МОДЕЛИРОВАНИЕ  ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ  СОСТОЯНИЙ  ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ  ЖИВОТНЫХ

Назаров  Андрей  Васильевич

магистрант  1  курса  биологического  факультета,  кафедра  биотехнологии,  зоологии  и  аквакультуры  АГУ, 
РФ,  г.  Астрахань

E-mail:  andrei.nazarov.94@list.ru

Роговицкая  Елена  Викторовна

магистрант  1  курса  биологического  факультета,  кафедра  биотехнологии,  зоологии  и  аквакультуры  АГУ, 
РФ,  г.  Астрахань

E-mail:  helena_lens@mail.ru

Моделирование  является  в  настоящее  время  одним  из  самых  актуальных  направлений  в  науке.  Моделирование  функциональных  состояний  –  это  очень  важный  инструмент  для  познания  механизмов  системной  организации  физиологических  функций  человека  и  животных.  С  помощью  моделирования  можно  изобразить  и  прогнозировать  изменения  функциональных  состояний  организма  на  основе  различных  параметров  жизнедеятельности.

На  идее  моделирования  базируется  любой  метод  научного  исследования,  при  этом,  в  теоретических  методах  используются  различного  рода  знаковые,  абстрактные  модели,  в  экспериментальных  –  предметные  модели.  При  исследовании  сложное  реальное  явление  заменяется  некоторой  упрощенной  копией  или  схемой,  иногда  такая  копия  служит  лишь  только  для  того  чтобы  запомнить  и  при  следующей  встрече  узнать  нужное  явление.  Иногда  построенная  схема  отражает  какие-то  существенные  черты,  позволяет  разобраться  в  механизме  явления,  дает  возможность  предсказать  его  изменение.  Одному  и  тому  же  явлению  могут  соответствовать  разные  модели.

Наиболее  важными  характеристиками  функционирования  всего  организма  в  течении  всей  его  жизни  является  динамика  широкого  спектра  показателей  различных  физиологических  систем.  Анализируя  данные  показатели  можно  объективно  судить  о  работе  всего  организма  в  целом.

Большого  развития  на  сегодняшний  день  достигли  компьютерные  технологии,  которые  активно  применяются  в  различных  областях  науки.  Компьютерное  моделирование  облегчает  процесс  создания  различных  моделей  и  помогает  быстро  обработать  полученные  результаты,  оценить  адекватность  разработанных  моделей.

В  качестве  объектов  в  медико-биологических  исследованиях  выступает  как  человек,  так  и  различные  лабораторные  животные.  В  настоящее  время  имеется  достаточно  большой  опыт  по  моделированию  различных  состояний  организма  человека.  В  основном  это  различного  рода  классификационные  модели,  построенные  с  помощью  средств  статистики:  регрессионный  анализ,  вейвлет-анализ  [4,  с.  25],  факторный  анализ  и  многие  другие  [2,  с.  30]

Применение  моделирования  функциональных  состояний  возможно  не  только  состояний  человека,  и  лабораторных  животных.  Последнее  особенно  важно,  так  как  реакция  организма  животных  на  различные  экспериментальные  воздействия  в  значительной  мере  определяется  видовой  и  половой  принадлежностью,  возрастом  и  исходным  состоянием  каждой  отдельной  особи.  Опыт  разработки  моделей  состояния  животных  имеется  [3],  но  он  еще  довольно  небольшой  [1,  с.  22].  Однако  потребность  в  таком  подходе  при  работе  с  лабораторными  животным  весьма  высока.  Он  дает  возможность  повысить  эффективность  экспериментальных  исследований  за  счет  более  обоснованного  формирования  опытных  групп  и  повышения  достоверности  научной  информации.

Сейчас  можно  наблюдать  стремительное  развитие  медико-биологических  информационных  технологий.  Они  развиваются  столь  интенсивно,  как  и  современные  компьютерные  технологии.  Развитие  и  внедрение  информационных  технологий  в  биологии  и  медицине  позволяет  в  первую  очередь  разрабатывать  в  практической  медицине  программы  для  компьютерного  моделирования  динамики  состояния  больного  вследствие  применения  препаратов  или  методов  лечения.  Так  же  информационные  технологии  помогают  внедрять  в  практическую  медицину  диагностические  про  программы  на  оказание  помощи  врачу  в  идентификации  состояния  больных.  Необходимо  учитывать  тот  факт,  что  при  правильном  и  своевременном  выявлении  заболевании,  диагностики  и  прогнозирования  состояния  больного,  все  это  будет  являться  решающим  фактором  его  успешного  лечения  [5].

Было  бы  не  правильно  при  выборе  лечения  надеяться  на  интуицию  и  на  опыт,  игнорирую  труд  исследовательских  работ  учёных.  В  заключении  этому  можно  сказать,  что  практика  медицины  и  биологии  предполагает  сочетать  в  себе  клинический  опыт  и  оптимальные  доказательства,  полученные  путём  систематических  исследований,  а  научно-обоснованные  выводы  по  результатам  исследований  невозможно  сделать  без  использования  широкого  спектра  методов  статистического  анализа.

