УДК 61;574

Сегодня, несмотря на многолетние усилия мировой и отечественной науки в области экологии человека, диагностики его здоровья, общая экологическая ситуация и, в частности, стремительное развитие химической промышленности приводят к тому, что все больше химических веществ входят в нашу жизнь бесконтрольно и приводят к дальнейшему росту экологического неблагополучия.

В связи с этим поиски новых перспективных путей оценки, слежения и выявления риска опасного воздействия на здоровье человека факторов внешней среды являются актуальной проблемой [17, 18]. Особую трудность представляет проблема экстраполирования экспериментальных данных (in vivo, in vitro) на человека. Именно поэтому, как показывает анализ данных литературы, существует значительный интерес к вопросам прямой оценки риска для здоровья человека факторов окружающей среды в связи с их регламентированием [11, 20]. Только таким путем возможно создание биосферосовместимых технологий [12].

Эта перспективная ориентация на общие экологические проблемы требует новых методологических и методических подходов к оценке Lцены здоровья¦, которую платит человек в условиях новых производственно-экологических факторов. Очевидно, что такие оценки должны отвечать ряду медико-экологических требований, важнейшими из которых являются: необходимая и достаточная информация о динамике функциональных изменений в организме под влиянием воздействия факторов внешней среды; скорость получения информации и использование неинвазивных методов для ее съема - и все это в условиях экономической целесообразности.

Опыт, накопленный в последние десятилетия экспериментальной и клинической физиологией, показывает, что невозможно получение однозначных и надежных заключений о функциональном состоянии организма и динамике его изменений на основе изолированных показателей, простых индексов и различных производных, т.е. непрямых определений физиологических функций [3, 11].

Системно-аналитические исследования последних лет позволили четко сформулировать основные требования к оценке функционального состояния организма [2, 3]: для идентификации состояний и эффективности их прогноза необходим многомерный Lнабор¦ показателей, достаточный для характеристики основных регуляторных механизмов, функционального состояния и уровня жизнедеятельности основных систем организма.

Для оценки уровня здоровья организма на сегодняшний день наиболее адекватной представляется концепция адаптации организма, на основе которой возможен контроль рабочего состояния данной функции в соответствии со стадиями развития адаптационного синдрома [4,9], который может проявиться задолго до возникновения заболевания как такового. Исследования последних десятилетий по изучению развития адаптационного синдрома в различных условиях внешней среды сделали возможным описание уровней состояния организма в соответствии с классификацией стадий адаптации: 1) удовлет-ворительная адаптация; 2) функциональное напряжение; 3) пере-напряжение (недостаточная адаптация); 4) истощение (срыв, полом) адаптации. Эта классификация стадий адаптационного синдрома представляется вполне удовлетворительной для того, чтобы установить набор признаков, обеспечивающих Lкак можно более раннее выявление¦ признаков воздействия химических веществ, в том числе и лекарственных.

Как известно, одним из подходов к изучению регулирующих систем является матричное описание пространства состояний, для анализа которого используются методы распознавания образов. Такое описание, очевидно, должно включать вероятность многосвязного регулирования физиологических функций и, следовательно, должно содержать полипараметрическую характеристику [7, 8], поскольку качество сложных динамических систем может сохраняться и при некоторых изменениях ее элементов, и даже при разрушении ее части, если не нарушается (за счет компенсаторных механизмов) сущность основных процессов в системе [14]. Поэтому с позиции системного подхода оценка гомеостаза организма и его сдвигов не может быть исчерпывающей только на основании абсолютных (или относительных) величин показателей или комплекса показателей, пусть даже хорошо обоснованных. Одной из главных характеристик сложных систем, как известно, является характеристика связей между подсистемами, а рассогласование системы со средой прежде всего состоит в изменении или разрушении прежних связей [15]. Таким образом, в целях адекватной диагностики функциональных состояний необходимо создание Lалфавита¦ (набора прямых физиологических параметров) для матричного описания различных функциональных состояний и разработки решающих правил для их классификаций.

