2025-02-23T00:38:23-05:00 DEBUG: VuFindSearch\Backend\Solr\Connector: Query fl=%2A&wt=json&json.nl=arrarr&q=id%3A%22pp_isofts_kiev_ua-article-382%22&qt=morelikethis&rows=5

2025-02-23T00:38:23-05:00 DEBUG: VuFindSearch\Backend\Solr\Connector: => GET http://localhost:8983/solr/biblio/select?fl=%2A&wt=json&json.nl=arrarr&q=id%3A%22pp_isofts_kiev_ua-article-382%22&qt=morelikethis&rows=5

2025-02-23T00:38:23-05:00 DEBUG: VuFindSearch\Backend\Solr\Connector: <= 200 OK

2025-02-23T00:38:23-05:00 DEBUG: Deserialized SOLR response

A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics

A computer simulator (CS) of the physiological mechanisms of long-term control of the state of human cardiovascular system (CVS) is developed. The bases of CS are quantitative mathematical models (MM) describing: a) the effects of the central renin-angiotensin system on the characteristics of the CV...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	Grygoryan, R.D., Degoda, A.G., Dzhurinsky, E.A.
Format:	Article
Language:	rus
Published:	Інститут програмних систем НАН України 2019
Subjects:	mathematical model physiology blood circulation blood pressure regulation information technology UDC 612.51.001.57+519.6
Online Access:	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/382
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

id	pp_isofts_kiev_ua-article-382
record_format	ojs
resource_txt_mv	ppisoftskievua/e6/7283e3244d3377515141a4ca3bf0e4e6.pdf
spelling	pp_isofts_kiev_ua-article-3822024-04-28T11:07:28Z A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics Программный симулятор механизмов долговременной регуляции гемодинамики человека Симулятор механізмів довготрива-лого регулювання гемодинаміки лю-дини Grygoryan, R.D. Degoda, A.G. Dzhurinsky, E.A. mathematical model; physiology; blood circulation; blood pressure; regulation; information technology UDC 612.51.001.57+519.6 математическая модель; физиология; кровообращение; артериальное давление; регуляция; информационная технология УДК 612.51.001.57+519.6 математична модель; фізіологія; кровообіг; артеріальний тиск; регуляція; інформаційна технологія УДК 612.51.001.57+519.6 A computer simulator (CS) of the physiological mechanisms of long-term control of the state of human cardiovascular system (CVS) is developed. The bases of CS are quantitative mathematical models (MM) describing: a) the effects of the central renin-angiotensin system on the characteristics of the CVS; b) the dynamics of the total blood volume. Test studies of MM in offline mode showed the adequacy of the models. It is planned to combine this model with the previously created model simulating the urgent regulation of CVS. Based on the integrated model, specialized software technology will be developed to support computer simulations on various aspects of the physiology of the healthy person’s blood circulation. A special simulation study should identify the causes of different scenarios for the development of hypertension. The program is written in C ++17.Problems in programming 2019; 4: 111-120 Разработан компьютерный симулятор физиологических механизмов долговременной регуляции состояния сердечно-сосудистой системы человека. Основа компьютерного симулятора – это количественные математические модели: а) влияний центральной ренин-ангиотензиновой системы на характеристики сердечно-сосудистой системы; б) динамики общего объема крови. Тестовые исследования математической модели в автономном режиме показали адекватность моделей. Планируется объединить эту модель с созданной ранее моделью срочной регуляции сердечно-сосудистой системы. На основе комплексной модели будет разработана специализированная программная технология для поддержания компьютерных симуляций по разным аспектам физиологии кровообращения здорового человека. Специальное имитационное исследование должно выявлять причины разных сценариев развития гипертонической болезни. Программа написана на языке С++.Problems in programming 2019; 4: 111-120 Розроблено комп'ютерний симулятор (КС) фізіологічних механізмів довготривалої регуляції стану серцево-судинної системи (ССС) людини. Основою КС є кількісні математичні моделі (ММ): а) впливів центральної ренінангіотензинової системи на характеристики ССС; б) динаміки загального обсягу крові. Тестові дослідження ММ в автономному режимі показали адекватність моделей. Планується об'єднати цю модель з створеної раніше моделлю строкової регуляції ССС. На основі комплексної моделі буде розроблена спеціалізована програмна технологія для підтримки комп'ютерних симуляцій з різних аспектів фізіології кровообігу здорової людини. Спеціальне імітаційне дослідження має виявляти причини різних сценаріїв розвитку гіпертонічної хвороби. Програма написана на мові С ++17.Problems in programming 2019; 4: 111-120 Інститут програмних систем НАН України 2019-12-05 Article Article application/pdf https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/382 10.15407/pp2019.04.111 PROBLEMS IN PROGRAMMING; No 4 (2019); 111-120 ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ; No 4 (2019); 111-120 ПРОБЛЕМИ ПРОГРАМУВАННЯ; No 4 (2019); 111-120 1727-4907 10.15407/pp2019.04 rus https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/382/385 Copyright (c) 2019 PROBLEMS IN PROGRAMMING
institution	Problems in programming
baseUrl_str	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/oai
datestamp_date	2024-04-28T11:07:28Z
collection	OJS
language	rus
topic	mathematical model physiology blood circulation blood pressure regulation information technology UDC 612.51.001.57+519.6
spellingShingle	mathematical model physiology blood circulation blood pressure regulation information technology UDC 612.51.001.57+519.6 Grygoryan, R.D. Degoda, A.G. Dzhurinsky, E.A. A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics
topic_facet	mathematical model physiology blood circulation blood pressure regulation information technology UDC 612.51.001.57+519.6 математическая модель физиология кровообращение артериальное давление регуляция информационная технология УДК 612.51.001.57+519.6 математична модель фізіологія кровообіг артеріальний тиск регуляція інформаційна технологія УДК 612.51.001.57+519.6
format	Article
author	Grygoryan, R.D. Degoda, A.G. Dzhurinsky, E.A.
