CC BY
5
витамина С в печени и коэффициенты массы внутренних органов свидетельствовали об отсутствии влияния испытуемого зерна на эти показатели.
Анализируя полученные результаты, можно предположить, что наблюдавшееся в эксперименте достоверное уменьшение массы тела животных, получавших кукурузу с опытных полей, связано, по-видимому, с избыточным количеством азотистых и других химических соединений. Возможно, при этом страдают определенные звенья белкового обмена, что проявилось в нашем эксперименте выраженной тенденцией к сокращению содержания общего белка в сыворотке крови животных. Снижение интенсивности синтетических процессов (Н. Н. Лаптева) приводит, вероятно, к уменьшению массы тела животных. Кроме того, возможно, происходит блокирование и ферментных процессов гликогенолиза, что влечет за собой накопление депонированного в печени гликогена.
Таким образом, в организме животных, получавших зерно кукурузы, орошаемой сточными водами химического комбината, наблюдаются достоверные нарушения некоторых биохимических процессов.
Выводы
1. Скармливание крысам в течение 6 мес зерна кукурузы, собранного с орошаемых сточными водами химического комбината участков, вызвало достоверное снижение массы тела животных, увеличение содержания гликогена в печени в 1,4 раза и тенденцию к уменьшению количества белка в сыворотке крови.
2. Неразбавленные сточные воды химического комбината нельзя использовать для орошения сельскохозяйственных земель.
ЛИТЕРАТУРА
Боярчук И. ф., Лутов В. А. — Гиг. груда, 1966, ЛЪ 3, с. 55—56.
Волкова Н. В. — В кн.: Вопросы эпидемиологии и гигиены в Литовской ССР. Вильнюс, 1976, с. 52—54.
Криницкий А. ф. — Врач, дело, 1958, № 9, с. 971—972.
Лаптева Н. Н. Патофизиология белкового обмена. М., 1970.
Мониевичюте-Эрингепе Е. В. Пат физиол., 1964, № 4, с. 71—78.
Плотичер С. М. Лабораторные диагностические исследования. Киев, 1965, с. 111—111. Соколовский В. В. — Лабор. дело, 1962, № 8, е. 5 —8. Birch Т. W. Harris J. /., Rays S. N. — Biochem. J.,
1933, v. 27, p. 590—594. Morris D. J. — Science, 1948, v. 107, p. 254—255. Wogan G. N., Tannenbaum S. R. — Toxicol, appl. Pharmacol, 1975, v. 31, p. 375—385.
Поступила 25/111 1980 г
HYGIENIC EVALUATION OF MAIZE GROWN IN EXPERIMENTAL FIELDS IRRIGATED BY EFFLUENTS FROM A CHEMICAL FACTORY
R. P. Petrova and I. Ya. Rybchinskaya
Experimental animals fed maize grown on lands irrigated by effluents from a chemical factory were found to show disturbances in certain biochemical processes, and it is the-
refore concluded that undiluted effluents from such factories should not be used for this purpose.
УДК 813.96-07:007
Проф. П. И. Гуменер
БИОКИБЕРНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ГИГИЕНЕ ДЕТЕЙ
И ПОДРОСТКОВ
Институт гигиены детей и подростков Министерства здравоохранения СССР, Москва
Биокибернетические исследования проводятся в космической медицине, хирургии, офтальмологии (В. В. Парин и Р. М. Баевский, и др.). Хотя биокибернетические подходы при решении гигиенических задач используются меньше, значимость математического моделирования для профилактической медицины не вызывает сомнений (В. П. Казначеев; А. В. Быховский; Г. И. Сидоренко; Р. М. Баевский). Следует учесть, что предмет биокибернетики — изучение «общих принципов и конкретных механизмов целесообразного саморегулирования и активного взаимодействия с окружающей средой»1.
1 Биологическая кибернетика. М., Высшая школа, 1977, с. 6.
В отношении задач гигиены детей и подростков следует исходить из определения А. И. Бергом кибернетики как науки об оптимальном управлении сложными системами. К ним, несомненно, относится система растущий организм — среда, применительно к которой гигиенические мероприятия должны обеспечить оптимальные условия обучения и воспитания (Г. Н. Сердюковская). Этим вызвано акцентирование внимания детских гигиенистов на изучении «допустимого воздействия» факторов, что требует более высокой точности определения «функционального состояния организма в системе организм — среда, чем при выявлении «недопустимых воздействий» (С. М. Тромбах).
