Мониторинг безопасности человеко-машинных систем Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

© В.Т. Коваль, 2012 УДК 681

Коваль В. Т.

мониторинг безопасности человеко-машинных систем

ФБУ «1477 военно-морской клинический госпиталь флота», Владивосток Ключевые слова: человеко-машинные системы, безопасность

Появление новых технологий в повседневной медицинской практике существенно меняют некоторые представления об этиологии и патогенезе заболеваний. Вместе с тем, внедрение новых методов диагностики и лечения требует более тщательного осмысления технических и медико-биологических аспектов проблем мониторирования состояния здоровья человека в наиболее ответственные периоды жизнедеятельности. Контроль надежности челове-ка-оператора становится одним из решающих факторов техногенной безопасности больших групп населения и территорий. Нелишним будет еще раз представить некоторые особенности объекта предполагаемого мониторирования.

Производительность человеческого сердца многократно превосходит возможности любого из известных агрегатов. При собственной массе в 300 г за 70 лет непрерывной работы оно доставляет органам и тканям более 400 млн литров крови. При интенсивной нагрузке производительность возрастает многократно с 5-5,5 л/мин до 25-40 л/мин.

Сокращение желудочков сердца со смещением вниз и связанное с ним пассивное расширение предсердий оказывает «присасывающее» действие на кровь в центральных венах. Возникающий градиент давления незначительно отличается от нулевого уровня, но достаточен для начала наполнения предсердий. Такое же «присасывающее» действие, оказывают желудочки на кровь в предсердиях, когда возвращаются после сокращения к исходной форме и объему. Нарушение этого процесса называется диастолической дисфункцией и выявляется при эхо-кардиографии.

Изменение градиента давления в желудочках связано с их сокращением и повышением давления в правом до 25 мм. рт.ст., а в левом до 120 мм. рт.ст. Окончание сокращения совпадает с закрытием клапанов легочной артерии и аорты, отделяющих сердце от периферических сосудов. Эластичность аорты и крупных артерий, сопротивление току крови в периферических сосудах обеспечивают поддержание градиента давления и равномерное поступление крови на периферию при диастолическом давлении 80 мм. рт.ст. Таким образом, энергия сокращения желудочков образует градиент давления, приводящий кровь в движение. Фазовые изменения давления от

0 до 120 мм. рт.ст. в левом желудочке преобразуются в пульсовое давление 120-80=40 мм. рт.ст. Для

малого круга кровообращения пульсовое давление составляет 25-10=15 мм. рт.ст.

Общий объем крови у взрослого человека достигает 5-6 литров. Зная частоту сердечных сокращений и величину ударного объема, нетрудно подсчитать, что за 1 минуту перекачивается 5-6 литров крови, т.е. совершается полный кровооборот.

Представить факторы, обеспечивающие движение крови в сосудистом русле можно по аналогии с Законом Ома,

I

и

R

считая I - потоком крови, и - градиентом давления, R - сопротивлением сосудов. Пуазель (1835, 1840, 1841 гг.) выяснил, что при определенной длине сосуда объем протекающей жидкости зависит от ее вязкости, пропорционален градиенту давления, четвертой степени радиуса и обратно пропорционален длине сосуда.

4

<2 = к

р-г

X ’

0 = *-

где - объемный кровоток;

Р = Рс - Р5 те. градиент давления;

X - длина сосуда.

ЛГс-Р5\г‘

Я

где R - периферическое сопротивление сосудов.

Очевидно, что если Ъ - потребность органа в крови и является константой, как и длина сосудов X, то изменение радиуса сосудов может быть компенсировано только градиентом давления.

В референтных пределах артериального давления от 100/60 до 140/90 мм. рт.ст., например 120/80 мм. рт.ст. градиент давления составляет 120 - 80 = 40 мм. рт.ст. Отношение систолического давления к диастолическому G = 120/80 = 1,5. Поскольку при этом условии обеспечивается адекватный кровоток, то для его поддержания на желаемом уровне при увеличении периферического сопротивления и повышения диастолического давления, к примеру с 80 до 100 мм. рт.ст. необходимо выполнить условия:

X

G = 1,5 или ^00 = 1,5 где Х = 150 мм. рт.ст.

В этих обстоятельствах повышение систолического давления до 150 мм. рт.ст. можно считать компенсаторной реакцией. Полагаем, что при монито-

рировании артериального давления целесообразно принимать во внимание это обстоятельство.

