"Один из путей решения наших задач - создание виртуальных биомеханических моделей", - Юрий Няшин

Тема: Виртуальный физиологический человек, биомеханика как наука

Гости: Анатолий Ташкинов, ректор ПНИПУ; Юрий Няшин, профессор, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, заведующий кафедрой теоретической и биомеханики ПНИПУ

Дата выхода: 22 февраля 2015 года

Программа:  «Ни дня без науки»

Ведущий: Роман Попов

Визитка:

Юрий Няшин - научный руководитель кафедры теоретической механики и биомеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета. Доктор технических наук по специальности «Механика деформируемого твердого тела».

Окончил Пермский государственный политехнический институт по специальности "Физика". В 1969 году защитил кандидатскую диссертацию. В течение нескольких лет он работал на кафедре "Физика полимеров" Уральского отделения Российской Академии Наук и в Институте механики сплошных сред. Последние 20 лет работает в области биомеханики.

Заслуженный деятель науки Российской Федерации, главный редактор «Российского журнала биомеханики», академик Российской академии естественных наук, член Американского математического общества.

Сфера научных интересов: механика деформируемого твердого тела, математическое моделирование и оптимизация технологических процессов термомеханической обработки материалов, биомеханика человека.

Одним из приоритетных направлений современной медицины является персонализированная превентивная медицина социально значимых заболеваний. Речь идет о разработке методов профилактики и лечения каждого отдельного пациента с максимальным привлечением современной компьютерной техники и сети Internet. Во многих передовых странах мира ведется интенсивная работа по созданию проекта «Виртуальный физиологический человек». Согласно этой концепции организм человека рассматривается как сложная многоблочная биомеханическая система. Очень важным элементом системы является установление биомеханических связей между различными системами и подсистемами в норме и при различных патологиях. Здесь большую роль играет биомеханическое давление, например, кровяное давление, внутриглазное давление, внутрибрюшное давление.

Данная концепция объединяет усилия специалистов медицины и биомеханики, позволяет осуществить диагностику на ранних стадиях болезни и прогнозировать развитие болезни, разработку стратегии проведения анализов, повышение эффективности лечения за счет подбора медикаментов и схем лечения, учитывающих специфические свойства организма конкретного человека, внедрение новых знаний в медицинскую практику. Важным элементом является также проведение виртуальной операции. Особое внимание уделяется проблемам, лежащим на стыке стоматологии и неврологии. Сейчас проводится большая работа, близкая к завершению, по созданию межвузовского Центра биомеханики и нейростоматологии, чтобы поднять на новый уровень профилактику, диагностику и лечение нейростоматологических заболеваний.

Анатолий Ташкинов: В нескольких словах - что же такое биомеханика, в чем проблема виртуального человека и какие задачи в связи с эти могут возникать перед современным человеком?

Юрий Няшин: Будем считать, что мы знаем что такое механика. Биомеханика - это механика живых систем, а также протезов органов. Первыми заменителями были зубные протезы, которые египетские врачи делали за несколько тысячелетий до нашей эры. Они вставляли протезы из зубов хищных животных.

Речь пойдет, прежде всего, о человеке. Есть два главных отличия биомеханики от механики. Во-первых, живые системы могут приспосабливаться к окружающей среде. Те, которые не могут приспособиться, вымерли. Второе - в живых тканях заложена возможность расти. Есть и другие отичия.

Анатолий Ташкинов: С точки зрения научных подходов к объектам биомеханики, есть какие-то общие и отличительные особенности, если, допустим, сравнивать о механике авиадвигателя.

Юрий Няшин: Тут надо говорить о целях работы. Они разные. Если цель - это индивидуализированная диагностика и предсказательная медицина, то это биомеханика. надо лечить не тогда, когда инфаркт случился, а раньше, когда есть какие-то симптомы, предсказывающие такую возможность. Это часть нашей работы. Второе - это огромный рост числа заболеваний головного мозга. Одно и направлений, принятое Академией наук - это развитие головного мозга, как некоторые предполагают - самой сложной системы во вселенной. Есть такое мнение, что нет более сложной системы. И головной мозг тоже болеют. Есть инсульт, которые очень резко вылечивается. Есть болезнь Паркинсона, эпилепсия, Альцгеймера - они все больше распространены и это тоже направление нашей деятельности.

- Биомеханики?

Юрий Няшин: Да. Не только биомеханики. Но биомеханика - междисциплинарная наука. Физика, анатомия, биология - вместе.

Анатолий Ташкинов: Если говорить о биомеханике как о современной науке, когда сформировалась биомеханика?

Юрий Няшин: Насколько я знаю, официально основателем считается Леонардо да Винчи. Он пытался понять как летают птицы, найти источник движения. Хотя, механика началась со времен Аристотеля, но это была не биомеханика. В России был известный учены, репрессированный в свое время, Николай Александрович Бернштейн. Он занимался биомеханикой трудовых движений. Но, все-таки, великим основателем, как мы считаем, был Леонардо да Винчи.

