Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анализ методов диагностики и лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом 12
1.1. Современное состояние проблемы заболеваемости сахарным диабетом 12
1.2. Применение электроактивированных водных растворов в лечении гнойных ран у больных сахарным диабетом 23
1.3. Особенности коррекции уровня глюкозы у больных с сахарным диабетом, осложненном гнойными заболеваниями 29
ГЛАВА II. Интеллектуализация процесса диагностики и лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом 32
2.1. Методика применения электроактивированных водных растворов у пациентов с гнойными ранами 32
2.2. Критерии оценки лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом 38
2.3. Алгоритмизация процессов диагностики и лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом на основе сетей Петри 42
Выводы второй главы 51
ГЛАВА III. Моделирование процесса лечения гнойных ран у больных сахарным диабетом на основестатистического анализа 52
3.1. Анализ клинических групп больных сахарным диабетом с гнойными ранами 52
3.2. Оценка значимости клинических признаков проявления гнойных ран на основе метода априорного ранжирования 61
3.3. Построение моделей оценки тяжести гнойно-воспалительного процесса у больных сахарным диабетом на основе регрессионного анализа 69
3.4. Разработка моделей выбора тактики лечения гнойных ран у больных сахарным диабетом на основе дискриминантного анализа 75
Выводы третьей главы 80
ГЛАВА IV. Реализация и апробация моделей лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом в клинической практике 81
4.1. Сравнительный анализ динамики клинических показателей больных с гнойными ранами на фоне сахарного диабета 81
4.2. Фармако – экономический эффект лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом с использованием ЭАВР 101
4.3. Построение адаптивного алгоритма процесса лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом 103
Выводы четвертой главы 109
Заключение 110
Список литературы
- Применение электроактивированных водных растворов в лечении гнойных ран у больных сахарным диабетом
- Критерии оценки лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом
- Оценка значимости клинических признаков проявления гнойных ран на основе метода априорного ранжирования
- Фармако – экономический эффект лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом с использованием ЭАВР
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время, сахарный диабет (СД) является одним из самых распространенных хронических заболеваний, который характеризуется ранней инвалидизацией и высокой смертностью больных вследствие развития поздних сосудистых осложнений. Одной из основных причин инвалидизации при СД, является поражение нижних конечностей, так как у больных СД риск выполнения нетравматических ампутаций нижних конечностей в 22 раза выше по сравнению с аналогичной вероятностью при отсутствии диабета (Ахмеров А.Б., 2008; Прошин А.В., 2010; Токмакова А.Ю., 2010).
В настоящее время осложнения сахарного диабета занимают одно из основных мест в хирургической практике. Так, около 50 % всех больных сахарным диабетом хоть раз в жизни нуждаются в хирургическом лечении. Актуальность лечения сахарного диабета и, в частности, его осложнений, обуславливается распространенностью и ростом заболевания. В настоящее время существует множество различных способов и методов местного лечения гнойных ран у больных сахарным диабетом, однако, ни один из существующих способов не способен полностью удовлетворить врачей – хирургов, в результате, проблема лечения остается предметом активных научных исследований (Бархатова Н.А., 2010; Храмилин В.Н., 2010; Холубкевич Ю.П., 2007).
Однако, несмотря на постоянно совершенствующиеся схемы лечения, внедрение в процесс лечения вспомогательной терапии, лечение гнойных ран у данной категории больных требует значительных экономических затрат, и в следствии хронизации раневого процесса увеличивает количество койко – дней проводимых пациентами в стационаре (Цибиков Е.Н., 2009, Макеев О.Г., 2010).
По мнению многих авторов, любой эффективный метод местного лечения гнойных ран должен оказывать на рану в первой (гнойно-некротической) фазе воспаления антимикробное, противовоспалительное, дезинтоксикационное, сорбционное, противоотечное, анальгезирующее и некролитическое действие. В тоже время, необходимо нормализовать локальную микроциркуляцию и обменные процессы в тканях, что является сложно – выполнимой задачей, при наличии сахарного диабета, который является отягощающим фактором, течения любого заболевания (Мошуров И.П., 2007; Зубарев П.Н., 2010; Литвак Г.Ю., 2007)
Подавляющее большинство применяемых хирургами методов лечения гнойных ран, обладают рядом недостатков: побочные эффекты, низкая
эффективность, мононаправленность действия, экономическая дороговизна применения (Зубарев П.Н., 2011; Маркевич и др., 2010).