В этом случае вопрос - какой физиологический статус организма соответствует здоровью, болезни или промежуточным стадиям - может решаться классификационными методами распознавания многомерных образов с использованием принципов Lобучения с учителем¦, в качестве которых должны выступать современные представления донозологической диагностики [11].

На основании многолетних разработок полипараметрической методологии оценки функционального состояния организма в экспериментальных исследованиях физиологической активности химических соединений, в клинико-физиологических исследованиях в различных производственных условиях при разных режимах трудовой активности, разработан ряд полипараметрических методов: оценка функционального состояния человека (патент РФ 1769711); экспериментальная сравнительная экспресс-оценка физиологического влияния различных химических соединений и физических факторов внешней среды на животных (авторское свидетельство РФ 1064770); диагностика локализации и характера действия лекарственных средств (авторское свидетельство РФ 1233860), оценка сердечной деятельности (патент РФ 1697731), контроль функционального состояния человека в процессе его активной деятельности (патент РФ 1762896) [7, 8, 13].

Сущность полипараметрических методов состоит в определении показателей гомеостаза, матричном описании функциональных состояний организма на основе унифицированного набора амплитудных и временных параметров физиологических функций, использовании методов распознавания образов и классификаций для анализа полученных данных. Принципиально новым в функциональной диагностике является системно-симметрийный подход к определению и оценке соотношений параметров функций, которые выступают как новые диагностические признаки. Решающие правила заложены в программы ЭВМ, в зависимости от заложенной в компьютер программы может быть дано описание нескольких десятков показателей. В автоматизированном режиме определение функционального состояния обследуемого производится быстро - процедура занимает 5-8 мин. В результате выдается обобщенная характеристика функционального состояния организма в виде визуального Lобраза состояния¦ - метрического многоугольника с указанием класса состояния пациента: удовлетворительного состояния, напряженного и перенапряженного состояния и класса истощения адаптационных процессов. Сжатие многомерных данных и их визуализация позволяют проводить посиндромный анализ и оценку отдельных функциональных систем врачу в интерактивном режиме по визуализированному Lобразу состояния¦, представляемому на экране дисплея.

1 - удовлетворительное функциональное состояние, 2 - состояние функционального напряжения,

3 - состояние функционального перенапряжения, 4 - состояние стресса.

Абсолютные значения параметров даны слева, временные параметры (светлые) в мс, амлитудные (заштрихованы) ЭМГ, ЭКГ - в мкВ, РВГ - в Ом, Рs - артериальное давление систолическое, Рд - артериальное давление диастолическое в мм. рт. ст., Се - кожная температура тыльной стороны ладони, Сi - температура тела подмышечная в ^оС. Каждый вектор в спектрограмме соответствует параметру (отсчет против часовой стрелки от Lтретьего часа¦). Внутренняя и наружная окружности ограничивают диапазон изменения параметров без патогномоничного значения. Соотношение параметров, близкое к окружности, указывает нормотонию и удовлетворительное функциональное состояние. Степень изменения параметров и нарушение соотношения их в соответствии с решающими правилами, заложенными в программы РС, указываются классом уровня функционального состояния (внизу протокола).

На рисунке представлены примеры таких Lобразов состояния¦ в соответствии с вышеупомянутой классификацией. В течение часа можно определить специфическую реакцию больного на введенное лекарственное средство или на лечебную процедуру и выбрать строго индивидуальную тактику лечения. Особенно важна для врача простота считывания конечной информации, при которой трудно допустить ошибку в трактовке данных и которая гарантирует контроль со стороны врача Lработы¦ решающих правил. Это обеспечивает двойной эффект - точность и быстроту. Аппаратно-программный комплекс, реализующий полипараметрические методы, включает набор неинвазивных датчиков и электродов, блок усилителей с аналого-цифровым преобразователем и гальванической развязкой, персональный компьютер типа IBM с принтером.