Важнейшим  требованием  к  моделированию  является  требование  адекватности  моделей  к  реальному  исследованию  объекта,  относительно  выбранной  системы  его  характеристик.  Под  адекватностью  моделей  следует  понимать  правильное  количественное  и  качественное  описание  объекта  по  выбранным  характеристикам  с  разумной  степенью  точности.  Недостаточная  адекватность  модели  может  выражаться  неизбежными  ошибками,  которые  возникают  на  всех  этапах  построения  и  реализации  моделей  функциональных  состояний.

Все  реальные  объекты  в  биологии  и  медицине  имеют  случайные  так  и  детерминированные  черты.  В  зависимости  от  этого  они  могут  проявляться  в  большей  или  меньше  степени.  Стоит  отметить,  что  математические  модели  могут  быть  либо  детерминированными,  либо  стохастическими.  Стохастические  модели  при  этом  характеризуются  тем,  что  включают  в  себя  случайные  факторы,  подчиняющие  с  точностью  правилам  математической  статистики.

Многочисленные  параметры  живых  организмов  являются  случайными  величинами,  так  как  находятся  под  воздействием  большого  количества  факторов,  которые  преимущественно  имеют  случайный  характер.  Именно,  исходя  из  этого,  можно  утверждать,  что  стохастические  модели  во  многих  случаях  более  адекватны,  чем  детерминированные  модели.  В  связи  с  этим  стохастические  модели  в  равной  степени  с  детерминированными  моделями  могут  быть  использованы  в  качестве  инструмента  для  системного  анализа  живых  организмов.

Нужно  сказать,  что  человеческий  организм  –  это  сложная  и  далеко  не  изученная  система,  она  состоит  из  огромного  числа  подсистем  и  элементов,  которые  находятся  в  сложной  взаимосвязи  друг  с  другом.  Найти  эти  взаимосвязи,  до  конца  изучить  и  исследовать  их  характер  –  задача  современной  науки,  а  именно  медицины  и  биологии.  Решить  эту  проблему  без  методов  математической  статистики  практически  невозможно.

Наиболее  актуальной  становится  разработка  моделей,  основанных  на  методах  математической  статистики,  на  животных.  С  помощью  данных  моделей  можно  описать  различные  функциональные  состояния  у  экспериментальных  животных.  Для  экспериментальных  исследований  в  различных  областях  биологии  и  медицины  (физиологии,  анатомии,  биохимии,  фармакологии  и  др.)  наиболее  часто  используются  мелкие  лабораторные  животные  –  грызуны  (мыши,  крысы).  Группы  лабораторных  животных  для  исследований  разделяются  по  возрасту,  полу,  весу,  генетической  линии.  В  дальнейшем  эти  группы  анализируются  на  их  индивидуальную  устойчивость  к  изменению  факторов  внешней  среды.

После  изучения  данных  полученных  при  исследовании  лабораторных  животных  создаются  различные  модели,  основанные  на  отдельных  показателях.

На  данный  момент  описанных  и  применяемых  моделей  довольно  много,  но  попытки  моделирования  различных  состояний  животных  встречаются  довольно  редко,  именно  поэтому  им  следует  уделять  особое  внимание.

Поскольку  в  литературе  довольно  редко  встречаются  работы  с  попытками  моделирования  функционального  состояния  животных,  а  так  же  посвященных  оценке  исходного  состояния  организма  лабораторных  животных,  на  которых  планируется  постановка  тех  или  иных  экспериментов,  то  исследования  в  этом  направлении  могут  представлять  интерес  для  ученых,  работающих  в  области  биологии,  физиологии,  экспериментальной  медицины.

Исходя  из  того,  что  для  проведения  различного  рода  экспериментов  и  операций  необходимо  учитывать  состояния  спокойного  бодрствования,  как  у  человека,  так  и  у  животных.  Такой  подход  позволяет  понять,  как  изменилось  состояние  испытуемого  или  же  больного  в  результате  каких-либо  манипуляций. 

На  современном  этапе  есть  приборы  для  регистрации  показателей  у  животных,  а  так  же  программы  для  оперативного  анализа  данных  и  их  статистической  обработки.

Список  литературы:

1. Великомолова  Ю.Б.  Функциональное  состояние  организма  крыс  при  воздействии  полихлорированных  бифенилов  по  показателям  омегаметрии  и  вариабельности  сердечного  ритма:  Автореф.  дис.  канд.  биол.  наук.  –  Челябинск.  –  2009.  –  22  с.
2. Муравьева  И.В.  Особенности  функционального  состояния  центральной  нервной  системы  у  российских  и  иностранных  студентов  при  адаптации  к  условиям  обучения  в  вузе:  Автореф.  дис.  канд.  биол.  наук.  –  Астрахань.  –  2014.  –  30  с.
3. Надареишвили  К.Ш,  Месхишвили  Д.Д.  Вариабельность  сердечного  ритма  среди  кроликов  породы  шиншилла  //  Бюлл.  эксп.  биол.  и  мед.  –  2002.  –  Т.  134,  –  №  12.  –  С.  657–659.
4. Рунова  Е.В.  Вейвлет-анализ  вариабельности  сердечного  ритма  в  оценке  функционального  состояния  регуляторных  систем  организма  человека:  Автореф.  дис.  канд.  биол.  наук.  –  Нижний  Новгород.  –  2008.  –  25  с.
5. Халафян  А.А.  Statistica  6.  Статистический  анализ  данных:  учеб.  пособие.  ИД.:  «Бином-пресс»,  2007.  –  512  с.