Таким образом, при наличии огромного выбора среди целого арсенала лекарственных средств и физиотерапевтических методов, очень мало средств обладающих одновременно антисептическим, противовоспалительным, проти-воотечным, дезинтоксикационным, обезболивающим и репаративным действием (Корейба К.А., 2011; Олейников П.Н., 2010; Баландина К.А., 2009; Липин А.Н., 2009). В связи с этим, актуальность диссертации заключается в необходимости разработки методов интеллектуальной поддержки процессов диагностики и лечения гнойных ран у больных сахарным диабетом с применением электроактивированных водных растворов на основе математических моделей и алгоритмов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» в рамках научного направления «Моделирование биологических и медицинских процессов на основе информационных технологий».
Цель исследования – разработка математических моделей и алгоритмов диагностики и лечения гнойных ран у пациентов с сахарным диабетом.
Для достижения цели исследования решались следующие задачи:
– разработать сетевую модель на основе сетей Петри, позволяющую принимать решения при планировании диагностического и лечебного процессов гнойных ран у больных сахарным диабетом;
– провести анализ информативности, прогностической значимости и математическое ранжирование анамнестических данных и субъективных симптомов больных гнойными ранами и сахарным диабетом;
– разработать модели оценки тяжести гнойно-воспалительного процесса у больных сахарным диабетом на основе регрессионного анализа;
– разработать модели выбора рациональной тактики лечения больных с гнойными ранами и сахарным диабетом на основе дискриминантного анализа с целью повышения эффективности проводимого лечебного процесса;
– построить алгоритм выбора тактики лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом с применением электроактивированных водных растворов на основе адаптивного подхода;
– оценить эффективность использования электроактивированных водных растворов в качестве антисептических средств в лечении гнойных ран у больных сахарным диабетом, на основе динамического наблюдения.
Объект исследования. Пациенты с сахарным диабетом, нуждающиеся в диагностике и лечении гнойных ран.
Предмет исследования. Методы, модели и алгоритмы диагностики и лечения гнойных ран у пациентов с сахарным диабетом.
Методы исследования. В работе использовались методы экспертного оценивания, системного анализа, имитационного моделирования, математической статистики и теории управления биосистемами, адаптивных алгоритмов и клини-ко-лабораторных исследований. При разработке моделей в качестве инструментария использовалась среда Statistica 6.0.
Применение электроактивированных водных растворов в лечении гнойных ран у больных сахарным диабетом
К началу двадцать первого века, среди хронических заболеваний, лидирующих в структуре общей заболеваемости, одним из ведущих заболеваний остается сахарный диабет (СД). Можно сказать, что в последнее время, СД приобретает характер неинфекционной эпидемии. Количество больных страдающих СД имеет тенденцию к увеличению на 6-8% в год с удвоением количества больных каждые 15 лет, достигая в настоящее время, около 200 млн. человек во всем мире. Эксперты ВОЗ предполагают, что число больных СД, составит 325 млн. человек, уже к 2015 году. Помимо этого, будет наблюдаться рост числа людей с нарушенной толерантности у глюкозе. СД можно поставить в один ряд социально значимых заболеваний, так как, характеризуется высокой смертностью и ранней инвалидизацией, из-за развития сосудистых осложнений [61].
В хирургической практике, частой причиной инвалидизации при СД [28], становятся поражение дистальных отделов нижних конечностей. По существующей статистике, при наличии СД, риск выполнения нетравматических ампутаций нижних конечностей будет более чем в 20 раз выше, чем при отсутствии СД в анамнезе. Острота данной проблемы, была отмечена еще в 1989 г. на Сент – Винсентской декларации, где было провозглашено снижение на 50 % к 2000 году количества высоких ампутаций у лиц больных СД [47].