В настоящее время накоплен опыт использования методологии полипараметрической диагностики: 1) в экспериментальных исследованиях физиологической активности веществ и 2) при обследовании практически здоровых людей в реальных условиях работы и учебы.

Алгоритм исследования химического (физического) фактора на экспериментальных животных обеспечивается программной системой, в которую заложен разработанный способ идентификации эффекта дозовой зависимости. Аппаратно-программный комплекс этой системы включает специализированную камеру для животных с коммутатором для подключения электродов и датчиков и предназначен для сравнительной экспресс-оценки физиологической активности различных химических соединений при разных путях введения вещества лабораторным животным (крысам). Оценка активности соединения осуществляется на основе определения сходства (несходства) действия вещества с эталонами, имеющимися в банке данных [13]. В качестве примера в табл. 1 представлены результаты кластеризации 10 известных лекарственных препаратов, воздействие которых на экспериментальных животных описано 24 параметрами физиологических показателей.

Таблица 1

- - находится в другом подпространстве;

0 - ортогонален;

+ - разрешим по уровню 0.6

Как видно из приведенных данных, за исключением изадрина, который может быть в равной степени отнесен к кластерам Z1 и Z3, наблюдается достаточно хорошее соответствие кластерам образов и фактической принадлежности веществ к общепринятым классам фармакологической активности. Приведенный пример иллюстрирует решение вопросов распознавания изменения функциональных состояний целого организма, что при полипараметрическом методе производится в автоматическом режиме с использованием интегральных интенсивных и экстенсивных индексов, заложенных в специально разработанные решающие правила для дифференциации функциональных состояний в соответствии с вышеупомянутой классификацией адаптационного процесса [13].

Опыт работы показал, что с помощью этой системы можно:

- определять сдвиг функционального состояния животных под влиянием химического или физического фактора;

- проводить экспрессную сравнительную оценку токсического действия веществ при различных путях введения в широком диапазоне концентраций;

- выявлять физиологическую доступность веществ;

- проводить оценку комбинированного действия веществ.

Длительность эксперимента, проводимого в унифицированных условиях - 2 часа, обработка данных проводится в реальном масштабе времени. Исследование одного вещества на минимальном числе животных занимает 1-3 дня в зависимости от конкретных задач. Вероятность прогноза для новых химических соединений - 85 %, для сравнительной оценки однотипных веществ - 95 %. Накопленный опыт использования полипараметрического метода для исследования физиологически активных веществ показал возможности исследования молекулярно-клеточных механизмов их действия на основе метода Lобучения с учителем¦, в качестве которого выступают результаты обратного скрининга веществ, молекулярно-клеточные механизмы действия которых относительно хорошо известны и используются для химико-фармакологического анализа.

Для перенесения экспериментальных результатов на человека разработан так называемый коэффициент экстраполяции, который следует при этом учитывать. По результатам сопоставления полипараметрических спектрограмм (Lобразов состояния¦) дозовой зависимости ряда вегетотропных препаратов, полученных в эксперименте на млекопитающих (крысах), и клинических исследований полипараметрическим методом тех же лекарственных препаратов на добровольцах, было установлено принципиальное сходство паттернов, свидетельствующих о качественной идентичности комплекса признаков, несмотря на различие по величине эффектов. Это дает основание для прогнозирования степени риска контакта человека с исследуемым химическим соединением.

На основе экспериментально-математического обоснования унифицированного набора электрофизиологических параметров для распознавания функционального состояния организма разработан полипараметрический метод оценки [6, 7, 8, 9].