'К
р ОР ц
9
/,о
[ в
/\ УС \ »/у;
л. / V ут
V / / \ г ЛС/ п
Рис. 1. Изменение эндогенных ритмов физиологических функций и их координации при разных условиях внешней
среды и заданной деятельности. А — схема открытой системы организма; — схема иерархической системы организма — управление медленной системой (показаны 2 подсистемы); В — автокорреляционная функция частоты сердечных сокращений (ЧСС) при привычном (П) и ускоренном (Ус) письме школьников старших классов: Г — автокорреляционная функция частоты дыхания при оптимальной работоспособности (О) и утомлении (Ут) в процессе работы на велоэргометре (117 = 100 Вт); Д — взанмокорреляционная функция ЭМГ — ЧСС при О и Ут в процессе работы на велоэргометре; Е — спектральная плотность ЧСС при моделировании технических средств обучения в условиях хорошего и слабого светового сигнала (ХС и СС); V — требования, предъявляемые средой: у — информация о состоянии объекта регулирования; Р — регулятор: ОР — объект регулирования; ОА — обратная афферентация ОР (например, двигательного аппарата); О АС — обратная афферентация о состоянии подсистемы: АС — афферентный синтез информации о состоянии всех систем: ЭМ — эффекториый интеграл; АД — акцептор действия.
Важной особенностью гигиены детей и подростков является то, что она изучает влияние среды на растущий организм, т. е. требует учета динамики онтогенетического развития и прогнозирования воздействия различных факторов на это развитие (С. М. Громбах). Гетерохронное развитие различных органов и систем у детей и большие индивидуальные различия темпа этого развития создают дополнительные трудности, особенно при оценке средних уровней физиологических функций для характеристики той или иной деятельности (П. И. Гуменер и соавт., 1967).
Основная задача гигиены детей и подростков — нормирование воздействия среды на растущий организм — определяется степенью соответствия состояния организма требованиям, предъявляемым средой. По терминологии математического моделирования организм — открытая система, в которой управление обеспечивается сличением входа с
выходом, отражающим информацию о состоянии системы (В. Н. Новосельцев). Вкладывая в понятие среды широкое содержание (С. М. Громбах), можно Ьод входом системы понимать требования к приспособлению к разной физической, химической и социальной среде, а также к различно заданной физической и умственной деятельности (рис. 1, А).
Вопрос о путях определения соответствия требований, предъявляемых к организму нагрузкой или внешней средой, характеристика реальных физиологических механизмов, обеспечивающих данные требования, разработан недостаточно. Сложность его решения обусловлена, кроме индивидуальных и возрастных особенностей организма детей, возможностью вегетативного и соматического обеспечения одного и того же приспособительного эффекта на базе различного периферического эффектор-ного интеграла (В. А. Шидловский). Поэтому центральной задачей при данной постановке исследований является использование в качестве входа и выхода системы такой информации, которая позволяет определять (идентифицировать) состояние системы.
В нашей работе были приняты и проверены в экспериментальных условиях следующие принципы исследования:
— изучение динамической характеристики саморегуляции организма (ДХС) в условиях небольших возмущений, не приводящих к перестройке механизмов обеспечения эффекторного интеграла;
— определение статических характеристик саморегуляции организма в фазовом пространстве: физиологические функции — интенсивность фактора (саморегуляция интенсивности);
— использование для оценки состояния организма информации о комплексной характеристике регулирования физиологических функций изучаемой функциональной системы (интегральная характеристика).
При изучении динамических характеристик саморегулирования можно основываться на характеристиках эндогенных ритмов организма, отражающих его состояние, и характеристик регулирования физиологических систем в условиях слежения за динамикой факторов среды' (физической нагрузкой, тепловым воздействием и др.). Исходя из биокибернетических представлений об иерархической системе управления организма (В. А. Ли-щук), мы рассматривали ДХС в качестве медленной системы управления (Н. А. Аладжалова), обеспечивающей адаптивную перестройку частных подсистем организма (рис. 1, Б).
Эндогенные ритмы, особенно медленные колебания сердечного ритма (дыхательная аритмия, волны Траубе — Геринга и др.) широко изучаются при биокибернетических исследованиях в космической (Р. М. Баевский) и клинической (Д. И. Жемайтите) медицине, физиологии спорта (В. М. Зациорский).