author_facet	Grygoryan, R.D. Degoda, A.G. Dzhurinsky, E.A.
author_sort	Grygoryan, R.D.
title	A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics
title_short	A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics
title_full	A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics
title_fullStr	A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics
title_full_unstemmed	A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics
title_sort	simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics
title_alt	Программный симулятор механизмов долговременной регуляции гемодинамики человека Симулятор механізмів довготрива-лого регулювання гемодинаміки лю-дини
description	A computer simulator (CS) of the physiological mechanisms of long-term control of the state of human cardiovascular system (CVS) is developed. The bases of CS are quantitative mathematical models (MM) describing: a) the effects of the central renin-angiotensin system on the characteristics of the CVS; b) the dynamics of the total blood volume. Test studies of MM in offline mode showed the adequacy of the models. It is planned to combine this model with the previously created model simulating the urgent regulation of CVS. Based on the integrated model, specialized software technology will be developed to support computer simulations on various aspects of the physiology of the healthy person’s blood circulation. A special simulation study should identify the causes of different scenarios for the development of hypertension. The program is written in C ++17.Problems in programming 2019; 4: 111-120
publisher	Інститут програмних систем НАН України
publishDate	2019
url	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/382
work_keys_str_mv	AT grygoryanrd asimulatorofmechanismsoflongtermcontrolofhumanhemodynamics AT degodaag asimulatorofmechanismsoflongtermcontrolofhumanhemodynamics AT dzhurinskyea asimulatorofmechanismsoflongtermcontrolofhumanhemodynamics AT grygoryanrd programmnyjsimulâtormehanizmovdolgovremennojregulâciigemodinamikičeloveka AT degodaag programmnyjsimulâtormehanizmovdolgovremennojregulâciigemodinamikičeloveka AT dzhurinskyea programmnyjsimulâtormehanizmovdolgovremennojregulâciigemodinamikičeloveka AT grygoryanrd simulâtormehanízmívdovgotrivalogoregulûvannâgemodinamíkilûdini AT degodaag simulâtormehanízmívdovgotrivalogoregulûvannâgemodinamíkilûdini AT dzhurinskyea simulâtormehanízmívdovgotrivalogoregulûvannâgemodinamíkilûdini AT grygoryanrd simulatorofmechanismsoflongtermcontrolofhumanhemodynamics AT degodaag simulatorofmechanismsoflongtermcontrolofhumanhemodynamics AT dzhurinskyea simulatorofmechanismsoflongtermcontrolofhumanhemodynamics
first_indexed	2024-09-16T04:08:39Z
last_indexed	2024-09-16T04:08:39Z
_version_	1818568471368171520
fulltext	Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення © Р.Д. Григорян, А.Г. Дегода, Е.А. Джуринський, 2019 ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2019. № 4 111 УДК 612.51.001.57+519.6 https://doi.org/10.15407/pp2019.04.111 Р.Д. Григорян, А.Г. Дегода, Е.А. Джуринський ПРОГРАММНЫЙ СИМУЛЯТОР МЕХАНИЗМОВ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ РЕГУЛЯЦИИ ГЕМОДИНАМИКИ ЧЕЛОВЕКА Разработан компьютерный симулятор физиологических механизмов долговременной регуляции состо- яния сердечно-сосудистой системы человека. Основа компьютерного симулятора – это количественные математические модели: а) влияний центральной ренин-ангиотензиновой системы на характеристики сердечно-сосудистой системы; б) динамики общего объема крови. Тестовые исследования математиче- ской модели в автономном режиме показали адекватность моделей. Планируется объединить эту мо- дель с созданной ранее моделью срочной регуляции сердечно-сосудистой системы. На основе ком- плексной модели будет разработана специализированная программная технология для поддержания компьютерных симуляций по разным аспектам физиологии кровообращения здорового человека. Спе- циальное имитационное исследование должно выявлять причины разных сценариев развития гиперто- нической болезни. Программа написана на языке С ++ . Ключевые слова: математическая модель, физиология, кровообращение, артериальное давление, регу- ляция, информационная технология. Введение Сердечно-сосудистая система (ССС) человека – это открытая система, сообщающаяся с другими жидкими среда- ми тела. Наряду с этим, состояние ССС находится под непрерывным влиянием ряда эндогенных нервно-рефлекторных и гуморальных механизмов. В результате этих эндогенных изменений гемодинамика человека проявляет быстрые или медлен- ные изменения даже на фоне стабильности внешней среды. При изменениях физико- химических и информационных характе- ристик внешней среды, прямо или опосре- дованно изменяется и гемодинамика. До настоящего времени не понятно, как разные эндогенные