авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

«Министерство образования и науки Российской Федерации Московский физико-технический институт (государственный университет) ...»

-- [ Страница 2 ] --

Дальнейший анализ механизмов патологического падения NADH в культивированных нейронах мозга при длительной активации глутаматных рецепторов В работе с использованием физических подходов для анализа Э3 -связей и взаимо действий рассматриваются задачи выработки критериев для оценки реализуемости, перспективности и общественной значимости масштабных и долгосрочных иннова ционных проектов и программ (например, создания эффективных экологически чи стых источников освещения, освоения труднодоступных ресурсов, разработки новых источников энергии, освоения космоса, и т.п.), особенности таких оценок, в частно сти, в случаях, когда проблемы, связанные с продвижением проектов, возникают в связи с неопределённостью сроков их завершения и возможных результатов фунда ментальных исследований, являющихся основой для осуществления инновации.

Литература 1. Повестка дня на XXI век Принята Конференцией ООН по окружающей среде и развитию, Рио де Жанейро;

3-4 июня 1992 года // документ A/CONF.151/26/REV.1(VOL.I) + Corr.1, http://un.org/ru/documents /decl_ conv/conventions/agenda21.shtml 2. Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию (утвержде на Указом Президента РФ от 1 апреля 1996 г № 440) 3. Kireev V.B. Can ecological safety and sustainable development be treated as a physical concept?. CEES Working Paper No 134, the center for energy and environmental studies. Princeton university. 1996. - P. УДК 577. Дальнейший анализ механизмов патологического падения NADH в культивированных нейронах мозга при длительной активации глутаматных рецепторов Р.Р. Шарипов1, В.Г. Пинелис2, А.М. Сурин3, Б.И. Ходоров Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Научный центр здоровья детей РАМН 3 НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН Настоящая работа является фрагментом исследований, направленных на рас шифровку механизмов нарушения ионного гомеостаза и функций митохондрий ней ронов мозга при патологической стимуляции глутаматных рецепторов. Многие во просы в этой области еще не решены. К их числу относится вопрос о роли ионов Са и Na в механизмах нарушений биоэнергетики и метаболизма митохондрий нейронов мозга.

Наше исследование проводилось на культивированных нейронах мозга крысы по средством зондовой флуоресцентной микроскопии. В качестве показателей были взя ты: 1) митохондриальный потенциал ( ) и 2) автофлуоресценция митохондриаль ного NADH.

Изменениям уровня NADH мы придавали особое значение, поскольку это соеди нение является основным донором электронов дыхательной цепи митохондрий. Как известно, энергия, выделяющаяся при переносе электронов по дыхательной цепи, ис пользуется для создания электрохимического потенциала, необходимого для синтеза АТФ.

Раннее было показано, что длительная активация нейрональных глутаматных рецепторов вызывает прогрессирующее падение уровня митохондриального NADH завершающееся возникновением отсроченной кальциевой дерегуляции (ОКД). При нято считать, что это Глу-индуцированное падение NADH обусловлено избыточным 38 Е.Г. Дирюгина, А.В. Орлов, М.П. Никитин, Б.Г. Горшков, П.И. Никитин входом Са в митохондрии [2]. Мы обнаружили, однако, что Глу обладает способно стью снижать NADH и при воздействии на клетки безкальциевого Глу-содержащего раствора. Для выяснения причин этого парадоксального явления были применены различные экспериментальные подходы, в том числе использование блокатора Na K ATФазы-оубаина (Ouabain). Известно, что удаление Са из наружного раствора обычно увеличивает вход Nа в клетки, что в свою очередь ведет к гиперактивации натриевого насоса и резкому падению внутриклеточного АТФ. Наши опыты показа ли, однако, что падение NADH при воздействии на нейроны без-Са, Глу-содержащего раствора не может быть объяснено ни повышением внутриклеточной концентрации Na, ни истощением АТФ. Судя по полученным данным, основной причиной падения NADH в Глу-содержащней без-Са среде является торможение синтеза NADH. Иссле дование зависимости Глу-индуцированых изменений NADH oт концентрации Сa и Na в среде продолжаются.

Литература 1. Abramov A.Y., Duchen Michael R. Mechanisms underlying the loss of mitochondrial membrane potential in glutamate excitotoxicity // Biochimica et Biophysica Acta 2008. 1777. P. 953–964.

2. Khodorov B.I., Glutamate-induced deregulation of calcium homeostasis and mitochondrial dysfunction in mammalian central neurones. // Progress in Biophysics & Molecular Biology. 2004. 86(2). P. 279– УДК 57.088. Амплификация сигналов при проведении иммуноанализа с помощью оптических биосенсорных систем «Пикоскоп»

Е.Г. Дирюгина1,2, А.В. Орлов1,2, М.П. Никитин1,2, Б.Г. Горшков2, П.И. Никитин 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН Одним из основных методов медицинской диагностики является иммуноанализ метод, основанный на применении реакции взаимодействия антиген антитело для определения концентрации одного из них. В настоящее время во многих лаборатори ях мира ведутся исследования, направленные на разработку новых методик иммуно анализа, на сокращение продолжительности и повышение чувствительности анали зов, и т.д. Для этого применяют многостадийные меточные методы иммуноанализа.

Для разработки и оптимизации протоколов иммуноанализа весьма перспективно ис пользовать безмаркерные оптические сенсорные системы, позволяющие регистриро вать кинетику последовательного связывания иммунореагентов. Безмаркерные мето ды имеют целый ряд преимуществ, например, возможность мониторинга протекания всех этапов реакций в реальном времени, надежность и достоверность результатов, а также меньшие число операций и затраты времени.





Одним из наиболее распространенных прямых оптических методов регистра ции биохимических реакций является метод поверхностного плазмонного резонанса (ППР) [1]. Однако для использования в рутинных медицинских анализах приборы, в основе работы которых лежит этот метод, и расходные сенсорные чипы к ним слишком дороги. Кроме того, выходной сигнал ППР зависит от объемного показате ля преломления анализируемой жидкости, который сильно зависит от температуры, Амплификация сигналов при проведении иммуноанализа с помощью оптических биосенсорных систем «Пикоскоп» что требует сложной системы термостабилизации прибора. Эти факторы не позво ляют использовать ППР приборы для реальных медицинских задач.

Цель настоящей работы состояла в адаптации применительно к задачам ди агностики заболеваний разработанных в нашей лаборатории биосенсорных си стем Пикоскоп®, в основе работы которых лежит оригинальный спектрально корреляционный интерференционный способ регистрации биохимических реакций [2]. В отличие от конкурирующих устройств, Пикоскопы® в качестве расходных ма териалов позволяют использовать дешевые стандартные микроскопные покровные стекла.

Задачей данной работы была разработка способов повышения чувствительности количественного иммуноанализа на Пикоскопе® и расширения диапазона опреде ляемых концентраций для того, чтобы перекрыть диапазоны детекции антител и антигенов, необходимые для клинической диагностики наиболее распространенных заболеваний. Для этого было проведено исследование возможных способов ампли фикации сигнала с помощью меток.

Первый подход к решению поставленной задачи заключался в проведении на Пикоскопе® золотого стандарта методов диагностики иммуноферментного ана лиза (ИФА). Возможность амплификации сигнала ферментными метками в данном случае основана не на изменении оптической плотности субстрата, как в традицион ном ИФА, а на росте толщины биослоя за счет седиментации субстрата на подложку в ходе реакции. Исследование способа амплификации сигнала ферментными метками было проведено на примере иммуноанализа на листериолизин О, поверхностный бе лок патогенной бактерии.. Эксперименты показали, что проведение ИФА на Пикоскопе® позволяет улучшить порог детекции на 1 порядок по сравнению с безметочным методом, а также получать результаты гораздо быстрее (¬40 мин.), чем традиционным способом.

Вторым рассмотренным подходом была амплификация сигнала за счет пропус кания на завершающем этапе анализа антител, конъюгированных с объектами, зна чительно превышающими их по размеру, например, нано- и микрочастицами раз личной природы. Исследование возможности амплификации сигнала наночастицами было проведено на примере иммуноанализа на белковый кардиомаркер Тропонин I.

Наилучшие результаты были получены при использовании магнитных частиц раз мером 50 нм, при этом предел детекции был улучшен на три порядка по сравнению с безметочным методом и составил 0,1 нг/мл, что является клинически значимой концентрацией для диагностики сердечных заболеваний. Время анализа составило 20–25 мин.

Таким образом, разработаны способы амплификации сигнала при проведении им муноанализа на Пикоскопе®. Лучшие результаты получены при использовании в ка честве меток магнитных наночастиц. Такой подход позволяет получить высокую чув ствительность при проведении иммуноанализа на Пикоскопе®, достаточную для ди агностики ряда заболеваний. Удачное сочетание широкого рабочего диапазона опре деляемых концентраций, высокой чувствительности, быстроты проведения анализа, низкой стоимости прибора и расходных материалов и всех достоинств устройств, ос нованных на прямых оптических методах, позволяет считать Пикоскопы® перспек тивным инструментом как для разработки и оптимизации, так и для реализации количественных иммуноанализов.

40 С.В. Рожнев, А.М. Сурин, В.Г. Пинелис, Б.И. Ходоров Литература 1. Nikitin P.I., [et al.] ФSurface plasmon resonance interferometry for biological and chemical sensing. // Sensors and Actuators B. 1999. 54. C. 43– 2. Nikitin P.I., et al. Picoscope, a new label-free biosensor // Sensors and Actuators B.