Интенсивная нагрузка может привести к увеличе-

Интересно, что даже при значительном увеличении минутного объема крови градиент давления вырастает только на 15-20%. Имеются сведения о том, что скорость кровотока является одним из факторов, активизации эндотелиальных клеток, монослоем отделяющих кровь от гладкомышечных стенок сосуда. Контролируя диффузию воды, ионов, продуктов метаболизма, эндотелий выступает в роли своеобразной «таможни» гомеостаза. Появились данные об участии эндотелия в регуляции сосудистого тонуса. Отмечено, что во всех эндотелиальных клетках в нормальных условиях непременно присутствует оксид азота (N0) в качестве одного из факторов релаксации сосудов. Более того, действие большинства веществ, влияющих на тонус сосудов, опосредуется выделением из клеток эндотелия оксида азота. В образовании N0 из аргинина участвует фермент К0-синтетаза. Высвободившийся оксид азота химически нестабилен. Он легко проникает в гладкомышечные стенки сосудов, но быстро, в течение нескольких секунд инактивируется кислородом крови, гемоглобином и супероксидными анионами в просвете сосуда.

Эта особенность определяет исключительно локальное действие N0 в зоне его продуцирования. Поэтому повреждение участка эндотелия и нарушение выработки в нем оксида азота не может быть компенсировано за счет здоровых клеток вне этой зоны. Локальное же расширение просвета сосуда происходит при активации N0 гуанилатциклазы с образованием цАМФ и расслаблением гладких мышц. Контрагентом оксида азота, как вазодилятатора, является эндо-телин, способствующий сокращению гладких мышц. Этот медиатор синтезируется в эндотелии при участии тромбина, адреналина, ангиотензина, интерлейкина, клеточных ростовых факторов. Динамическое равновесие тонуса сосудов может быть нарушено и при окислительных «стрессах».

Эффективно подавляют продукцию оксида азота такие вазоконстрикторы, как эндопероксидаза, цитокины, фактор некроза опухоли, ангиотензин II. Возможно, избыток свободных радикалов не только инактивирует N0, но и повреждает клеточные мем-

нию минутного объема крови более, чем в пять раз, но не все ткани при этом обеспечиваются максимальным количеством крови (табл.).

браны. Высказываются предположения, что дисфункция эндотелия является одним из ранних этапов атеросклероза. Надо признать, что эти механизмы требуют дальнейшего изучения. Вместе с тем, нельзя не учитывать, что тонус сосудов влияет на периферическое сопротивление и является причиной компенсаторного повышения артериального давления для поддержания должного градиента и обеспечения адекватного кровотока. Попытка снизить артериальное давление в таких случаях может вызвать феномен «обкрадывания» тканей в бассейне пораженного сосуда. Топическая диагностика таких поражений и восстановление адекватного кровотока относятся к числу важнейших задач клинической медицины и обеспечения техногенной безопасности.

Расследования причин техногенных аварий и катастроф показывают, что доля «человеческого фактора» в них стала достигать 70-90% [5]. Совместная работа врачей и инженеров, конструкторов и специалистов в области общей терапии систем автоматизации и управления могла бы существенно изменить эту негативную тенденцию.

Признание и понимание проблемы повлекло за собой появление в программе ВУЗов новой инженерной специальности «656500 - безопасность жизнедеятельности».

Возможности человека-оператора могут быть повышены за счёт образования, специальной подготовки, автоматизации процессов управления, медицинского освидетельствования и профессионального отбора [4].

Анализ человеческой надёжности предполагает рассмотрение потенциальных причин её снижения. Вопросы профессиональной квалификации или злого умысла оставим на рассмотрение других специалистов. Нашей задачей является исследование возможности прогнозирования надёжности челове-ка-оператора с учётом психофизиологических особенностей организма, изменений состояния здоровья в процессе выполнения задания(вахты, полёты и пр.). Особое значение для предотвращения необратимых последствий в этих случаях имеют сиюми-

Таблица

Интенсивность кровоснабжения в покое и при нагрузке

ОТДЕЛЫ СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ В покое 5,5 л/м (100%) При нагрузке 25 л/м (100%)

Головной мозг 13 - 15% 3 - 4%

Сердце 4 1 % 3 - 5%

Печень и поджелудочно-кишечный тракт 20 - 25% 3 - 5%

Почки 20% 2,4%

Мышцы 13 - 15% 80 - 85%

Кожа 3 - 6 %

Жировая ткань, кости, костный мозг и др. 10 - 15% 1 -2%

нутные характеристики состояния оператора, в том числе при форс-мажорных обстоятельствах [3].