В гигиене детей и подростков изменения сердечных ритмов изучаются в процессе оценки психоэмоционального напряжения (Ю. М. Пратусе-
вич и соавт.), письменной нагрузки (М. М. Безруких; П. И. Гуменер и М.|М. Безруких), при решении вопросов, связанных'с использованием технических средств обучения (П. И. Гуменер и соавт., 1977), при выявлении различных фаз динамики работоспособности (П. И. Гуменер, 1968; Н. И.Сам-сонова). Эти исследования основаны на анализе корреляционных функций, спектрограмм и гистограмм сердечного ритма (рис. 1, В—£).
Эндогенные ритмы с периодом порядка десятков секунд могут быть использованы для характеристики состояний организма при анализе не только сердечного ритма, но и некоторых других вегетативных и двигательных функций — частоты и глубины дыхания, интегрированной биоэлектрической активности рабочих мышц, параметров рабочих движений (П. И. Гуменер, 1968). Особенно информативным при поиске ранних признаков утомления оказались изменения координации эндогенных рит-мов^биопотенциалов рабочих мышц и сердечного ритма, что* выявлено как при работе на велоэрго-метре, так и при слесарной работе в школьных мастерских.
Изучение ХДС применительно к ряду задач гигиены (гигиены обучения, физической культуры и труда) подростков требует управления по определенной программе и позволяет характеризовать изменения состояния организма путем оценки качества регулирования заданной • работы и ее вегетативного обеспечения.
Квадратичная'.площадь регулирования (П. И. Гуменер, 1977; Ог1всЬе1) вычисляется по формуле:
1 т
где Т—время интегрирования; х (/) — заданная программой функция; у (*) — реализуемая функция.
Особый интерес для гигиены представляет изучение Рк при случайном сигнале, часто встречаемом в естественных условиях (при учебе, труде, спорте).
Взаимокорреляционная функция Кхи(т) определяется по формуле:
1 *'У
Кху(т) = -Т | х(() .¡,(/-т)Л,
/о
где х (/) — функция на входе; у (/) — функция на выходе системы, т — временной сдвиг; Т — время интегрирования; — момент начала интегрирования.
Определением взаимокорреляционной функции целесообразно дополнять характеристику квадратичной площади регулирования. Так, если Рп позволяет суммарно оценивать качество регулирования, то по КхУ(х) можно выявить, насколько запаздывает отслеживание (по т), и определить степень воспроизведения заданного процесса с учетом
запаздывания по /Сжу(т) (рис. 2, Л). Увеличение X
8 шГ
"с, t-"Г,
r f-Ш—*
^ "CJ 1--Ь
Рис. 2. Изменения характеристики регулирования физиологических функций в условиях управления заданной
деятельностью. А — динамика характеристик при утомлении; Б — динамика характеристик регулирования при разных диапазонах мощности работы; В — динамика характеристик регулирования на протяжении учебного года при нерациональном режиме тренировок школьников; Г — изменение статических коэффициентов усиления (/С0) при охлаждающем действии микроклимата (Кс1 — механизм гомеостаза. КСг — мобилизация дополнительных регуляторных механизмов. KCJ— ухудшение качества регулирования); Д — изменение К0 при разной мощности работы; W — нагрузка; F — физиологические функции; JIB — легочная вентиляция, М. ЭМГ — биопотенциалы рабочей мышцы; В — частота сердечных сокращения; Q — тепловой поток с открытой поверхности лица; / — январь; IV— апрель; С., 3. — фамилии испытуемых.
указывает на замедление переработки информации в центральной нервной системе непосредственно в процессе работы, а уменьшение Kxu(j) — на ухудшение соответствия заданных сигналов их физиологической реализации, что может быть использовано для выявления «физиолотической цены» данной работы с учетом возрастных особенностей и характеристики работоспособности (рис. 2, Б). Применительно к гигиеническим задачам это было показано при обследовании акселерированных де-' тей (Д. X. Нусбаум).
Характеристика управления вегетативными и двигательными функциями' (по автокорреляционной функции)2 и их координация (по взаимокорреля-
2 Автокорреляционная функция вычисляется по формуле Кху (т) при х=у.
