Введение к работе
Актуальность темы.
Важным обобщением в эпидемиологии является концепция очаговости. Практически можно считать доказанной однозначность свойств микроорганизмов, выделяемых в очагах. Установлена идентичность традиционных бактериологических маркеров, фаготипа, кол и ци но генотипа, антигенной структуры, плазмидного профиля и так далее. Стабильность эпидемических вариантов возбудителяопределяетприналичииусловий быстрое нарастание заболеваемости во времени и ее распространение в пространстве с захватом новых территорий.
В последние годы наряду с классическими формами микроорганизмов, выделяемыми традиционными микробиологическими методами в очагах инфекционных заболеваний, обнаружены так называемые неэпидемические формы. Неэпидемические формы возбудителей инфекции не способны вызывать подъемы заболеваемости или активно захватывать новые территории. Определенное время они пребывают в организме носителей или эффективно сохраняются во внешней среде. Эти возбудители плохо выделяются обычными методами микробиологического исследования.
В настоящее время на основании проведенных наблюдений сформулирована гипотеза эпидемического процесса какнеравновесногоявления, развивающегося на основе взаимодействия и преемственности эпидемических и неэпидемических форм возбудителей инфекции.
Параллельные сдвиги происходили в математическом моделировании биологических процессов.Разработана математическая теория неравновесных систем, проанализированы особенности их поведения, созданстрогий
математический аппарат, позволяющий описывать потерю системами стабильности и выходы на колебательные режимы функционирования.
Таким образом, наметились перспективы в соединении двух подходов - в эпидемиологии и в моделировании.
Цель работы - раскрытие механизмов развития повторяющихся эпидемий методами математического моделирования с учетом существования эпидемических и неэпидемических форм возбудителей инфекции.
Основные определения.
Повторяющиеся эпидемии - закономерные колебания заболеваемости инфекционной болезнью на заданной территории в течение длительного интервала времени.
Традиционный эпидемиологический график -
изображение доли вновь инфицированных индивидуумов как функции текущего времени.
Фазовый портрет - изображение доли вновь инфицированных индивидуумов как функции доли восприимчивых кинфекции в популяции хозяина.
Профиль заразности - распределение заражающей способности индивидуума по днямотмоментаприобретения возбудителя инфекции.
Латентный период (для данной работы син. задержка) - время после заражения, в течение которого
инфицированный не является заразным. Обозначение -delay.
Заразный период - время, в течение которого инфицированыйпредставляетопасность для окружающих и является источником инфекции.
Быстро распространяющийся (эпидемический) вариант возбудителя - вариант возбудителя с коротким временем латентного и заразного периода.
Медленно распространяющийся
(неэпидемический) вариант возбудителя - вариант возбудителя с большим временем латентного и заразного периода.
Равновесная (стационарная)устойчивость(син. эндемичное состояние) - затухающие колебания заболеваемости во времени с выходом на постоянный уровень.
Глобальная неустойчивость - увеличивающиеся по амплитуде колебания заболеваемости во времени с последующей элиминацией возбудителя.
Периодическое решение (син. автоколебательный режим, устойчивое неравновесное состояние) -
циклически повторяющиеся стабильные колебания долей восприимчивыхиинфицированныхиндивидуумов.
Фазовый переход - смещение системы из области притяжения одного решения кобласти притяжения другого решения, когда малые изменения параметров ведут к перестройке глобального поведения.
Стационарная концепция повторяющихся эпидемий
- объяснение развития повторяющихся эпидемий за счет внешних возмущений стационарного решения.
Автопериодическая концепция повторяющихся эпидемий - объяснение разития повторяющихся эпидемий как следствие структуры системы, не связанное с наложением внешних возмущающих влияний.
Задачи работы.
1. Разработка подходов и средств моделирования эпидемического процесса в обновляемых и ограниченных по численности популяцияххозяина в течение длительных интервалов времени с учетом возможной изменчивости микроорганизмов.
2.Изучение динамики медленных инфекций с длительным латентным периодом заболевания.
3. Изучение динамики классических инфекций с
длительностью профиля заразности не более месяца.
4. Сравнительное изучение быстро
распространяющихся и медленно распространяющихся
вариантов микроорганизмов в отсутствии и при наличии
взаимных переходов между ними.
5. Исследование устойчивости обнаруженных режимов
к изменению среды обитания и условиям межклональной
конкуренции.
6. Сопоставление результатов моделирования с
реальной заболеваемостью населения.Выявление
механизмов, лежащих в основе повторяемости эпидемий
для выбора методов их прекращения.
Научная новизна результатов.
1. Впервые обнаружены различия глобального поведения быстро распространяющихся и медленно
распространяющихся вариантов возбудителя. В условиях нелинейности, характерных для конечных популяций, быстро распространяющиеся варианты возбудителя неустойчивы, в то время какмедленно распространяющиеся -устойчивы.