2005. 11-112. P. 500– УДК 577. Драматический эффект действия олигомицина (Oligo) на кинетики [Ca2+ ] и митохондриального потенциала ( ) в нейроне при аппликации его в латентный период глутамат-индуцированной отсроченной кальциевой дисрегуляции (ОКД) С.В. Рожнев1,2, А.М. Сурин2, В.Г. Пинелис3, Б.И. Ходоров 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии РАМН 3 Научный центр здоровья детей Отсроченная кальциевая дисрегуляция (ОКД), вызванная длительным воздей ствием глутамата (Glu), характеризуется синхронными изменениями концентрации цитозольного Ca2+ ([Ca2+ ] ) и митохондриального потенциала ( ) (рис. 1) [1]. В литературе рассматриваются две различные возможности интерпретации явления синхронизации: 1) повышение [Ca2+ ] и митохондриальная деполяризация (МД), в ответ на действие Glu, являются проявлениями одного неразделимого процесса;

2) изменения [Ca2+ ] и это два отдельных процесса, взаимная связь между ко торыми может контролироваться третьим процессом [2].

Решение этой дилеммы и явилось целью настоящей работы. Исследование бы ло проведено на культивированных клетках мозжечка крысы. Измерения [Ca2+ ] и, проводились с помощью флуоресцентной микроскопии. Для измерения [Ca2+ ] нейроны нагружались Са2+ -чуствительными зондами fura-2(AM) или fura-2FF(АМ).

Регистрация проводилась с помощью флуоресцентного зонда родамин- (Rh123).В работе был использован блокатор митохондриальной АТФ синтазы оли гомицин (Oligo 2,5 мг/мл), известный свой способностью вызывать в нейронах гипер поляризацию митохондриальной мембраны (МГ) вследствие подавления входящего потока протонов через F -cубъединицу АТФ синтазы. Такой эффект олигомицин оказывает на нейроны, как в состоянии покоя, так и в латентный период перед воз никновением ОКД [3]. В наших опытах было, однако, обнаружено (насколько нам известно, впервые) что в последнем случае при продолжающемся действии Glu под влиянием Oligo происходят драматическое изменения паттерна ОКД и взаимоотно шений между [Ca2+ ] и (рис. 2). Полученные данные свидетельствуют в пользу представления о том, что Glu-индуцированные изменения [Ca2+ ] и во время развития ОКД являются двумя отдельными процессами, а их сопряжение во время развития ОКД определяется существованием между ними положительной обрат ной связи. Нашей ближайшей задачей является анализ конкретных причин Oligo вызываемых нарушений синхронизации Са2+ - и МД-ответов.

Драматический эффект действия олигомицина (Oligo) на кинетики [Ca2+ ] и митохондриального потенциала ( ) в нейроне при аппликации его в латентный период глутамат-индуцированной отсроченной кальциевой дисрегуляции (ОКД) Рис. 1. Типичные изменения [Ca2+ ] и митохондриального потенциала в оди ночном мозжечковом нейроне во время длительного Glu-воздействия синхронны и имеют двухфазный характер.

Рис. 2. Аппликация блокатора АТФ-синтазы олигомицина (Oligo) в I фазу ОКД вызывает «расщепление»кинетик изменений [Ca2+ ] и, нарушает их синхрон ность.

Литература 1. Khodorov B.I. Glutamate-induced deregulation of calcium homeostasis and mitochondrial dysfunction in mammalian central neurones // Prog. Biophys. Mol. Biol., 2004.

86(2) P. 279–351.

2. Abramov A.Y., Duchen M.R. Mechanisms underlying the loss of mitochondrial membrane potential in glutamate excitotoxicity //Biochim Biophys Acta. 2008 Jul Aug;

1777(7-8) P. 953-64.

3. Nicholls, D. G., Budd S.L. Mitochondrial and neuronal survival. //Physiol. Rev.

2000. 80. P. 315–360.

42 Д.С. Частухин, Б.И. Ходоров УДК Математическое моделирование процессов дерегуляции Ca2+ -гомеостаза в нейронах головного мозга крысы при гиперстимуляции глутаматных рецепторов Д.С. Частухин1, Б.И. Ходоров 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 НИИобщей патологии и патофизиологии РАМН Глутамат (Глу) является основным нейромедиатором в возбуждающих синапсах головного и спинного мозга позвоночных животных [1]. Однако при некоторых видах патологий (гипоксии/ишемии мозга, инсульте) Глу, избыточно накапливающийся в межклеточном пространстве, приводит к значительному повышению уровня внут риклеточного 2+ ([2+ ] ), что приводит к необратимому повреждению и гибели нейронов [2].

В настоящее время значительный прогресс в изучении ионных механизмов Глу нейротоксичности удалось достичь в связи с открытием роли дисфункции митохон дрий в этом процессе [3]. Обнаружено, что повышение [2+ ], вызываемое воздей ствием Глу, сопровождается снижением трансмембранного потенциала митохондрий ( ) и падением содержания в нейронах NADH и АТФ.

Анализ экспериментальных данных, полученных при изучении механизмов отсро ченной кальциевой дизрегуляции (ОКД), позволил выдвинуть гипотезу о том, что в его появлении существенную роль играет возникновение порочного круга между из менениями цитозольного 2+, захватом 2+ митохондриями, и их деполяризацией [4].

Для проверки этой гипотезы была создана математическая модель, с помощью которой, были проверены и подтверждены следующие гипотезы:

1) вторичное повышение [2+ ] (отсроченная кальциевая дизрегуляция или ОКД) во время длительного воздействия Глу на нейроны мозга обусловлено главным образом сильной МД, которая при продолжающемся входе 2+ в нейроны ведет к дальнейшему повышению внутриклеточного 2+ и МД;

2) явление постглутаматного плато объясняется синхронной инактивацией си стем входа (ионные каналы) и выведения 2+ из цитоплазмы (2+ и натриевый насосы мембраны в межклеточные щели ионные каналы и ионные насосы клеточной мембраны).

Математическая модель представляет собой систему дифференциальных уравне ний, описывающую изменения концентрации [2+ ], а также МД и концентраций АТФ и NADH в клетке с течением времени, и достоверно симулирует эксперименты на реальных нейронах.

Литература 1. Cotman C.W., Monaghan D.T., Ottersen O.P., Storm-Mathisen J. Anatomical organization of excitatory amino acid receptors and their pathways. // Trends Neurosci. 1987. V. 10. P. 273–280.

2. Duchen, M.R. Topical Review: Contributions of mitochondria to animal physiology:

from homeostatic sensor to calcium signaling and cell death, // Journal of Physiology (London) 1999. V. 510. P. 1–17.

3. Schinder, A. F., Olson, E. C., Spitzer, N. C, Montal, M. Mitochondrial dysfunction is a primary event in glutamate neurotoxicity. // Journal of Neuroscience 1996.

16. P. 6125–6133.‘ Лазерный анализатор изотопического состава СО2 в выдыхаемом воздухе для неинвазивной диагностики заболеваний в гастроэнтерологии 4. Khodorov B.I Glutamate-induced deregulation of calcium homeostasis and mitochondrial dysfunction in mammalian central neurones // Prog. Biophys. Mol. Biol. 2004.

86(2): P. 279–351.

УДК 543.42+453.082. Лазерный анализатор изотопического состава СО2 в выдыхаемом воздухе для неинвазивной диагностики заболеваний в гастроэнтерологии А.В. Коваль1, Е.В. Степанов 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН Разработана высокоточная аналитическая система для сравнения изотопического отношения 13 СО2 /12 СО2 в пробах выдыхаемого воздуха. Система основана на исполь зовании перестраиваемых диодных лазеров ближнего ИК диапазона (2,05 мкм), ра ботающих при комнатных температурах, и двухканальной оптической схемы с одно временной скоростной регистрацией лазерных спектров в обоих каналах. Предложен специальный алгоритм регистрации и обработки спектральных данных. Использо вание предлагаемой схемы спектрофотометра и разработанного алгоритма ведет к уменьшению влияния интерференции на оптических элементах, поглощения в от крытой атмосфере, медленного дрейфа огибающей лазерного импульса, несбалан сированности спектральных каналов. Достигнутая с помощью примененной схемы чувствительность сравнительного анализа изотопического содержания СО2 в пробах выдыхаемого воздуха оценивается величиной 0,1%.

Высокая точность анализа, реализуемая про относительно простой и недорогой конструкции системы, позволит использовать ее для анализа состава проб выдыхае мого воздуха при проведении дыхательных тестов с использованием различных пре паратов, меченных нерадиоактивным изотопом углерода 13 С, и широко применять ее в клинической практике для диагностики заболеваний органов пищеварения.

УДК 621. Приближенная аналитическая модель распространения сигнала в возбудимой среде В.Ю. Мишин, Р.А. Рафиков Рязанский государственный радиотехнический университет Активные волноведущие среды являются существенно нелинейными. При при ближенном аналитическом исследовании обычно моделируют не их функцию прово димости, а произведение последней на напряжение, т.е. ток. Наиболее простой ап проксимацией является представление функции тока двухступенчатым импульсом прямоугольной формы [1]. Недостатком этой модели является разрывный характер функции генератора тока.

Ниже предлагается решение на основе модели генератора тока, представляемого в области определения непрерывной функцией. В качестве последней выбирается функция вида () = 01 + 11 1 + 02 12 1.

Подстановка этой функции в уравнение для потенциала + = () при 2 водит к решению для области возбуждения = + (1 + 2 )1 + + (1 + 2 )1, 44 А.С. Рухленко, О.А. Дудченко, Г.Т. Гурия где = 6, 36 см, 1 = 4, 09 см, = 2, 71 см, 1 = 5, 83 · 102 см, = 1321 мВ, = 1 1 1 4021 мВ, 1 = 2682 мВ, 2 = 8293 см 1 = 1мВ, 2 = 0, 06 см, 01 = 4942 мкА, 11 = мВ мВ см 16907 мкА, 02 = 4857 мкА 12 = 119 · 105 мкА. Для оценки влияния несовершенства см2 см2 см изоляции активных кабельных линий (аксонов в случае биосистем) рассматривает ся уравнение для потенциала + = (), учитывающее наличие утеч ки. В общем случае решение приводит к весьма громоздким соотношениям. Для его упрощения используется два приема: первый функция напряжения волокна с нулевой пассивной проводимостью аппроксимируется полиномом второй степени, второй дифференциальное уравнение решается методом возмущения, в предполо жении малости фактора утечки =. Полагается + 0 +, где 0 решение в отсутствие возмущаещего фактора, возмущающее решение.