механизмы взаимодей- ствуют и создают характерную для здоро- вого человека гемодинамику. Эта неопре- деленность порождает проблемы при диа- гностике множества патологий, прямо или косвенно отражающихся на состоянии ССС и на количественных проявлениях ее функ- ций. Сведения о большей части биофизиче- ских и физиологических механизмов полу- чено в экспериментах на животных. Основной экспериментальный ме- тод – упрощение комплексного механизма путем пресечений нервных путей или химического отключения отдельных гу- моральных контуров у модельных жи- вотных. Понятно, что устоявшиеся пред- ставления о том, как собственные и сопря- женные механизмы ССС контролируют гемодинамику животных и человека, не охватывают весь спектр нормальных и патологических проявлений кровообраще- ния [1–5]. Не последнюю роль в этом сыг- рало то, что система регуляторов ССС слишком сложна, а суперпозиция резуль- татов, полученных в исследованиях на упрощенных экспериментальных моделях, неадекватно отражает реальное взаимо- действие всех механизмов в интактном организма. Эффективным дополнением к эм- пирической базе знаний могут быть симу- ляции на количественных математических моделях [6–11]. Большинство моделей си- мулирует эффекты механизмов кратковре- менной [8–12] центральной гемодинамики человека. Механизмы долговременной регуляции включены в описание лишь в модели [13]. На протяжении многих лет в Институте программных систем НАН Украины создавались программные симу- ляторы физиологических систем человека на основе количественных математических моделях [14–15]. В частности, нами уже созданы мультикомпартментальная модель объекта регулирования (гемодинамики в ССС, лишенной регуляторов) [16], и модель нервно-рефлекторных механизмов регуля- https://doi.org/10.15407/pp2019.04.111 Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 112 ции состояния ССС [17]. Последняя модель позволила симулировать краткосрочную регуляцию гемодинамики человека. Для компьютерной симуляции комплексной регуляции гемодинамики с учетом меха- низмов и срочной, и долговременной регу- ляции ССС, необходимо эти модели допол- нить моделью механизмов долговременно- го контроля состояния ССС. Цель статьи – описать математиче- скую модель механизмов долговременного контроля ССС, а также компьютерную программу, созданную для проведения тестовых симуляций функций моделируе- мых механизмов. Механизмы долговременного контроля кровообращения Формально, любой нейроэндокрин- ный механизм, способный повлиять на общий объем крови )(tVS , или на тонус сосудов, или на производительность серд- ца )(tQ , является потенциальным регуля- тором гемодинамики. Тонус сосудов в мо- делях представляется ненапряженным объемом )(tU , жесткостью )(tD и гидрав- лическим сопротивлением )(tR . Производительность сердца – функ- ция частоты )(tF и силы )(tK сердечных сокращений, а также объемов правого и левого желудочков сердца )(tVVR , )(tVVL . Кратковременные обратимые изме- нения )(tU , )(tD , )(tR , )(tF и )(tK , не касающиеся анатомии этих звеньев ССС, подпадают под категорию срочная регуля- ция. Медленные и долговременные сдвиги в просвете и мышечном слое сосудов, в размерах )(tVVR , )(tVVL , в )(tVS , фактиче- ски приводящие к параметрической (мор- фологической) перестройке ССС [18, 19], подпадают под категорию долговременная регуляция. Важно помнить, что при обоих ти- пах изменений характеристик ССС, значе- ния )(tPa и )(tQ модифицируются. Для анализа процессов долговременной регу- ляции гемодинамики, вместо кардиоцик- лических изменений вышеприведенных переменных ССС, используются усред- ненные за каждый сердечный цикл значе- ния (например, среднее артериальное давление h t Tt aa TdttPtP h    )()( , где hT – длительность текущего сердечно- го цикла). Наряду с )(tPa , часто исполь- зуется также средний за минуту (60 сек) поток крови на выходе сердца 60)()( 60    t t dttQtQ . Моделирование механизмов, изменяющих характеристики ССС Одним из основных эндогенных химических агентов, способных повлиять на долговременный уровень )(tPa , явля- ется вазоактивное вещество ангиотензин II ( )(tA ) [1, 5]. Он является продуктом пере- работки ангиотензина I, вырабатываемого под влиянием ренина. Первоначально счи- талось, что ренин продуцируется лишь в почках при снижении потока крови в поче- чных артериолах. Сейчас известно, что почти во всех органах снижение органного кровотока вызывает выделение ренина [20]. Физиологи различают центральную (почечную) и локальные (органные) ренин- ангиотензиновые системы (РАС) [5, 20]. В данной модели эти системы не будут диф- ференцированы. Ангиотензин II сужает артериолы (увеличивая )(tR ) и вызывает повышение )(tPa . Для моделирования этого физиоло- гического механизма необходимо формали- зовать процесс продукции )(tA , связав ди- намику )(tA с величинами