Анатолий Ташкинов: Приведите примеры научных коллективов, организаций, где эта наука развивается.

Юрий Няшин: От многих моих коллег я слышал, что постепенно центр механики, не только биомеханики, смещается из Москвы в Пермь. Вероятно, это действительно так, потому что с 1964 года, когда в Пермь приехал мой учитель Александр Александрович Поздеев, механика стала развиваться. Сначала она развивалась без биомеханики.

Анатолий Ташкинов: Сам он не считал себя основателем биомеханики также, как если бы об этом спросили Леонардо да Винчи. Именно биомеханика в России  - это Бернштейн, а в Перми - это Юрий Михайлович Няшин.

Юрий Няшин: Конечно, мы все ученики А.А. Поздеева. Биомеханикой я начал заниматься совершенно случайно. Я был в Японии, где познакомился с профессором из университета Киото. Это было в 1991 году. И вот он нас завлек. Я слышал, что есть биомеханика, но что это такое не понимал.

- Мне интересно, как можно было завлечь целым направлением в науке?

Юрий Няшин: Он нам показал свои задачи, прислал копии статей, которые показались нам очень интересными. Как раз эта же тематика была известна по работам Денисова Александра Сергеевича по суставам. Мы увидели, что у нас есть общие интересы. Это было случайное сочетание факторов.

Анатолий Ташкинов: Ведущий российский журнал "Российский журнал биомеханики" издается в Перми. Главный редактор этого журнала профессор Няшин. В России раз в пять лет проходит съезд по теоретической и прикладной механике. Там представлена вся механика, которая существует. на предстоящем съезде Юрий Иванович будет председателем секции биомеханики.

Юрий Няшин: Была всероссийская конференция по биомеханике в Усть-Качке. Всем очень понравилось и было предложение повторить через 1,5 года. Это очень полезная конференция.

Анатолий Ташкинов: Мы можем сегодня говорить о том, что научная школа биомеханики в Перми существует и про нее говорят специалисты в России и в мире?

Юрий Няшин: Наверное, можно. Главное отличие в том, что у ас есть студенты. А еще на эту специальность учат только в Саратове. У нас единственный журнал на постсоветском пространстве. Мы еженедельно проводим семинары и у нас недавно прошел тысячный семинар по биомеханике с 1999 года. Там выступают студенты, аспиранты, ученые. Какие-то элементы научной школы в этом есть.

- Передо мной лежат два журнала. Они абсолютно идентичны. "Российский журнал биомеханики", том 18. Один из них на английском языке, второй на русском. Это одни и те же материалы. Это требование формата? Научный журнал должен быт на двух языках?

Юрий Няшин: Нет. Просто мы хотим, чтобы нас знали во всем мире. Нам очень помог Анатолий Александрович, потому что были проблемы с деньгами. Это приводит к тому, что в редакционный совет у нас входят почти все крупнейшие биомеханики мира. Если бы журнал выходил только на русском, они бы не согласились.

Анатолий Ташкинов: По-моему, у нас был отрезок времени, когда в одном выпуске публиковались статьи на двух языках. Потом мы перешли к формату отдельных журналов. Таких журналов очень мало.

- А какой язык у биомеханики?

Юрий Няшин: Английский. Мы бы хотели русский, но не получается. 

- А предпосылки?

Юрий Няшин: Наша работа к этому идет, но это довольно сложно. Много народа претендует на это - и немцы, и французы. Я думаю, это маловероятно. Английский - международный язык.

Анатолий Ташкинов: Вы упомянули студентов. Как появляются у вас ученики?

Юрий Няшин: Тут мы, я уверен, не дорабатываем. Есть варианты с поездками по области, по школам. Там есть ресурсы. У нас, во многом, случайно. Есть День открытых дверей, выступаем в школах. Что касается дальнейшего, то мы с ними много работаем. Со второго курса каждый студент имеет своего постоянного научного руководителя, чтобы у его не менялась тематика из года в год. Например, если у него все связано с зубами, он контактирует с нашими медиками. Это нам помогает их растить. Но вот задача привлечения студентов у нас не проработана.

Один из путей решения наших задач - создание виртуальных моделей. Это сложная многоблочная компьютерная биомеханическая модель, в которой заложены все подсистемы. Например, сердечно-сосудистая система, дыхательная и т.д. Там заложены биомеханические взаимодействия. Это важно, потому что медики очень разобщены. Они не контактируют. Важно, чтобы диагностика была междисциплинарной. А если врач один, с кем ему посоветоваться? Воссоздавать такую модель необходимо делать с помощью компьютера. Например, оказалось, что инсульт может идти от зубов - одонтогенный инсульт. Сначала нарушается прикус, нарушается давление на височный нижнечелюстной сустав, он начинает смещаться, а около него находится сонная артерия, которая дает 60% крови, снабжающей головной мозг. Если в артерии появляются изменения, это может привести к серьезным осложнениям.

Анатолий Ташкинов: Это уникальная вещь, пример очень показательный - вы поставили пломбу, чуть изменили прикус, что может привести к самым серьезным последствиям.

