На правах рукописи

Вид материала

Автореферат

Содержание Научные консультанты Официальные оппоненты Ведущая организация Общая характеристика работы Цель работы Научная новизна работы Теоретическая и практическая значимость работы Основные положения, выносимые на защиту Апробация работы. Декларация личного участия автора Структура и объём диссертации И методы исследования Результаты собственных исследований После рейса Пом.машинистов после рейса Пом.машинистов перед рейсом Поведение вектора состояния организма при проведении восстановительного физиотерапевтического лечения. Таблица 4 Показатели кардиореспираторной ФСО пациентов Таблица 6 Показатели кардиореспираторной ФСО у женщин 1-й группы Таблица 7 Показатели кардиореспираторной ФСО у мужчин 1-й группы Таблица 11 Сравнение результатов измерения параметров вектора состояния организма человека пациентов 1-й группы ... Полное содержание

Подобный материал:

• Печатная или на правах рукописи, 21.09kb.
• Удк 796/799: 378                                                                           , 770.24kb.
• На правах рукописи, 399.58kb.
• На правах рукописи, 726.26kb.
• На правах рукописи, 1025.8kb.
• На правах рукописи, 321.8kb.
• На правах рукописи, 552.92kb.
• На правах рукописи, 514.74kb.
• На правах рукописи, 670.06kb.
• На правах рукописи, 637.26kb.

На правах рукописи

Полухин Валерий Владимирович


Системный анализ в изучении динамики неинфекционных заболеваний на урбанизированном севере


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора медицинских наук


Специальность 05.13.01 – системный анализ, управление

и обработка информации (медицинские науки)


Сургут - 2009


Работа выполнена в Сургутской Окружной клинической больницы станции Сургут; НИИ Биофизики и медицинской кибернетики

ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет»


Научные консультанты:

ЕСЬКОВ Валерий Матвеевич

доктор биологических наук, профессор

КАРПИН Владимир Александрович

доктор медицинских наук, профессор


Официальные оппоненты:

Живогляд Райсе Нурлыгаяновна

доктор медицинских наук, профессор

Якунин Валерий Ефимович

доктор медицинских наук, профессор


РАгозин Олег Николаевич

доктор медицинских наук, профессор


Ведущая организация: ГОУ ВПО “Тульский государственный

университет”


Защита состоится «19» декабря 2009 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 800.005.01 при Сургутском государственном университете по адресу: г. Сургут, пр-т Ленина, 1.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сургутского государственного университета по адресу: 628400, г. Сургут, ул. Ленина, 1


Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук, доцент

И.Ю. Добрынина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность работы. Организм человека является сложной системой со множеством уровней организации и управления. Слаженная работа различных функциональных систем организма, оптимальное управление со стороны ЦНС всеми этими ФСО обеспечивает гомеостаз, т.е. поддержание основных параметров организма в определенных жизненно необходимых пределах. Это происходит, несмотря на изменение условий внешней среды или появление каких-либо непредсказуемых изменений в системе регуляции этих жизненных функций. Трудовая деятельность – важный экзогенный фактор, определяющий структуру ритмов различных физиологических процессов. При этом в зависимости от тяжести и напряженности труда, режимов трудовой деятельности возможны как синхронизация биологических ритмов, так и их нарушение, когда деятельность человека становится источником возмущения и развития десинхроноза, приводящего к дисбалансу ФСО и, в частности, КРС (Агаджанян, 1996-1999, Еськов 1997, 2004).

Особое значение в ритмологии и физиологии труда имеет проблема влияния труда на биоритмы физиологических функций было проведено в группах машинистов локомотивов и их помощников, работа которых связана с обеспечением безопасности движения поездов. Сравнительное изучение организма этих работников с работниками охраны (ночная смена), физического труда на открытом воздухе и умственного труда при психических нагрузках позволяет более детально представлять состояние организма работников первой группы (ж/д), в которой регистрируются в основном заболевания, связанные с воздействием физических факторов и ненормированного рабочего дня. Например, уровень шума в кабинах отдельных тепловозов достигает 118-120 дБ. Дополнительным неблагоприятным фактором при работе на локомотивах является вибрация, параметры которой превышают предельно допустимые в 2-2,5 раза, а также выраженное нервно-эмоциональное напряжение и работа в ночные смены. Все эти производственные факторы, являются специфическими или неспецифическими факторами, влияющими на параметры квазиатракторов движения вектора состояния организма человека и требуют особого изучения с целью прогноза и коррекции параметров ФСО.

