Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Москвин Сергей Владимирович. Системный анализ эффективности управления биологическими системами низкоэнергетическим лазерным излучением : диссертация ... доктора биологических наук : 05.13.01 / Москвин Сергей Владимирович; [Место защиты: ГОУВПО "Тульский государственный университет"]. - Тула, 2008. - 222 с. : 34 ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 5

ВВЕДЕНИЕ 7

ГЛАВА L ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Историческая справка 14

1.2. Основные свойства лазерного излучения 16

1.3. Исходные теоретические предпосылки 19

1.4. Влияние когерентности и монохроматичности на эффек- -? тивность лазерного воздействия на биологические системы .

1.5. Зависимость стимулированного низкоинтенсивным лазер- 9 , ным излучением биоэффекта от поляризации излучения

1.6. Длины волн и их сочетания, наиболее эффективные при воздействии на биологические системы 29

1.7. Влияние частотных характеристик модуляции лазерного , излучения

1.8. Импульсное лазерное излучение 45

1.9. Оптимальная доза лазерного воздействия 50

1.10. Способы воздействия лазерным излучением на биологи ческие системы

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 58

2.1. Метод системного анализа, использованный при разработке теоретической модели механизмов действия низкоин- тенсивного лазерного излучения на биологические системы

2.2. Методы исследования мозгового кровообращения 79

2.3. Методы исследования режима «БИО» 82

2.4. Методы исследования определения эффективности импульсного режима работы красного и ИК спектров НИЛИ 84

2.5. Материалы и методы исследования изменения клинико- or лабораторных показателей у больных обструктивным бронхитом

2.6. Материалы и методы исследования воздействия различными видами лазерного излучения у людей с различными ЛОР-заболеваниями

2.7. Лазерные источники и аппаратура 95

ГЛАВА III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ПЕРВИЧНЫХ МЕ ХАНИЗМОВ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ НИЗКОЭНЕР ГЕТИЧЕСКОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МЕТОДОМ СИС ТЕМНОГО АНАЛИЗА

ГЛАВА IV. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЧЕТАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КРАСНОГО (0,63-0,67 МКМ) И ИНФРАКРАСНОГО (0,8-0,9 МКМ) СПЕКТРАЛЬНЫХ ДИАПАЗОНОВ И РЕЖИМА МОДУЛЯЦИИ ПАРАМЕТРАМИ КРОВОТОКА

4.1. Обоснование импульсного режима и спектрального диапазона

4.2. Обоснование эффективности матричного расположения лазерных источников 99

4.3. Обоснование режима модуляции параметрами кровотока 137

ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КРАСНОГО (0,63-0,67 МКМ) ПРИ АУТОДЕРМО-ПЛАСТИКЕ И ПРИ ЛЕЧЕНИИ ТРОФИЧЕСКИХ РАССТРОЙСТВ

5.1. Обоснование экспериментальной модели 143

5.2. Полученные результаты 144

ГЛАВА VI. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО- КЛИНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОДНО- ЧАСТОТНОГО И БИО-РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТ ВИЯ 169

ГЛАВА VII. РЕЗУЛЬТАТЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИССЛЕДО ВАНИЯ МОЗГОВОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ И ЛАБОРАТОРНО ГО ИССЛЕДОВАНИЯ АГРЕГАЦИОННО-РЕОЛОГИЧЕСКИХ 178

СВОЙСТВ КРОВИ НА ФОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗ ЛУЧЕНИЕМ

7.1. Результаты ультразвуковой допплеросонографии и транскраниальной допплеросонографии результатов лазерного воз- 179 действия

7.2. Результаты лабораторного исследования агрегационно- . 81 реологических свойств крови

ГЛАВА VIII. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИМПУЛЬСНОГО И НЕПРЕРЫВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КРАСНОЙ И ИНФРАКРАСНОЙ ЧАСТЕЙ СПЕКТРА В КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРАПИИ ХРОНИЧЕСКОГО ОБСТРУКТИВНОГО БРОНХИТА

ГЛАВА IX. СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ИМПУЛЬСНОГО И НЕПРЕРЫВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ КРАСНОГО И ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНОВ СПЕКТРА В КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРАПИИ ЛОР-ЗАБОЛЕВАНИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 208