Приближенное выражение для функции 0, полученное путем аппроксимации точного решения, имеет вид мВ мВ 0 = 2 +, ( = 192 2, = 276.

см см Решение дифференциального уравнения для приводит к соотношению [ ( )] 2, 1, 5 0.

= + 3 Учитывая, что функция 0 () существенно положительна, а () отрицательна (¬2), можно прийти к выводу, что по мере увеличения пассивной проводимости изо ляции максимальное значение потенциала возбужденной линии будет уменьшаться.

Это приводит к увеличению длительности фронта сигнала возбуждения, уменьше нию скорости его распространения и сближению значений устойчивой и неустойчи вой скоростей. В конечном итоге при достаточно большой проводимости аксон теряет способность к передаче сигнала.

Литература 1. Маркин В.С., Пастушенко В.Ф., Чизмаджев Ю.А. Теория возбудимых сред. М.:

Наука, 1981. 276 с.

УДК 577. Теоретический анализ гидродинамической активации системы свертывания крови А.С. Рухленко1, О.А. Дудченко1, Г.Т. Гурия1, 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Гематологический научный центр МЗСР РФ Нарушения в системе свертывания являются одной из основных причин смертно сти в развитых странах. Анализ механизмов, приводящих к активации системы свер тывания, а также изучение сценариев формирования тромба представляется важной задачей. К настоящему времени условия, при которых имеет место пороговая акти вация системы свертывания в бесконвективных системах [1]–[4], а также в системах с гидродинамическими потоками малой интенсивности (Re 1, где Re число Рей нольдса) [5], [6] изучены достаточно полно. В частности, установлено, что наличие кровотока затрудняет активацию системы свертывания. Резкое понижение скорости кровотока способно привести к активации тромбообразования с последующим пере крытием сосуда.

Теоретический анализ гидродинамической активации системы свертывания крови Теоретическое изучение механизмов запуска тромбообразования в условиях ин тенсивного потока (Re100) ограничивалось анализом свертывания в прямоточных сосудах [7]. Анализ свертывания в сосудах с атеросклеротическими повреждениями до настоящего времени не проводился.

Влияние атеросклеротической бляшки на процессы свертывания двояко. С одной стороны, она является потенциальным источником прокоагулогических факторов, инфильтрующихся в кровоток под воздействием касательных напряжений на стенку сосуда. С другой стороны, изменение профиля сосуда способно приводить к измене нию топологии течения и формированию в кровотоке зон возвратных течений.

В настоящей работе теоретически изучались условия пороговой гидродинамиче ской активации свертывания крови в локально стенозированных сосудах. Предпола галось, что проницаемость стенок сосуда по отношению к первичным прокоагулянтам возрастает с увеличением касательного напряжения.

Проанализированы типичные сценарии гидродинамической активации внутрисо судистого тромбообразования в условиях интенсивного кровотока (Re100). Выде лено два основных сценария тромбообразования: формирование фибриновых нитей и крупных объемных сгустков. Проанализировано влияние изменений топологии те чения крови на процесс тромбообразования.

Исследовано, как размер и форма атеросклеротической бляшки влияют на про цессы гидродинамической активации системы свертывания крови. Выполненные в работе расчеты показали, что в условиях интенсивного кровотока наибольшую опас ность с точки зрения активации плазменного звена системы свертывания представ ляют бляшки с умеренной степенью перекрытия просвета сосуда (до 50%).

Литература 1. Guria G.T., Ataullakhanov F.I., Sarbash V.I., Volkova R.I. Non-Turing’s principles of pattern formation. International Workshop on Dynamism and Regulation in Non linear Chemical Systems. Tsukuba, March 22–25. 1994. P. 75–76.

2. Атауллаханов Ф.И., Гурия Г.Т. Пространственные аспекты динамики свертыва ния крови. I. Гипотеза // Биофизика. 1994. Т. 39, № 1. С. 89–96.

3. Атауллаханов Ф.И., Гурия Г.Т., Сафрошкина А.Ю. Пространственные аспекты динамики свертывания крови. II. Феноменологическая модель // Биофизика.

1994. Т. 39, № 1. С. 97–104.

4. Guria G.Th., Herrero M.A., Zlobina K.E. A mathematical model of blood coagulation induced by activation sources // Discr. Cont. Dyn. Syst. A. 2009. V. 25, N. 1.

P. 175–194.

5. Чуличков А.Л., Николаев А.В., Лобанов А.И., Гурия Г.Т. Пороговая активация свертывания крови и рост тромба в кровотоке // Математическое моделирование.

2000. Т. 12, № 3. С. 76–95.

6. Гузеватых А.П., Лобанов А.И., Гурия Г.Т. Активация внутрисосудистого тром бообразования вследствие развития стеноза // Математическое моделирование.

2000. Т. 12, № 4. С. 39–60.

7. Guria, G.T., Herrero M.A., Zlobina K.E. Ultrasound detection of externally induced microthrombi cloud formation: a theoretical study // Journal of Engineering Mathematics. 2010. V. 66, N 1–3. P. 293–310.

46 О.А. Дудченко, Г.Т. Гурия УДК 577. Регистрация ранних этапов тромбообразования и фибринолиза ультразвуковыми методами К.Г. Гурия1, Д.А. Ивлев1, С.Г. Узлова 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Гематологический научный центр МЗСР РФ В современной медицине отсутствует метод, позволяющий регистрировать на чальные стадии развития процессов свертывания непосредственно в организме че ловека. Основным средством диагностики состояния системы свертывания крови на сегодняшний день являются так называемые коагулогические тесты. При этом даже при использовании наиболее современных приборов оперативной диагностики для проведения этих тестов необходимо не менее 5-10 минут. Между тем, для образова ния крупных тромбов зачастую требуются лишь считанные минуты. В этой связи исследования, направленные на поиск новых методов для оперативной диагностики процессов тромбообразования, представляются актуальными.

В настоящей работе исследовались возможности методов ультразвуковой диагно стики для регистрации начальных этапов тромбообразования и фибринолиза. Для этого была разработана экспериментальная установка, позволяющая моделировать in vitro свертывание крови в условии потока и наблюдать за процессом по оптиче скому и акустическому каналу. В результате экспериментов была обнаружена од нозначная связь между появлением в потоке микросгустков и изменениями в уль тразвуковом сигнале. Было установлено, что появление первичных микросгустков в потоке, вызванное свертыванием крови, сопровождается более чем 2-х кратным уве личением интенсивности отраженного ультразвукового сигнала. Проведенные экс перименты показали, что акустические методы дают возможность регистрировать процессы тромбообразования на тех стадиях, когда за счет своевременного фармако логического вмешательства образование макроскопических тромбов еще может быть предотвращено.

Данные результаты представляют интерес для развития методов неинвазивной диагностики внутрисосудистого свертывания крови и испытания in vitro действия новых фибринолитических препаратов.

УДК 577. Явные асимптотические решения в задаче о перистальтическом прокачивании О.А. Дудченко1, Г.Т. Гурия1, 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Гематологический научный центр МЗСР РФ Перистальтическим прокачиванием называют направленное перемещение содер жимого полых трубчатых органов (мочеточника, органов желудочно-кишечного тракта, лимфатических сосудов и др.), вызванное ритмичными сокращениями глад ких мышц [1]. Изменения профиля трубки при перистальтическом прокачивании но сят, как правило, характер бегущей волны.

Механизмы самоорганизации перистальтических сокращений привлекают внима ние исследователей уже довольно давно [2]–[4]. Несмотря на это до сих пор не удава лось установить явных аналитических соотношений между скоростью перистальти ческой волны и параметрами, характеризующими транспортную систему: вязкоупру Явные асимптотические решения в задаче о перистальтическом прокачивании гими свойствами стенки сосуда, степенью активации ее сократительного аппарата, вязкостью жидкости и т.д. Настоящая работа ставит целью восполнить этот пробел.

В работе формулируется математическая модель перистальтического прокачива ния. В основе модели лежит описание работы мышечного аппарата стенки сосуда с использованием представлений теории активных сред [5]. Продемонстрировано су ществование решений модели типа бегущих автоволн деформации профиля сосуда.

Установлена область существования автомодельных решений. В кусочно-линейном приближении получены явные аналитические выражения для скорости перисталь тической волны и объема транспортируемой жидкости в системе. Обсуждаются воз можные биотехнологические приложения результатов работы.

Работа выполнена при финансовой поддержке компании Шлюмберже (программа Faculty for the Future ) и МНТЦ (грант №3744).

Литература 1. Физиология человека. В 3-х томах. Т. 3. / под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса. М.:

Мир, 1996. 198 с.

2. Регирер С.А. О движении жидкости в трубе с деформируемой стенкой. // Изве стия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1968. № 4. С. 202–208.

3. Jarin M.Y., Shapiro A.H. Peristaltic pumping.// Ann. Rev. Fluid. Mech. 1971.

№ 3 (1). P. 13–37.

4. Дрендель С.Д., Хорс Н.П., Васильев В.А. Режим синхронизации клеток гладко мышечных тканей // Динамика клеточных популяций. Горький: Изд-во Горьк.

ун-та, 1984. С. 108–117.

5. Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.:

Наука, 1987. 240 с.

48 В.Б. Гаврилов, В.А. Рыбаков, В.Н. Селуянов, В.А. Никишкин, А.В. Зубкова, А.Д. Васильев Секция информационных технологий в спорте УДК 796. Особенности биомеханики отталкивания при беге в гору и по горизонтали В.Б. Гаврилов, В.А. Рыбаков, В.Н. Селуянов, В.А. Никишкин, А.В. Зубкова, А.Д. Васильев Московский физико-технический институт (государственный университет) В подготовке бегунов на средние дистанции используется огромный объем (более 90%) низкоинтенсивных беговых упражнений (медленный бег). Если исключить эти средства подготовки из программы подготовки бегунов, то объем тренировочных упражнений будет снижен до 100 часов в год. Оставшееся свободное время можно использовать в тренировочном процессе для эффективных специальных упражнений [1].