объемной ско- рости крови в органах-продуцентах ренина. Обозначим )(1 tv и )(2 tv скорости продукции и утилизации )(tA , соответ- ственно. Тогда динамика )(tA связана с )(1 tv и )(2 tv следующим дифференциаль- ным уравнением: )()( 21 tvtv dt dA  . (1) Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 113 Пока допустим, что изменения )(tPa одинаковы во всех участках арте- рий. Тогда изменения количества ренина в крови пропорциональны его изменениям в почках. В статике между объемами )(tA и ренина существует пропорциональная связь. Обозначим статическую величину )(1 tv как )(1 tv . Тогда динамику )(1 tv свя- жем с )(1 tv как: )()( 11 1 tvtv dt dv Tr  , (2) где rT – постоянная времени для скорости продукции ренина. Формальную зависимость )(1 tv от величины почечного кровотока )(tqr мож- но аппроксимировать как: )(1 tv          .)(),0( ,)()),(0( ),(0,0 minmin maxmin rrrrr rrrrrr rr qtqqqk qtqqtqqk tqq (3) Скорость утилизации )(2 tA посто- янна, т. е. ctv )(2 . (3) Объектом управления для предлага- емой модели долговременной регуляции гемодинамики является опубликованная ранее мультикомпартментальная модель неуправляемой ССС [14, 15]. В ней теку- щее значение гидравлического сопротив- ления сосудистого участка )(tRi зависит от исходного сопротивления 0iR и от изменений соотношения текущего сосу- дистого объема )(tVi к его исходному зна- чению 0iV как: 2) )( 0 (0)( tV V RtR i i ii  . В этой формуле принято, что 0iR соответствует значению )(tRi при 0)( ii VtV  , а уровень 0)( tA . Для учета влияния ангиотензина II на )(tRi эту фор- мулу модифицируем к виду: )(tRi           , ,)(, )()),(1() )( 0 (0 ,)(, maxmax maxmin 2 minmin iii iiii i i i iii RtRR RtRRtA tV V R RtRR  (4) где константа i характеризует локальную чувствительность данного сосудистого участка к изменениям концентрации ан- гиотензина II в крови. Известно [1, 5], что кроме ангио- тензина II, вазоактивными свойствами обладают и другие эндогенные химические агенты (обозначим все эти агенты, вклю- чая и ангиотензин II, как )(tAj , где mj ,...,2,1 ). Тогда для общего случая формулу (4) перепишем как: )(tRi             .max)(,max ,max)(min),)(1(2) )( 0 (0 ,min)(,min iRtiRiR iRtiRiR j tjAjtiV iV iR iRtiRiR  (5) Помимо гидравлического сопротив- ления, вазоактивные вещества изменяют жесткость )(tDi и ненапряженный объем )(tUi сосудов. Эти механизмы моделируем как: )(tDi             .)(, ,)(),)(1(0 ,)(, maxmax maxmin minmin iii iii j jji iii DtDD DtDDtAD DtDD  (6) )(tUi             .)(, ,)(),)(1(0 ,)(, maxmax maxmin minmin iii iii j jji iii UtUU UtUUtAU UtUU  (7) Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 114 В последних формулах константы j и j имеют тот же смысл, что и j в (5). Ряд эндогенных химических агентов влияет на длительность сердечного цикла ( hcT ) [1, 5]. Одни из них удлиняют hcT , дру- гие – укорачивают. Учитывая, что и симпа- тические, и парасимпатические влияния на hcT также осуществляются посредством специальных медиаторов (норадреналина и ацетилхолина соответственно), в общем случае динамику )(tThc можно связать с количеством ускоряющих ( )(tM hc  ) или тормозных ( )(tM hc  ) медиаторов как: )(tThc              maxmax maxmin0 minmin )(, )(),( ,))(1())(1( )(, hchchc hchchc ooo hchchc a hchchc TtTT TtTTTTh tMhtMhT TtTT jj (8) где hc aT – длительность сердечного цикла в режиме автоматизма сокращений сердца, oT – температура крови, 0 oT = 36.6, oh – константа чувствительности )(tThc к изменениям oT ,  j h – константы чувстви- тельности )(tThc к изменениям )(tM hc  ,  j h – константы чувствительности )(tThc к изменениям )(tM hc  . Моделирование механизмов изменения общего объема крови Известно [1, 2, 5], что на общий объем крови )(tVS влияют скорости пяти процессов: притока жидкости из пищева- рительного тракта )(tvw ; транскапилляр- ной фильтрации жидкости )(tvcf ; диуреза )(tvd ; испарения с потом ( )(tves ) и выды- хаемым воздухом ( )(tvee ). На величину )(tvcf влияют площадь капиллярных пор и среднее капиллярное давление )(tPс (зависит от )(tPa и сопротивления арте- риол). )(tvd зависит от степени растяже- ния волюмрецепторов (расположены в левом предсердии и в головном мозге [1, 5]), от концентрации солей ( )(tCbe ) и липидов ( )(tCbl ) в крови [5]. Связь между )(tVS и указанными переменными представим как:  )()()( 210 tvtvtv dt dV esdw S  )()()()( 6543 tСtСtvtv blbecfee   (9) где 51   – константы чувствительности (их значения можно задавать через интер- фейс пользователя). )(tves зависит от температуры крови )(tT o , а )(tvee – от легочной вентиляции ( )(tvL ). Полагая эти зависимости линейны- ми с коэффициентами * 3 * 2,  и * 4 соот- ветственно, уравнение (9) перепишем как:  )()1()()( * 2210 tvtvtv dt dV esdw S   )()1()()1( * 44 * 33 tvtv cfee  )()( 65 tСtС blbe   . (10) Для моделирования регуляции )(tVS посредством механизма, основанно- го