ВЫВОДЫ 215

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 217

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 218

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТА ЦИИ 24У

ПРИЛОЖЕНИЕ. 256

АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ  

Введение к работе:

Актуальность исследования. Низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) все шире применяется в самых различных областях медицины благодаря новым экспериментально-клиническим данным, свидетельствующим о высокой терапевтической эффективности, отсутствии осложнений и побочных эффектов (Никитин А.В., Есауленко И.Э., Васильева Л.В., 2000; Хадарцев А.А., Тутельян В.А., Зилов В.Г. и соавт., 2004; Григорьев А.И., Хадарцев А.А. и соавт., 2005). Однако с момента обнаружения биостимулирующих свойств НИЛИ (Инюшин В.М., 1965; Файн С., Клейн Э. 1968; Гамалея Н.Ф., 1972; Goldman L. 1967; Mester E., 1968) и до настоящего времени оставались без ответа два, связанных друг с другом, основных вопроса: что является первичным акцептором биологического действия НИЛИ и возможность прогнозирования результатов воздействия при изменении его параметров.

Проблемами многочисленных исследований являлось непонимание, каким образом можно перенести результаты исследований in vitro на организм человека. Проводившееся изучение частных механизмов биологического действия НИЛИ, вырванных из контекста общих регулирующих факторов, ставило больше вопросов, чем ответов. Отсутствие единой теории механизмов воздействия НИЛИ на биообъекты, объединяющей все известные эффекты, не позволяла осуществлять прогноз относительно наиболее значимых параметров регулирования физиологических параметров живых систем с помощью НИЛИ. Все это, в свою очередь, ограничивало развитие методологии лазерной терапии (ЛТ) и применение метода в клинической практике в целом. До настоящего времени не осуществлен системный анализ данных экспериментальных и клинических исследований.

Не определены пусковые (первичные) механизмы биологического действия НИЛИ, не изучена детально эффективность влияния различных длин волн и параметров их сочетания, не конкретизировано влияние режимов лазерного воздействия на эффективность управления физиологическими параметрами биологических систем, не установлены оптимальные временные и пространственные характеристики лазерного воздействия.

Решению этих задач посвящена настоящая работа, реализованная в ходе экспериментально-клинических исследований.

Цель исследования – теоретико-экспериментальный и клинический анализ системных процессов в живом организме при воздействии НИЛИ и эффективности управления НИЛИ биологическими системами.

Для реализации поставленной цели определены следующие задачи исследования:

1. Разработать термодинамическую модель пусковых кальцийзавизимых механизмов воздействия НИЛИ.

2. Определить оптимум временного воздействия НИЛИ на артериальное и венозное русло в различных условиях гемодинамики.

3. Выявить связь временных значений с максимумом лазериндуцированного распространения волн кальция в цитозоле.

4. Установить эффективность импульсного режима воздействия НИЛИ красного и инфракрасного спектра, их сочетаний, в т.ч. на гемореологические параметры.

5. Дать сравнительную характеристику применения различных видов НИЛИ при патологии внутренних органов (в пульмонологии, гастроэнтерологии, оториноларингологии).

6. Обосновать максимально эффективные параметры воздействия НИЛИ (время, мощность, длина волны, геометрия излучателей) в условиях клинического применения.

Научная новизна. Впервые на основе системного анализа разработана единая универсальная модель первичных механизмов биологического действия НИЛИ, увязывающая все развивающиеся процессы под влиянием НИЛИ с вариацией исходных параметров воздействия. Предложена модель термодинамического запуска кальцийзависимых процессов, как пускового механизма биологического действия НИЛИ, для системного анализа методов управления биологическими системами и установлены оптимальные режимы воздействия для ряда прикладных задач.

Клинико-экспериментальные исследования впервые выявили оптимальные временные режимы воздействия, составившие 2 и 5 мин для двух основных гемодинамических эффектов: артериодилатирующего при исходной вазоконстрикции артериального звена и венотонического при исходной венозной недостаточности.

Впервые установлена прямая связь временных режимов воздействия (2 и 5 мин) с максимумами периодов распространения волн кальция в цитозоле под действием НИЛИ, что также подтверждает первичность кальцийзависимых механизмов в лазериндуцированных биологических эффектах.

