CC BY
48
Решение подобных задач упирается в методы описания Ъ и отыскания параметров порядка и русел БДС с хаотической структурой поведения. В последнем, заключена еще одна важная гносеологическая связь между ДСП и ТХС. Она базируется на постулатах системного анализа (СА), один из которых гласит: познание структуры, свойства, функций отдельных частей системы в общем случае не дает информации о свойствах и функциях целостной системы (особенно если она имеет иерархический характер). От этого постулата синергетики сделан один шаг до системного синтеза, который в общем случае даже не требует решения задачи изучения отдельных частей (элементов) системы. Синергетика (и СС) работает с ансамблями, компартментами и кластерами БДС, для которых свойство отдельных элементов не существенно. А в теории нейросетей мозга (и нейро-ЭВМ) не существенны и конфигурация самих связей между элементами и компартментами. Все это подчеркивает правомочность использования ТХС в описании биосистем и особенно в медицине. Общая теория систем, основы которой были заложены Л. фон Берталан-фи и которая явилась предтечей современной синергетики, на сегодняшний день так ничего и не предложила для анализа биосистем кроме телеологических уравнений. В этих уравнениях изменения биосистемы выражаются не в понятиях актуальных условий (например, вектором состояния системы- ВСС), а в понятиях удаленности системы от состояния равновесия. Такая позиция совершенно понятна в рамках ТХС, т.к.биосистема- это постоянно эволюционизирующая (изменяющаяся) система. Тогда ее описание и прогноз возможен только в областях пространства и времени, которые соответствуют попаданию ВСС в пределы реальных аттракторов Ъ .
Все остальное время хаотическая биосистема пребывает в состоянии неопределенности и прогноз ее поведения будет весьма приблизителен или вообще вымышленным. Поэтому телеологическое описание, базирующееся на конечном состоянии (которое будет достигнуто в будущем), является единственным реальным описанием БДС. При этом предлагается, что БДС в будущем попадет в аттрактор, захватывающий некоторый стационарный режим, а параметры такого идеального аттрактора Ъ могут быть (в наших предположениях) описаны параметрами реальных аттракторов Ъ . Подчеркнем, что общая теория систем (в представлениях Л. фон Берталанфи) не давала возможности проводить структурный анализ систем на основе «редукционизма и физика-лизма», т.к. легче использовать бихевиористический подход, систему «черного ящика». Но именно это и выполняется в разрабатываемой нами ТХС на основе ККТБ. Именно ККТБ с использованием метода минимальной реализации, метода адаптивного наблюдателя и других методов, обеспечивает структурнопараметрическую идентификацию моделей БДС. Но это всего лишь копия (голограмма) реального процесса, который никогда и не будет изучен детально и описан методами физики. И это происходит для медико-биологических систем именно в силу их постоянной эволюции. Организм человека находится в постоянном онтогенезе, на который накладывается патогенез и все это образует БДС, находящуюся в некоторых аттракторах. А вот параметры Ъ мы можем изучать, и это составляет новую концепцию медицины в рамках синергетической парадигмы.
Глобальное отрицание детализации, необходимость работы с пулами, компартментами, кластерами (может быть даже не сходными морфологически элементами) уже проистекало в стохастическом подходе. Стохастика требует работы со множествами (испытаний, элементов, явлений и признаков), но она требует их жесткой идеализации. Особенно это проявляется в теории вероятности, где идентичность исходных явлений, процессов, элементов обязательна. В ТХС мы этого не требуем, здесь нам важен факт наличия пуловой (компартментной, кластерной) организации и некоторое сходство в свойствах, динамике, а лучше в выполняемых функциях. Объединенные в рамках общих функций элементы компартмента или кластера уже могут быть исследованы в ТХС, в отличии от ДСП, где элементы должны быть идентичны исходно. Существует еще одна важная связь (наиболее важная для ТХС) между ДСП и ТХС. Сейчас уже можно громко и четко говорить о том, что всё в детерминистской теории (механика и электродинамика, кинетика химических реакций и квантовая химия, динамическая теория популяций и эпидемий, и т.д.) оперируют с параметрами порядка и руслами. И то что физика, химия, техника имеют хорошо разработанный аппарат ДСП свидетельствует об их детерминистско-стохастическом характере со-
стояния и поведения (за исключением точек катастроф и случайных бифуркационных режимов). Эти все объекты (физические тела, машины и оборудования, химические процессы) во многом детерминированы и для них хорошо работают методы ДСП в рамках уже устоявшихся параметров порядка и русел.
