CC BY
34
УДК: 617.75 - 02:613.955 - 681.513
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЗРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЕТЕЙ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ В ШКОЛЕ
Фрагменты приоритетных тем МОЗ Украины "Гігієнічні аспекти донозологічних станів та їх корекція у підлітків в умовах навчальних закладів різного рівня освіти" (номер державної реєстрації 0199и001768); "Обґрунтування і впровадження системи регіонального моніторингу здоров’я дітей та підлітків в умовах реформування первинної медико- санітарної допомоги населенню України" (номер державної реєстрації 0108и005248)
Тема слабого здоровья выпускников школ последнее время наиболее обсуждаема как в Украине, так и в сопредельных государствах. К решению проблемы здорового развития детей сейчас привлечено пристальное внимание общества. В Украине лишь каждый десятый ученик выходит из школы здоровым - другие страдают гастритами, неврозами, близорукостью, болезнями позвоночника [3,4,8]. За время обучения в школе у детей падает зрение, нарушается осанка, развивается сколиоз, отмечается высокий уровень поражения кариесом. У каждого третьего ребенка развивается близорукость, четвертого - проблемы с желудком, у каждого пятого - заболевания сердечно-сосудистой, мочеполовой, эндокринной и других систем [3,8].
Ежегодно в Украине регистрируется около 500 тысяч детей со сниженным зрением. Самыми распространенной причиной снижения зрения в школе является близорукость [4,5]. Близорукость среди детей прогрессирует стремительно, количество детей со сниженным зрением растет не то что с каждым годом, а каждые несколько месяцев. Два десятилетия назад только (5-7)% детей в классе имели плохое зрение. Сейчас этот процент растет среди учеников младшей и средней школы, а уж среди старшеклассников доходит до (50 -60)% [1,8,9].
В механизме развития близорукости, возникающей в период детства, выделяют три основных звена: 1) зрительная работа на близком расстоянии и ослабленная аккомодация; 2) наследственная обусловленность; 3) ослабленная склера и внутриглазное давление [1,5 -7]. Первые два звена сложно взаимодействуют уже на начальном этапе развития близорукости, причем степень участия каждого из них может быть различной. Третье звено обычно пребывает в потенциальном состоянии и проявляет себя в стадии развитой миопии.
Таким образом, в процессе обучения в школе основная проблема - чрезмерная зрительная нагрузка, получаемая детьми. Следует отметить, что за последнее десятилетие учебный план школьников увеличился на десятки часов, а программы обучения стали более сложными [3-5,7,10].
Современные дети испытывают повышенную нагрузку на зрительный аппарат чуть ли не с рождения. Мультфильмы по телевизору, компьютерные обучающие программы, а затем и игры, программы раннего чтения и письма. Даже то, что детей стали отдавать в школу не в семь, а в шесть лет, значительно увеличило риск развития близорукости уже в младшем школьном возрасте.
Вследствие зрительных нагрузок возникает спазм аккомодации - предмиопия. Следующие этапы - начальная и прогрессирующая миопия. Есть даже такой термин -«школьная миопия» [1,4,6]. Обычно в школьные годы возникает миопия слабой степени, которая достигает значений 2-3 диоптрии и не прогрессирует. Это та миопия, которую можно рассматривать как механизм адаптации к постоянному восприятию объектов на близком расстоянии, она позволяет ребенку, а потом и взрослому прекрасно видеть вблизи, но приводит к снижению зрения вдаль.
Рост глазного яблока продолжается до 14-15 лет. Соответственно с этим меняется преломляющая сила глаза и все основные зрительные функции: цветовая и контрастная чувствительность глаз, фузионная и аккомодационная способности. Фактически рост и формирование зрительной системы, развитие ее основных функций приходится именно на
школьные годы и влияние учебной нагрузки на эти процессы значительное [6,7,9,10]. Ко времени совершеннолетия примерно пятая часть школьников, из-за близорукости, ограничена, в той или иной мере, в выборе профессии. Прогрессирование близорукости может вести к серьезным необратимым изменениям в глазу и значительной потере зрения.