В кабинах машинистов в летний период без должной вентиляции температура достигает 40-48ºС при резком снижении относительной влажности и низкой подвижности воздуха. Зимой температура воздуха на машине СМ-2 при наружной температуре -20º С составляет лишь 4,2º С. Поэтому на Западно-сибирской железной дороге машинисты чаще всего страдают следующими профессиональными заболеваниями: заболевание органов дыхания – 57%, заболевание органов слуха -16 % , вибрационная болезнь - 15 %, профессиональные заболевания, которые обусловлены длительным воздействием вибрации. Последние характеризуются патологическими изменениями сосудов конечностей, нервно-мышечного и костно-суставного аппарата.

В этой связи изучение особенностей влияния факторов производства на ФСО и возникновение ранних патологий представляет научный интерес как для физиологии трудовых процессов и профпатологии, так и для терапии в аспекте изучения особенностей ВСОЧ в фазовом пространстве состояний (ФПС).

Цель работы: выполнить системный анализ и синтез вектора состояния организма работников железнодорожного транспорта как в процессе воздействия производственных факторов, приводящих к развитию патологических состояний организма, так и в период реабилитации в условиях отделенческой больницы станции Сургут.

Задачи исследования:

1. Выполнить сравнительный анализ современных методов системного анализа и синтеза и обосновать использование наиболее приемлемых из них в реабилитации работников железнодорожного транспорта в условиях клиники.
   
2. Вывить особенности поведения параметров вектора состояния организма машинистов и их помощников в фазовом пространстве состояний в аспекте установления различий в качестве и напряженности труда и произвести сравнение подобных параметров для работников умственного труда и физического труда в условиях открытого воздуха.
   
3. Установить наличие различий в параметрах ВСОЧ в зависимости от возраста и стажа работы в условиях железной дороги.
   
4. Идентифицировать особенности поведения ВСОЧ для разных групп больных неинфекционными заболеваниями в фазовом пространстве состояний.
   
5. Изучить характер влияния реабилитационных мероприятий при остеохондрозе и гипертонии на параметры квазиаттракторов движения ВСОЧ в ФПС.
   

Научная новизна работы:

1. В условиях клинических наблюдений и проведения мероприятий восстановительной медицины для работников железнодорожного транспорта впервые научно обоснованы методы расчета параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма человека в m-мерном фазовом пространстве и разработана и внедрена ЭВМ – программа для представления таких многомерных процессов в двумерном пространстве на примере работников ж/д транспорта.
   
2. Установлены различия в параметрах ВСОЧ и параметров квазиаттракторов поведения ВСОЧ в ФПС для двух групп работников железнодорожного транспорта: машинисты и помощники машинистов.
   
3. Выявлены особенности возрастных различий параметров ВСОЧ и различий, связанных со стажем работы в условиях железной дороги.
   
4. Идентифицированы особенности поведения ВСОЧ в фазовом пространстве для двух видов заболеваний: гипертензия и остеохондроз.
   
5. Впервые показаны особенности поведения параметров организма работников железной дороги в ходе проведения различных реабилитационных мероприятий и установлены параметры порядка для вектора состояния организма железнодорожников.
   

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Сравнительный анализ методов системного анализа и синтеза выявил целесообразность использования алгоритма покластерного сравнения параметров квазиатракторов в ФПС для разных групп обследуемых (машинисты, помощники машинистов, работники умственного и физического труда на открытом воздухе).
   
2. Установлены существенные различия в параметрах квазиатракторов для четырех групп обследуемых (обозначенных в п.1).
   
3. Показаны существенные различия в параметрах квазиатракторов ВСОЧ для разных возрастных групп и идентифицированы параметры порядка для этих групп.
   
4. Получены количественные характеристики параметров ВСОЧ для разных групп больных неинфекционными заболеваниями.
   
5. В условиях воздействия реабилитационных мероприятий установлен характер их влияния на параметры ВСОЧ разных групп больных.
   

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложен алгоритм покластерного сравнения параметров квазиатракторов в условиях действия неблагоприятных производственных факторов на организм человека.
   
2. Методы оценки квазиатракторов ВСОЧ целесообразно использовать для анализа характера влияния условий труда на ФСО.
   
