CC BY
39
АВТОМАТИЗМРОВАННЫЙ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ КОСМО-БИОСФЕРНЫХ СВЯЗЕЙ (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА «ГЕЛИОМЕД» 2006-2007 ГГ)
Рагульская М.В. Чибисов С. М. Вишневский В.В., Тугаенко А.М.
ИЗМИРАН, г. МоскваМедицинский факультет РУДН, г. Москва. Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, г. Киев
Впервые на территории СНГ создана распределенная телекоммуникационная сеть научных центров длительного мониторинга физиологических параметров организма человека и окружающей среды, работающих на едином оборудовании и по единому протоколу исследований с он-лайн регистрацией текущих данных на едином портальном сервере (Москва, Санкт-Петербург, Киев, Симферополь, Якутск, Ханты-Мансийск). Проведенный в 2006-2007 гг одновременный для различных городов, гелиомедицинский мониторинг позволил собрать единую для всех городов-участников Интернет- базу данных более 200 000 измерений, отражающих временную и пространственную динамику изменений параметров сердечной деятельности организма человека в различных регионах России и Украины. Схема проведения телекоммуникационного разноширотного гелиомедицинского мониторинга и экспресс-технология обработки данных в фазовом пространстве приведена на Рисунке 1. Цель проекта:
1)Построение автоматизированного прогноза групповых вызовов для нужд практической медицины
2) Построение новых теоретических геофизических индексов Особенности научно-исследовательского мониторинга «Гелиомед»:
1) Проверка гипотезы о наличии синхронных изменений функционального состояния в городах на разных широтах.
2) Работа на одинаковом оборудовании и при соблюдении одинакового протокола эксперимента для всех городов-участников..
3) Использование современный телекоммуникационных технологий и регистрация результатов мониторинга в режиме он-лайн на едином портальном сервере в единую базу данных.
4) Исследование состоянии сердечно-сосудистой системы функционально-здоровых людей.
5) Мониторинг постоянной группы обследуемых.
6) Ежедневное обследование каждого участника мониторинговой группы в 4-х функциональных состояниях: в состоянии покоя, после психологической нагрузки, после физической нагрузки пробой Руфье, после 10 мин отдыха от физической нагрузки.
Проведенный кластерный анализ данных позволил разработать методику выделения наиболее чувствительных членов эталонных групп, чтобы использовать в дальнейшем динамику их показателей сердечно-сосудистой системы в качестве коллективного био- детектора биотропных воздействий естественных внешних факторов. Выявлено, что отобранная эталонная группа реагирует на биотропные изменения факторов внешней среды за 3 суток до массовых обращений населения в связи с обострением сердечно-сосудистых заболеваний в пункты скорой помощи и отделения реанимации.
Статистический анализ полученных рядов данных показал, что во временной окрестности изолированной магнитной бури существуют однонаправленные изменения параметров сердечной деятельности, наблюдаемые одновременно по всем городам. Адаптационное изменение функционального состояния происходит в 2 этапа:
А) За день до начала магнитной бури при воздействии дополнительной физической нагрузки у большинства обследуемых наблюдается смена режимов управления сердечной деятельностью с нормального на стрессовый (общий эффект для всех групп и обследуемых).
Б) Следом за этим непосредственно в день магнитной бури наблюдается патологическое изменение амплитуды измеряемых параметров; тип изменений зависит от индивидуальных особенностей и компенсаторных возможностей конкретного человека.
Выявлено, что воздействие резких вариаций космо- и геофизических факторов на сердечно-сосудистую систему человека сходно с состоянием искусственной гипоксии.
Показано, что роль магнитных бурь в эволюционной адаптации биосистем двояка.
1. Магнитные бури служат каналом отбраковки нежизнеспособных членов популяции.