Для роста специальной выносливости следует выполнять бег с соревновательной или выше скоростью, однако такой бег может привести к перетренировке. Поэтому многие выдающиеся бегуны используют бег и прыжки в гору как средство увели чения локальной мышечной выносливости [1], [2]. Можно предположить, что при использовании прыжков в гору особенно активно работают мышцы, отвечающие за продвижение ОЦМТ в продольном направлении. Поэтому при меньшей скорости бе га, большей продолжительности опоры, меньшей скорости сокращения мышц удается рекрутировать почти все ДЕ и минимизировать травмирующий компонент аморти зации при приземлении.

Однако, в чем заключается биомеханическая специфика бега в гору, остается еще не выяснен.

Методика. Для определения различий в биомеханике бега по горизонтали и в гору были обследованы бегуны. В эксперименте участвовали студенты института физической культуры в количестве 8 человек (средний рост 178 см ( = 3 см), мас са тела 68 кг ( = 2, 4 кг). Каждый испытуемый пробегал по тензоплатформе со скоростью 6–7 м/с, сначала без препятствия, а затем с напрыгиванием на тумбу.

Одновременно с этим производилась видеосъемка.

Определение динамических характеристик отталкивания в прыжках в дан ной работе проводились с помощью тензометрической платформы AMTI (США) 12001200. Собственная частота колебаний платформы в вертикальном направлении 400 Гц, в продольном и поперечном направлениях 200 Гц. Максимальная изме ряемая нагрузка в вертикальном направлении 1500 кГ, в продольном и поперечном направлениях 800 кГ. Запись опорных реакций осуществлялась синхронизировано с видеосъемкой.

Видеосъемка осуществлялась с помощью 6 синхронизированных высокоскорост ных видеокамер ProReex, управляемых программным обеспечением Qualisys Track Manager (QTM). QTM это программа регистрации и обработки данных, которая Влияние температуры на физиологические показатели при выполнении упражнения субмакси мальной мощности работает на базе операционной системы Windows и позволяет пользователям выпол нять двух- и трехмерную обработку собранных данных движения.

В результате расчетов были получены следующие данные: изменение общего цен тра масс тела испытуемого, кинематические значения положения бедра, колена, сто пы и плеча, угловые характеристики в тазобедренном, коленном, голеностопном и плечевом суставе. Кроме того, определялись характеристики суставных моментов и мощности.

Результаты. В результате обработки данных было получено при беге по гори зонтали следующее. Мощность в тазобедренном суставе достигает 18 Вт, в коленном 1,7 Вт, в голеностопном 0,12 Вт. ОЦМТ перед постановкой на опору опустился на 4 см, затем до середины опоры ОЦМТ продолжал опускаться еще на 7 см. За время опоры ОЦМТ поднимается на 7 см, а далее начинается полет. Взаимодействие с опо рой начинается с 20% и заканчивается 77% времени наблюдения. На опорной реакции отмечается ударное взаимодействие, затем амортизация и собственно отталкивание.

С момента начала разгибания коленного сустава отмечается падение вертикальной составляющей реакции опоры. В среднем пики суставных мощностей при беге на ров ной поверхности составляют в коленном суставе 2–3 Вт, в тазобедренном 15–23 Вт.

При отталкивании вверх, при запрыгивании на ступеньку, пиковая суставная мощность значительно растет, а именно в коленном суставе в 20 раз (48 Вт), а в тазобедренном в 3–4 раза (68 Вт). В голеностопном суставе пик мощности достиг 30 Вт, что в 20 раз больше, чем при беге по горизонтали.

Вывод. Прыжки в гору является мощным средством увеличения активности работы мышц разгибателей суставов ноги (в коленном ставе в 20 раз (48 Вт), а в та зобедренном в 3–4 раза (68 Вт), в голеностопном суставе пик мощности достиг 30 Вт, что в 20 раз больше чем при беге по горизонтали), поэтому могут использоваться для повышения эффективности физической подготовки бегунов.

Литература 1. Селуянов В.Н. Подготовка бегунов на средние дистанции. М.: ТВТ Дивизион, 2001. 105 с.

2. Мякинченко Е.Б., Селуянов В.Н. Развитие локальной мышечной выносливости в циклических видах спорта. М.: ТВТ Дивизион, 2005. 338 с.

УДК 796.01+ Влияние температуры на физиологические показатели при выполнении упражнения субмаксимальной мощности В.Н. Селуянов, В.Б. Гаврилов, В.А. Рыбаков, В.А. Никишкин, А.Д. Васильев, Д.Е. Балясов Московский физико-технический институт (государственный университет) Изменение физиологических показателей при повышении температуры тела по дробно рассмотрено в обзоре Я.М. Коца [1]. Однако данных об изменении потребле ния кислорода, частоты сердечных сокращений (ЧСС) при повышении температуры тела и при выполнении субмаксимальной работы в литературе нет. Поэтому было выполнено настоящее исследование.

Испытуемые. В эксперименте участвовали 15 спортсменов борцов самбистов и дзюдо высокой квалификации (МС и МСМК). Средний возраст 22 года ( = 1, года), масса тела 72 кг ( = 4,6 кг), длина тела 178 см ( = 4,1 см).

50 В.Н. Селуянов, В.Б. Гаврилов, В.А. Рыбаков, В.А. Никишкин, А.Д. Васильев, Д.Е. Балясов Методика исследования. Все испытуемые выполнили тест на велоэргометре с мощностью 500 Вт в течение одной минуты до и после 6 заходов в баню. Выполняли заходы в баню по 5 минут и повторяли их через 5 минут отдыха при нормальной температуре (25 ). Баня была финская, сухая, температура воздуха 90–100.

Перед каждым тестированием и после у всех спортсменов измеряли ЧСС, по требление кислорода (VO2 ), легочную вентиляцию (VE) и температуру в ушной раковине (). Физиологические показатели измерялись с помощью газоанализатора МЕТАМАКС, температуру в ухе измеряли с помощью электронного термометра.

Экспериментальные данные были обработаны с использованием статистического пакета программ Excel.

Результаты. Физиологические показатели при выполнении субмаксимальной ра боты (500 Вт) при нормальной температуре тела ( = 36,5 ) через 15 с: ЧСС 121±4,2 уд/мин, VO2 1,4±0,2 л/мин, VE 36±3 л/мин. Через 30 с: ЧСС 132±5,1 уд/мин, VO2 2,7±0,3 л/мин, VE 58±6 л/мин. Через 45 с: ЧСС 144±6, уд/мин, VO2 - 3,4±0,4 л/мин, VE 80±7 л/мин. Через 60 с: ЧСС 152±6,5 уд/мин, VO2 3,8±0,4 л/мин, VE 90±9 л/мин. Все полученные показатели статистически достоверны (p0.01).

Физиологические показатели при выполнении субмаксимальной работы (500 Вт) после бани при повышенной температуре тела ( =38,6 ) через 15 с: ЧСС 131±4,5 уд/мин, VO2 1,6±0,2 л/мин, VE 39±3 л/мин. Через 30 с: ЧСС 153±5,6 уд/мин, VO2 3,1±0,4 л/мин, VE 82±8 л/мин. Через 45 с: ЧСС 160±6, уд/мин, VO2 3,8±0,5 л/мин, VE 98±9 л/мин. Через 60 с: ЧСС 168±7,5 уд/мин, VO2 4,1±0,6 л/мин, VE 116±13 л/мин. Все полученные показатели статистиче ски достоверны (p 0.01).

Из полученных результатов видно, что после бани и повышения температуры тела до 38,6 ( = 0,2) происходит систематическое и статистически достоверное (р 0,01) увеличение ЧСС, потребление кислорода и легочной вентиляции.

Обсуждение. Рост физиологических показателей на всем протяжении выпол нения теста свидетельствует о том, что повышение температуры тела ведет к сни жению эффективности мышечных сокращений, снижению коэффициента полезного действия спортсмена при выполнении субмаксимальной работы (500Вт, примерно 60% максимальной алактатной мощности). Возможно, разобщение дыхания и фос форилирования [2] приводит к увеличению потребления кислорода в мышцах и жи ровой ткани организма спортсменов.

Вывод. Повышение температуры тела спортсменов ведет к статистически досто верному росту ЧСС, потребления кислорода и легочной вентиляции при выполнении субмаксимальной работы (1 мин, 500 Вт).

Литература 1. Коц Я.М. Спортивная физиология. М.: Физкультура и спорт, 1982. –– 347 с.

2. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло // Соросовский образова тельный журнал. 1996. N 3. С. 4–16.

Отличительные особенности функций кожи спортсменов циклических видов УДК 796. Отличительные особенности функций кожи спортсменов циклических видов В.А. Заборова1, В.Н. Селуянов2, В.А. Рыбаков2, В.Б. Гаврилов 1 Первый МГМУ им. И.М. Сеченова 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) Введение. Под действием физической нагрузки меняется активность сердечно сосудистой, дыхательной системы, опорно-двигательного аппарата и функциональ ная активность кожных покровов. Известно, что при взаимодействии кожи с неблаго приятными факторами окружающей среды первой реагирует водно-липидная ман тия, которая не только защищает кожу от проникновения экзогенных веществ и патогенных микроорганизмов, но и предохраняет ее от потери воды. Состояние ба рьерной функции кожи может указывать на общую реактивность человека [2].