Одним из серьезных осложнений сахарного диабета является диабетическая нейропатия [32], распространенность осложнений которой находится в пределах от 30 до 50 %, в зависимости от видов и методов обследования пациентов. Однако процент пациентов с диабетической нейропатией может достигать 90% , при условии учета как пациентов с явными клиническими признаками, так и пациентов с субклиническими формами диабетической нейропатии. Так же известно, что сенсо – моторная нейропатия чаще всего встречается у пациентов в клинической практике.
Хроническая гликемия играет ведущую роль в патогенезе диабетической нейропатии. Особенно опасен, повышенный уровень глюкозы в крови, существующий длительное время, так как приводит к активации полиолового пути обмена глюкозы, приводит к оксидативному стрессу, вызывает снижение образования оксида азота, уменьшая кровоток в нервных волокнах, что приводит к нарушению факторов роста. Вышеперечисленное влияет на нервный импульс, снижая скорость его проведения и в конечном счете, вызывают гибель нервных клеток [19].
Качество жизни пациентов с диабетической нейропатией будет в значительной мере снижаться [96], за счет клинических проявлений заболевания. На основании клинических проявлений диабетической нейропатии можно судить о патогенетической значимости и даже строить прогноз факторов риска развития целого ряда осложнений сахарного диабета, к примеру, часто встречающегося в хирургической практике, синдрома диабетической стопы (СДС) [29], осложненного гнойными ранами [35,76].
Всю клинические проявления диабетической нейропатии у пациентов, можно разделить на две основные группы: положительную, или продуктивную симптоматику, когда пациент будет предъявлять различные жалобы, и отрицательную, когда жалобы у пациентов будут отсутствовать, но в тоже время, уже могут иметь место нарушения чувствительности. В зависимости от выраженности болевого синдрома выделяют безболевые и болевые варианты патологии. Последняя подразделяется на острую и хроническую. При отсутствии болевого синдрома, для постановки правильного диагноза диабетической нейропатии, необходимо проведение осмотра и дальнейшего обследования больного [75,78].
Стоит учитывать, что острая болевая форма составляет до шести месяцев по продолжительности. Характер болевого синдрома достаточно вариабелен и включает в себя чувство онемения, жжения, ноющие боли, колющие боли, стреляющие боли, и т.д., локализующиеся как правило стопах и голенях.
При хронической нейропатии, болевая симптоматика будет сохраняться более шести месяцев. Клиническая картина болевого синдрома будет довольно значительно варьироваться по интенсивности и частоте, от части существуя в некоторой зависимости от содержания глюкозы в крови. Так, контроль глюкозы с последующей компенсацией процесса, положительно сказывается на течение заболевания, нередко вызывая регресс субъективных симптомов, в то время как отсутствие контроля за уровнем глюкозы в крови, способствует ухудшению состояния пациентов, усиливая уже существующие клинические проявления [148].
Для более правильной постановки диагноза, а так же с целью дифференциальной диагностики прибегают к использованию УЗДГ (ультразвуковой доплерографии) артерий нижних конечностей.
Все лечение диабетической нейропатии будет отличаться комплексным подходом, в тоже время во многом завися от стадии развития патологического процесса.
На начальных стадиях, очень важным условием является мониторинг и компенсация углеводного обмена. Замечено, что снижение содержания глюкозы в крови, оказывает больший терапевтический эффект, относительно нейропатических болей, нежели обычная лекарственная терапия.