3. Идентификация параметров квазиатракторов обеспечивает дифференцировку степени напряженности и адаптации оргапнизма работников ж/д разных групп.
   
4. Алгоритмы расчета параметров квазиатракторов обеспечивают дифференциальную диагностику разных видов неинфекционных заболеваний и могут быть использованы в клинике при лечении этой группы заболеваний.
   
5. Алгоритм и программа покластерного анализа параметров ВСОЧ обеспечивает диагностику наиболее важных клинических признаков – параметров порядка.
   

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на: Международном симпозиуме “От экспериментальной биологии к превентивной и интегративной медицине” (Судак, 2007); Международной конференции “Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе” (Гурзуф, 2008); региональной научно-практической конференции “Актуальные вопросы восстановительной медицины” (Барнаул, 2008); Всероссийской научно-практической конференции “Современные аспекты клинической физиологии” (Самара, 2008); Всероссийской конференции “Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях” (Н. Новгород, 2009); III-й международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (Благовещенск, 2009).

Декларация личного участия автора заключается в получении клинических данных в условиях проведения мероприятий восстановительной медицины для работников железнодорожного транспорта. С непосредственным участием автора внедрена ЭВМ – программа для идентификации квазиаттракторов поведения ВСОЧ в ФПС у работников железнодорожного транспорта с различной нозологией, выполнен анализ особенностей поведения квазиатракторов ВСОЧ при различных неинфекционных патологиях в условиях действия производственных факторов ж/д транспорта.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 работ, в том числе 1 свидетельство о государственной регистрации программ ЭВМ, 2 монографии и 17 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для соискания степени доктора медицинских наук, и 27 статей в различных научных журналах и материалах конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа содержит 212 страниц машинописного текста. Она исполнена в классическом стиле и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, четырех глав, содержащих результаты собственных наблюдений, заключения, выводов, списка литературы. Работа содержит 22 рисунка и 28 таблиц. Список используемой литературы включает в себя 214 источников, в том числе 43 на иностранном языке.


Объекты И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В комплексном лечении наблюдаемых больных использовались различные методы восстановительной терапии. В частности, при артериальной гипертензии применялись:

1. Магнитотерапия (аппарат «Алма», программа «АГ»).
   
2. Скипидарные ванны с «желтой эмульсией», обладающей гипотензивным действием.
   
3. Внутривенное введение озоно-кислородной смеси.
   
4. Гипербарическая оксигенация.
   
5. Иглорефлексотерапия.
   
6. Аудио-визуальная вибротактильная музыкальная программа «Сенсориум», предназначенная для снятия психологического и эмоционального напряжения.
   
7. ЛФК (индивидуальные и групповые занятия).
   

При лечении остеохондроза использовались:

1. Ультразвуковая терапия: фонофорез с карипазином.
   
2. Дозированное подводное вытяжение позвоночника.
   
3. Подводный гидромассаж.
   
4. Магнитотерапия (аппарат «Алма», программа «Остеохондроз»).
   
5. Иглорефлексотерапия.
   
6. Специальная методика ЛФК, направленная на купирование болевого синдрома, расслабление и укрепление мышц спины.
   
7. Лечебный массаж.
   

В настоящей работе используются разработанные в НИИ БМК три основных метода идентификации параметров порядка любой БДС, которые базируются на трех различных подходах:

• детерминистский - используется метод минимальной реализации (ММР);
  
• стохастический - используются элементы хаотической динамики (нейросетевые технологии, нейронные сети и нейро-ЭВМ);
  
• метод анализа параметров аттракторов путем сравнения параметров различных кластеров, представляющих БДС.
  

К таким кластерам могут относиться одни и те же БДС, но находящиеся в разных экологических состояниях или в разных временных режимах. В любом из этих случаев мы можем произвести сравнение параметров аттракторов как минимум для двух кластеров. Однако, возможно сравнение и многих кластеров, т.е. трех, четырех и так далее.