на работе волюмрецепторов, необхо- димо устанавливать некое соответствие между интенсивностью импульсации )(tIVr и )(tvd . Но между этими перемен- ными есть промежуточная – среднее трансмуральное давление в зоне располо- жения сердечных )(tPTh (и/или внутри- черепных )(tPTc ) рецепторов. По анало- гии с моделью функционирования сосу- дистых механорецепторов [15], предло- жена модель, связывающая )(tIVr с трансмуральным давлением как: Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 115 )(tIVrj , ,)(,1 ,2,1 )(, ))(( 1 ))(( 1 ,)(,0                         S TjPtTjP j S TjPtTjPTH TjP TH TjPtTjPj ej TH TjPtTjPj e TH TjPtTjP    (11) где TH TjP – пороги чувствительности рецеп- торов, S TjP – уровни их давления насыще- ния, jj  , – аппроксимирующие константы. )()()( 2211 tItItv VrVrd   , (12) где ,1VrI 2VrI – активности волюмрецеп- торов сердца и головы соответственно, а 1 и 2 – константы аппроксимации. Вторая версия модели диуреза, вызванного активацией волюмрецепторов, связывает исходное сопротивление почеч- ных артериол 0rR со значениями )(1 tIVr и )(2 tIVr как: )()(0 2 * 21 * 1 tItIR VrVrr   . (13) В обоих вариантах модели детер- минантом диуреза является почечный кро- воток. Модель влияния онкотических и осмотических характеристик фильтруемой почками крови на скорость реабсорбции в почечных канальцах будет разработана позже. Уравнение (10) позволяет осу- ществлять компьютерные симуляции с разными наборами коэффициентов чув- ствительности. Иначе говоря, можно сымитировать любые сценарии изменения )(tVS как входное возмущение и анализи- ровать реакции системной гемодинамики на эти возмущения. Таким образом, система уравнений (1) – (13) представляет собой автономную модель механизмов долговременной регу- ляции гемодинамики человека. Но чтобы реально моделировать эти механизмы, необходимо эту модель сопрягать с моде- лями гемодинамики [14, 15]. Краткие сведения о программе Программная реализация исполь- зует язык программирования C++17 для построения работы симулятора и его вза- имодействия с пользователем. Эта техно- логия была выбрана, поскольку C++ поз- воляет реализовывать системы с наименее возможным количеством накладных рас- ходов от дополнительных абстракций, которыми обладают другие языки (на- пример, Java и её виртуальная машина, сборщик мусора и т. д.). Однако, данная особенность языка усложняет и замедляет разработку системы, которая смогла бы реализовывать универсальную обработку различных видов моделей, а именно взаи- модействие пользователя с этими моде- лями (модификация алгоритма обсчёта, смена значений отдельных параметров и т. д.). Для решения данной проблемы раз- работана собственная объектная модель, позволяющая хранить дополнительную метаинформацию. Объектная модель необходима для: корректного отображения данных на ин- терфейсе, взаимодействия пользователя с моделью и её параметрами, описания про- цесса записи и чтения модели с диска, про- цесса копирования, инициализации и т. д. Выбранная версия C++17 помогает в этом, поскольку в данной спецификации языка добавлены и улучшены возможности напи- сания кода, который выполняется в compile-time, что значительно ускоряет за- пуск приложения, а в некоторых ситуациях ускоряет работу взаимодействия с объект- ной моделью в runtime. Однако объектная модель требует дополнительного описания классов и их методов, что значительно раз- дувает кодовую базу проекта. Для решения данной проблемы разрабатывается инстру- мент на языке Python, который по файлу описания класса в определённом формате (IDL – interface definition language), будет производить генерацию кода, необходимо- го для работы объектной модели, что зна- чительно упростит и ускорит время напи- сания подобного служебного кода, кроме Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 116 того, генерация кода поможет избежать случайных ошибок («опечаток»). В качестве инструмента для по- строения пользовательского интерфейса был выбран фреймворк Qt5, позволяющий создавать программы для большинства существующих платформ и операционных систем. Однако он использовался исклю- чительно как средство для создания поль- зовательского интерфейса и в будущем, при необходимости, его можно будет за- менить другим инструментом. Для отображения графиков зависи- мости параметров от времени использует- ся qcustomplot. Данная библиотека – это довольно простое и легко интегрируемое решение. Но данное решение будет заме- нено другим, так как qcustomplot имеет жесткую привязку к Qt и не поддерживает отображение трёхмерных графиков. Результаты тестовых исследований На этом этапе построения специа- лизированного программно-моделирующе- го комплекса (ПМК) цель тестовых иссле- дований проверить, насколько формулы модели отражают реальные физиологиче- ские взаимосвязи, а также, при отсутствии требуемых