Критерии оценки лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом
Вторым моментом является то, что стабилизированные электролитные газы скапливаются на точке раздела фаз "газ-жидкость". Размер газовых частиц чаще всего от 0,1 до 60 мкм, с очень большой концентрацией. Получаемые частицы газа очень малы ввиду отсутствия четкой границы между газом и жидкостью. Рад ученых, в частности японские ученые, указывают, что можно рассматривать образование малых частиц газа как отдельных кластеров в растворе. В растворе анолита газовые пузырьки как правило распределены равномерно по всему объему. Время их стабильного нахождения в растворе составляет до 150 часов. Образовавшиеся пузырьки газа активны как в химическом так и в электрическом отношении. Чаще всего выступают катализатором целого ряда химических превращений, а иногда и каскада реакций. Но иногда получаемый в ходе эектрохимической обработки газ может служить и ингибитором химических реакций в растворе. Активность в отношении микробной флоры получаемых растворов обусловлена следующим моментом. В ходе проведения электрохимического активирования образуются активные компоненты так называемые «сопряженные окислительно-восстановительные пары», которые и обладают повышенной антимикробной активностью [118].
Третий момент это неравновесная химическая структура полученного раствора, вследствие тесного взаимодействия атомных частиц образовавшихся в ходе электрохимического процесса. Такой раствор обладает как правило большими антимикробными свойствами в следствии тесного взаимодействия между частицами, молекулами и атомами находящимися внутри его. Степень связанности молекул определяет бактерицидные свойства раствора. Чем больше связей между частицами в растворе, тем большими антимикробными свойствами он обладает [81].
Широкое антимикробное действие раствора анолита обусловлено способностью повреждать клеточную оболочку микробной клетки. Электрохимически активированный водный раствор эффективен в отношении большинства известных на данный момент бактерий и вирусов. В тоже время не отмечено отрицательного влияния на соматическое клетки человека. Таким образом электроактивированные водные растворы обладают выраженным бактериоцидным действием в следствие целого ряда факторов описанных выше, не оказывая отрицательного влияния на здоровые клетки.
Это связано с наличием принципиальных отличий в строении клеток перечисленных форм жизни, с условиями их жизни [23].
Клетки высших организмов, в своей жизнедеятельности, обладают рядом особенностей. Во время процесса фагоцитоза они при поглощении микробных тел выделяют огромное количество активных веществ, включая перекись водорода. Эти клетки предотвращают токсическое действие антиоксидантных веществ, на жизненно важные клеточные структуры, благодаря наличию мощной химической системы антиоксидантной защиты. Антиоксидантные свойства клеток человека обусловлены наличием трехслойной оболочки состоящей из липопротеидов.
Микроорганизмы же, не могут продуцировать подобные вещества в процессе своей жизнедеятельности, так же у них отсутствует антиоксидантная защита. Вследствие указанных причин активированные растворы оказывают токсическое и повреждающее действие на микробные клетки [139]. Существуют и дополнительные факторы высокой антимикробной активности анолита АНК:
Благодаря низкой минерализации анолита АНК и его повышенной гидратационной способности, происходит увеличение потока активных веществ внутрь клетки, происходит интенсивный перенос активных веществ внутрь клетки. Перенос веществ обладающих оксидативным эффектом внутрь микробной клетки происходит намного быстрее, чем в клетки организма. Это происходит за счет разницы в осмотическом градиенте указанных клеток. Ускорению переноса оксидантов внутрь микробной клетки способствует образование большого количества электрически заряженных микропузырьков электролизиных газов. Они создают в зоне соприкосновения локальные электорополя, что так же способствует ускорение электроосмотического переноса оксидантов внутрь бактериальных клеток [26,138].
Оценка значимости клинических признаков проявления гнойных ран на основе метода априорного ранжирования
Для интеллектуальной поддержки принимаемых решений при диагностике и выборе тактики лечения гнойных ран у больных сахарным диабетом в условиях неполной априорной информации и ряда неопределенностей рекомендуется использовать для повышения эффективности принимаемых решений методы формализации априорной информации (в частности метод априорного ранжирования), поступающей от лечащего врача, для выбора использования того или иного вида лечебного воздействия, или для выбора ведущего показателя, который учитывается в ходе диагностики и лечения гнойных ран.
В своей работе мы использовали метод априорного ранжирования. Главным отличием которого от других методов, является использование экспертной информации.
Данный метод позволяет объективно оценить субъективное мнение специалистов выступающих в роли экспертов. Ведь как известно что чем больше данных клинического обследования тем разнороднее мнение большего числа экспертов о степени влияния каждого из них на ход заболевания.