Юрий Няшин: Это может касаться и новорожденных, которых вскармливают искусственно. Искусственное питание плохо, потому что все дети рождаются с естественной прогнатия - у них нет прямой вертикали, на которой находятся челюсти. Нижняя челюсть отдалена назад. Со временем челюсти встают на одну вертикаль. Это происходит постепенно, во время кормления грудью. При искусственном вскармливании ребенок прикладывает меньше усилий и нижняя челюсть остается смещенной назад. Это видно у некоторых людей. Это приводит к неправильному прикусу, неправильной работе мышц и усилиям, которые начинают действовать на височный нижнечелюстной сустав. Он начинает деформироваться. Он трехмерный. 

Анатолий Ташкинов: Это иллюстрация того, что если возвращаться к виртуальной физиологии, то эти взаимные связи - это объекты, которые надо изучать совместно. Вы говорите, что это будет компьютер делать. Но мы же понимаем, что не сам компьютер это будет делать. Какие модели нужно создать, какие эксперименты провести, чтобы решить эту задачу?

Юрий Няшин: Самое главное - это создать модели каждой подсистемы. Они очень сложны. Тут не одна диссертация. Мы должны заложить взаимодействие между моделями и подсистемами. Машина этого сама сделать не сможет. Пока человечество находится на пути решения этой задачи. Международный центр исследования находится в Барселоне. Мы пока, к сожалению, не члены этого общества. Надо в него вступать. Конечно, это колоссальная работа, связанная и с биомеханикой, и с математикой, физикой, анатомией, физиологией. Это междисциплинарная задача и мы берем на себя координирующую роль.

Анатолий Ташкинов: Все-таки, биомеханики не лечат пациента. Каким образом может быть организовано взаимодействие биомехаников и врачей? Нет ли тут барьеров?

Юрий Няшин: Минимизация - одна из основных наших задач. Анатолий Александрович является инициатором организации объединенного Центра медикоинженерных проблем. Там будет подразделение - Центр биомеханики и нейростоматологии. Мы контактируем с медиками в течение многих лет. В Перми есть специалисты, которые понимают необходимость этой работы и могут сотрудничать с нами.

- Я недавно смотрел передачу, где рассказывалось о всестороннем исследовании того, как движется футболист во время игры. Было очень интересно. Я понял, что возможности человеческого тела на текущий момент используются далеко не полностью. Я всегда полагал, что развиваться мы можем только интеллектуально. Это не так.

Юрий Няшин: Биомеханика спорта - очень интересная наука, но всего не охватишь. Кстати, знаменитый баскетболист Джонсон писал, что когда он вставил себе все зубы, он стал выше прыгать и больше забивать.

- Начать взаимодействовать с медика сложно. Далеко не всегда светилы от медицины признают, что им нужна помощь. Но спорт - это, наверное, та ипостась, куда приходи - не хочу.

Юрий Няшин: Мы пробовали наладить с ними контакт. там та же история, что и с медиками. Они тоже считают, что все знают и не надо им никакой теории.

- Я помню, когда Рашид Рахимов пришел на свою первую пресс-конференцию, он поразил журналистов. Он сказал, что был очень удивлен тем, что в тренерском штабе "Амкара" ничего не знают о гиперкомпенсации. В асвтрийской футбольной школе, откуда он приехал, научный подход к процессу - это обязательное условие.

Юрий Няшин: В России этого пока нет. Нет биомеханики в должной мере.

Анатолий Ташкинов: Юрий Иванович, допустим, были бы условия, при которых вы не были бы ограничены в средствах и имели бы все необходимое оборудование. Какую вы поставили бы для себя задачу, которую можно решить за 2-3 года.

Юрий Няшин: Первая задача - привлечь хороших студентов. Это большая проблема для нас. Если мы сможем наладить в рамках Центра дело так, что все пациенты будут понимать, что им необходимо пройти обследование в этом центре, для того, чтобы получить правильный диагноз и лечение, если эта идея заработает, это будет прекрасно. Нам надо, чтобы это было в Перми.

Анатолий Ташкинов: Вы сказали о практическом результате. А можно сформировать именно научную проблему, те знания, которые необходимо получить, научный результат.

Юрий Няшин: Биомеханические модели требуют определяющих соотношений. Для этого мы должны знать свойства тканей. Если для костей это можно оценить, то попробуйте оценить свойства печени? Очень часто боли могут быть от неправильного распределения  давления желчи. Если мы сможем строить модели мягких тканей, это будет серьезное движение вперед. Нам этого не хватает - определения свойств тканей, которые внутри организма. В мире этим занимаются, но продвижения невелики. Еще один наш недостаток в том, что у нас немного авторов исследований. Чем больше людей придет в биомеханику, тем больше мы сможем.

Анатолий Ташкинов: Сегодняшние студенты, которые к вам приходят, чем-то отличаются от тех, которые приходили 20 - 30 лет назад?

Юрий Няшин: Трудно сказать однозначно, потому что даже группы отличаются друг от друга. Я бы не сказал, что студенты стали хуже. Они другие.