Однако другая картина имеется для социальных и медикобиологических процессов. Здесь уже удачные (в прогностическом смысле) модели и теории существуют реже, а прогнозы на их основе все чаще страдают отсутствием достоверности. Можно сказать, что в ДСП (для медико-биологических систем) дыхание хаоса ощущается все сильнее и всякие обратные связи, самоорганизация в биосистемах наталкиваются на трудности, связанные с хаотическим режимом функционирования БДС и влиянием хаотических внешних факторов среды обитания. Особенно это проявляется на уровне биосферы не только в долгосрочном прогнозе (100-300 лет и более), но и в краткосрочном (20-30 лет). Синергетики уверены - мы живем в хаосе бытия, будущее не предсказуемо (автор знает более 2-х десятков причин, по которым завтра не наступит) не только для отдельного человека, но и для человечества в целом. Все это требует незамедлительной разработки хотя бы каких-то методов, программ для обработки текущих данных и получения хотя бы некоторых результатов по прогнозу поведения БДС и биосферы в целом с позиций ТХС. Ожидается, что все три разработанные нами подхода (и программы ЭВМ на их основе) помогут продвинуться в направлении решения этих проблем, а отмеченные 3 блока связи ДСП с ТХС могут служить гарантом успешности в этом движении.
Литература
1. Аршинов В.И. Синергетика как феномен постнекласси-ческой науки. / М., 1999.
2. Берталанфи Л.фон. Общая теория систем - обзор проблем и результатов. Ежегодник - 1969.- С.41-45
3. Еськов В.М. Введение в компартментную теорию респираторных нейронных сетей.- М.: Наука, 1994.- 167 с.
4. Еськов ВМ. Компартментно-кластерный подход в исследованиях биологических динамических систем (БДС): монография.- Ч.1.- Самара: НТЦ, 2003.- 198 с.
5. Еськов В М. и др. Синергетика в клинической кибернетике Ч. III.- Самара: Офорт, 2007.- 281 с.
6. Еськов В.М. и др. Синергетика в клинической кибернетике. Ч. I.- Самара: Офорт, 2006.- 233с.
7. Еськов В.М. и др. Синергетика в клинической кибернетике: монография.- Ч. II.- Самара: Офорт, 2007.- 297с.
8. Костюк В.Н. // Системные исследования.Ежегодник 1995 - 1996. М., 1996 - С. 127-145.
9. Пригожин И., Стингерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой.- 1986.
10. Рапопорт А. // Системные исследования. Ежегодник -1969.- С. 60-64.
11. Системный анализ, управление и обработка информации в биологии и медицине: Моногр.- Ч. VII/ Под ред. В.М. Есь-кова. А. А. Хадарцева.- Самара: Офорт (гриф РАН), 2008.- 159 с.
12. Хакен Г. Синергетика. / М., 1980.
УДК 616.89-008.441.1
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ СТРЕСС И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПАРАМЕТРЫ АТТРАКТОРОВ ПОВЕДЕНИЯ ВЕКТОРА СОСТОЯНИЯ КАРДИО-РЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ СТУДЕНТОВ
В.М. ЕСЬКОВ, Е.А. МИШИНА, М.А. ФИЛАТОВ, К.Н. БЕРЕСТИН*
Экзаменационный стресс занимает одно из первых мест среди причин, вызывающих психическое напряжение у учащихся средней и, особенно, высшей школы. Очень часто экзамен становится психотравмирующим фактором, который учитывается даже в клинической психиатрии при определении характера психогении и классификации неврозов. Получены доказательства того, что экзаменационный стресс оказывает негативное влияние на нервную, сердечно-сосудистую и иммунную системы студентов и может вызывать нарушения генетического аппарата, повышая вероятность возникновения онкозаболеваний. Во время экзаменационной сессии у студентов активизируются репарационные
* Сургутский государственный университет
механизмы, которые отвечают за восстановление поврежденных участков молекулы ДНК [1]. Экзаменационный стресс, особенно в сочетании с употреблением кофеина, может вести к стойкому повышению артериального давления у студентов [1].
