Этапы решения фармацевтических задач с использованием компьютерных технологий. Математическое моделирование химических, фармацевтических и медико- биологических. - презентация

1 Этапы решения фармацевтических задач с использованием компьютерных технологий. Математическое моделирование химических, фармацевтических и медико- биологических задач Лекция 1 с дисциплины КТ в фармации для студентов ІV курса фармацевтического факультета

2 План лекции 1. Этапы решения фармацевтических задач с использованием КТ. 2. Формализация задач: общие понятия. 3. Математическое моделирование. Примеры математических моделей.

3 закономерные связи между ними, которые дадут нам ключ к пониманию явлений природы... А. Эйнштейн, Мир, каким я его вижу ".... Весь предыдущий опыт уверяет нас в том, что природа представляет собой реализацию простейших математически допустимых элементов. Я уверен, что с помощью чисто математических конструкций мы можем найти, те понятия и

4 Этапы решения фармацевтических задач с использованием КТ Этапы решения фармацевтических задач с использованием КТ Построение модели Формализация модели Построение компьютерной модели Интерпретация результатов Проведение компьютерного эксперимента

5 Формализация задач: общие понятия В основе формализации лежит понятие системы. Свойства системы : Целостность : комплекс объектов, который рассматривается как система, представляет собой некоторое целое, имеющее общие свойства и поведение, а функционирование элементов подчинено единой цели; Делимость - систему можно расчленить на элементы (подсистемы); Изолированность - комплекс объектов, которые образовывают систему, и связи между ними можно отделить от их окружения и рассматривать изолировано; Относительная изолированность - изолированность системы является относительной, поскольку комплекс объектов, которые образовывают систему, взаимодействуют с окружающей средой через входы и выходы; Разнообразие - каждый элемент системы характеризуется своим поведением и состоянием, отличным от поведения и состояния других элементов и системы в целом.

6 Формализация задач: общие понятия Классификация систем По степени взаимодействия с внешней средой изолированные не имеют связи с внешней средой открытые закрытые испытывают влияние от внешней среды, но обратного влияния (на внешняя среда) не оказывают взаимодействуют с внешней средой, обмениваясь веществом, энергией и информацией

7 Формализация задач: общие понятия Любой медико-биологический объект – это открытая динамическая система. Свойства системы описываются с помощью так называемых системных законов : закон открытых систем; закон саморегуляции. Системы динамические статические

8 Формализация задач: общие понятия Структура системы – это совокупность элементов и связей, которые определяют внутреннее строение и организацию объекта как целостной системы. Элемент системы – это наименьшая часть в структуре системы, внутреннее строение которой не принимается во внимание на выбранном уровне анализа. Научное направление, связанное с разработкой совокупности методологических, методических, конкретно-научных и прикладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной природы имеет название общей теории систем.

9 Модель (от лат. modulus – мера, образец ). Модель – это искусственно созданный человеком объект любой природы, который воссоздает и имитирует основные свойства исследуемого объекта с целью их изучения и исследования. Формализация задач: общие понятия Метод исследования оригинала с помощью подобной или аналогичной системы называется моделированием

10 Виды моделей биологические (предметные) кибернетические физические (аналоговые)) Материальные (предметные) Знаковые (информационные) Формализация задач: общие понятия математические

11 Модель клетки Модель почки Модель сердца Биологическиемодели Биологические модели Предназначены для изучения общих биологических закономерностей, действия различных препаратов, методов лечения. Например Модель уха Виды моделей

12 Физические модели - физические системы или устройства, обладающие аналогичной с моделирующим объектом поведением. Физическая модель может быть реализована в виде некоторого механического устройства или в виде электрической цепи. К физическим моделям относятся технические устройства, заменяющие органы и системы живого организма. Это аппараты искусственного дыхания, моделирующие легкие, аппараты искусственного кровообращения (модель сердца) и др. Аппарат искусственной вентиляции легких Физические модели Виды моделей

13 Кибернетические модели Кибернетические модели - это разные устройства, чаще электронные, с помощью которых моделируются информационные процессы в живом организме. Виды моделей

14 Математическая модель - это совокупность формул и уравнений, которые описывают свойства исследуемого объекта и позволяют установить количественные соотношения между ними. Математические модели Математическая модель изменения давления в аорте со временем: Виды моделей

15 Математическое моделирование Этапы математического моделирования: I этап - создание математической модели в виде системы формул и уравнений на основе результатов экспериментальных исследований процессов, протекающих в системе; ІІ этап - проверка и корректировка модели, предусматривающая определение числовых значений коэффициентов и начальных условий, решение системы уравнений и сравнение полученных результатов с данными эксперимента, выявление соответствия или несоответствия исследуемого объекта и модели, определение условий применимости модели; ІІІ этап – исследование математической модели и ее использование в практических целях для получения новой информации об исследуемом объекте.

16 Эта модель описывает изменение с течением времени распределения введенных в организм препаратов. Терапевтический эффект зависит от концентрации С препарата в организме (в больном органе) и времени t, пока он находится в нужной концентрации. Задачей врача является выбор : дозы ; пути введения ; периодичности введения с целью обеспечения необходимой для достижения терапевтического эффекта концентрации при минимальном побочном действии Фармако-кинетическая модель Примеры математических моделей

17 Из физиологии известно, что концентрация препарата в орган-мишени может зависеть от ряда процессов: 1) всасывания препарата в кровеносное русло; 2) транспортировки препарата из крови в орган; 3) транспортировки препарата из органа в кровь; 4) выведение препарата из крови почками или печенью. Фармако-кинетическая модель Примеры математических моделей Блок – схема процесса

18 Рассмотрим простейший случай изменения концентрации препарата в организме (в органе- мишени). Пускай выведения лекарственного вещества описывается нелинейными функциями ( в наипростейшем случае это экспоненциальная функция): С=С 0 е -kt, где С 0 - начальная концентрация лекарственного вещества, к – коэффициент, который учитывает природу лекарственного вещества, t – время. Если С* - max безвредная концентрация, которая обеспечивает терапевтический эффект, то концентрация лекарственного вещества, которая еще обеспечивает терапевтический эффект должна лежать в границах: С min C(t) С* Фармако-кинетическая модель Примеры математических моделей

19 Изменение концентрации со временем Концентрация в каждый момент времени зависит от двух факторов: скорости выведения и скорости введения. Для создания в крови оптимальной концентрации необходимо вводить следующую дозу в каждый момент времени ( t 1, t 2, …), когда C(t) становится равной С min Примеры математических моделей Фармако-кинетическая модель С* С min t

20 Спасибо за внимание