CC BY
273
14
Системы мониторинга и диагностики здоровья
УДК 614.2
Самойлов В. О., д-р мед. наук, лектор Всероссийской молодежной научной школы «Биомедицинская инженерия — "БМИ-2009"»(СПб., 26-30 окт. 2009 г.), посвященной проф. В. М. Ахутину Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Методология и методы оценки функционального состояния человека
Ключевые слова: функциональное состояние, поли- и монопараметрическая оценка, параметр % (кси)
В статье дано определение функционального состояния человека, изложены методологические принципы и методы его оценки. Приведены примеры использования этой методологии в решении физиологических и эргономических проблем. Обосновано применение параметра, характеризующего интенсивность клеточного дыхания, для монопараметрического исследования функционального состояния человека.
В связи с возрождением знаменитых Ахутин-ских школ биологической и медицинской кибернетики (БИМК) в форме школы по биомедицинской инженерии (БМИ) уместно вспомнить, что в течение более двух десятилетий в день открытия читалась лекция, посвященная оценке функционального состояния человека, рассматриваемого в качестве важнейшего звена системы «человек—машина». Много лет эту лекцию читал выдающийся физиолог профессор В. А. Шидловский, а после его преждевременной кончины профессор В. М. Ахутин в начале 1980-х годов поручил ее автору данной статьи.
В. А. Шидловскому принадлежит основополагающее положение, согласно которому оценка функционального состояния человека и оценка состояния его физиологических функций требуют разных подходов и строятся на разных принципах, причем удержание физиологических (в частности, гомеостатиче-ских) констант в пределах так называемой «нормы» служит не целью существования организма, а средством обеспечения необходимого («должного» — по Н. Н. Савицкому [1]) уровня обмена веществ и энергии [2]. Ничто в отдельности не может быть целью гомеостатирования, поскольку выживание организма требует сохранения его как целостной, устойчивой и в то же время динамической системы в условиях беспрестанно изменяющейся внешней среды.
Стратегия регулирования биологической системы состоит в том, чтобы при любых условиях она сохраняла жизнеспособность. «Что такое жизнь? — спрашивал И. П. Павлов слушателей своей лекции, и сам отвечал на этот вопрос: — Если стоять на фактической стороне дела, то придется выразиться до некоторой степени забавно. Жизнь есть сохранение жизни» [3]. Таков смысл физиологиче-
Профессор В. А. Шидловский (справа) и В. О. Самойлов на школе БИМК (1978)
ского термина — приспособление организма к среде, поскольку оно сводится к взаимодействию элементов сложной биологической системы между собой и всего их комплекса с окружающей обстановкой.
В процессе взаимодействия организма с внешней средой достигается главнейшая цель — выживание и сохранение организма как целостной системы, т. е. в любых условиях организм стремится гомеостатировать себя как целое, иногда даже жертвуя отдельными функциями (частями).
Идея о постоянстве внутренней среды (крови, лимфы, ликвора, интерстиция) организма как «необходимом условии свободной жизни высших животных» была высказана К. Бернаром (1856). Он же дал великолепный образ этого состояния: внутренняя среда служит «оранжереей» для клеток. А в оранжерее не один, а все параметры среды должны быть адекватны обеспечению жизнеспособности растений (в организме — клеток). Поэтому
№ 6/2009 |'
биотехносфера
нельзя считать корректным признание физического или химического (или, что еще хуже, любого парциального, например кальциевого, гормонального) гомеостаза. Это комплексное понятие, что и имел в виду У. Кеннон, первым употребивший в 1928 г. слово «гомеостазис» в качестве названия для состояния, которое ранее охарактеризовал К. Бер-нар. В 1960-е гг. вместо слова «гомеостазис» (в переводе с греческого — «одинаковое состояние») стали употреблять слово «гомеостаз», что переводится как «одинаковое стояние или остановка». Тем самым исказился сам смысл того, что внесли в физиологию К. Бернар и У. Кеннон. К сожалению, современные словари допускают это искажение.