Выявлено негативное влияние экзаменов на иммунологический статус студентов, что находило свое отражение в ухудшении микрофлоры полости рта и периодонта во время напряженной учебы и экзаменов. По данным российских авторов, в период экзаменационной сессии у студентов и школьников регистрируются выраженные нарушения вегетативной регуляции сердечнососудистой системы [5, 6]. Длительное и весьма значительное эмоциональное напряжение может приводить к активации симпатического или парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, а также к развитию переходных процессов, сопровождающихся нарушением вегетативного гомеостаза и изменением лабильности реакций сердечно-сосудистой системы на эмоциональный стресс. К неблагоприятным факторам подготовки к экзаменам, можно отнести интенсивную умственную деятельность, повышенную статическую (позную) нагрузку, крайнее ограничение двигательной активности, нарушение режима сна, эмоциональные переживания, связанные с возможным изменением социального статуса студентов. Все эти эффекты приводят к перенапряжению вегетативной нервной системы, осуществляющей регуляцию нормальной жизнедеятельности организма [3, 4].
Многочисленные исследования (и в том числе наши) показывают, что во время экзамена значительно повышается частота сердечных сокращений, возрастает артериальное давление, уровень мышечного и психоэмоционального напряжения. После сдачи экзамена физиологические показатели не сразу возвращаются к норме. Обычно требуется несколько дней для того, чтобы параметры артериального давления вернулись к исходным величинам. Таким образом, по данным большинства исследователей, экзаменационный стресс представляет собой серьезную угрозу здоровью студентов и школьников, причем особую актуальность проблеме придает массовый характер данного явления, ежегодно охватывающего сотни тысяч учащихся в масштабах нашей Стра-ны[2]. При этом особая проблема возникает в условиях Севера РФ, где экофакторы среды и без стрессовых ситуаций вызывают существенные сдвиги в параметрах ФСО [3, 4 , 6]. Традиционно, в качестве вегетативных коррелятов психоэмоционального стресса использовались три основных параметра деятельности сердечно-сосудистой системы: частота сердечных сокращений, величина артериального давления а также производный от этих величин показатель - «вегетативный индекс Кердо».Эти параметры позволяли лишь в самых общих чертах судить о соотношении активности симпатической и парасимпатической систем при стрессе. С внедрением в практическую кардиологию математического анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) стало возможным избирательно определять вклад симпатического и парасимпатического отделов в регуляцию процессов, происходящих в организме человека. Кроме того, представляется весьма интересным поиск коррелятов между психологическими и физиологическими реакциями личности на учебные стрессовые ситуации, выявление которых позволит не только вырабатывать индивидуальные рекомендации, но и приблизиться к механизмам психосоматических взаимоотношений [4].
Более перспективными методами анализа представляются расчеты параметров реальных аттракторов (РА) вектора состояния организма человека (ВСОЧ) в фазовом пространстве состояний (ФПС), которые разработаны в НИИ Биофизики и медицинской кибернетики (БМК) при СурГУ. Эти методы дают результаты сравнения ВСОЧ в разные периоды стресса в интегральном, обобщенном виде и учитывают состояния ФСО по многим параметрам сразу. Нами уже установлено, что оценка параметров аттракторов движения ВСОЧ может быть эффективной даже в тех случаях, когда традиционные стохастические методы становятся неэффективными. Тем более интерес представляют работы, представляющие сравнение результатов обработки одних и тех же данных в рамках теории хаоса и синергетики - ТХС (до параметров РА) и обработки традиционными детерминистско-стохастическими методами (ДСМ). Именно это и выполняется в настоящем сообщении на примере оценки эффектов влияния экзаменационного стресса на параметры кардио-респираторной системы (КРС) у студентов старших курсов СурГУ.