эмпирических характеристик, оценить наиболее вероятные величины принятых аппроксимирующих констант. В данной статье публикуется лишь часть результатов, полученных при тести- ровании модели долговременной регуля- ции состояния ССС. Тестирование прово- дилось на модели, в которой контуры барорефлекторной и хеморефлекторной регуляции гемодинамики были отклю- чены. Также была отключена регуляция общего объема крови. Функционировала только модель ангиотензиновой регуляции сопротивления системных сосудов. На рис. 1 показана зависимость концентрации ангиотензина II в крови от уменьшения почечного кровотока от его исходного (принятого за норму в модели неуправляемой ССС) значения до некото- рого минимума (здесь 5 мл./с). Обсуждение Изображенные на рис. 1–3 резуль- таты предварительного тестирования мо- дели показывают, что уравнения правиль- но отражают направления изменений ге- модинамических характеристик в ответ на дискретные изменения коэффициента чув- ствительности сосудов к концентрациям ангиотензина II. Пока об адекватности ди- намики речь не идет. Для исследования динамики необходима активация всех ре- флекторных и нерефлекторных модулято- ров гемодинамики. Эта работа предстоит, результаты будут опубликованы отдельно. Рис. 1. Моделируемая зависимость концентрации ангиотензина II в крови (Ан в условных единицах) от уменьшения почечного кровотока от его исходного (принятого за норму в модели неуправляемой ССС) значения до некоторого минимума (здесь 5 мл./с) Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 117 Рис. 2. Статические зависимости основных показателей центральной гемодинамики при трех значениях (возрастающих вверх-вниз) коэффициента i (отражающего чувствительность изменения сопротивления сосуда к изменению концентрации ангиотензина II в уравнении (4) (симуляция) Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 118 Рис. 3. Статические зависимости среднего давления в дуге аорты (P(AA)) от величины концентрации ангиотензина II при тех же трех значениях i (симуляция) Выводы Разработанная математическая мо- дель долговременной регуляции гемоди- намики человека в целом адекватно отра- жает реальные процессы в теле здорового человека. Для дальнейшего тестирования модели необходимо:  разработать специальную про- грамму, позволяющую интегрировать дан- ную модель с моделями [14, 15] в единый ПМК;  провести тестирование ПМК для нахождения наиболее оптимальных значений аппроксимирующих констант уравнений модели;  исследовать адекватность ПМК в широких пределах изменений в характе- ристиках каждого моделируемого меха- низма;  обозначить область потенци- ального применения ПМК. Литература 1. Brands M.W. Chronic Blood Pressure Con- trol. Compr. Physiol. 2012. Vol. 2. P. 2481–2494. 2. Grygoryan R.D. The optimal circulation: cells’ contribution to arterial pressure. 2017. Nova Science. N.Y. 298 p. 3. Grygoryan R.D., Sagach V.F. The concept of physiological super-systems: New stage of in- tegrative physiology. Int. J. Physiol. and Path- ophysiology. 2018. 9.2. P. 169–180. 4. Grygoryan R.D. The unknown aspects of arte- rial pressure. Znanstvena misel journal. 2019. 33. P. 19–23. 5. Sparks M.A., Crowley S.D., Gurley S.B., Mirotsou M., Coffman T.M. Classical Renin- Angiotensin system in kidney physiology. Compr Physiol. 2014. 4(3). P. 1201–1228. doi:10.1002/cphy.c130040. 6. Григорян Р.Д., Лиссов П.Н. Программный имитатор сердечно-сосудистой системы человека на основе ее математической мо- дели. Проблеми програмування. 2004. № 4. С. 100–111. 7. Григорян Р.Д., Лиссов П.Н., Аксенова Т.В., Мороз А.Г. Специализированный программно-моделирующий комплекс «PhysiolResp». Проблеми програмування. 2009. № 2. С. 140–150. 8. Larrabide I., Blanco P.J., Urquiza S.A., Dari E.A., Ve´nere M.J., de Souza e Silva N.A., Feijo´ R.A. HeMoLab – Hemodynamics Modelling Laboratory: An application for modelling the human cardiovascular system. Computers in Biology and Medicine. 2012. Vol. 42. P. 993–1004. 9. Ježe F., Kulhánek T.,Kalecký K., Kofránek J. Lumped models of the cardiovascular system of various complexity. Biocybernetics and https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/journal/02085216 Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 119 Biomedical Engineering. 2017. Vol. 37, Issue 4. P. 666–678. 10. Kulhánek T., Kofránek J. , Mateják M. Mod- eling of short-term mechanism of arterial pressure control in the cardiovascular system: Object-oriented and acausal approach. Com- puters in Biology and Medicine. 2014. Vol. 54. P. 137–144. 11. Mahdi A., Sturdy J., Ottesen J.T., Olufsen M.S. Modeling the Afferent Dynamics of the Baroreflex Control System. PLoS Comput Bi- ol. 2013 Dec. 9(12). e1003384. 12. Raphan T., Cohen B., Xiang Y., Yaku- shin S.B. A Model of Blood Pressure, Heart Rate, and Vaso-Vagal Responses Produced by Vestibulo-Sympathetic Activation. Front Neu- rosci. 