2. Для адаптационно-устойчивых членов популяции резкие изменения космофизических и геофизических факторов (в том числе - и магнитных бурь) выступают: а) как внешний синхронизатор экзогенных ритмов отдельного организма; б) как слабый тренирующий фактор; в) синхронизатор общих ритмов популяции . Наличие одновременных разноширотных выбросов физиологических параметров более, чем у 50 % членов каждой исследовательской группы, и наличие опережающей реакции эталонных групп обследуемых по разным городам, позволяет разработать методику построения автоматизированного математического прогноза опережающей датировки максимального биотропного воздействия космической погоды на биосферу. Для предварительных оценок использовался показатель кардиопериода - «симметрия Т-зубца» и длина сегмента ST. Для возможности сравнения не только динамики, но и амплитуды отклика различных людей на внешнее воздействие, все показатели каждого из обследуемых переводились в проценты изменения искомых параметров относительно его собственной индивидуальной нормы. Мы предположили, что функциональное состояние
нужно оценивать сразу по всем четырем измерениям эксперимента Для этого мы ввели понятие «индивидуальный динамический профиль» функционального состояния (см. Рисунок 2), для каждого из обследуемых представляющий собой устойчивую совокупность усредненных по времени мониторинга ежедневных параметров его сердечно-сосудистой системы во всех 4-х состояниях нагрузок. На рисунка 2 видно, что эталонная группа обследуемых характеризуется устойчивым индивидуальным профилем во все время измерений (1-2 месяца), демонстрируя единичные амплитудные выбросы (Рисунок 2. А) или смену управляющих режимов (Рисунок 2Б). Таким индивидуальным выбросам разработанная нами программа анализа присваивала значение удельного веса, равного 1, для любой интенсивности выброса. Невозмущенное состояние обследуемых рассматривалось с удельным весом 0. Удельные веса обследуемых суммировались по группе, после чего происходило сравнение наличия и количества выбросов по различным группам в различных городах. Наличие более 60 % совпадений рассматривалось , как превентивный признак биотропной опасности резких изменений факторов внешней среды. Фактически, разработан алгоритм автоматизированного преобразования исходного непрерывного ряда индивидуальных динамических величин в ряд выбросов со значениями (0;1), а также методика суммирования и сравнения сформированных рядов выбросов в целом по исследуемым группам. Результаты совпадений рядов выбросов по городам Якутск- Москва и Киев - Симферополь приведены на Рисунке 3. Такое разделение по городам неслучайно. Как показано авторами в [1,2], существует широтный эффект воздействия магнитных бурь на организм человека, заключающийся в том, что амплитуда реакции сердечнососудистой системы, а также количество реагирующих людей существенно увеличиваются в возрастанием географической широты проживания обследуемых. С точки зрения геофизики и физики солнечно-земных связей, такое различие объясняется большими вариациями геомагнитного поля и усложнением его частотного спектра в северных широтах. А также наличием прямых высыпаний частиц солнечного ветра в полюсные каспы магнитосферы.
Выводы. Авторами разработан и проведен уникальный телекоммуникационный разноширотный гелиомедицинский мониторинг по исследованию влияния космофизических и геофизических факторов на состоянии сердечно-сосудистой системы человека.
Одновременное использование телекоммуникационного и мониторингового методов, впервые реализованное для нужд научно-исследовательского биомедицинского эксперимента именно в представляемой работе, позволило:
1) Разнести в пространстве и времени изучение биотропного влияния локальных и глобальных факторов внешней среды, таких как атмосферное давление, температура, длина светового дня, уровень инсоляции (локальные факторы) и параметры комической погоды, вариации геомагнитного поля земли и космических лучей (общепланетарные факторы).
2) Реализовать независимый от экспериментатора сбор первоначальных данных и автоматический независимый внешний аудит этих данных в режиме он-лайн.
3)Существенно увеличить соотношение сигнал-шум в полученных рядах биомедицинских данных.
4) Выявить временную динамику наблюдаемых индивидуальных и коллективных эффектов. 5)Выявить пространственные эффекты и общепланетарную геофизическую природу динамики выраженных аномальных отклонений биомедицинских данных.
Разработана методика кластерного отбора эталонных групп людей, выступающих в качестве биодетекторов изменений внешней среды.
Для анализа полученных данных введен новых параметр - «индивидуальный динамический профиль» функционального состояния каждого обследуемого при совокупности всех нагрузок. Введенный параметр позволяет оценивать индивидуальную степень синхронизации и устойчивости режимов управления организмом.
Разработана методика построения рядов выбросов индивидуальных физиологических параметров, а также методика сравнения наличия одновременных групповых выбросов по различным городам. На базе методики разработано построение автоматизированного математического прогноза опережающей датировки максимального биотропного воздействия космической погоды на биосферу.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. В. Вишневский, М. В. Рагульская, Л. С. Файнзильберг//Влияние солнечной активности на морфологические параметры ЭКГ сердца здорового человека. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2003, №3, стр. 3- 12
2. В. В. Вишневский, М. В. Рагульская, С. Н. Самсонов // Телекоммуникационные технологии в выявлении
закономерностей функционирования живых систем. Технологии живых систем, 2007 , №4.
3. В. Н. Обридко, М. В. Рагульская , Д. Г. Стрелков, С. М. Чибисов, Т. Н. Подладчикова // Оценка
функциональных резервов сердечно-сосудистой системы человека при воздействии различных внешних факторов. Технологии живых систем, 2007 , №6.