Впервые теоретически и практически обоснована высокая эффективность влияния на различные биологические (физиологические) процессы импульсного режима НИЛИ с длиной волны 0,63–0,67 мкм.

Выявлено, что импульсное лазерное излучение красного спектра (0,63–0,67 мкм) обеспечивает более выраженную стимуляцию приживляемости аутотрансплантата при лечении трофических расстройств, длительно незаживающих ран и ожогов, по сравнению с импульсным инфракрасным (ИК) лазерным излучением, и еще в большей степени по сравнению с непрерывным НИЛИ красного спектра. Наилучшую стабильность результата и качества заживления ран обеспечивало сочетание импульсного НИЛИ красного и ИК спектров.

Впервые определено, что импульсное лазерное излучение красного спектра (0,63–0,67 мкм) более значимо изменяет гемореологические параметры по сравнению с импульсным ИК лазерным излучением (ИКЛИ). Воздействие несколькими лазерными источниками, разнесенными в пространстве (матричными излучателями), оказалось более эффективным, чем одиночными.

Установлено впервые, что импульсное лазерное излучение эффективнее непрерывного излучения как в ИК так и в красной области спектра при лечении хронической обструктивной болезни легких. Импульсное излучение в красной области спектра в большей степени влияет на биохимические показатели крови при транскутанном облучении.

Впервые показано, что импульсное лазерное излучение видимого диапазона спектра (l = 0,63-0,65 мкм) обладает рядом преимуществ перед другими, давно применяемыми в оториноларингологии видами лазерной терапии, что позволяет не только сократить сроки лечения в детской оториноларингологии, но и снизить энергетическую нагрузку на организм ребенка без снижения для лечебного эффекта.

Впервые теоретически и практически обосновано применение метода модуляции параметров кровотока как одного из вариантов максимально эффективного управления физиологическими параметрами биологических систем.

Научно-практическая значимость. Результаты исследования доказывают правомерность предложенной концепции первичных кальцийзависимых механизмов биологического действия НИЛИ, позволяют обосновать наиболее эффективные методы лазерной терапии и могут использоваться при дальнейшей разработке теории взаимодействия излучения с биологическими объектами.

Установленные временные режимы воздействия (2 и 5 мин) и доказанное преимущество друг перед другом различных режимов генерации НИЛИ (непрерывное, импульсное, ИК, красного спектра) позволяют индивидуализировать лазерную терапию в учреждениях практического здравоохранения.

Выявленные эффекты улучшения гемореологических параметров красным спектром импульсного излучения с использованием матричных излучателей могут применяться при микроциркуляторных нарушениях и стимулировать разработку новых технических устройств.

Определенные эффекты и способы дифференцированного использования НИЛИ для модуляции параметров кровотока в пульмонологии, гастроэнтерологии, оториноларингологии могут широко использоваться в соответствующих специализированных отделениях и в амбулаторной практике.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в сотнях медицинских учреждений России, в которых используются разработанная под оптимальные методики лазерная терапевтическая аппаратура (АЛТ «Матрикс», «Милта» и «Мустанг»), и реализуются наиболее эффективные параметры лазерного воздействия, обоснованные нами в ходе проведенных исследований, в частности: ФГУ «Государственный научный центр лазерной медицины Росздрава» (г. Москва), ГУП «НИИ новых медицинских технологий» (г. Тула), МУЗ «Городская больница № 10» (г. Тула), Научно-исследовательский центр «Матрикс» (г. Москва), НПО Космического приборостроения (г. Москва), ГУ «Онкологический диспансер» № 3» УЗ ВАО (г. Москва), ЗАО «Национальный медицинский сервис» (г. Москва), Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Первичным механизмом биологического действия НИЛИ на биологические системы, в частности на физиологические параметры человека, является инициирование кальцийзависимых процессов, как следствие локальных термодинамических нарушений внутри живой клетки под действием НИЛИ.

  2. При воздействии на определенные параметры гемостаза оптимальным является импульсный режим НИЛИ, длина волны 0,63–0,67 мкм, относительно непрерывного режима и ИК спектра.

  3. Оптимальным временем воздействия являются 2 и 5 мин, т.е. дозозависимый характер биологического эффекта НИЛИ не линеен в этом диапазоне времени.