Объект и методы. Настоящее исследование связано с изучением роли вегетативной нервной системы в развитии психо-
эмоционального стресса студентов различных курсов. С помощью пульсоксиметра исследовались показатели КРС студентов 3, 4 и 5 курсов в количестве 58 человек. Проводились 3 серии опытов - в спокойном состоянии, до сдачи экзамена и после. Измерения проводились в осенний период (октябрь) 2007 года и зимний период 2008 года. Полученные данные обрабатывались с помощью двух математических подходов: обычных статистических методов с использованием критерия Стьюдента (с доверительной вероятностью 0,95); методов теории хаоса и синергетики (с расчетом параметров РА движения ВСОЧ в ФПС).
Эти методы основаны на исследовании параметров аттракторов динамики поведения вектора состояния организма человека (конкретно параметров КРС в ^-мерном фазовом пространстве состояний с использованием) компьютерных технологий. Этот метод позволяет дать обоснование и выработать критерии оценки различий между стохастической и хаотической динамикой поведения параметров КРС человека при различных состояниях. Ранее нами были разработаны критерии оценки различий между стохастическими и хаотическими процессами в многомерном фазовом пространстве путем анализа параметров многомерного параллелепипеда (расчет его объема V, его геометрического центра Хс) на ЭВМ с помощью специальной программы [4]. Рассчитывались координаты Хсі этого центра, расстояние г между точкой центра стохастического (координаты х5) и хаотического центров (координаты Хс). После апробирования на полученных нами многочисленных данных по состоянию ФСО в условиях саногенеза и патогенеза было установлено, что чем больше расстояние между хаотическим геометрическим и среднестатистическим стохастическим центрами в т-мерном фазовом пространстве, тем ярче выражена мера хаотичности в динамике поведения вектора состояния человека. Подробные алгоритмы расчета параметров РА нами были представлены ранее [3, 4].
Результаты. Для сравнительного анализа эффективности использования ДСМ и методов ТХС мы представляем первоначально данные расчетов каждого компонента х вектора состояния организма, которые представляют отдельные параметры вегетативной нервной системы (ВНС). Подчеркнем, что эти изменения различны (от сильных изменений до отсутствия изменений в рамках ДСМ). На рис.1 представлены результаты измерений показателей состояния симпатической (СИМ) и парасимпатической (ПАР) вегетативной нервной системы у студентов 3 курса в спокойном состоянии, до сдачи экзамена и после. Отметим, что эти показатели весьма характерны для жителей Севера РФ, в частности, для жителей ХМАО - Югры. В различные сезоны года наблюдается устойчиво высокие показатели парасимпатической ВНС (у детей в зимний период показатель ПАР доходит до 20-25 у.е.) и низкие показатели симпатической (СИМ) ВНС (обычно в пределах 1-2 у.е.). Наблюдается резкое увеличение параметров ПАР против значений СИМ, несмотря на пред- и стрессовые ситуации. Перед экзаменом значения активности симпатической нервной системы увеличиваются в 2 раза, а значения активности ПАР уменьшаются. Та же тенденция прослеживается и у студентов 4 и 5 курсов, но не столь выражено.
151 ____
У < I
■сим
■пар
Рис.1. Результаты измерений показателей состояния СИМ и ПАР вегетативной нервной системы у студентов 3 курса в спокойном состоянии, до сдачи экзамена и после
При этом степень различия активности работы исследуемых 2-х отделов ВНС у каждого потока студентов выражена по-разному. Наименьшие значения активности СИМ перед экзаменом отмечались у студентов 5 курса 3,86+1,95 у.е. Для сравнения у студентов 3 курса показатели активности СИМ были почти в 2 раза выше и составляли 6,8+2,54 у.е. Такое различие отражает нарастающие процессы адаптации к экстремальным условиям у студентов 5 курса. В связи с более длительными учебными нагрузками за 5 лет учебы студенты 5-го курса имеют самые низкие показатели СИМ перед экзаменом сравнительно со студентами 3-
В ПОКОЕ
го курса. Различия между 3-м и 5-м курсом по показателям СИМ такие же, как у 3-го курса (перед экзаменом (6,8) и в покое (3,4)).
