Математики учатся прогнозировать заживление ран

Исследователи Тюменского медуниверситета (ТМУ) с помощью математической модели попытались спрогнозировать, как будут заживать различные раны, пишут РИА «Новости». Исследование было опубликовано в журнале «Университетская медицина Урала».

Заживление ран — сложный и труднопредсказуемый биохимический процесс, поскольку слишком много разнородных веществ участвуют в нем. А между тем, при значительных повреждениях кожи, моделирование процесса восстановления помогло бы врачам правильно проводить диагностику и лечение пациента.

Кожа человека состоит из трех слоев: эпидермиса, дермы и гиподермиса, у каждого кожа различается по толщине, составу тканей, наличию и качеству волос и желез. Изначально пациент имеет индивидуальные исходные условия для заживления раны, именно от этого во многом зависит необходимое для восстановления время, последовательность регенерации, продолжительность действия лекарственных препаратов. В конечном счете, процесс заживления раны для каждого человека уникален.   

Ученые Тюменского медуниверситета озадачились построением оптимальной математической модели, с помощью которой было бы возможно управлять процессом восстановления кожи. Исследователи предложили использовать для описания процесса заживления вектор Шепли, применяемый в машинном обучении и теории игр. Вектор Шепли используется для классификации объектов по неравноправным признакам.

В работе авторы высказывают мнение, что при выполнении определенных условий вектора Шепли возможно предсказать восстановление поврежденных участков кожи. А условия определяются с помощью количественных характеристик клеточных структур, которые составляют эпидермис и дерму и описываются с помощью специфических количественных характеристик.

К одному из таких условий относится так называемая аксиомой «болвана», которая позволяет учесть малозначительные факторы. Для лучшего понимания ученые провели аналогию с уличными артистами, которые весь собранный заработок могут поделить поровну, а могут учесть вклад каждого музыканта. Сделать это крайне трудно, поскольку слишком различны инструменты, техника игры на них, и много других факторов. Как осуществить подобный расклад объяснила Вита Созонюк, старший преподаватель кафедры мобилизационной подготовки здравоохранения и медицины катастроф ТМУ.

При решении подобных вопросов можно использовать теорию игр. Игра — это процесс, участники которого борются за реализацию своих интересов. Каждая сторона имеет свою цель и применяет определенную стратегию, которая может привести к выигрышу или проигрышу в зависимости от действий других участников. Теория игр позволяет выбрать наилучшие стратегии, учитывая информацию о других участниках, их ресурсах и возможных действиях. Специалисты ТМУ математически моделировали процесс восстановления различных видов ран, таких как ожоги, порезы и проколы. Исследования показали, что использование вектора Шепли лучше всего описывает наблюдаемые изменения в кожных тканях в процессе регенерации.

Ученые в итоге планируют разработать опытный образец скаффолда — своеобразных «строительных лесов», помогающих послойному заживлению раны.

В феврале 2024 года студенты технопарка «Академия» НГУ разработали вакуумный аспиратор с электротерапией для комбинированного лечения ран, ускорения процесса их заживления и снижения риска последующих осложнений.