Система мониторинга должна основываться на комплексе взаимосогласованных динамично изменяющихся показателях, отслеживаемых в режиме реального времени с построением математической модели «оператор-система наблюдения-рабочее место».

Такая система должна быть необременительной для оператора, неинвазивной, устойчивой к внешним воздействиям, портативной.

Несмотря на появление новейших методов диагностики, в наибольшей мере предъявляемым требованиям отвечает электрокардиография. Современные технологии получения электрокардиограмм, уникальность получаемой информации делают её основным методом контроля состояния сердечнососудистой системы.

Вместе с тем, до настоящего времени не удалось создать единую теорию происхождения электрокардиограммы. Это обстоятельство осложняет интерпретацию показателей ЭКГ, вынуждает использовать условные нормы и правила в форме определённых кодов. Наибольшее признание и распространение получил «миннесотский код», принятый ВОЗ [1]. Машинная обработка электрокардиограмм на базе этого кода получает всё большее распространение.

Методика суточного мониторирования, впервые использованная в 1961 г. Norman J. Holter, и в дальнейшем получила его имя. Холтеровское монито-рирование позволяет регистрировать преходящие эпизоды каких-либо нарушений в состоянии сердеч-

но-сосудистой системы, которых могло и не быть в момент регистрации «обычной» ЭКГ. Однако, при всех своих несомненных достоинствах, суточное мо-ниторирование, на наш взгляд, имеет существенный недостаток, так как анализ электрокаодиограммы выполняется спустя сутки после произошедшего события нарушения. К сожалению, не исключены случаи фатальных исходов даже в ходе мониторирования.

Таким образом, в этой связи мы полагаем необходимым и целесообразным разработку систем, реагирующих на динамику изменений ЭКГ с целью предотвращения неблагоприятных исходов нарушений в работе сердечно-сосудистой системы и, следовательно, риска технических катастроф.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Воробьев А.С. Электрокардиография. - СПб.: Сова, 2003. 189 с.

2. Гогин Е.Е. Гипертоническая болезнь: Новое в диагностике и лечении. - М.: Известие, 1997. 146 с.

3. Коваль В.Т., Диагностическая ценность некоторых методов исследования при язвенной болезни: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Владивосток, 1988. С. 73-75.

4. Коваль В.Т., Татаркина Н.Д. Ишемическая болезнь и региональные нарушения гемодинамики: Тез. докл. науч.-практ. конф. - Томск, 2001. С. 61.

5. Татаркина Н.Д., Коваль ВТ., Окунь Б.В., Пономаренко Ю.В. Кровообращение двенадцатиперстной кишки при язвенной болезни. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1999. 84 с.

Koval V.T. Security monitoring man-machine systems. FBU ”1477 Naval Hospital, Navy”, Vladivostok.

Keywords: man-machine systems, security Сведения об авторе:

Коваль Василий Трофимович, к.м.н., заведующий отделением функциональной диагностики ФБУ «1477 ВМКГ флота», тел.: 8(423)275-35-63, e-mail: fregat80@mail.ru

© В.Т. Коваль, Е.В. Коваль, 2012 г УДК 615.849.08(075)+331.101:612.017

Коваль В. Т. , Коваль Е. В.

гипертрофия миокарда в прогнозировании надежности профессиональной деятельности военнослужащих

ФБУ «1477 военно-морской клинический госпиталь флота», Владивосток Ключевые слова: гипертрофия миокарда, профессиональный отбор, военнослужащие

В последнее время наметилось и становится все более очевидным отставание физиологических возможностей человека от возможностей различных технических систем. Доля «человеческого фактора» в техногенных авариях и катастрофах превышает 40%. Частично проблема решается автоматизацией систем управления. Однако в период военной службы необхо-

димо учитывать, что в нестандартных ситуациях человек-оператор может оказаться более эффективным, чем автоматика.

Значительные отличия индивидуальных показателей военнослужащих следует рассматривать с учетом некоторых общих закономерностей физиологии суточной активности. Суточные изменения физиологических