Функциональное состояние человека невозможно охарактеризовать простой совокупностью показателей отдельных функций организма в рамках или за рамками поддержания физиологических констант. Главным признаком хорошего состояния принято считать слаженность организма, его способность сохранять себя как целостную систему взаимодействующих элементов при изменениях окружающей среды, в частности при нагрузках и экстремальных состояниях. П. К. Анохин ввел точный термин для характеристики целостности живой системы, говоря не о взаимодействии, а о взаимосодействии ее элементов [4].
В физиологии труда и эргономике функциональное состояние определяется как «комплекс наличных характеристик тех функций и качеств, которые прямо или косвенно обусловливают выполнение заданной деятельности» [5]. Здесь подчеркнута непосредственная связь показателей функционального состояния с эффективностью труда и работоспособностью человека.
В развитие этого определения словарь физиологических терминов акцентирует внимание на адекватности системных физиологических реакций человека потребностям трудовой деятельности и называет определяющим критерием функционального состояния характер интеграции функций в организме [6].
Интегральные параметры функционального состояния должны включать не только показатели работоспособности человека и эффективности его
I Академики А. И. Берг и П. К. Анохин
трудовой деятельности, но и результаты объективной количественной оценки физиологических процессов и, что очень важно, функционирования ре-гуляторных систем организма, обеспечивающих его целостность благодаря интеграции функций. По мере того как в оценку функционального состояния человека внедрялись методы исследования различных проявлений его жизнедеятельности, достижениями физиологии труда и эргономики стала пользоваться клиническая медицина.
Существуют два подхода к оценке функционального состояния человека: полипараметрический и монопараметрический. Для понимания особенностей каждого из них целесообразно вспомнить классификацию так называемых сфер проявления жизнедеятельности человека, предложенную К. Биша (Bi.ch.at) в начале XIX в. По мысли автора, жизнедеятельность человека проявляется в вегетатике, соматике и психике. Комплексный подход к оценке функционального состояния человека должен, очевидно, включать объективное исследование и вегетатики, и соматики, и психики.
Анализ многочисленных работ, посвященных функциональному состоянию, показывает, что достичь гармонии в изучении всех трех сфер проявления жизнедеятельности человека удается немногим. Одни исследователи изучают преимущественно вегетатику, другие — соматику. По мнению автора, сейчас неоправданно доминируют психофизиологические исследования функционального состояния.
Самой трудной проблемой полипараметрической оценки функционального состояния человека является синтез показателей, полученных при аналитических исследованиях. Результаты анализа бывают столь разнонаправлены, что нередко ставят врача в тупик, особенно при функциональных пробах. Некоторые параметры жизнедеятельности могут изменяться в пределах физиологической нормы, другие — выходят за них, причем одна часть таких «зашкаливаний» может интерпретироваться как благоприятный феномен, другая — как свидетельство угрожающего жизни и даже несовместимого с ней состояния. Как привести такие результаты к «общему знаменателю», чтобы сделать правильный вывод о функциональном состоянии пациента?
В клинике и эргономике довольно удачно рассчитывали весовые коэффициенты при различных показателях функционального состояния на основе теории многофакторного анализа и статусмет-рии. Внедрение компьютеров позволило решать такие задачи по оценке функционального состояния, которые раньше были просто нерешаемыми.
Для определения весовых коэффициентов при разработке критериев работоспособности корабельных специалистов на основе изучения их функционального состояния довольно успешно использовались коэффициенты корреляции между каждым из параметров исследованных вегетативных, соматических, психических функций и прямым показателем работоспособности — количеством ошибок, допускаемых моряками-операторами при исполнении в море своих обязанностей [7].
биотехносфера
| № 6/2009
Исследования, подтвердившие возможность динамического прогнозирования функционального состояния и работоспособности корабельных специалистов в плавании, базировались на таком математическом аппарате, как цепи Маркова.
Наряду с полипараметрическим направлением оценки функционального состояния до сих пор успешно применяется и монопараметрическое. К нему прибегают не только «от бедности». Во многих случаях, включая и экстренную оценку функционального состояния в экстремальной ситуации, удается ограничиться всего одним показателем. Для этого целесообразно использовать какой-либо из показателей функционирования регуляторных систем организма, поскольку в них интегрируется вся его деятельность. Именно поэтому даже один из показателей регуляторных процессов способен выполнить в какой-то мере миссию интегрального параметра функционального состояния.