При сборе априорной информации экспертам (т7) предлагается заполнить анкеты, в которых необходимо оценить п входных переменных в зависимости от степени их влияния на выходную переменную (или выходных переменных, наибольшую информативность из которых следует оценить). Если число переменных п велико, то при их ранжировании целесообразно применять метод дихотомии.
В результате ранжирования переменных по степени убывания или возрастания их влияния каждой переменной присваивается определенный ранг. Если эксперты затрудняются присвоить всем переменным различные ранги, они могут приписать двум или нескольким переменным одинаковые ранги. В случае совпавших рангов матрица ранжирования приводится к нормальному виду таким образом, чтобы сумма рангов в каждом столбце матрицы ранжирования, где записано мнение j-го исследователя (j = 1,m), была равна п(п+1)/2. Для этого переменным, имеющим одинаковые ранги, приписывается ранг, равный среднему значению мест, которые переменные поделили между собой.
По данным матрицы ранжирования производится оценка согласованности экспертов с помощью коэффициента конкордации.
Если при числе степеней свободы f=n-1 критическое значение х2кр окажется меньше расчетного %2расч , то гипотеза о наличии согласия экспертов принимается.
Для большей наглядности полученные результаты представляются на гистограмме ранжирования. Если распределение неравномерное и убывание влияния переменных немонотонное, можно произвести выделение наиболее существенных переменных (факторов).
Для оценки клинических признаков проявления гнойных ран, семи экспертам (т=7), со стажем практической работы от трех до тридцати пяти лет, предложили заполнить анкеты, в которых было нужно провести оценку двадцати диагностических критериев в момент постановки диагноза и выборе тактики лечения гнойных ран у больных сахарным диабетом (п=20) в порядке убывания диагностической значимости каждого критерия.
В результате ранжирования эксперт (врач) присваивал определенные ранги диагностическим критериям проявлений гнойных ран. В результате сложения мнений экспертов была создана матрица ранжирования, имеющая совпавшие ранги (табл. 3.6). Так как матрица имеет совпавшие ранги, то ее необходимо привести к нормальному виду, чтобы сумма в каждом столбце была равна п(п+1)/2 (табл. 3.7).
По данным матрицы ранжирования, приведенной к нормальному виду, произведем оценку согласованности экспертов с помощью коэффициента конкордации (3.1), для чего произведем расчет вспомогательных величин: d (2), Tj (3), а также определим по каждому диагностическому признаку обобщенную сумму рангов (табл. 3.8).
По результатам табл. 3.8 было получено значение коэффициента конкордации W=0,994, а затем определена величина у расч = 132,247 (3.5) для оценки значимости коэффициента конкордации. Так как расчетное значение критерия Пирсона %\асч = 132,247 оказалось больше критического (табличного) х2кр = 30,144 при числе степеней свободы f = п - 1 = 19 и уровне значимости q = 5 %, то гипотеза о согласованности экспертов принимается, а по обобщенной сумме рангов были определены ранги диагностических критериев, результаты ранжирования представлены на гистограмме (рис. 3.1).
Фармако – экономический эффект лечения гнойных ран у больных с сахарным диабетом с использованием ЭАВР
Расчет себестоимости анолита АНК за литр рабочего раствора в условиях Российской Федерации.
Структура расходов при получении анолита от установки СТЭЛ рассматривается на примере СТЭЛ-10Н-120-01 производительностью по анолиту 70-75 л/ч. 1. Приобретение установки стоимостью от 30.000 руб. (в ценах 2011 г.) – разовые затраты с учетом расходов на организацию рабочего места; 2. Затраты на соль из расчета не более 5 г/л в течение года (252 рабочих дня по 5,5 часа в день при стоимости соли 3,5 руб/кг) - 1700 – 1800 руб/год; 3. Расход электроэнергии из расчета 0,00875 кВт/л/ч, 1,62 руб/кВт/ч 1400 – 1500 руб/год; 4. Приобретение соляной кислоты для промывки установки (0,07 л/день, 30 руб/л) – 530 руб/год 5. Амортизационные отчисления по п.1 из расчета гарантийного срока службы установки 5 лет – 6000 руб.