Нормальная микрофлора кожи представлена пропионовыми бактериями, стафи лококками и дрожжами рода Malassezia. Исследования последних лет были сосре доточены на выяснении роли этих групп микроорганизмов при наиболее распро страненных и ассоциированных с ними дерматозах и у клинически здоровых людей [1], однако на спортсменах подобных исследований не проводилось. Считается, что дерматозы у спортсменов связаны не только с заражением грибной микрофлорой, но и изменениями уровней нормальной бактериальной микрофлоры. В частности, спортсмены-пловцы, являются группой риска в отношении заболеваний кожи, по скольку особенностью водных видов является ежедневное длительное пребывание в воде. Контакт кожи с химическими агентами, которые добавляются в воду для очистки и обеззараживания нередко вызывает воспалительные заболевания кожи и зуд.

Целью настоящей работы явилось изучение функций и микрофлоры кожи у спортсменов циклических видов.

Материалы и методы. Посевы проводили методом отпечатков с кожи груди на селективную агаризованную среду ЖСА, помещенную в бакпечатки. Определение чувствительности к препаратам проводили дискодиффузионным способом по усовер шенствованному методу Керби–Бауэра с помощью стандартных дисков с антибиоти ками. Мы обследовали две группы спортсменов: I группа спортсмены-пловцы (n = 37), II группа спортсмены циклических видов спорта, которые тренируются на суше (n = 84).

Результаты. Наиболее представленным видом во всех группах обследованных был Staphylococcus aureus: в I группе 56,2% носителей, во II 77,8%, при этом, норма носительства золотистого стафилококка у людей с клинически здоровой кожей составляет 5–10%. Носителями St. intermedius были: в I группе 37,5% обследован ных, а во II 7,4%. Интересно отметить, что в I группе совсем не было отмечено носительства St. epidermidis, тогда как во II было 14,8% носителей. St. saprophyticus встречался только в I группе у 6,2% носителей. Важным моментом явилось высевание оксациллин-устойчивых штаммов золотистого стафилококка: в I группе с частотой 11%, а во II 19%. Эти штаммы являются маркером неблагополучия в отношении устойчивости к антибиотикам пенициллинового ряда.

Выводы. Таким образом, носительство золотистого стафилококка у всех обсле дованных спортсменов на сегодняшний день значительно превышает установленную норму. Носители этого вида стафилококков среди водных видов спорта встречаются реже, чем у спортсменов других видов. Кроме того, эпидермальный стафилококк, присутствие которого у людей со здоровой кожей отмечалось ранее наиболее часто, 52 В.А. Рыбаков, В.Н. Селуянов, В.Б. Гаврилов, В.А. Никишкин, А.Д. Васильев, Д.Е. Балясов вообще не встречался у спортсменов водных видов спорта. И, наконец, у спортсме нов обеих категорий отмечено носительство штаммов MRSA, которые характерны для больных со стафилококковой инфекцией.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что занятия цик лическими видами спорта оказывают влияние на функции кожи. Перспективным, на наш взгляд, является дальнейшее изучение особенностей микрофлоры кожи у спортсменов различных видов спорта для ранней диагностики и предотвращения развития профессиональных дерматозов.

Литература 1. Арзуманян В.Г., Зайцева Е.В., Кабаева Т.И., Темпер Р.М. Оценка стафилокок ковой и нелипофильной дрожжевой микрофлоры кожи у больных с кожной пато логией при контактном способе посева // Вестник дерматологии и венерологии.

2004. N 6. C. 3- 2. Руководство для врачей Клиническая дерматовенерология. В 2 томах под ре дакцией Ю.К. Скрипкина, Ю.С. Бутова. М.: ГЭОТАР-Медиа. 2009. Т 2.

C. 87– 3. Derya A. Ilgen E. Metin E. Characteristics of sports-related dermatoses for dierent types of sports: a cross-sectional study // Journal of Dermatology. 2005. 32(8):

620-5.

УДК 796.01+ Влияние температуры на физиологические показатели в покое В.А. Рыбаков, В.Н. Селуянов, В.Б. Гаврилов, В.А. Никишкин, А.Д. Васильев, Д.Е. Балясов Московский физико-технический институт (государственный университет) Изменение физиологических показателей при повышении температуры тела в покое изучались в работах [1], [3], [4]. Однако данных об изменении потребления кислорода и дыхательного коэффициента в литературе нет. Поэтому было выполнено настоящее исследование.

Испытуемые. В эксперименте участвовали 15 спортсменов борцов самбистов и дзюдо высокой квалификации (МС и МСМК). Средний возраст 22 года ( = 1, г.), масса тела 72 кг ( = 4, 6 кг), длина тела 178 см ( = 4, 1 см).

Методика исследования. Все испытуемые выполняли заходы в баню по 5 ми нут и повторяли их через 5 минут отдыха при нормальной температуре (25°С). Баня была финская, сухая, температура воздуха 90–100°С.

Перед каждым заходом в баню у всех спортсменов измеряли ЧСС, потребление кислорода, дыхательный коэффициент и температуру в ушной раковине. Физиоло гические показатели измерялись с помощью газоанализатора МЕТАМАКС, темпе ратуру в ухе измеряли с помощью электронного термометра.

Экспериментальные данные были обработаны с использованием статистических программ.

Результаты. До применения сухой бани значение ЧСС у испытуемых составило 62 ± 3, 2 уд/мин, потребление кислорода (VO2 ) 0, 34 ± 0, 05 л/мин, дыхательный коэффициент (RER) 0, 82±0, 03, температура ядра тела (t) 36, 6±0, 01 °С. После первого захода в баню: ЧСС 69 ± 4, 1 уд/мин, VO2 0, 45 ± 0, 08 л/мин, RER 0, 78 ± 0, 02, 37, 9 ± 0, 02 °С. После второго захода: ЧСС 90 ± 8, 3 уд/мин, VO Влияние температуры на физиологические показатели в покое 0, 75 ± 0, 10 л/мин, RER 0, 72 ± 0, 02, 38, 8 ± 0, 05°С. После третьего захода:

ЧСС 95 ± 7, 5 уд/мин, VO2 0, 78 ± 0, 11 л/мин, RER 0, 72 ± 0, 02, - 38, 9 ± 0, °С. После четвертого захода: ЧСС 98 ± 7, 8 уд/мин, VO2 0, 80 ± 0, 12 л/мин, RER 39, 2 ± 0, 03 °С. После пятого захода: ЧСС 96 ± 8, 3 уд/мин, 0, 72 ± 0, 02, VO2 0, 780 ± 0, 12 л/мин, RER 0, 72 ± 0, 02, 39, 1 ± 0, 03 °С. Все полученные показатели статистически достоверны ( 0, 01).

Обсуждение. Из результатов исследования видно, что после второго захода в сухую баню физиологические показатели стабилизируются. По мере роста темпера туры ядра тела от 36,6 до 39°С ЧСС достигает 90–98 уд/мин и одновременно растет потребление кислорода (в два раза) и температура ядра тела (температура внут ри ушного прохода). Дыхательный коэффициент снижается до 0,72, что говорит о метаболизме жиров в организме.

В состоянии покоя организму не требуется метаболическая энергия в виде моле кул АТФ, поэтому можно предположить, что митохондрии увеличивают потребление кислорода без образования АТФ. Возможно, имеет место разобщение дыхания и фос форилирование, как это происходит при снижении температуры тела [2].

Физиологически организму выгодно при повышении температуры тела произво дить из жирных кислот воду для потения для увеличения интенсивности испаре ния воды, для охлаждения кожи и организма. Однако это предположение требует дополнительной проверки.

Таким образом, повышение потребления кислорода должны быть связано с двумя локальными химическими процессами: активизации липолиза в подкожной жировой ткани, усилении образования углекислого газа и воды для потения и снижения тем пературы тела;

активизация липолиза в окислительных мышечных волокнах при выполнении физических упражнений должна приводить к увеличению образования воды, и поэтому к снижению нагрузки на подкожный жир.

Вывод. По мере роста температуры ядра тела от 36,6 до 39°С ЧСС достигает 90– 98 уд/мин и одновременно статистически достоверно растет потребление кислорода (в два раза). Дыхательный коэффициент статистически достоверно снижается до 0,72, что говорит о метаболизме жиров в организме.

Литература 1. Скулачев В.П. Законы биоэнергетики // Соросовский образовательный журнал.

1997. N 1. С. 9–14.

2. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло // Соросовский образова тельный журнал. 1996. N 3. С. 4–16.

3. Спортивная физиология : учеб. для ин-тов физ. культуры : доп. Ком. по физ.

культуре и спорту при Совете Министров СССР / общ. ред. Коц Я.М. М.:

ФиС, 1986. 240 с.

4. Krustrup P, Gonzalez-Alonso J, Quistor B, Bangsbo J. Muscle heat production and anaerobic energy turnover during repeated intense dynamic exercise in humans // J.

Physiol. 2001. 536: 947–956.

54 Д.Е. Балясов, В.А. Рыбаков, В.Б. Гаврилов, В.Н. Селуянов УДК 796. Использование веб-технологий в оценке физической подготовленности студентов Д.Е. Балясов, В.А. Рыбаков, В.Б. Гаврилов, В.Н. Селуянов Московский физико-технический институт (государственный университет) На базе лаборатории Информационные технологии в спорте был создан инфор мационный портал Физтех. Спорт, в рамках которого реализованы сервисы Пас порт здоровья и Калькулятор питания, позволяющие получить индивидуальную оценку физического состояния студентов МФТИ, рекомендации по физическим на грузкам и питанию.

В качестве основы сайта был выбран программный каркас Ruby on Rails, пред ставляющий архитектурный образец Model-View-Controller (модель-представление контроллер) для веб-приложений, обеспечивающий их интеграцию с веб-сервером (Apache) и сервером базы данных (MySQL). Для ускорения разработки и кроссбрау зерности интерфейсов были использованы библиотеки Java Script (jQuery, Prototype, DoJo) и технология Ajax. В качестве операционной системы сервера был выбран дистрибутив Linux CentOS, позволяющий корректно взаимодействовать с вышеопи санными технологиями.

