоуровня» пищеварительной системы в единую модель, в частности, определению входных и выходных параметров, обеспечивающих межуровневое взаимодействие. При этом учитывается механизм накопления риска локальных нарушений желудочно-кишечного тракта при непосредственном раздражающем действии химических веществ на стенку тракта. Для решения практических задач осуществляется переход от пространственной локализации риска функциональных нарушений к риску нарушений всего желудочно-кишечного тракта.

Ключевые слова: 
математическое моделирование, пищеварительная система, эволюция риска функциональных нарушений, многоуровневая модель
Comments - 6

Добрый день! Актуальность работы не вызывает сомнения. Поясните, пожалуйста, размер твердых частиц пищи каким-либо образом влияет на процесс пищеварения? Какие виды пищи позволяется учитывать модель?
Модель пищеварительной системы является "индивидуальной" моделью и описывает процесс поступления веществ у конкретного индивида. Риск возникновения нарушений пищеварительной системы является популяционным понятием. Каким образом осуществляется переход от индивидуальной модели "мезоуровня" к популяционной модели "макроуровня" и наоборот?

Добрый день! Статья очень интересная, развитее модельного подхода для описания процессов в ЖКТ является очень актуальным.
Какие заболевания планируется описывать с помощью данной модели? Возможно ли описание протекания острых заболеваний?

Спасибо за вопросы! На макроуровне рассматриваются все заболевания, при переходе на мезоуровень уже можно говорить о конкретных механизмах воздействия и связанных с ними заболеваниях. Учитывается хроническое и острое воздействие, например, большая концентрация химического вещества в полости ЖКТ приводит к быстрому нарастанию риска локального повреждения.

Добрый день, спасибо за вопросы!
Да, характеристики пищи, в том числе размер, влияют на процесс течения в желудке. На данном этапе проведены расчеты течения двуфазной смеси: жидкость-жидкие частицы с размером 0.8 мм плотностью 1040 кг/м3. В начальный момент времени частицы второй фазы равномерно распределены по всей области моделирования (объемная доля 10%). Частицы второй фазы в силу большей плотности достаточно быстро оседают вблизи выпуклой стенки желудка, практически осуществляется разделение фаз.Изменение профиля течения по сравнению со сценарием однофазной среды обусловлено уменьшением площади сечения между пиками волн – частицы второй фазы образуют своеобразный заслон. Циркуляция частиц второй фазы осуществляется при прохождении перистальтической волны вдоль выпуклой стенки желудка в пределах области оседания, эвакуация частиц при заданных параметрах расчета не наблюдается.
На "макроуровне" осуществляется расчет индивидуального риска, исходя из значений концентраций веществ в полости ЖКТ и крови, который являются выходными параметрами с "мезомоделей". В модели "мезоуровня" используются входные параметры риска локальных нарушений, получаемые с "макроуровня". Популяционный риск рассчитывается на основе индивидуального с учетом структуры населения.

Добрый день, Марат Решидович! Очень заитересовала возможность оценки поступления веществ в кровь. Насколько точно данная модель может оценить поступление веществ с продуктами питания в кровеносную систему? Проводилось ли сопоставление уровня вещества в крови по результатам расчета с помощью данной модели и уровня того же вещества в крови определенного лабораторными методами (при условии перорального пути поступления вещества)? Если нет, то планируются ли подобные исследования?

Спасибо за вопросы!
В первую очередь следует заметить, что на данном этапе разработаны только концептуальные основы связи "макро-" и "мезоуровня". В модели пищеварительной системы основное внимание уделено ротовой полости и желудку, получены трехмерные результаты расчета процесса двухфазного течения (жидкость-жидкие частицы) в антродуоденальной области тракта. В дальнейшем планируются расчеты с секрецией и всасыванием. Модель кишечника находится в стадии постановки.
Для определения концентрации в крови необходима соответствующая степень разработки всех мезомоделей для органов поступления, выведения. В первом приближении можно использовать "заглушки" - упрощенные соотношения для малоразработанных моделей.
В принципе, даже камерные модели позволяют достаточно точно оценить концентрацию в крови для многих веществ, но для учета нарушений в органах необходимо рассматривать пространственные характеристики процессов.
Безусловно, любая модель должна соответствовать реальности, поэтому в математическом моделировании очень важны два последних этапа - идентификация параметров и верификация модели, в том числе и сопоставление с данными экспериментов.