^*R*/ŕ MĚ IBA . prof. Ing. Jiří Holčík, CSc. zástupce ředitele IBA pro výuku LASTI ZÁJMU 0 zpracování biologických a medicínských signálů a časových řad, zejména signálů generovaných kardiovaskulárním systémem; 0 modelování fyziologických systémů, procesů a dějů, zejména kardiovaskulárního systému a jeho řízení; 0 rozpoznávání a klasifikace biologických objektů (jejich matematické reprezentace); *— IMJ PEDAGOGICKÉ AKTIVITY 0 Be Studium -» Signály a soustavy v matematické biologii (BÍ5440), povinný předmět - 3.ročník, 5.semestr -» Zpracování a analýza biosignálů (BÍ5445), doporučený volitelný předmět - 3. ročník, 6.semestr 0 Mgr studium -» Analýza a klasifikace biomedicínských dat (BÍ0034), povinný předmět - 2.ročník, 3.semestr -» Optimalizační metody v matematické biologii (BÍ3443), doporučený volitelný předmět - 2.ročník, 4. semestr 0 PhD studium -» Spektrální analýza biosignálů (BÍ6446) ■* Naturální algoritmy (BÍ7447) *— IMJ PEDAGOGICKÉ AKTIVITY 0 Be Studium -» Signály a soustavy v matematické biologii (BÍ5440), povinný předmět - 3.ročník, 5.semestr -» Zpracování a analýza biosignálů (BÍ5445), doporučený volitelný předmět - 3. ročník, 6.semestr 0 Mgr studium -» Analýza a klasifikace biomedicínských dat (BÍ0034), povinný předmět - 2.ročník, 3.semestr -» Optimalizační metody v matematické biologii (BÍ3443), doporučený volitelný předmět - 2.ročník, 4. semestr 0 PhD studium \ -» Spektrální analýza biosignálů (BÍ6446) ■* Naturální algoritmy (BÍ7447) *— IMJ iba V*t' VÝZKUMNÉ AKTIVITY 0 kvantifikace vlivu sympatické a parasympaticke větve autonomního nervového systému na funkci kardiovaskulární soustavy; 0 klasifikace vybraných druhů hmyzu na základě znalosti množiny příznaků VÝZKUMNÉ AKTIVITY 0 kvantifikace vlivu sympatické a parasympaticke větve autonomního nervového systému na funkci kardiovaskulární soustavy; 0 klasifikace vybraných druhů hmyzu na základě znalosti množiny příznaků, příp. výběr a uspořádání příznaků podle informačního obsahu ^*R*/ŕ IBA » KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVA ÚKOLY a zajistit uspokojení požadavků jednotlivých tkání a orgánů: o na zásobení kyslíkem, živinami, minerály, ...; • na odstranění metabolických odpadů; o poskytnout pohyblivé médium « pro endokrinní (hormonální) řízení; « imunitní systém; a termoregulace © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY 0 centrální řízeni krevního oběhu * nervová soustava □ autonomní nervový systém (sympatická a parasympatická větev) * hormonální řízení v' v' v' □ primo, pnp. nepřímo uvolněním vazoaktivních látek 0 lokální řízeni -» myogen n í efekty metabolické efekty © Institut biostatistiky a analýz IBA '■ m ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY *— IMJ iba V*t' ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m ŘÍZENÍ KARDIOVASKULÁRNÍ SOUSTAVY © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU 0 VARIABILITA SRDEČNÍHO RYTMU, tj. fluktuace jak dob trvání po sobě jdoucích srdečních cyklů, tak hodnot okamžité srdeční frekvence (HRV - Heart Rate Variability) je jev, který reprezentuje stav autonomního nervového systému řídicího srdeční činnost. RR 2,5 QT PQ 2 [s] 1.5 1,0 0,5 o.o 0 "/^^vA /^-v^^^ RR 100 200 300 400 n [-] © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m SOUVISLOSTI 0 v závislosti na stavu a zatížení nervového a kardiovaskulárního systému se srdeční rytmus mění v rozsahu 5 ^ 15 % 0 vnější faktory (svalové a psychické zatížení, trávení, poloha, hluk, podnebí, počasí); 0 vnitřní faktory (dány autonomní fyziologickou aktivitou - dýchání, oscilace tlaku krve, termoregulace); VNITŘNÍ FAKTORY 0 dýchání -» (respirační arytmie x sinová arytmie) -» frekvence 10 ■*■ 30 vdechů/min, tj. 0,15 ■*■ 0,5 Hz IZÍ krevní tlak - spontánní oscilace o frekvenci ~0,1 Hz (Mayerovy oscilace) izí termoregulace - oscilace do 0,08 Hz Spektrum RO © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m ANALÝZA VARIABILITY KVS KONÍ 0 náhlá srdeční smrt při anestézii (u trénovaných koni =^> problém nejen zdravotní, nýbrž i ekonomický a právni); 0 vzhledem k tomu, že u koní se vyskytuje syndrom náhlé srdeční smrti až o dva řády častej i než u lidí a o řád častej i než u malých zvířat, lze považovat koně za modelový živočišný druh; 0 reaktivita autonomního nervového systému za různých patologií: -» esenciální hypertenze; -» diabetes; ► astma; .... *— IMJ ANALÝZA VARIABILITY KVS KONÍ CO A JAK MERIT? činnost nervové soustavy « RR intervaly, ...?=> EKG ; činnost srdce o elektrické buzení zejména levé komory - morfologie komplexů QRS-T, QTintervaly, ...?=> EKG ; o mechanická činnost - průtok, resp. tlak krve =^> fonokardiogram, UZV, invazivní měření; činnost cévní soustavy « průtok, resp. tlak krve ve velkých cévách - invazivní měření, UZV, impedanční měření © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m VZTAH INTERVALU RR A QT ■=> LIDÉ