  4. При наружном воздействии на проекции внутренних органов и сосуды оптимальным является использование матричных лазерных излучателей.

  5. Модуляция НИЛИ собственными ритмами кровотока человека позволяет значительно повысить эффективность и качество заживления ран и увеличить время ремиссии при хронических заболеваниях за счет восстановления нарушенного биоритмологического гомеостаза.

Личный вклад автора в проведенное исследование. Самостоятельно осуществлен аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по изучаемой проблеме, составлена программа исследований, разработаны учетные формы, проведена обработка данных экспериментального и клинического исследования. Сделано теоретическое обоснование наиболее эффективных режимов лазерного воздействия на основе принципов системного анализа. Промежуточные результаты исследования периодически проверялись научными консультантами. Анализ, интерпретация, изложение полученных данных, формулирование выводов и практических рекомендаций, выполнены лично. Доля участия в теоретической части исследования – 100 %, планировании экспериментов – 100 %, в анализе лабораторных и морфологических данных – до 60 %, в статистической обработке – до 100 %, в обобщении и анализе материала – 100 %.

Апробация материалов работы. Апробация работы состоялась на заседании Ученого Совета ФГУ «Государственный научный центр лазерной медицины Росздрава» (Москва, 2008). Материалы исследований доложены на Ученом совете ФГУ «Государственный научный центр лазерной медицины Росздрава», а также на 8 научно-практических конференциях, конгрессах, съездах (5 международных и 1 российского значения): XX межд. научно-практ. конф. «Применение лазеров в медицине и биологии» (Ялта, 2003); Межд. научно-практ. конф. «Лазерные технологии в медицинской науке и практическом здравоохранении» (Москва, 2004); 1-й Межд. конгр. «Восстановительная медицина и реабилитация – 2004» (Москва, 2004); IV межд. конгр. «Доказательная медицина – основа современного здравоохранения» (Хабаровск, 2005); XXIII межд. научно-практ. конф. «Применение лазеров в медицине и биологии» (Николаев, 2005); Научно-практ. конф. «Современные достижения лазерной медицины и их применение в практическом здравоохранении» (Москва, 2006); VI Всероссийский съезд физиотерапевтов (Санкт-Петербург, 2006); Науч-практ. конф. «Медицинский озон и квантовая гемотерапия в акушерско-гинеколог. практике» (Москва, 2007).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 47 печатных работ, из них 10 монографий, 4 патента, 19 статей в сборниках и научных журналах, из которых 12 рекомендованы ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Работа изложена на 255 страницах, содержит 16 таблиц, 45 рисунков и приложение (акты внедрения). Библиографический указатель включает 282 источника, из них 211 отечественных и 71 иностранных.

Подобные работы
Гулевич Ольга Юрьевна
Моделирование и управление эффективностью системы технического обслуживания при интенсификации добычи нефти в условиях ТПП "Урайнефтегаз"
Логачева Вера Васильевна
Анализ морфофункционального состояния щитовидной железы в прогнозировании радиомодифицирующего эффекта измененной газовой средой и электромагнитным излучением СВЧ-диапазона
Умнов Егор Александрович
Анализ эффективности метода параметрической линеаризации для решения задач оптимального управления со смешанными ограничениями
Зей Яр Вин
Анализ эффективности параллельных вычислительных систем с распределенной памятью при решении оптимизационных задач методами квадратичного назначения
Колмыков Дмитрий Сергеевич
Системный анализ комплексной эффективности и оптимизация функционирования региональной энергетической системы в условиях структурных преобразований
Латыпов Рустам Хафизович
Разработка методов автономного тестирования линейных последовательностных машин и анализ их эффективности
Ким Валерий Хичерьевич
Системный анализ проблемы повышения эффективности производства на государственном унитарном предприятии
Нассонов Юрий Валерьевич
Комплексный анализ и повышение эффективности управления системами гидравлически связанных объектов :На примере процессов в системах добычи нефти
Мищенко Владимир Геннадиевич
Совершенствование алгоритмов системного анализа для повышения эффективности управления нефтегазотранспортными объектами
Винниченко Николай Васильевич
Системный анализ и направления повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов на газоперерабатывающих предприятиях

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net