I
— 29 —
Мощность. Вт Статические коэффициенты усиления Динамические параметры регулирования
мод "о, чсс ЭОГ ЭМГ <РЛВ кяв Фчсс к чсс Фэмг *эмг Фэог Кэог
80—100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
100—120 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1
120—140 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0
140—160 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Примечание. МОД — минутный объем дыхания; — потребление кислорода; ЧСС — частота сердечных сокращений; ЭОГ— электроокулограмма; ЭМГ — электромиограмма; ср — фазовый сдвиг; К—коэффициент усиления; ЛВ — легочная вентиляция.
ционной функции) при работе на велоэргометре в условиях колебаний мощности позволила уточнить индивидуальные особенности полугодовой динамики функционального состояния школьников — спортсменов, занимающихся в специальных классах по плаванию (П. И. Гуменер и соавт., 1978). В конце учебного года (в апреле) сочетание учебной и спортивной нагрузки у ряда школьников ухудшало качество регулирования физиологических процессов (рис. 2, В), что потребовало соответствующих профилактических мероприятий.
Новые возможности гигиенического нормирования нагрузок возникают путем выделения диапазонов мощности, при которых параметры регулирования существенно не меняются (рис. 2, Б), что позволяет дать индивидуальную классификацию нагрузки и исходя из этого разрабатывать нормы (П. И. Гуменер и соавт., 1970).
Важное направление биокибернетических исследований — изучение статических характеристик, основанных на рассмотрении взаимосвязи различной интенсивности факторов (нагрузок) и физиологических показателей.
Одной из таких характеристик являются статические коэффициенты усиления, которые могут быть выражены формулой:
У» Кс - лц?„ »
где весь диапазон нагрузок — факторов (Ц7) и физиологических сдвигов в этом диапазоне принимается за 100%, а Л^ представляет собой разность физиологического параметра при нагрузке №„ и минимального значения функции. А отражает разность нагрузки УРп и минимальной нагрузки.
Вычисление Кс оказалось эффективным в гигиене детей при определении теплового состояния в условиях, близких к гомеостазу (/(с1 на рис. 2, Г), включения дополнительных регуляторных механизмов, выражающихся в резком росте теплоотдачи, обусловленной интенсивным периферическим кровообращением (/(сг на рис._2, Г) и ухудшения
качества физической терморегуляции, не обеспечивающей приспособительного эффекта /Ссз на рис. 2, Г (П. И. Гуменер и Г. В. Терентьева).
Использование статических коэффициентов усиления в процессе мышечной работы у детей позволило характеризовать нелинейность параметров дыхательной функции при разной мощности. На этой основе выделено три типа регулирования. Такой анализ позволяет получить индивидуальную характеристику резервных возможностей де- ^ тей в процессе физической нагрузки, скрытую при оценке средних данных (А. Г. Сухарев и П. И. Гуменер).
Одной из весьма актуальных и еще недсзстаточно разработанных в гигиене проблем является комплексная оценка состояния организма. Рассмотрим возможность ее решения при работе разной мощности. Принимая за основу характеристику параметров регулирования (статические и динамические коэффициенты усиления, фазовые сдвиги и др.), для каждой из функций определяют наличие (1) или отсутствие (0) изменений изучаемых параметров при переходе от одной нагрузки к другой (см. таблицу).
Для выявления изменений состояния организма ^
21
вычисляется комплексный показатель ---юо,
" л
где п — число параметров. Выбор критической величины Кп зависит от набора параметров и должен определяться специально (в нашем примере критическая /(„=50).
Для индивидуальной характеристики функционального состояния организма представляется перспективным использование показателя, обозначенного нами как регулятивная функция, который основан на комплексной характеристике степени нелинейности ряда физиологических показателей, отражающих изучаемую функциональную систему (П. И. Гуменер и соавт., 1977) Этот показатель основан на данных литературы и собственных экспериментальных материалах о том, что, чем больше нелинейность и чем быстрее нарастает интенсив- 1» ность физиологических функций при увеличении нагрузки, тем меньше функциональные возможности организма и хуже регулирование.
Выводы
1. Для решения многих проблем гигиены детей и подростков целесообразно применение биокибернетических принципов исследования, позволяющих количественно характеризовать систему организм — среда.
2. Оценка динамики характеристик регулирования при изменении факторов среды создает прин-
ципиально .новую основу для дифференциации функционального состояния организма детей и подростков.
3. Использование квадратичной площади регулирования, статических и динамических коэффициентов усиления, фазовых сдвигов является эффективным и достаточно'простым математическим приемом, позволяющим решать ряд гигиенических задач.