*■* 420 •° &0 400 0° ° ... • •• 380 o o #* • 360 • « -------------h- • • -----------1--------------1--------------1--------------1--------------1--------------1-------------1--------------1--------------1- 700 800 900 1000 1100 RR [ms] © Institut biostatistiky a analýz íba •' m VZTAH INTERVALU RR A QT => KONĚ <^ 0 zpožděné zkrácení intervalů QT se objevuje po okamžitém zkrácení intervalů RR, často je při návratu do původního stavu následováno pomalými oscilacemi 0,0 - QT[s] 0,7 -i 0,6 - 0,5 - 0,4 - 0,3 - 0,2 - 0,1 - 0,0 — 0,0 moment of excitation 100 200 300 0,5 1,0 1,5 400 n T-] 2,0 2,5 RR [s] © Institut biostatistiky a analýz IBA •■ m VZTAH INTERVALU RR A QT => KONĚ <^ 0 zanedbatelná variabilita QT při významné variabilitě srdečního rytmu QT[s] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 -| 0,2 0,1 4 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 RR[s] © Institut biostatistiky a analýz íba •' m VZTAH INTERVALU RR A QT => KONĚ <^ 0 nejdříve se při zkracování intervalů RR intervaly QT prodlouží a teprve poté se jejich honoty vrátí po počátečního stavu the initial point 0 regresní přímka ve stavovém diagramu QT x RR má zápornou směrnici RR 2,5 QT PQ 2,0 [s] 1.5 0.5 0.0 QT[s] /K.y^.fikv^ARR 0,0 100 200 300 400 n [-] o,/ -0,6 - 0,4 -n "3 0,2 -n 1 00 - lili 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 RR [s] © Institut biostatistiky a analýz IBA •■ m VZTAH INTERVALU RR A QT => KONĚ <^ 0 spontánní periodické zrychlení srdeční činnosti s dobou opakování cca 180 až 340 s RR 2,5 QT PQ 2,0 [s] 1,5 1,0 0,5 0,0 ^Vtt-^^v^vx v -Vy- "*>Yľr QT /^"V-----J-^-^^A^VvMr-~^^--*^^vyV'^, PQ 100 200 300 400 n [-] © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m VZTAH INTERVALŮ RR A QT vegetative ^nervous system wj^ heart N„ PSYM SYM 3C atria RR ventricles QT Ne PSYM - pa rasy m patička větev sensitivity low-pass filter Delay -Tp.S pYM - sympatická větev sensitivity low-pass filter Delay gam T gam 0.3 r ^ NE- empiricky stanovený tvar vstupního signálu (emulace zpětné vazby) NE = A 0 siní—(t-t,)-- ^ + 1 J kdyžt^t^+T jinak t, - doba stimulace © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m VÝSLEDKY - MODEL v2.3 H 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 :..........i...........t........... ■ i ■ i ■ -ň---------------] ~ ~ "■-----------------------------T----------------------------- líln fill I] n Jll I ' AT 300 2.5 1.5 1 400 500 t[s]-> 600 ".....-----ti---........, .-......... .......- — "i--......"If" I-----xp ' J f\- ' ■ - -"*--------------\\-i----------ŕ-----------i-------------------------- Í00 400 500 t[s]-> 600 0.6 r 0.55 [ i •y 0.45 T = 58 s A = 0.233 nu RRoA,,= 1.33s QT, = 3.65 s kSAU TSYM QT ~ ^ S ^SYM QT~ 4-8 PSYM QT=19s k PSYM QT = 4.3 © Institut biostatistiky a analýz IBA '■ m VÝSLEDKY - MODEL v2.3 H 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 \± m ...........t........... i n H . 1 ..é J..H r^kJi>^~AJn^— ftJta^A 1 300 400 t[s]-> 2.5 2 1 5 1 500 -^H >00 300 400 500 0.6 r 0.55 [ i O' 0.5 0.45; 0.4L 05 T = 32 s l 15 2 2.5 A = 0.0418 nu RRoA,,= 1.33s QT, = 3.36 s kSAU tsym_qt - 6-4 s kSYM_QT- 3.8 TPSYM QT = 4-4 S kpSYM qT= 4.2 © Institut biostatistiky a analýz IBA '■ m ^*R*/ŕ AUTOMATICKÁ KLASIFIKACE TŘÁSNĚNEK _ (THYSANOPTERA) Aeolothrips Chirothrips Dendrothrips Limothrips CT ¥ celkem albicinctus Haliday, 1836 6 11 17 astutus Priesner, 1926 6 12 18 ericae Bagnall, 1920 - 9 9 fasciatus Linnaeus, 1758 4 13 17 intermedius Bagnall, 1934 6 17 23 versicolor Uzel, 1895 - 11 11 vittatus Haliday, 1836 - 15 15 aculeatus Bagnall, 1927 15 15 30 ambulans Bagnall, 1932 - 15 15 hamatus Trybom, 1895 15 15 30 manicatus Haliday, 1836 15 15 30 pallidicornis Priesner,1925 15 15 30 degeeri Uzel, 1895 4 70 74 ornatus Jablonowski,1894 - 75 75 saltatrix Uzel, 1895 2 12 14 cerealium Haliday, 1836 15 15 30 consimilis Priesner, 1926 15 15 30 denticornis Haliday, 1836 15 15 30 © Institut biostatistiky a analýz iBA '■ m AUTOMATICKÁ KLASIFIKACE TŘÁSNĚNEK _ (THYSANOPTERA) \(r