Ученые СКФУ разработали математическую модель процесса, имитирующего заболевания сердца

Сердечные патологии можно будет спрогнозировать с помощью информационных технологий и результатов последних исследований автоволн в ячейке с магнитной жидкостью. К такому выводу пришли ученые Северо-Кавказского федерального университета.

Автоволны – это особый вид самоподдерживающихся нелинейных волн. В Северо-Кавказском федеральном университете исследовали автоволновой процесс в магнитных жидкостях (их еще называют феррожидкостями). Они содержат магнитные наночастицы, а их свойства изменяются под действием электрического и магнитного полей.

Известно, что автоволновые процессы в организме человека, например, в сердце, и в электрохимической ячейке с магнитной жидкостью описываются одинаковыми нелинейными дифференциальными уравнениями. Биологические среды, конечно, многократно сложнее физических, но в следствии универсальности законов распространения автоволн, можно использовать магнитную жидкость в качестве упрощенной модели для прогнозирования сердечных патологий.

Ученые СКФУ обнаружили, что автоволновой процесс визуально идентичен распространению спиральной волны в кардиомиоците – мышечных клетках сердца (они составляют основную часть миокарда – мышечного среднего слоя сердца).

Эксперименты по изучению автоволн в тканях сердца проводят в лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ под руководством профессора Константина Агладзе. Но такие исследования очень дороги и сложны в исполнении. В биосреде трудно менять параметры эксперимента, искусственно создавать препятствие для изучения огибания его волной. В ячейке с магнитной жидкостью сделать это просто и не требует больших денежных затрат.

Для моделирования и в биосреде, и в магнитной жидкости ученые используют одни и те же уравнения. Это позволит спроецировать результаты исследований ставропольских ученых на биологические объекты.

«Мы разработали математическую модель. Определили, какой физический параметр является активатором процесса, а какой ингибитором. Нашли времена возбуждения автоволн и периода восстановления. Сейчас приступаем к компьютерной симуляции автоволновых процессов в феррожидкостях», – пояснил руководитель проекта, доцент кафедры информационных систем и технологий СКФУ Владимир Чеканов.

Построение трехмерной модели автоволнового процесса требует сложных математических вычислений, для проведения которых необходимо использовать суперкомпьютер. Полученная учеными СКФУ модель позволит описывать процессы, происходящие в сердечной мышце, а также прогнозировать различные патологии.

На базе Института информационных систем и технологий СКФУ создана научная лаборатория. В ее работе участвуют ученые из Университета Рейн Майн (Германия) и Кубанского государственного университета. Исследования планируется завершить в течение одного-двух лет. Скорость работы будет зависеть от финансирования проекта. Ученые подали заявку в Российский научный фонд.