С помощью сервиса Паспорт здоровья пользователи могут вычислить рекомен дуемую массу тела, тип телосложения, долю жира в организме (подкожного и внут реннего), индекс избытка массы на туловище, индекс избытка массы на бедрах, кон диции по международным стандартным индексам, энергетические затраты в течение дня в зависимости от уровня активности, общий расход килокалорий в зависимости от видов физических нагрузок и тренировок, площадь поверхности тела. Рассчитать приблизительные спортивные результаты в беге на 60, 1000 м, прыжке с места. В сервисе Паспорт здоровья используются как общепринятые антропометрические индексы и формулы для расчета антропометрических характеристик [1], так и раз работанные нами расчетные формулы доли жира в теле, рекомендуемой массы тела, спортивных результатов.

В сервисе Калькулятор питания можно составить сбалансированную диету из любимых блюд, учитывая суточную потребность в белках, жирах и углеводах [2], с учетом индивидуальных рекомендаций, полученных с помощью сервиса Паспорт здоровья.

Также интернет портал Физтех.Спорт содержит множество научных трудов в области спортивной физиологии, биомеханики, биохимии, спортивной адаптологии, теории физической культуры и спорта.

Результаты За несколько месяцев с момента появления сервиса Паспорт здо ровья его пользователями стали несколько сотен человек, при этом динамика ре гистрации на сайте продолжает расти. Оценивая результаты измерений уже сейчас можно сказать, что алгоритмы, заложенные в работу сервиса Паспорт здоровья, являются достаточно точными для среднестатистического человека.

Согласно данным метрики: картам кликов, картам ссылок, схемам путей по сай ту, динамике возврата, геотаргетингу портал вызывает большой интерес не только у студентов и преподавателей МФТИ, но и пользователей рунета, СНГ, Западной Европы и Северной Америки.

На сегодняшний день ведется работа по разработке новых сервисов, позволяющих пользователю планировать физическую подготовку на основе моделирования процес сов срочной и долговременной адаптации в рамках одного упражнения, одной тре Разработка программно-технического комплекса для визуального анализа многомерных данных нировки, микроцикла, мезоцикла и более длительных периодов подготовки. Также ведется разработка сервисов, с помощью которых возможно рассчитать спортивный результат по физиологическим показателям, оценить эффективность воздействия на организм различных упражнений и тренировок.

Функционирующие интернет-проекты Информационный порта, Физтех.Спорт: http://www.sport.mipt.ru Паспорт здоровья: http://www.sport.mipt.ru /health-passport Калькулятор питания: http://www.sport.mipt.ru /food-calculator Литература 1. Мартиросов Э.Г. Технологии и методы определения состава тела человека / Мар тиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г. М.: Наука, 2006. 247 с.

2. Селуянов В.Н. Технология оздоровительной физической культуры / Селуянов В.Н. М.: ТВТ Дивизион, 2009. 192 с.

УДК 004.4+004. Разработка программно-технического комплекса для визуального анализа многомерных данных Н.В. Бугров, Д.Р. Исламов Московский физико-технический институт (государственный университет) По данным исследования, проведенного сотрудниками университета Беркли в 2003 году, количество информации удваивается каждые три года [1]. Таким обра зом, можно сказать, что мы живем в эпоху экспоненциально быстрого роста ин формации. Стоит отметить, что более девяноста процентов информации хранится на цифровых носителях.

Существует множество эффективных способов машинной обработки информа ции, но также не стоит упускать из вида возможности человека по анализу данных, особенно многомерных. Для этого требуется представить большие объемы данных в такой форме, чтобы человек мог увидеть то, что трудно выделить алгоритмически.

Эту проблему решает визуальное представление данных.

Целью выполненной нами работы являлась разработка методов и инструменталь ных средств для визуализации многомерных данных, с их последующим отображе нием как в моно, так и стерео режиме.

В качестве технической платформы использовалась система виртуального окру жения VEonPC [2]. Разработка программной части велась с использованием систе мы создания виртуальных окружений AVANGO NG, OpenSceneGraph API и OpenGL API [3], [4].

В результате работы нами было создано интерактивное приложение, позволяю щее:

- представлять многомерные по своей природе данные, в виде нескольких объ емных визуальных образов. К числу таких образов относятся поверхности Парето [5] рис. 1, пятимерные шары ( шары в трехмерном пространстве, отличающиеся цветом и объемом) рис. 2 и так называемые ромашки, позволяющие наглядно представить Happy Planet Index рис. 3 [6]. проводить моно- и стерео-презентации с использова нием данных различных типов, а именно: 3D моделей, плоской графики и конечно же, визуальных образов созданных с помощью программы.

В дальнейшем, планируется отказавшись от использования AVANGO NG это позволит сделать приложение кросс-платформенным;

разработать пользовательский 56 Н.В. Бугров, Д.Р. Исламов графический интерфейс управления приложением;

добавить возможность включе ния видео файлов в состав презентации.

Рис. 1. Визуализации поверхности Парето Рис. 2. Визуализация данных с помощью пятимерных шаров Рис. 3. Визуализации Happy Planet Index для России и Франции Литература 1. University of California Berkeley, How Much Information?, 2003, Executive Summary, available at: http://www2.sims.berkeley.edu/research/projects /how-much-info-2003/execsum.htm 2. Брусенцев П.А., Клименко C.B., Матвеев C.B., Никитин И.Н., Никитина Л.Д., Фролов П.В., Фурса М.В. Лаборатории виртуального окружения на базе персо нальных компьютеров: принципы работы и приложения // Труды конференции VEonPC2002. ИФТИ. Протвино. – 2002. – С.1–9. ISBN 5–88835–011– 3. Rui Wang, Xuelei Qian OpenSceneGraph 3.0: Beginner’s Guide. – Birmingham: Packt Publishing. 2010. 412 p.

Использование различных моделей для моделирования окисления молекул АТФ в скелетных мышцах человека 4. Dave Shreiner OpenGL Programming Guide: The Ocial Guide to Learning OpenGL, Versions 3.0 and 3.1 (7th Edition). – Boston: Addison-Wesley Professional. 2009. 936 p.

5. Системный аудит использования национальных ресурсов и управление по резуль татам. Выпуск 3. Методы анализа и социально-экономической диагностики / под ред. А.А. Пискунова. – Ростов-на-Дону: ЮРИФКА, 2007 – гл. 1 2. – С. 9– 6. The Happy Planet Index 2.0: Why good lives don’t have to cost the Earth. 2009.

available at: http://happyplanetindex.org/public-data /les/happy-planet-index-2-0.pdf УДК 576. Использование различных моделей для моделирования окисления молекул АТФ в скелетных мышцах человека Р.К. Селезнев 1 Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) В настоящее время для достижения высоких результатов в спорте необходимо использование современных методов исследования физико-биологических систем. В данной работе исследован процесс окисления молекул АТФ в скелетных мышцах.

Для моделирования были выделенны две физических модели. Данные моделирова ния модели 1, описанной в [1], сравнивались с моделированием модели, описанной В.Н. Селуяновым.

В настоящей работе больший интерес представляет именно модель 1. Это связано с тем, что в неё включен детальный механизм реакций окисления АТФ. Поэтому мы можем исследовать влияние различных веществ на скорость этого процесса и энер говыделение. Таким образом, благодаря изучению этой модели мы можем составить правильную диету спортсмену и план тренировок.

Наше исследование было проведено для того, чтобы подтвердить гипотезу о том, что субтсратный уровень (концентрации АДФ и неорганического фосфата) играет основную роль в процессе, который управляет темпом митохондриального синтеза ATФ и поддерживающего клеточный потенциал гидролиза АТФ в скелетном муску ле.

Получен компьютерный код, написанный на языке FORTRAN. Для ускорения вычислений использовались технологии MPI.

В дальнейшей исследовании планируется найти корреляцию между предсказа ниями значений концентраций веществ, полученных по модели 1, с реальными из мерениями проведенными на 20-ти добровольцах. В будущем данная модель может использоваться как часть более крупной модели организма человека, включающей помимо мышц еще кровеносную и эндокринную систему.

Литература 1. Fan Wu, Jeroen A. L. Jeneson, and Daniel A. Beard. Oxidative ATP synthesis in skeletal muscle is controlled by substrate feedback. // Am. J. Physiol. Cell Physiol.

2007. 292. P. 115–124.

2. Alberty R.A. Thermodynamics of Biochemical Reactions. Hoboken, NJ:Wiley, 2003.

3. Bakker H.D., Scholte H.R., Jeneson J.A. Vitamin E in a mitochondrialmyopathy with proliferating mitochondria. Lancet. 1993. 342. P. 175–176.

58 С.А. Мещерин, И.А. Кириллов, С.В. Клименко УДК 004. Разработка метамодели для полного цикла кризисной ситуации С.А. Мещерин1, И.А. Кириллов2, С.В. Клименко 1 Московский физико-технический институт (государственный университет) 2 Российский научный центр «Курчатовский институт»

В последние десятилетие количество и масштабы кризисных ситуаций значитель но возросли. В качестве примера можно привести теракт 11 сентября, теракт в Норве гии, теракты в России, эпидемию H1N1. Последствия от подобных ситуаций во мно гом можно смягчить, если оперативно классифицировать ситуацию и располагать максимально полной картиной событий. Располагая всесторонней и полной инфор мацией о ситуации, а также накопленными знаниями по ликвидации предыдущих ЧС, можно быстро создавать рекомендации к дальнейшим действиям.

Цель данной работы создание метамодели кризисной ситуации на основе онто логий, предназначенной для дальнейшего использования в информационной системе управления кризисом.

Кризис обычно не моделируют целиком, принято делить развитие кризисной си туации на 4 этапа [1]:

Предотвращение (Prevention, Mitigation) Подготовка (Preparation) Реакция (Response) Восстановление (Recovery) На текущий момент уже есть работы, посвященные моделированию кризисных ситуаций. В качестве примера можно привести работы [1], [2], [3]. В этих работах основное внимание уделяется фазам подготовки и реакции. Наша метамодель пред назначена обратить большее внимание на фазу предотвращения и восстановления.