Монопараметрическая оценка состояния возможна, к примеру, на базе определения вариативности частоты сердечных сокращений, динамики кровенаполнения подкожных сосудов, с чем, по-видимому, связаны кожно-гальваническая реакция (КГР), интенсивность инфракрасного излучения кожи, эффект Кирлиан и т. п. Можно полагать, что к этой категории исследований функционального состояния относятся и методы восточной медицины. Развитие утомления оценивают по нарушению аккомодации органа зрения.
Вместе с тем интегральным показателем функционального состояния организма может служить параметр £ (кси), характеризующий интенсивность клеточного дыхания тканей человека in situ. Параметр кси представляет собой отношение интенсивности собственной флуоресценции восстановленных пиридиннуклеотидов (НАДН) на X = 460 нм и окисленных флавопротеидов — на X = 520 нм [8,9].
Благодаря тому что биоэнергетические процессы, по словам И. М. Сеченова, составляют «суть жизни», их количественные флуориметрические показатели весьма информативны для интегральной оценки функционального состояния организма. Не случайно Н. Н. Савицкий [1] выводил должные значения минутных объемов дыхания и кровообращения из параметров биоэнергетики. Уровень метаболизма служит, на языке кибернетики, уставкой всем вегетативным процессам (рис. 1).
Параметр £ стал в наших исследованиях высокочувствительным индикатором реакций организма на различные воздействия внешней среды: не-ионизирующие излучения (во всем диапазоне электромагнитного спектра) и токсические факторы (включая ксенобиотики). Наибольшей чувствительностью обладает методика исследования реакций клеточного дыхания на стандартный раздражитель, предъявляемый на фоне действия изучаемого фактора внешней среды.
Биофизические исследования и новые медицинские технологии, в которых применяется флуори-
Рис. 1\ Метаболизм — уставка вегетативным процессам
метрическое изучение транспорта электронов в молекулярных ансамблях живых клеток, хорошо обеспечены метрологически. Прижизненная флуо-риметрия дает, кроме статических показателей, динамические характеристики биологических систем, так как позволяет проводить функциональные пробы и исследовать зависимости типа «доза— эффект». Это обеспечивает в клинике надежную диагностику заболеваний и вместе с тем служит инструментом экспериментального изучения интимных механизмов их патогенеза у больного, а не только на экспериментальных моделях.
Таким образом, для оценки функционального состояния человека используют полипараметрический и монопараметрический подходы, но в обоих случаях оценивается интеграция функций в организме, в чем проявляются его слаженность, качество взаимодействия всех частей целостной системы.
| Л и т е р а т у р а |
1. Савицкий Н. Н. Биофизические основы кровообращения и клинические методы изучения гемодинамики: изд. 3. М.: Медицина, 1974. 312 с.
2. Шидловский В. А. Системный анализ вегетативных функций//Вопросы кибернетики. 1977. Вып. 36. С. 5-21.
3. Павлов И. П. Pro et contra/Сост., библ. очерк и прим. Ю.П.Голикова,К.А.Ланге. СПб.: РХГИ, 1999. С. 149.
4. Анохин П. К. Очерки по физиологии функциональных систем. М.: Медицина, 1975. 91 с.
5. Медведев В. И. Функциональное состояние оператора. Эргономика. Принципы и рекомендации. М., 1970. Т. 1. С. 127-160.
6. Словарь физиологических терминов. М., 1987. 408 с.
7. Самойлов В. О., Кулешов В. И., Маренко Ю. А. Оценка функционального состояния и работоспособности моряков//В кн.: Человек и море. СПб.: СПбГЭТУ, 1994. С. 11-15.
8. Самойлов В. О. Биологические основы исследования флуоресценции живых тканей для решения медицинских задач//Научно-технические ведомости СПбГТУ. 1998. № 2-3 (12-13). С. 55-60.
9. Самойлов В. О., Барский И. Я., Бигдай Е. В., Кру-пенчук А. И., Шабалин В. В., Асанов О. Н. Прижизненная флуориметрия в физиологии и клинике// Медицинская техника. 1997. № 3. С. 3-7.
№ 6/2009 I'
биотехносфера