2016. Vol. 10. P. 96–104. 13. Fernandez de Canete J., Luque J., Barban- cho J., Munoz V. Modelling of long-term and short-term mechanisms of arterial pressure control in the cardiovascular system: an ob- ject-oriented approach. Comput Biol Med. 2014. 47. P. 104–12. doi: 10.1016/j.compbiomed.2014.01.006. 14. Григорян Р.Д., Дегода А.Г., Джуринский Е.А., Харсун В.С. Cимулятор пульсирую- щего сердца. Проблеми програмування. 2017. № 4. С. 98–108. 15. Григорян Р.Д., Дегода А.Г., Харсун В.С., Джуринский Е.А. Симулятор механизмов срочной регуляции гемодинамики челове- ка. Проблеми програмування. 2019, № 1. С. 90–98. doi: https://doi.org/10.15407/pp2019.01.090. 16. Stewart J.M. Update on the theory and man- agement of orthostatic intolerance and related syndromes in adolescents and children. Expert Rev. Cardiovasc. Ther. 2012. Vol. 10(11). P. 1387–1399. 17. Kawada T., Yamamoto K., Kamiya A., Ari- umi H., Michikami D., Shishido T., Sunagawa K., Sugimachi M. A derivative-sigmoidal model reproduces operating point-dependent baroreflex neural arc transfer characteristics. Jpn. J. Physiol. 2005. Vol. 55(3). P. 157–163. 18. Fung P., Kong R. The Integrative Five-Fluid Circulation System in the Human Body. Open J. of Mol. Integr. Physiol. 2016. 6. P. 45–97. doi: 10.4236/ojmip.2016.64005. 19. Grygoryan R.D. Comprehension of individual adaptation mechanisms: endogenous tuning of constants determining optimal physiological states. Slovak int. scientific j. 2019. 32. P. 67–72. 20. De Mello WC, Frohlich ED. On the local cardiac renin angiotensin system. Basic and clinical implications. Peptides. 2011. 32. P. 1774–1779. References 1. Brands M.W. Chronic Blood Pressure Con- trol. Compr. Physiol., 2012, V.2, P. 2481- 2494. 2. Grygoryan R.D. The optimal circulation: cells’ contribution to arterial pressure. 2017, Nova Science, N.Y., 298 p. 3. Grygoryan R.D., Sagach V.F. The concept of physiological super-systems: New stage of in- tegrative physiology. Int. J. Physiol. and Path- ophysiology, 2018: 9,2,169-180. 4. Grygoryan R.D. The unknown aspects of arte- rial pressure. Znanstvena misel journal, 2019, 33:19-23. 5. Sparks M.A., Crowley S.D., Gurley S.B., Mirotsou M., Coffman T.M. Classical Renin- Angiotensin system in kidney physiology. Compr Physiol. 2014;4(3):1201– 1228. doi:10.1002/cphy.c130040. 6. Grygoryan R.D., Lissov P.N. A software- simulator of human cardiovascular system based on its mathematical model. Problems in programming. 2004, №4. С.100-111 (Rus).. 7. Grygoryan R.D., Lissov P.N., Aksenova T.V., Moroz A.G. The specialized software- modeling complex “PhysiolResp”. Problems of programming, 2009, 2:140-150 (Rus). 8. Larrabide I., Blanco P.J., Urquiza S.A., Dari E.A., Ve´nere M.J., de Souza e Silva N.A., Feijo´ R.A. HeMoLab – Hemodynamics Modelling Laboratory: An application for modelling the human cardiovascular system. Computers in Biology and Medicine. 2012, V. 42, P. 993–1004. 9. Ježe F., Kulhánek T.,Kalecký K., Kofránek J. Lumped models of the cardiovascular system of various complexity. Biocybernetics and Bi- omedical Engineering. 2017, V. 37, Issue 4, P. 666-678. 10. Kulhánek T., Kofránek J. , Mateják M. Mod- eling of short-term mechanism of arterial pressure control in the cardiovascular system: Object-oriented and acausal approach. Com- puters in Biology and Medicine, V. 54, 2014, P. 137–144. 11. Mahdi A., Sturdy J., Ottesen J.T., Olufsen M.S. Modeling the Afferent Dynamics of the Baroreflex Control System. PLoS Comput Bi- ol. 2013 Dec; 9(12): e1003384. 12. Raphan T., Cohen B., Xiang Y., Yakushin S. B. A Model of Blood Pressure, Heart Rate, https://www.sciencedirect.com/science/journal/02085216 https://www.sciencedirect.com/science/journal/02085216/37/4 https://www.sciencedirect.com/science/journal/02085216/37/4 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3861044/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3861044/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Raphan%20T%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Cohen%20B%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Xiang%20Y%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Yakushin%20SB%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4814511/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4814511/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Fernandez%20de%20Canete%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Luque%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Barbancho%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Barbancho%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Munoz%20V%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24561348 https://doi.org/10.15407/pp2019.01.090 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14962840 