15 п
3 курс 4 курс 5 курс
Рис. 2. Результаты измерений показателей состояния СИМ и ПАР вегетативной нервной системы у студентов 3,4,5 курсов перед сдачей экзамена
В потоке 3-го курса также наблюдается 66,67% лиц, у которых до экзамена значения ЧСС отмечены очень высокими показателями. Этот процент наибольший, по сравнению с другими курсами. У студентов 4 курса он, например, составляет 39,29%, т.е. почти в 2 раза ниже. Анализ динамики поведения ВСОЧ проводился в w-мерном фазовом пространстве состояний с использованием компьютерных технологий по расчету параметров реальных аттракторов движения ВСОЧ в ФПС [3, 4]. Этот метод позволяет дать обоснование и разработать критерии оценки различий между стохастической и хаотической динамикой поведения параметров КРС человека при различных состояниях. Из сводной табл. видно, что происходит увеличение показателей объема аттрактора движения вектора состояния организма студентов перед началом экзамена. Например, у студентов 3 курса в спокойном состоянии V (General V value) составил 3000, а перед экзаменом он уже принял значение 14 460. Аналогичные изменения с показателем V (General V value) происходят у студентов 4 курса. После сдачи экзамена показатель V (General V value) уменьшается, но он значительно больше, чем в спокойном состоянии. Показатель объема аттрактора движения ВСОЧ после экзамена у 4 курса составил 22 272 у.е. Соответственно перед экзаменом V (General V value)=31 104 у.е., а в спокойном состоянии этот показатель был меньше в 6 раз - 5 104 у.е. Если сравнивать по величине данный показатель у двух потоков студентов (3 и 4 курса), то более хаотическую динамику вектора состояния организма имеют студенты 4 курса во всех трех состояниях.
Таблица
Результаты измерений показателей объемов аттракторов движения вектора состояния организма студентов по трем параметрам (Х1, Х2 — показатели активности симпатической и парасимпатической нервных систем;Х3 — ЧСС) в различных физиологических состояниях
Курс В Покое До экзамена После экзамена
3 3 000 14 960 10 166
4 5 104 31 104 22 272
5 1 380 2 244 2 805
Совершенно иная картина с движением ВСОЧ наблюдалась у студентов 5 курса. Во всех трех состояниях объем реального аттрактора движения вектора состояния организма студентов данного курса практически изменялся менее выражено по сравнению с этим же показателем у студентов потоками ниже (табл.).
Заключение. Экзамен у студентов, как эмоциональное напряжение, вызывает ряд изменений в организме («стрессорная реакция»). Это проявляется в увеличении частоты сердечных сокращений, изменении активности симпатической нервной системы, уменьшении показателей парасимпатической нервной системы перед экзаменом и даже после сдачи экзамена. У студентов разных курсов показатели активности вегетативной нервной системы до и после сдачи экзаменов были выражены по-разному. Наибольшие значения активности симпатической нервной системы до экзамена отмечены у студентов 3 курса. В том же потоке наблюдается наибольший процент людей, у которых до экзамена значения частоты сердечных сокращений были высокими. Установлены наибольшие значения общего объема V (General V value) аттрактора движения вектора состояния организма у студентов 3,4 курса (особенно у 4-го курса) перед экзаменом. У студентов 5 курса показатели V (General V value) оставались сравнительно низкими во всех состояниях. Таким образом, использование статистических методов обеспечивает диагностику различий в значениях отдельных параметров ВНС (в частности СИМ и ПАР). Однако эти различия проявляются в процентном отношении, например ПАР у третьекурсников изменялся менее чем на 30% перед и после экзамена. Вместе с тем расчет парамет-
ров реальных аттракторов (например, V) дает кратные различия. Различия в параметрах объема реального аттрактора движения ВСОЧ у студентов 4-го и 5-го курса перед экзаменами составили 14 раз, а после сдачи экзамена они - почти в 9 раз. Различия по параметрам реальных аттракторов более значимы и достоверны, чем различия с позиций стохастического подхода.