Аппаратно-программный комплекс полипараметрического функционально-диагностического исследования здоровья человека имеет специальное кресло со встроенными электродами и датчиками. Алгоритм полипараметрического обследования человека обеспечивается интегрированной программной системой:

- одновременное измерение комплекса физиологических показателей с выводом результатов в виде осциллограмм и цифровых значений (электрокардиограмма, реовазограмма, электромиограмма, температура тела внутренняя и наружная, артериальное давление систолическое и диастолическое);

- обработка аналоговых сигналов в режиме Lon line¦ (параметризация) с выводом цифровых значений абсолютных значений на дисплей и принтер;

- анализ многомерных данных в автоматическом режиме на соответствие классификации функционального состояния;

- графическое отображение многомерных данных в виде наглядного Lобраза состояния¦ на экране с выводом на принтер;

- возможность анализа в интерактивном режиме многомерных данных для оценки вегетативного статуса пациента;

- проведение посиндромной оценки с определением функций, лимитирующих общее состояние.

С помощью макетного образца аппаратно-программного комплекса полипараметрических функционально-диагностичес-ких исследований проведено более 600 обследований рабочих завода электронных приборов, студентов МГУ и Московской медицинской академии. Данные сопоставления, проведенного с участием консультантов Московской медицинской академии, показали хорошее соответствие полипараметрической и клинико-физиологической оценки здоровья. В табл. 2 приведены результаты анализа методом линейных дискриминантных функций сопоставления полипараметрического и клинико-физиологичес-кого обследования 106 студентов. Как видно из таблицы, процент расхождения между оценками функционального состояния тем и другим способами, установленный классификационным методом, вполне удовлетворителен.

В целом накопленный опыт использования полипараметрических методов в различных экспериментальных и клинико-физиологических исследованиях явился основой для разработки новых информационных технологий диагностики функционального состояния организма.

Содержание полипараметрических технологий составляют: полипараметрический метод определения и оценки функционального состояния организма; интегральный банк; операции информационного обмена с банком; анализ данных банка; передача информации в соответствующие адреса и др. Для конкретных целевых медицинских и медико-экологических исследований создаются специальные технологические карты. Информационный обмен с банком данных предусматривается на всех этапах исследования.

Таблица 2

Технологический процесс выявления риска нарушения здоровья человека при необходимости контакта с химическими соединениями (или физическим фактором) включает двухуровневую информационную систему:

I - система исследования действия химических соединений на экспериментальных животных;

II - система исследования состояния здоровья человека в условиях влияния фактора внешней среды (или исследования на добровольцах).

Для сопоставления результатов, полученных на разных уровнях, служит интегральный банк данных, осуществляющий технологический процесс исследований: паспортная характеристика химического соединения, сравнительная оценка экспериментальных результатов, формирование карты исследования на человеке, анализ многомерных данных, выдача заключений.

Методология и методики полипараметрической технологии оценки функционального состояния организма обладают рядом преимуществ:

- значительное сокращение времени обследования, так как время установки электродов и датчиков - 2 мин., время съема показателей - 1 мин., время обработки и анализа данных - 3-5 мин.;

- повышение надежности диагностики за счет использования только объективных параметров и возможности контроля со стороны врача всех этапов обработки и анализа физиологических показателей;

- экономический эффект, особенно значительный при массовых обследованиях для использования в профилактической медицине, различных медико-экологических исследованиях;

- принципиальная соотносимость полипараметрических обследований и опыта клинической и донозологической диагностики;

- унифицированность и высокая формализация результатов полипараметрического обследования позволяет накапливать банки данных и проводить быстрые и статистически обоснованные сравнительные оценки состояния здоровья организованных коллективов и групп населения.

1. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональных систем.- М.: Наука, 1980.- 196 с.

2. Баевский Р.М. Оценка и классификация уровней здоровья с точки зрения теории адаптации // Вестник АМН СССР.- 1989.- ¦9.- С.73-79.

3. Васадзе Г.М., Михель И., Думбадзе Г.Г. Метод системно-аналитических психофизиологических исследований в медицине.- Тбилиси: Сабчота сакартвело, 1986.- 287 с.

4. Гаркави Л.Х. Адаптационные реакции и резистентность организма.- Ростов-на-Дону, 1990.-224 с.

5. Голубев А.А., Люблина Е.И., Толоконцев Н.А., Филов В.А. Количественная токсикология.- Л.: Медицина, 1977.- 287 с.