Максимальная сумма расходов по п.п. 2 – 5 составляет » 9800 руб/год потраченных на выработку » 100000 л анолита, что соответствует » 0,1 руб/л.
Экономическая ситуация, соответствующая п.п. 1 – 5, эквивалентна разовому беспроцентному кредитованию по статье приобретение дезинфектантов в размере 30.000 руб. сроком на пять лет. При инфляции порядка 10% в год это обеспечивает выгоду » 2800 руб/год.
Расходы на производство анолита АНК уменьшаются за счет увеличения производства раствора за смену с использованием установок большего типоразмера, за счет двусменной работы, за счет синтеза анолита с меньшим уровнем минерализации (до 1 г/л соли). С учетом этого стоимость приготовления 1 л анолита 0,05 – 0,07 руб/л.
Максимальный типоразмер установки СТЭЛ рассчитан на производительность 700 л/ч при возможности трехсменной работы суммарно 15 часов в сутки. Мощность установки 2 кВт/ч. При правильном техническом обслуживании установка дает анолит, с удельной концентрацией оксидантов – 1000 мг/л при минерализации 2,2 г/л. Стоимость изготовления одного литра такого анолита при односменной работе 0,19 руб/л, при трехсменной работе – 0,07 – 0,08 руб/л. На основе одного литра исходного анолита могут быть приготовлены 2 или 3 литра рабочего раствора стоимостью в дипазоне 0,02 – 0,01 руб/литр (в зависимости от режима работы). По расчетам, проведенным в Самаре себестоимость 1 л анолита АНК составляет 0,12 руб/л. Данный расчет не учитывает стоимость воды, которая применяется для приготовления рабочих растворов дезинфектантов любой марки.
Низкая себестоимость анолита АНК, отсутствие к нему резистентности, широкий спектр действия и хорошая биосовместимость позволяют считать анолит АНК и его модификации перспективными дезинфектантами и антисептиками по основным показателям назначения (антимикробные и моющие свойства), а также по показателям экономичности. Разрыв себестоимости анолита и уровня рентабельности его применения (см. выражение [1]) не более 2,9 руб/л. Приготовление анолита на месте (в дезинфекционном отделение, непосредственно в лечебных и хозяйственных отделениях) требует некоторых дополнительных затрат (накопительные емкости на 60 л, система подведения) и повышения квалификации персонала, работающего с установкой СТЭЛ (возможно введение особой штатной единицы), но снимает затраты по многим расходным позициям. Процесс лечения гнойных ран у больных сахарным диабетом состоит из последовательности лечебных воздействий, и на каждом шаге воздействия (управления) врач принимает решение, выбирая направление дальнейшего лечения, исходя из информации, которой он располагает в данный момент.
Для интеллектуальной поддержки принимаемых врачом решений при рациональном выборе тактики лечения гнойных ран, с использованием АВР наиболее целесообразным является комплексный подход, основанный на имитационном эксперименте с использованием прогностических моделей, и адаптивное управление с использованием двухуровневых адаптивных алгоритмов.
Для оценки эффекта лечения гнойных ран, у пациентов с сахарным диабетом, принимается показатель «гнойное отделяемое из раны», после определенного периода лечения гнойных ран, с применением АВР с ОВП. Желаемый исход лечения – вот цель лечащего врача, которую он пытается достигнуть, в конечном результате лечебных воздействий. Так как принятие решения на каждом шаге лечения принимается в условиях неполной априорной информации, то на основе методов формализации информации, поступающей от врача, используются двухуровневые алгоритмы как на уровне выбора текущих целей управления процессом лечения, так и на уровне выбора величины ОВП.
На каждом этапе лечения обобщают информацию и оценку эффективности лечения от лечащего врача на прошлом этапе лечения, которая формализуется и в дальнейшем будет использоваться для выбора цели лечения и объема лечебного вмешательства на последующем шаге лечения по адаптивным алгоритмам.