Данный подход основывается на сравнении различных кластеров, представляющих БДС. Эти методы основаны на идентификации объема квазиаттрактора в фазовом пространстве первоначально для одного кластера и далее для другого. Затем поэтапно (поочередно) исключаются из расчета отдельные компоненты вектора состояния БДС с одновременным анализом параметров квазиаттракторов и сравнением существенных или несущественных изменений в параметрах квазиаттрактора после такого исключения. Алгоритм такой процедуры основывается на следующих шагах:

1. В программу расчета на ЭВМ поочередно вводятся исходные значения (компоненты ВСОЧ) в виде матриц = биосистемы, например параметры ФСО, по каждому из k кластеров (видов болезни или группам людей). Данные могут вводиться вручную либо из текстового файла; т.е. получаем матрицу состояний для всех кластеров в – мерном фазовом пространстве. Здесь - бегущий индекс компоненты вектора () , a - номер биообъекта (пациента) (), номер кластера k тоже может изменяться (). Иными словами элемент такой матрицы представляет-й кластер БДС, -й компонент ВСОЧ для -го пациента (группы больных).
   
2. Производится поочередный расчет координат граней для всех i-х параметров ВСОЧ, для всех -х пациентов () из -го кластера (); в частности, их длины (Interval), например, для 2-х кластеров (х и у) будем иметь: , , где координаты крайних точек, совпадающих с нижней и верхней границей фазовой области. Далее рассчитывается вектор объемов (General Value) , ограничивающих всеаттракторов, а так же показатели асимметрии (Asymmetry) в виде матриц размерности () для стохастического , и хаотического центров . Здесь - идентификация стохастического центра квазиаттракторов, который находится путем вычисления среднего арифметического одноименных координат точек, представляющих проекции конца вектора состояния БДС на каждую из координатных осей. Отметим, что для каждого из всех P кластеров имеем, - идентификация хаотического центра квазиаттракторов, где ширина фазовой области квазиаттрактора (размер интервала изменения переменной х) в проекции на i-ую координату.
   
3. Вводится параметр R, показывающий степень изменения объема аттракторов для -го кластера до и после уменьшения размерности фазового пространства. В исходном приближении вычисляем . Здесь -общий объем параллелепипеда (=), внутри которого находится 1-й квазиаттрактор движения ВС (например, ВСОЧ) для 1-го кластера данных в m-мерном фазовом пространстве; - объем параллелепипеда (=), внутри которого находится 2-й квазиаттрактор движения ВС для ВС 2-го кластера данных.
   
4. После исключения поочередно каждого из компонент вектора т.е. для одного и другого кластера одновременно и поочередно для всех j вычисляется вторые и далее i-е приближения параметра квазиаттракторов. Таким образом, получаем вектор значений, т.е. вектор размерности , по координатам которого можно определить уменьшилась или увеличилась относительная величина квазиаттракторов V при изменении размерности фазового пространства. При уменьшении размеров квазиаттракторов V, анализируются параметры системы и на основе их почти неизменности делается заключение о существенной (если параметры существенно меняются) или несущественной (параметры почти неизменны) значимости конкретного, каждого компонента ВС .
   

При реализации этой процедуры важно понимать, что с БДС может что-то произойти (усугубляется патология, реально начнут влиять экофакторы среды обитания и т.д.), если начнут изменяться размеры квазиаттракторов (=) или координаты центра квазиаттрактора. В последнем случае размеры квазиаттракторов () могут даже не измениться, но новый квазиаттрактор будет другой, т.е. его центр в фазовом m-мерном пространстве переместился в другую область фазового пространства.

В результате такого подхода нами было также установлено, что чем больше расстояние между хаотическим (геометрическим) и стохастическим (среднестатистическим) центрами квазиаттракторов в фазовом m-мерном пространстве состояний, тем ярче выражена мера хаотичности в динамике поведения вектора состояния организма человека.

Процедура поэтапного (поочередного) исключения из расчета отдельных компонент ВСОЧ с одновременным анализом параметров квазиаттракторов и сравнением существенных или несущественных изменений в параметрах квазиаттракторов после такого исключения позволила выявить те признаки, которые существенно влияют на показатели расчетных параметров квазиатракторов при неинфекционных заболеваниях или под действием производственных факторов в условиях ж/д транспорта.

Таким образом, данный метод и программный продукт позволяет проводить объективную диагностику различий между динамикой стохастического поведения биологической динамической системы и хаотической динамикой этих же БДС, а также проводить выявление значимых признаков, существенно влияющих на параметры аттракторов ВСОЧ. Обследования проводились разных групп испытуемых: машинисты и помощники (73 человека) работники умственного и физического труда, которые не связаны с ж/д транспортом (71 человек), группа больных нейинфекционными заболеваниями (85 пациентов), группы сравнения.