Теоретическая основа нашей модели лежит в теории ситуаций Барвайза [3]. Ядро модели состоит из 4х основных сущностей (инфонов) события, миссии, ресурсы и контекст. Также в нашей модели вводится промежуточная, предкризисная фаза, которая соответствует ситуации, когда сигналы не могут быть наверняка расцене ны как ЧС, но слишком велики, чтобы ими пренебречь. Особое внимание уделено контексту, дополнительной, ситуативной информации, в которую погружены со бытия, миссии и ресурсы. Контекст задает свойства ситуации, уточняет, какие факты могут быть извлечены из ситуации. К контексту относятся состояние окружающей среды, тип местности, погодные условия, факторы, угрожающие жизни людей.

Реализована метамодель на основе онтологий в формате OWL. Моделирование проводилось в 2 этапа сначала разрабатывалось ядро модели на понятном экспер там языке моделирования UML, затем с помощью разработанных процедур маппинга переводилась в OWL и там дополнялась деталями. Использование онтологий и OWL необходимо для автоматизации работы с моделью и автоматическим построением выводов в реальном времени (reasoning). В дальнейших планах интеграция онто логии в СУБД и доработка с учётом обработки больших объёмов данных.

Литература 1. Othmah S.H., Beydoun G. A Disaster Management Metamodel (DMM) Validated // School of Information Systems and Technology. – Wollongong. – Australia. – 2009.

Антропометрические измерения с помощью 3D сканирования 2. Truptil S., A., Benaben F., Couget P., Lauras M. et al. Interoperability of Information Systems in Crisis Management: Crisis Modeling and Metamodeling // Ecole des Mines d’Albi-Carmaux. – Campus Jarlard. – France. – 2009.

3. Barwise K.J.AKTiveSA: The Situation in Logic// Center for the Study of Language and Information. – Stanford, CA. – 1989. OASIS Project. // http://www.oasis fp6.org/.

УДК 796.01+ Антропометрические измерения с помощью 3D сканирования А.С. Чеканов, В.Б. Гаврилов, В.А. Рыбаков, В.А. Никишкин, Д.Е. Балясов, В.Н. Селуянов Московский физико-технический институт (государственный университет) Геометрия сегментов тела человека одно из важных направлений исследований в антропологии и биомеханике. В настоящее время имеются уравнения для расчета масс и центральных моментов инерции по антропометрическим данным [1],[2]. Од нако нет информации о поверхности и объемах сегментов тела человека.

Для решения этой задачи можно использовать методику лазерного сканирования тела человека. В результате можно получить виртуальное представление человека как 3Д компьютерную модель. Если разделить тело человека на 10 сегментов (по методике В.Н. Селуянова [1],[2]), то можно определить для каждого сегмента:

объем площадь поверхности массу сегмента плотность сегмента (плотность конкретных тканей сегмента определяется впер вые в мире) обхват сегмента в заданных местах момент инерции сегмента определение координат центра тяжести сегмента или совокупности сегментов массу подкожного жира массу костей массу мышц Обследование студентов МФТИ позволит разработать регрессионные уравнения для оценки состава тела по сегментам тела (масса жира, мышц, костей), что позволит существенно дополнить паспорт здоровья, представленный сейчас на сайте кафедры физического воспитания и спорта МФТИ.

Полученную информацию можно использовать в спорте и клубах здоровья для корректировки тренировочных программ.

Литература 1. Селуянов В.Н. Взаимосвязь маcс-инерционных характеристик сегментов тела че ловека с антропометрическими признаками / Виктор Николаевич Селуянов: Ав тореф. дис.... кан. биол. наук. М.: МГУ, 1979. 24 с.

2. Zatsiorsky V.M. Methods of determining mass-inertial characteristics of human body segments / V.M. Zatsiorsky, V.N. Seluyanov, L.G. Chugunova: Contemporary problem of biomechanics. M.: Mir Publishers, 1990. C. 272-289.

60 Д.П. Мельникова, А.Я. Бунин, А.Ю. Субботина, В.А. Яворский УДК 796. Сервис дистанционных тренировок по боксу Д.П. Мельникова, А.Я. Бунин, А.Ю. Субботина, В.А. Яворский Московский физико-технический институт (государственный университет) Одной из актуальных задач современного социально-экономического развития России является развитие массового спортивного движения. Одним из препятствий является низкая обеспеченность педагогическими и тренерскими кадрами регионов, что особо актуально при подготовке спортсменов высокой квалификации. Решением данной проблемы традиционно является внедрение систем дистанционного обучения с помощью интерактивных программ, видео-курсов и учебно-методической литера туры.

Такой подход имеет два существенных недостатка. Во-первых, отсутствует учет физических, технических и иных качеств конкретного спортсмена программа ди станционного обучения рассчитана на некий средний уровень. Во-вторых, данные проекты являются нерентабельными в связи с высоким распространением пират ской продукции в России. Как правило, после небольших объемов продаж защита дисков от копирования или защита программ от незаконной установки взламыва ется и материалы выкладываются для скачивания в свободный доступ. Более про двинутая защита требует значительных дополнительных расходов на привлечение специалистов высокой квалификации, создание защитной технической и юридиче ской инфраструктуры, а также может создавать неудобства при работе легальных пользователей.

Авторами предложена концепция сервиса дистанционных тренировок, лишенного этих недостатков. В ее основе лежит система маркетинга, связанная с подпиской на платные услуги. Для систем, требующих взаимодействие наставник ученик (образование, спорт), продуктивной может оказаться четырехуровневая система.

1) Полноценный статичный продукт с обновляемыми версиями, доступный для бесплатного скачивания и обновления с сайта проекта, способный работать с локаль ного диска компьютера пользователя. Содержит план тренировок на период от на чала занятий до получения 3-го разряда. Выполняет рекламную функцию для всего проекта.

2) Интеллектуальная автоматизированная система составления плана тренировок платная служба по подписке на определенный период. Требует регистрации на сайте проекта и авторизации на период очередной тренировки. Анализирует данные о пользователе возраст, антропометрические данные, спортивный опыт, перерыв в занятиях, текущая физическая форма, выполнение спортивных нормативов, наличие травм или иных ограничений, предыстория занятий. На основании этих данных из множества программ подбирается оптимальный план очередной тренировки.

3) Сервис для составления плана тренировок опытными преподавателями на ос нове данных по пользователе платная служба по подписке на определенный пе риод. Это особенно важно ввиду большого количества высококвалифицированных тренеров на пенсии, которые в силу возраста не имеют возможности вести трени ровки, однако способны оказывать методическую поддержку спортсменам самого разного уровня. Сумма за исключением комиссии перечисляется тренеру. Требует регистрации на сайте проекта и авторизации на период очередной тренировки. Пре подаватели и пользователи могут добавлять новые элементы тренировок, которые после экспертной оценки добавляются в базу данных интеллектуальной автомати зированной системы и таким образом обеспечивают непрерывное развитие системы.

Реконструкция космического полета Юрия Гагарина в технологии индуцированной виртуальной реальности: к 50-летию полета Возможен контроль правильности действий спортсмена по просмотру записей тре нировки или онлайн-трансляции, общение и получение рекомендаций вне системы сайта.

4) Индивидуальные занятия в режиме непрерывного видео и/или аудиоконтакта, с демонстрацией образовательного авторского контента.

В перспективе есть возможность развития контроля тренировки в реальном вре мени за счет использования датчиков ускорения в ключевых точках на теле спортс мена и спортивных предметах, что даст возможность в автоматическом режиме сле дить за правильностью выполнения упражнений и их интенсивностью.

УДК 004. Реконструкция космического полета Юрия Гагарина в технологии индуцированной виртуальной реальности: к 50-летию полета В.О. Афанасьев, А.Е. Бобков, Н. Бугров, К. Гурьянов, Б.С. Долговесов, Д. Какауридзе, А.С. Клименко, С.В. Клименко, А. Козлов, Д.Р. Исламов, М.В. Михайлюк, А.А. Серебров, А. Тильман, В. Уразметов, П. Фролов Московский физико-технический институт (государственный университет) Институт физико-технической информатики Сегодня физиков очень интересуют первые несколько секунд существования Все ленной, потому что именно там кроются причины и физические законы, по которым живет Земля видимый и невидимый Мир. 12 апреля 1961 года навсегда останется в памяти человечества, потому что именно в этот день впервые в мире был совершен полет человека в космос Юрий Гагарин провел 108 минут вне Земного притяже ния. В преддверии 50-летия полета Гагарина возрос интерес к первым секундам космонавтики. Мы уверены, что первые космические секунды человечества в дале ком будущем в не меньшей мере будут важны для понимания Космической Истории Цивилизации [1].

Было разработано приложение, которое включает в себя трехмерную модель пла неты Земля, спутниковый снимок космодрома Байконур, трехмерные модели зданий космодрома и, конечно, высокодетализированную модель самого корабля Восток.

Приложение позволяет наблюдать движение космического корабля по орбите вокруг Земли, в том числе прохождение терминатора (рис. 1). Также можно осматривать корабль и модель Земли с любых точек зрения. Удобное управление реализовано с помощью джойстика 3d connexion.

Приложение позволяет загружать модели из KMZ-файлов. Для разбора KML используется библиотека libkml. Для освещения моделей к ним применяются специ альные шейдеры. В шейдерах используется затенение по Фонгу с дополнительным учетом захода Солнца за линию горизонта. Для каждой модели по отдельности вы числяется положение Солнца и передается в шейдер через uniform переменную. Это позволяет ночью делать модели почти черными, а днем использовать стандартное затенение по Фонгу.