Литература
1. Геворкян Э.С. и др. // Ж. высш. нервн. деятельности.- 2003.- Т. 53, Вып. 1.- С. 46-50.
2. Дильман ВМ. Большие биологические часы. Введение в интегральную медицину.- М.: Знание, 1986.- 256 с.
3. Еськов ВМ. и др. Синергетика в клинической кибернетике. Ч. I. .- Самара: Офорт, 2006.- 233 с.
4. Еськов ВМ. и др. Программа идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в т-мерном фазовом пространстве / Свид-во об офиц. регистрации программы для ЭВМ № 2006613212, РОСПАТЕНТ.- М., 2006.
5. Стрелец, В.Б., Голикова Ж.В. // Ж. высш. нервн. деятельности.- 2001.- Т. 51, Вып.2.- С.166-170.
6. Щербатых Ю.В. // Приклад. информ. аспекты медицины.- 1999.- Т. 2, № 1.- С. 59-61
УДК 618.1
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ АТТРАКТОРОВ ВЕКТОРА СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА БЕРЕМЕННЫХ ПРИ ГЕСТОЗАХ В УСЛОВИЯХ ЮГРЫ
О.Е. ФИЛАТОВА*, К.А. ХАДАРЦЕВА**, С.М. ЧАНТУРИЯ*
Гестозы представляют собой осложнение нормально протекающей беременности, характеризующееся глубоким расстройством функций жизненно важных органов и систем и развивающееся в связи с беременностью. В связи с этим состоянием в женском организме снижается возможности защитных систем организма матери для адекватного обеспечения потребности развивающегося плода. В этих особых условиях физиологическая беременность с первых дней сопровождается комплексом динамических системных адаптационных реакций организма, направленных на поддержание гомеостаза в изменившихся условиях для обеспечения нормального развития плода. Нарушение процессов адаптации при нормально протекающей беременности вызывает многие осложнения гестационного процесса, одним из которых является гестоз. Особый отпечаток на этот процесс накладывают экологические факторы Севера РФ. Нет сомнений, что проблема жизни и деятельности человека в северных регионах очень сложна, многогранна и далека от своего окончательного разрешения. Она охватывает такие актуальные аспекты, как адаптация к этим условиям, выживаемость в экстремальных ситуациях, сохранение здоровья, экологические, социальные, психологические и другие аспекты. Попадая в суровые северные условия при переездах, женщины сталкиваются с рядом климатогеографических факторов. Напряжение организма при беременности и проживании в Югре ведет к неэкономному расходованию функциональных резервов, их истощению. Попытки объяснить наблюдаемые физиологические отклонения (в связи с проживанием на Севере РФ) в состояниях функциональных систем организма человека в рамках традиционных подходов, наталкиваются на определенные трудности. При этом увеличение сроков проживания на Севере, появление нового поколения в этих северных условиях порождает новые проблемы, особенно в репродуктивном возрасте.
В этой связи в данной работе рассматривается проблема определения особенностей женской патологии гестоза на территории севера РФ с позиций новых синергетических подходов, базирующихся на анализе параметров аттракторов больных и здоровых беременных женщин. Проводятся измерения показателей функциональных систем организма беременных женщин с гестозом и здоровых и на этой основе выполняется анализ данных функциональных систем организма у женщин здоровых и с патологией. С помощью анализа параметров аттракторов движения вектора состояния организма выявляются особенности показателей функциональных систем организма у здоровых беременных женщин и беременных женщин с диагнозом гестоз в том
**Сургу тский государственный университет