ЛИТЕРАТУРА
Аладжалова Н. А. Психофизиологические аспекты сверхмедленной ритмической активности головного мозга. М., 1979.
Боевский Р■ М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М., 1979.
Безруких М. М. Критерии оценки состояния организма школьников в процессе письма. Автореф дис. канд. М., 1974.
Быховский A.B. — В кн.: Философские и социально- ■ гигиенические аспекты охраны окружающей среды. М., 1976, с. 70—103.
Громбах С. М. — В кн.: Охрана здоровья детей. М., 1979 , вып. 7, с. 166—186.
Гуменер П. И. — In: Biokybernetik. Zeipzig, 1968, Bd 1, S. 159—167.
Гуменер П. И. — В кн.: Методы биокибернетического анализа функционального состояния спортсменов-подрост-ков. М., 1977, с. 9—30.
Гуменер А. И., Глушкова Е. К-, Сапожникова Р. Г. Характеристика влияния физической нагрузки на организм школьников. Л., 1967.
Гуменер П. И., Безруких М. М. — В кн.: Проблемы умственного труда. М., 1972, вып. 2, с. 120—130.
Гуменер П. И., Теректьева Г. В. — В кн.:- Теоретические проблемы действия низких температур на организм. Л 1969 с 225_227.
Гуменер П. И. и др. — Вестн. АМН СССР, 1973, № 5, с. 69—74.
Гуменер П. И. и др. — Теор. и практ. физ. культуры, 1976, № 8, с. 30—34; — Гиг. и сан., 1977, № 7, с. 45— 49; — Биофизика, 1977, № 4, с. 751; — В кн.: Всесоюзная науч. конф. по физиологии и биохимии спорта. 15-я. Тезисы докладов. М., 1978, с. 51—52.
Жемайтите Д. И. Возможности клинического применения
и автоматического анализа ритмограмм. Автореф. дис докт. Каунас, 1972.
Зациорский В. М. Кибернетика, математика, спорт. М., 1969.
Казначеев В. П. Биосистемы и адаптация. Новосибирск, 1973.
Лищук В. А. Алгоритм функционирования и управления левого желудочка сердца. Автореф. дис. канд. Киев, 1969.
Новосельцев В. Н. Теория управления и биосистемы. М., 1978.
Нусбаум Д. X — Гиг. и сан. 1971, № 7, с. 43—45.
Молчанова С. С., Новосельцев В. Н. — В кн.: Методы биокибернетического анализа функционального состояния спортсменов - подростков. М., 1977, с. 117—123.
Ларин В. В., Баевский Р. М. Введение в медицинскую кибернетику. М., 1966.
Пратусевич Ю. М. и др. — Гиг. и сан., 1980, №1, с. 40— 43.
Самсонова Н. И. Определение периода врабатывания у школьников в процессе физической работы на основе принципов теории регулирования. Автореф. дис. канд. М., 1971.
Сердюковская Г. Н. — В кн.: Охрана здоровья детей. М., 1979, вып. 7, с. 3—26.
Сидоренко Г. И. — Гиг. и сан., 1977, № II, с. 21—26.
Сухарев А. Г., Гуменер П. И. — В кн.: Методы биокибернетического анализа функционального состояния спорт-сменов-подростков. М., 1977, с. 126—135.
Шидловский В-А. — В кн.: Вопросы кибернетики. М., 1977, вып. 36, с. 5—24.
Drischel Н. — In: Biokybernetik. Zeipzig, 1968, Bd 1, S. 13.
Поступила 20/31 1980 г.
BIOCYBERNETIC RESEARCH IN THE FIELD OF CHILDREN'S AND ADOLESCENT HYGIENE
P. I. Gumener
Shows the importance of biocybernetic research and the possibility of undertaking it on the basis of three principles: studies of dynamic characteristics of self-regulation of the child's organism; determination of the self-regulation of rates of physiologic processes; and evaluation of the state of the organism from integral characteristics of functional systems. Indicates the possibility of using, for determining the bodily state, endogenous rhythms of autonomic and motor functions having a period of the order of tens of seconds and
changes in the characteristics of regulation at specified variations in the amount of exercise. Demonstreates the feasibility of classifying various types of exercise on the basis of changes in characteristics of regulation. Describes simple mathematical methods using nonlinear characteristics of regulation in studies on hygiene. Lastly, cites examples of practical application of the principles and procedures devised by the author.
