Терапия №5 / 2025
Имитационное моделирование взаимосвязи компонентов метаболического синдрома
1) Центр медико-экологических исследований ФГБУН «Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем Российской академии наук», г. Нальчик;
2) ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова», г. Нальчик;
3) Медицинская фирма ООО «Альбина», г. Курск
Аннотация. В исследовании анализировалась система метаболических нарушений, включенных в группу метаболического синдрома: уровень глюкозы в крови натощак и после углеводной нагрузки, концентрация общего холестерина (ОХС) в крови, индекс массы тела (ИМТ) пациента.
Цель – изучить взаимосвязь между системами и компонентами метаболического синдрома методом имитационного моделирования для воспроизведения системы на основе результатов анализа наиболее значимых взаимосвязей между ее элементами.
Материал и методы. Были использованы результаты обследования пациентов, у которых регистрировались сахарный диабет 2-го типа (n = 70), артериальная гипертензия 1–2-й стадии (n = 70), сахарный диабет 2-го типа с сопутствующей артериальной гипертензией 1–2-й стадии (n = 50). Для сравнительной оценки была обследована группа из 30 здоровых лиц в возрасте до 40 лет. Измерялось артериальное давление (АД) на обеих руках натощак и после углеводной нагрузки, рассчитывался индивидуальный индекс массы тела (кг/м2). С помощью биохимического анализатора VitaLine-150 (Россия) был выполнен биохимический анализ крови для определения концентрации глюкозы и ОХС (точность ±0,05 ммоль/л). Результаты обработки данных методами имитационного моделирования представлены с использованием компьютерной программы STATISTICA-13.
Результаты. Выполнен корреляционный анализ взаимосвязи показателей АД с концентрацией глюкозы и ОХС в крови. Установлены оптимальные критерии согласия с высокими линейными коэффициентами корреляции АД с глюкозой (r = 0,842) и ОХС (r = 9,96) в крови. Построены модели зависимости уровня глюкозы и ОХС от АД и ИМТ.
Заключение. Функциональные аналитические модели в виде систем уравнений применены в процессе создания инновационного неинвазивного анализатора для определения уровня гликемии и ОХС в крови. Относительная погрешность расчетных значений по сравнению с лабораторными показателями составляет ±10%, что подтверждают патенты РФ на изобретения. Имитационное моделирование позволяет изучить взаимодействие составляющих метаболического синдрома, способствуя внедрению технологий цифрового моделирования реальных устройств и систем.
ВВЕДЕНИЕ
Метаболический синдром (МС), при котором у одного пациента наблюдается сочетание различных метаболических нарушений, представляет собой актуальную проблему современной медицины. В России, как и во всем мире, отмечается устойчивый рост распространенности факторов риска, связанных между собой и объединяемых в рамках системы МС. Доля взрослых, страдающих МС, достигает 25–30%, а количество подростков и молодых людей с этим синдромом оценивается более чем в 2 млн [1, 2].
В настоящее время при диагностике МС предлагается использовать критерии, принятые Всероссийским научным обществом кардиологов в 2009 г. К ним относятся абдоминальное ожирение, артериальная гипертензия (АГ), снижение холестерина липопротеидов высокой плотности, увеличение уровня триглицеридов, повышенный уровень гликемии натощак и после нагрузки глюкозой [3]. Для диагностики МС необходимо наличие у пациента абдоминального ожирения и двух дополнительных критериев [4]. Согласно современным представлениям, первичная инсулинорезистентность и сопутствующая гиперинсулинемия лежат в основе всех проявлений МС, которые способствуют развитию АГ, приводят к снижению периферического кровотока и дисфункции внутренних органов [5, 6].
Одним из методов изучения связи между метаболическими отклонениями, включенными в состав МС, является компьютерное имитационное моделирование (simulation modeling).
Специальный алгоритм при моделировании воспроизводит формализованный процесс сложной системы с помощью ЭВМ на основе исходных данных. Это перспективное направление для анализа многовариантных задач в любые моменты времени. Для вычисления или предсказания поведения системы требуется проведение вычислительного эксперимента (имитации) и создание имитационной модели [7]. Имитационная модель – это результат абстрактного представления объекта исследования, с достаточной точностью описывающего реальную систему при различных комбинациях значений параметров. Моделирующий алгоритм воспроизводит функционирование процесса-оригинала. Решение многовариантных задач позволяет изучить методы выбора оптимальных решений, овладеть математическим аппаратом, уточнить алгоритмы оптимизации, интегрированные в компьютерные программы [8]. Преимущества имитационного моделирования включают детальное представление взаимосвязи компонентов, анализ результатов изменения исходных данных параметров системы в процессе исследования [9, 10].
В имитационной модели отображаются следующие этапы: выбор и анализ исходной информации о свойствах объекта, синтез структуры и построение математической модели, анализ структуры и формализованное описание, выбор оптимальной модели. Операция синтеза структуры предполагает объединение элементов объектов в единую систему. На основе синтеза создается математическая модель, а исходные параметры используются для анализа. Анализ структуры заключается в определении свойств и исследовании работоспособности математической модели. Статистический анализ при этом многовариантный, он выполняется через многократное решение систем уравнений. На основании результатов анализа принимается решение о соответствии описания модели заданным требованиям. Если решение положительное, то после построения имитационной модели принимается оптимальная модель, и процесс построения заканчивается. При отрицательном решении выбирается способ улучшения модели [11].
Оценка и оптимизация всех процессов моделирования служат основой концепции цифрового производства, которая объединяет компьютерное проектирование и визуализацию моделей альтернативных вариантов.
В нашем исследовании анализировалась система метаболических нарушений, включенных в группу МС: уровень глюкозы в крови натощак и после углеводной нагрузки, концентрация общего холестерина (ОХС) в крови, индекс массы тела (ИМТ).
Цель работы – изучить взаимосвязь между системами и компонентами МС методом имитационного моделирования для воспроизведения системы на основе результатов анализа наиболее значимых взаимосвязей между ее элементами.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
На основе результатов обследования пациентов были сформированы следующие статистические выборки:
- 1-я группа – 70 больных сахарным диабетом 2-го типа (СД 2) с длительностью заболевания до 5 лет;
- 2-я группа – 70 больных АГ 1–2-й стадии;
- 3-я группа – 50 больных СД 2 с сопутствующей АГ 1–2-й стадии.
Пациенты находились на диспансерном учете, принимали сахароснижающие и антигипертензивные препараты. Для сравнительной оценки была обследована группа из 30 здоровых лиц в возрасте до 40 лет. Все пациенты дали информированное добровольное согласие на участие в исследовании.
У участников регистрировались систолическое АД (САД) и диастолическое АД (ДАД) на обеих руках натощак (измерение № 1, в 08:00) и после углеводной нагрузки (измерение № 2, в 12:00). Точность составляла ± 2 мм рт. ст. Рассчитывался индивидуальный индекс по показателям массы тела и роста (кг/м2). С помощью биохимического анализатор...