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14962840 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14962840 http://dx.doi.org/10.4236/ojmip.2016.64005 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0208521617300268#! https://www.sciencedirect.com/science/journal/02085216 https://www.sciencedirect.com/science/journal/02085216 https://www.sciencedirect.com/science/journal/02085216/37/4 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3861044/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3861044/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Raphan%20T%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Cohen%20B%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Xiang%20Y%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Yakushin%20SB%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Yakushin%20SB%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=27065779 Прикладні засоби програмування та програмне забезпечення 120 and Vaso-Vagal Responses Produced by Ves- tibulo-Sympathetic Activation. Front Neuro- sci. 2016, V.10, P. 96–104. 13. Fernandez de Canete J., Luque J., Barbancho J., Munoz V. Modelling of long-term and short-term mechanisms of arterial pressure control in the cardiovascular system: an ob- ject-oriented approach. Comput Biol Med. 2014;47:104-12. doi: 10.1016/j.compbiomed.2014.01.006. 14. Grygoryan R.D., Degoda A.G., Dzhurinsky Y.A., Kharsun V.S. A simulator of pulsatile heart. Cимулятор пульсирующего сердца. Problems of programming. 2017, №4. С.98- 108 (Rus.). 15. Grygoryan R.D., Degoda A.G., Kharsun V.S., Dzhurinsky Y.A. A simulator of mechanisms of acute control of human hemodynamics. Problems of programming,2019;1:90-98. doi: https://doi.org/10.15407/pp2019.01.090. (Rus.) 16. Stewart J.M. Update on the theory and man- agement of orthostatic intolerance and related syndromes in adolescents and children. Expert Rev. Cardiovasc. Ther. 2012, V. 10(11), P. 1387–1399. 17. Kawada T., Yamamoto K., Kamiya A., Ari- umi H., Michikami D., Shishido T., Sunagawa K., Sugimachi M. A derivative-sigmoidal model reproduces operating point-dependent baroreflex neural arc transfer characteristics. Jpn. J. Physiol. 2005; V.55(3). P. 157–163. 18. Fung P., Kong R. The Integrative Five-Fluid Circulation System in the Human Body. Open J. of Mol. Integr. Physiol, 2016; 6, 45–97. doi: 10.4236/ojmip.2016.64005. 19. Grygoryan R.D. Comprehension of individu- al adaptation mechanisms: endogenous tuning of constants determining optimal physiologi- cal states. Slovak int. scientific J., 2019, 32:67-72. 20. De Mello W.C, Frohlich E.D. On the local cardiac renin angiotensin system. Basic and clinical implications. Peptides. 2011;32:1774– 1779. Получено 05.11.2019 Об авторах: Григорян Рафик Давидович, заведующий отделом, доктор биологических наук. Количество научных публикаций в украинских изданиях – 136. Количество научных публикаций в зарубежных изданиях – 45. Индекс Хирша – 9. http://orcid.org/0000-0001-8762-733X, Дегода Анна Григорьевна, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук. Количество научных публикаций в украинских изданиях – 13. Количество научных публикаций в зарубежных изданиях – 1. Индекс Хирша – 3. http://orcid.org/0000-0001-6364-5568, Джуринский Егор Антонович, инженер-программист. Количество научных публикаций в украинских изданиях – 3. http://orcid.org/0000-0002-1636-1447. Место работы авторов: Институт программных систем НАН Украины, 03187, Киев, проспект Академика Глушкова, 40. Тел.: (044) 526 5169. Е-mail: rgrygoryan@gmail.com, anna@silverlinecrm.com, y.a.dzhurynskyi@gmail.com https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4814511/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4814511/ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Fernandez%20de%20Canete%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Luque%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Barbancho%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Barbancho%20J%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Munoz%20V%5BAuthor%5D&cauthor=true&cauthor_uid=24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24561348 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24561348 https://doi.org/10.15407/pp2019.01.090 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14962840 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14962840 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14962840 http://dx.doi.org/10.4236/ojmip.2016.64005 http://orcid.org/0000-0001-8762-733X http://orcid.org/0000-0001-6364-5568 http://orcid.org/0000-0002-1636-1447 mailto:rgrygoryan@gmail.com mailto:anna@silverlinecrm.com mailto:y.a.dzhurynskyi@gmail.com

A simulator of mechanisms of long-term control of human hemodynamics

Similar Items