-
Доказано, что если один из вариантов неустойчивый, а другой - устойчивый, то при наличии между ними взаимных переходов существует периодическое решение.
-
Ранее всегда моделировалисьотдельные подъемы заболеваемости от момента начала до затухания.На основании периодического решения нелинейных дифференциальных уравнений с задержками впервые воспроизведена динамика повторяющихся эпидемий, удовлетворительно соответствующая реальным наблюдениям.
4. Впервые найдено, что непрерывность
эпидемического процесса можетподдерживаться режимом
вдали от состояния равновесия на основе распространения
неэпидемическихвариантовс накоплением восприимчивых
индивидуумов. На этой основе выдвинута гипотеза
автономных очагов инфекции существующих без заноса
извне.
-
Найдена целесообразность автоколебательных режимов в меняющихсяусловияхсреды обитания. Впервые показана возможность фазовых переходов между автоколебательными и стационарными режимами развития эпидемического процесса.
-
Впервые сформулирована автопериодическая концепция повторяющихся эпидемий. Установлена связь обновляемости клональной структуры прокариот с устойчивостью автоколебательных режимов отдельных клональных линий.
Практическая значимость работы.
1.Разработана новая модель эпидемического процесса, основанная на нелинейныхдифференциальных уравнениях (дифференциальныхуравнениях со степенными коэффициентами) с задержками. Ранее существовали отдельно дифференциальные уравнения эпидемий с задержками и дифференциальныеуравнения эпидемий с нелинейностью. Подобнаясистемауравнений применена впервые.
2. Впервые разработана система параметров
моделирования, позволяющая учитывать конечность
популяции хозяина, изменчивость микроорганизмов и
изменения условий среды обитания.
3. Впервые предложена модель медленных инфекций,
включая ВИЧ, позволяющая выявлять автоколебательные
режимы.
4.Впервые предложена модель массовых инфекционных заболеваний с преимущественным поражением детского населения (включая дизентерию Зонне), позволяющая выявлять автоколебательные режимы.
5.Впервые рекомендован метод фазовых портретов, для одновременного наблюдения динамики инфицированных и восприимчивых в течение продолжительных интервалов времени . Впервые математические модели рекомендованы для наблюдения за отдельными клональными линиями возбудителя.
6. Впервые воздействие на эпидемический процесс в межэпидемический период обосновано путем численных экспериментов.
Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры эпидемиологии Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова и курса эпидемиологии постдипломного профессионального образования. Материалы работы использованы в учебнике «Эпидемиология» для студентов медицинских институтов (Москва, 1989) и отражены в оригинальных статьях, обзорах и монографических изданиях. Разработанные программы используются в практической деятельности Новомосковского Центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора (Тульская область).
Благодарность. Математические алгоритмы и программы разработаны совместно с Д.Е.Воловым, А.Н.Герасимовым, В.Б.Горяиновым.А.Г.Хугаевым.
Использование операционных сред и языков программирования. Пакеты Borland С++3.0 и Borland C++ and Application Framework Upgrade 3.1 приобретены через официального дилера фирмы Borland International - «Sotek» Ltd. Диссертация представлена в системе Microsoft Works 3.0 for Windows 3.1, на которую имеется Сертификат Аутентичности фирмы Microsoft Corporation
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на
1. V Всесоюзном съезде паразитологов и паразито-
ценологов ( Киев, 1985),
2. 51-й Сессии Общего собрания Академии
медицинских наук (Москва, 1986),
3. Научной конференции «Теоретические проблемы
эпидемиологии и инфекционной иммунологии на
современном этапе» (Нальчик, 1986),
-
V съезде гигиенистов, санитарных врачей, эпидемиологов , микробиологов и инфекционистов Узбекистана (Ташкент, 1987),
-
8-м Международном конгрессе по логике, методологии и философии науки ( Москва, 1987 ),
6. Научной конференции « Иммунологические методы
массовых обследований» (Ангарск, 1988 ),
7.1 -й Республиканской конференции молодыхученых медиков Литвы ( Каунас, 1988 ),
8. XVII съезде Всесоюзного общества эпидемиологов,
микробиологов и паразитологов им. И.И.Мечникова (Алма-
Ата, 1989),
9. Научной конференции «Профилактическая
медицина. Состояние и перспетивы» (Ленинград, 1991),
10. 62-й Сессии Общего собрания Академии
медицинских наук(Москва, 1991),
11. Заседаниях Московского и Санкт-Петербургского
обществ микробиологов, эпидемиологов и паразитологов,
конференциях преподавателей и научных сотрудников
подразделений ММА им. И.М.Сеченова, совместных
конференциях ММА им. И.М.Сеченова и практических
работников г.Тулы и Новомосковска.
Структура и объем диссертации.