Модель корабля Восток была разработана 3д-моделлером из Санкт-Петербурга Константином Гурьяновым. Модель сделана с высокой степенью детализации. Для расчета движения корабля по орбите использовались кеплеровские элементы. Для освещения корабля с учетом положения Солнца и Земли использовался аналогичный 62 В.О. Афанасьев, А.Е. Бобков, Н. Бугров, К. Гурьянов, Б.С. Долговесов, Д. Какауридзе, А.С. Клименко, С.В. Клименко, А. Козлов, Д.Р. Исламов, М.В. Михайлюк, А.А. Серебров, А. Тильман, В. Уразметов, П. Фролов подход, как и со зданиями. Это позволило показать проход корабля через терминатор (линия раздела освещенной и затененной частей Земли) [2].

В дальнейшем планируется дальше развивать степень реалистичности рекон струкции.

Рис. 1. Корабль «Восток»

Литература 1. Афанасьев В.О., Брусенцев П.А., Клименко С.В., Михайлюк М.В., Торгашев М.А., Фомичев В.М. Опыт применения и перспективы развития систем виртуаль ного окружения в космических тренажерах и системах телеприсутствия // Труды 3-й Международной конференции VEonPC-2003 Системы виртуального окру жения на Linux-кластерах персональных компьютеров. М., Ханты-Мансийск, Протвино: Изд-во ИФТИ, 2003. С. 5–20.

2. Алешин В.П., Афанасьев В.О., Байгозин Д.А., Батурин Ю.М. [и др.]. Система визуализации индуцированного виртуального окружения для задач исследова ния космоса: состояние проекта // Труды 14-й Международной конференции по компьютерной графике и зрению Графикон-2004. М.: Изд-во МГУ, 2004. С.

12–15.

Автоматизированное построение структуры сети с помощью языка NDL Секция высокопроизводительных вычислительных систем УДК 004. Автоматизированное построение структуры сети с помощью языка NDL И.В. Русаловский Московский физико-технический институт (государственный университет) Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН В больших корпоративных сетях, сетях магистральных операторов связи, а также национальных и международных научных, при построении системы сетевого управ ления и мониторинга возникает необходимость иметь актуальное, подробное и пол ное описание сети в цифровом виде. Для ее решения представляется перспективным использовать некий язык описания сетей. Примером такого языка может служить NDL, Network Description Language. Данный язык позволяет получать абстрактное описание сети безотносительно к особенностям применяемого оборудования.

В данной работе представлен способ автоматизированного построения описания сети с помощью языка NDL. Работа выполнена на базе сети МСЦ РАН.

Идея моделирования сети заключается в следующем: физическим элементам се ти ставятся в соответствие некие абстрактные функциональные элементы. Между этими элементами определяются отношения, и полученный результат записывает ся в файл с определенным синтаксисом. Для хранения данной модели применяется RDF, Resource Description Framework [1]. Фактически NDL представляет собой набор строго определенных отношений (триплетов) RDF применительно к задаче модели рования сетей. Построение описания осуществляется на нескольких уровнях, с общим набором элементов [2].

Язык NDL не лишен недостатков. В частности, его синтаксис представляет IP уровень в виде большой широковещательной сети, что не является верным. Вслед ствие этого, предложена схема описания IP-уровня, позволяющая хранить информа цию о статической маршрутизации.

Сбор информации с сетевых устройств осуществляется разработанным модулем на языке Perl с помощью удаленного консольного доступа (SSH). Для обработки по лученной сырой информации разработана программа на языке Python. Анализ вы полняется по строго определенному (для каждого типа устройств) алгоритму, строя связи между объектами NDL на определенных уровнях. Уровни представляют раз личные сетевые технологии (физические соединения с помощью витой пары и опто волокна, EtherChannel, vlan, и т.д.). Имеется возможность сохранения полученной модели в XML-подобные файл (с помощью RDF), а также в файлы с описанием графа, для последующей их визуализации в пакете Graphviz.

Литература 1. van der Ham J., Dijkstra F., Travostino F. et al. Using RDF to describe networks // Future Generation Computer Systems. 2006. V. 22, № 8. P. 862-867.

64 С.А. Овчаренко 2. Dijkstra F., Andree B., Koymans K. [et al.] A Multi-Layer Network Model Based on ITU-T G.805 // Computer Networks. 2007. June.

УДК 004. Использование кинетических уравнений для распознавания событий С.А. Овчаренко Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН В данной работе исследовалась возможность использования кинетических урав нений [1] для анализа временных рядов, возникающих при обработке журнальных файлов демона apache. с серверов сетей РАН и ИТЭФ. В работе строится крите рий распознания аномалий в росте размера журнального файла. На данном этапе проводился анализ плотности функции распределения скорости роста журнального файла. В качестве критерия аномалии выступает нестационарность функции рас пределения.

Анализ проводился в несколько этапов:

1. Построение зависимости размера файла от времени.

2. Вычисление производной размера файла от времени.

3. Построение плотности функции распределения производной размера файла.

При этом вся область значения производной разбивалась на интервалов и счи талось количество значений производной, попавших в каждый интервал.

4. Далее на каждом интервале вычислялась дисперсия и строилась зависимость дисперсии от времени.

5. Исследовалась зависимость дисперсии от времени и размера интервала.

6. Строилась интегральная разность функций распределения в моменты времени и + и исследовалась ее зависимость от времени и интервала.

Далее по виду зависимости разности функций распределения делается вывод о стационарности функции распределения. Наличие ярко выраженных пиков свиде тельствует о нестационарности распределения или наличии автокорреляций (рис. 1).

В ходе работы был разработан набор инструментов для анализа журнального фай ла, и вычисления статистических параметров: функций распределения, дисперсии и среднего. Был проведен анализ тестовых и реальных данных с серверов ИТЭФ и МСЦ РАН.

Если проводить дополнительный анализ на автокорреляции функции распреде ления то данную методику можно применять для определения аномалий в росте журнальных файлов с любой наперед заданной вероятностью.

Использование кинетических уравнений для распознавания событий Рис. 1. Зависимость интегральной разности функций распределения от величины временного интервала Рис. 2. Зависимость интегральной разности функций распределения от величины интервала разбиения Литература 1. Орлов Ю.Н., Осминин К.П. Кинетические уравнения для прогнозирования неста ционарных временных рядов // ИПМ им. М.В.Келдыша РАН 2008.

66 А.П. Овсянников, Т.В. Овсянникова УДК 004. Об эффективности блокируемых и неблокируемых коммуникационных сетей суперкомпьютеров А.П. Овсянников1, Т.В. Овсянникова 1 Московский студенческий центр РАН 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) Коммуникационная сеть (в терминах рейтинга 50 наиболее мощных компьюте ров СНГ top50.supercomputers.ru, в литературе в этом значении встречается также термин вычислительная сеть ) высокопроизводительного вычислительного класте ра предназначена для обмена данными между процессами во время параллельных вычислений.

Поскольку время выполнения параллельной задачи зависит от скорости обме на данными между процессами, для построения коммуникационной сети предпо чтительны сети с высокой пропускной способностью и малой задержкой передачи.

Таким образом, для достижения максимальной производительности кластера наи более предпочтительной является полносвязная топология коммуникационной сети.

Поскольку для кластера с большим числом вычислительных узлов полносвязную топологию реализовать не представляется возможным, используются сети на осно ве многоуровневой топологии Клоса [1] или топологии толстого дерева (fat tree [2], [3]). Такие сети являются неблокируемыми при перестроении, то есть если лю бые два потока данных в сети адресованы разным узлам, то коммутация между портами в полносвязных коммутирующих модулях может быть организована таким образом, что все узлы могут вести передачу одновременно и никакие два потока не будут мешать друг другу (достигается полная бисекционная пропускная способ ность). Популярные коммуникационные сети Myrinet, Inniband и др. строятся на основе коммутирующих модулей со сравнительно небольшим числом портов (напри мер, Myrinet Xbar32 32 порта, Mellanox Inniband DDR 24 порта, QDR портов). Коммутаторы с большим числом портов представляют собой неблокируе мые сети, собранные на основе коммутирующих модулей, по топологии Клоса или толстого дерева.

Число –портовых коммутирующих модулей для построения неблокируемой сети вычислительного кластера с большим числом узлов ( ) можно оценить как 2, a число линий связи между ними как ( –арное дерево [3]). Таким обра зом, сложность неблокируемой коммуникационной сети, а следовательно и ее доля в стоимости суперкомпьютера, возрастает нелинейно с ростом числа вычислитель ных узлов. Например, для организации на основе 24-х портовых коммутирующих модулей неблокируемой сети кластера из 24-x узлов требуется 1 коммутирующий модуль, из 96 узлов 11, из 288 узлов 36, из 3456 720. В [4] приведены количе ственные оценки производительности вычислительных кластеров с блокируемыми и неблокируемыми сетями. Утверждается, что блокируемая сеть на основе 24-х пор товых коммутаторов с коэффициентом блокировки 1:2 демонстрирует в среднем 5% снижение производительности, причем при увеличении числа ядер в узле снижение производительности уменьшается.

В данной работе исследована возможность компенсации блокировки сети за счет выбора схемы обменов данными между процессами в задаче и распределения процес сов по вычислительным узлам для блокируемой сети, состоящей из (1)-уровневой неблокируемой сети и уровня –портовых коммутаторов с восходящими каналами и нисходящими каналами к вычислительным узлам (рис. 1). В случае син Об эффективности блокируемых и неблокируемых коммуникационных сетей суперкомпьютеров хронных коммуникаций для задач, в которых обмен данными между процессами описывается графом с максимальным числом ребер, выходящих из одной вершины (входящих в одну вершину), не превышающем, возможно распределение процес сов по вычислительным узлам, исключающее блокировки. Например, задачи на 2-х и 3-х мерных решетках/торах, треугольных сетках и др. могут эффективно решаться на блокируемой сети с = 8 и = 24 (коэффициент блокировки 1 : 2).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 



 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.