Математическое моделирование регуляторных механизмов эпидермиса кожи

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире эффективное применение ИКТ в медицине важно для выбора путей диагностики, прогнозирования и лечения неизвестных заболеваний человека. «По данным ВОЗ, в последние годы у 22% населения имеются кожные заболевания»1. Поэтому увеличение спроса на определение кожных заболеваний приводит к необходимости создания современных и надежных диагностических технологий в медицине, внедряя которые в здравоохранение, можно добиться высокой эффективности. Научные исследования в области математического моделирования живых систем на молекулярно-генетическом, клеточном, организменном и популяционном уровнях проводятся в таких странах, как США, Россия, Великобритания, Китай, Швеция, Австралия, Узбекистан.
В мире разработка и применение технологии вычислительных экспериментов математического моделирования регуляторных механизмов взаимодействия клеток эпидермиса кожи, являясь одним из наиболее важных задач, предполагает разработку математических моделей на основе систем функционально-дифференциальных уравнений с запаздывающими аргументами и вычислительных алгоритмов, позволяющих учитывать временно-пространственные отношения, усовершествовать процесс общественного здравоохранения путем компьютеризации, профилактику заболеваний и разработку информационных технологий лечения.
На сегодняшний день в нашей республике особое внимание уделяется внедрению современных ИКТ в здравоохранение, в различные области медицины. В этой связи организациями здравоохранения созданы технологии раннего выявления заболеваний и модернизации системы точной диагностики и лечения. Наряду с этим профилактика, диагностика и лечение заболеваний в медицине с помощью ИКТ требуют усовершенствования процессов тактического лечения. В Стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан на 2017-2021 гг. определены следующие задачи: «...стимулирование научно-исследовательской и инновационной деятельности, создание эффективных механизмов внедрения научных и инновационных достижений в практику, ... научно-экспериментальных специализированных лабораторий, дальнейшее развитие и совершенствование системы медико-социальной помощи, ... внедрение информационно-коммуникационных технологий и их использование». Успешная реализация указанных задач, в том числе разработка программных комплексов и технологий для точной и быстрой диагностики кожных заболеваний и улучшение качества лечения являются одной из важнейших проблем.
Результаты диссертации служат выполнению задач, поставленных в Указе Президента Республики Узбекистан № У П-4947 от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», в Постановлениях Президента Республики Узбекистан № ПП-1730 от 21 марта 2012 г. «О мерах по дальнейшему внедрению и развитию современных информационно-коммуникационных технологий», № ПП-2221 от 13 августа 2014 г. «О государственной программе по дальнейшему укреплению репродуктивного здоровья населения, охране здоровья матерей, детей и подростков в Узбекистане на период 2014-2018 годы» и в Постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан № 24 от 1 февраля 2012 г. «О мерах по созданию условий для дальнейшего развития компьютеризации и информационно-коммуникационных технологий на местах», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является разработка математических моделей, вычислительных алгоритмов, а также усовершенствование компьютерных моделей регуляторных механизмов взаимодействия клеток эпидермиса кожи.
Научная новизна исследования заключается в следующем: усовершенствованы биологические модели, описывающие взаимосвязи делящих, дифференцирующих, выполняющих специфические функции клеток эпидермиса кожи на основе учета запаздывания времени;
разработана система уравнений регуляторных механизмов клеток эпидермиса кожи на основе биологических моделей с учетом пространственно-временной организации;
создана математическая модель взаимодействия регуляторных механизмов клеток эпидермиса кожи на основе системы функциональнодифференциальных уравнений с западывающими аргументами;
разработаны вычислительные методы для математических моделей регуляторных механизмов эпидермиса кожи с учетом времени обратной связи на основе запаздывающих идентификаторов;
создано програмное обеспечение для вычислительных экспериментов с целью решения задач медицины в области построения моделей взаимосвязанных процессов регуляторных механизмов клеток эпидермиса кожи.
Заключение
В результате исследований по теме «Математическое моделирование регуляторных механизмов эпидермиса кожи» сделаны следующие выводы:
1. Создана биологическая модель регуляторных механизмов клеток эпидермиса кожи, которая отражает биологические закономерности взаимодействия между слоями эпидермиса кожи. На основе созданной биологической модели, описывающей регуляторные механизмы взаимодействия клеток эпидермиса кожи, разработана математическая модель, состоящая из системы функционально-дифференциальных уравнений.
2. Качественно проанализирована математическая модель регуляторных механизмов эпидермиса кожи и получено условие возникновения эффекта «черная дыра». Область «черная дыра» позволяет идентифицировать патологические состояния клеток эпидермиса кожи увеличивать степень прогноза заболевания на 10-15%.
3. Созданы алгоритмы и компьютерные модели на основе математической модели взаимодействия регуляторных механизмов клеток эпидермиса кожа. Они позволяют раннее и быстрое выявление кожных заболеваний, а скорость диагностики кожных заболеваний оптимизировать 2-3 раза.
4. Создано программное обеспечение выявления областей существования «r-windows» - здоровое состояние регуляторных механизмов эпидермиса кожи при хаосе. Созданное программное обеспечение позволяет перейти к нормальной области с помощью «r-windows» в области хаоса и оптимизировать тактику лечения на 35-40%.
5. Создан параметрический портрет, совместимый с биологическими закономерностями кожи, а также позволяющий изучать свойства существующих режимов взаимодействия клеток базального слоя кожи и увиличивать степень прогноза кожных заболеваний на 5-10%.
6. Результаты вычислительных экспериментов на основе разработанного программного комплекса анализа механизмов регуляторных механизмов эпидермиса кожи в норме и при патологиях внедрены в областном дерматовенерологическом диспансере Самаркандского областного департамента здравоохранения Министерства здравоохранения Республики Узбекистан «Diyora shifo najot med servis» и «Orzubck shifo servis», что позволило выявить заболевания, которые происходят в эпидермисе кожи, точно диагностировать параметры кожного заболевания, осуществить прогноз патологических особенностей клеток эпидермиса кожи и разработать тактики лечения. Учет биологической взаимосвязи между клетками эпидермиса кожи позволил увеличить степень прогноза на 5-10 %, а скорость диагностики кожных заболеваний - в 1,5-3 раза, а также оптимизировать тактику лечения на 35-40 %.