6. Дмитриева Н.В., Фарбер М.Ф. Образное моделирование функциональных состояний гемодинамики человека // Известия АН СССР. Сер. Биол.- 1989.- ¦2.- С.207-217.

7. Дмитриева Н.В., Воронов Е.Б., Яковлев Ю.В. и др. Полиметрический способ оценки функционального состояния с помощью графических методов распознавания образов // Физиол. человека.- 1989.- ¦4.- С.103-111.

8. Дмитриева Н.В. Симметрийный подход к оценке функционального состояния организма человека // Известия АН СССР. Сер.Биол.- 1990.- ¦1.- С.52-62.

9. Дмитриева Н.В., Глазачев О.С. Концептуальные подходы к диагностике стресс-индуцированных функциональных нарушений у человека в условиях производственной деятельности // Вестник РАМН.- 1997.- ¦4.- С.28-35.

10. Заводская И.С., Морева Е.В. Фармакологический анализ механизма стресса и его последствий.- Л., 1981.- 214 с.

11. Казначеев В.П. Современные аспекты адаптации.- Новосибирск: Наука, 1980.- 190 с.

12. Красовский Г.Н., Жолдакова З.И... // Гигиена и санитария.- 1992.- ¦9.- С.18-21.

13. Нижний С.В., Дмитриева Н.В. Скрининг физиологически активных соединений.- М., 1985.-157 с.

14. Судаков К.В. Системная оценка физиологических функций человека на рабочем месте // Вестник РАМН.- 1997.- ¦ 4.- С.18-24.

15. Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии.- М.: Мысль, 1974.- 226 с.

16. Andersen Ch. // Nature.- 1991.- Vol.351, ¦6323.- Р.176.

17. Lindgren F. // Qunt. Struct. Activ Relat.- 1991.- V.10, ¦1.- P.38-42.

18. ERA Targets 17 toxics // Sci. News.- 1979.- V.133, ¦7.- Р.101.

19. Hirsh T. // Stress. Nat. Safety News.- 1979.- V.119, ¦1.- Р.34-38.

20 Lioy P. // Environ. Sci. Technol.- 1990.- V.24, ¦7.- Р.938-945.

21. Viller S.M. Behav // Res/ And Ther.- 1979.- V.17, ¦4.- Р.287-304.

Polyparametric methods allow to determine homeostasis indexes; to describe an organism state as a matrixer on the base of a unified set of amplitude and time parameters of physyological functions; to use methods an image identification and classofocation for the obtained data analysis. The system- and symetry-defined approach to determination and estimation of functional parameters is a new one in principle.

Глазачев Олег Станиславович, 1962 года рождения. Окончил педиатрический факультет Волгоградского мединститута. Доктор медицинских наук, доцент кафедры нормальной физиологии ММА им. И.М.Сеченова, с 1993 года - директор Международного института социальной физиологии. Автор более 100 научных работ. Область научных интересов - новые методы донозологической диагностики, анализ механизмов предрасположенности и устойчивости организма детей и взрослых к воздействию факторов экосоциального неблагополучия, разработка методов нелекарственной реабилитации физиологических функций и здоровья человека.

Дмитриева Нина Васильевна, доктор медицинских наук, профессор, действительный член Международной академии информатизации и Международной академии наук. Автор 200 работ, в том числе 8 авторских свидетельств, 9 патентов и 2 открытий - о закономерности в соотношениях параметров электрофизиологических процессов в организме и явлении физиологического резонанса в регуляции взаимодействия физиологических функций. Основная область научных интересов: полипараметрические исследования на основе системно-симметрийного подхода к анализу многомерных электрофизиологических процессов. Ею совместно с коллективом авторов разработаны методы распознавания локализации и характера действия физиологически активных веществ, диагностики функционального состояния человека и др., которые совместно с Центром новых информационных технологий МГУ им. М.В.Ломоносова оформляются в новые полипараметрические медицинские технологии.