В основном о зрительном благополучии судят по остроте зрения. Если она равна единице, то считается, что ребенок здоров. Однако среди школьников существует достаточно многочисленная группа, в которой стопроцентное зрение не подтверждено достаточными функциональными резервами (аккомодации, конвергенции, фузии). Такие дети работают на пределе своих возможностей. Они составляют скрытую группу риска развития зрительной патологии и, прежде всего, близорукости. Таким образом, исследование механизмов формирования предпатологических и патологических состояний зрительной системы детей в процессе обучения в школе в разные возрастные периоды в настоящее время является актуальной задачей.
В связи с этим выявляется объективная необходимость разработки методов прогнозирования применительно к самым начальным или еще скрытым стадиям зрительной патологии, а также к состояниям, которые предшествуют ее развитию.
Целью работы было прогнозирование исхода формирования зрительной системы детей в процессе обучения в школе с использованием ассоциативной нейронной сети.
Материал и методы исследования. В исследовании приняли участие учащиеся 1 - 11 классов одной из школ Харькова. У всех учащихся определялись острота зрения (ОЗ) правого и левого глаз и бинокулярно, характер зрения и ведущий глаз, ближайшая точка конвергенции (Бтк), положительные и отрицательные резервы аккомодации (Ра), фузионные резервы (Фрк - конвергентные и Фрд - дивергентные). Всего 10 показателей. После проведения расширенного офтальмологического осмотра из группы испытуемых были исключены лица, имеющие явную офтальмологическую патологию (миопия, гиперметропия, астигматизм, косоглазие и др.), проявляющуюся снижением зрительных функций. Была сформирована группа испытуемых из 1139 человек в возрасте от 7 до 16 лет. Анализ данных с использованием ассоциативной нейронной сети проводился по пяти возрастным группам (7-9, 10-11, 12-13, 14-15, 16-17 лет) с учетом пола. В данном исследовании решалась задача компрессии информации с помощью многослойной автоассоциативной искусственной нейронной сети прямого распространения (bottle-neck), построенной на формальных нейронах с полиномиальной функцией активации вида [2,11]:
^j(uj) =
= 1,5
Uj
uj (kb-^(k)
(Ї)
где и . - внутренний сигнал активации і -го формального нейрона;
£=1,2,3,...-текущее дискретное время; -1<\^(ир<1; -1<^<1.
Данная активационная функция обладает стандартными свойствами сигмоидальных функций, то есть является монотонной, возрастающей, ограниченной и имеет отличную от нуля производную на всей области определения.
Алгоритм обучения формального нейрона, построенный на основе активационной функции вида (1), позволяет существенно повысить скорость настройки синаптических весов формального нейрона, схема которого приведена на рис.1.
(Uj)
Tj^j
UJ» У j (k)
xi(kp
X2(kP
xn Mo-
Рис. 1. Схема формального нейрона с полиномиальной функцией активации.
Рис.2. Относительная динамика численности групп с высокими зрительными функциями.
з
Предлагаемая для компрессии данных нейронная сеть состоит из трех слоев, образованных нейронами с полиномиальными функциями активации. Число нейронов первого скрытого и выходного слоев совпадает с размерностью входного пространства и принимается равным п, в нашем случае п = 10. Число нейронов второго скрытого слоя принимается т<п и определяется степенью сжатия информации. Выходной сигнал каждого слоя является входным сигналом для последующего слоя. Процесс обучения нейронной сети сводится к настройке матриц синаптических весов , э=1,2,3, путем минимизации принятой целевой функции. В данном случае в качестве обучающего используется сам входной сигнал, подлежащий компрессии. В результате использования указанной процедуры, после сжатия данных до трех признаков в каждой возрастной группе испытуемых женского и мужского пола, были выделены по два класса.
Результаты исследования и их обсуждение. Нами проведен анализ функциональных показателей зрительной системы, характеризующий каждый из полученных классов. Данный анализ позволил выявить два возможных варианта изменения показателей с увеличением возраста и определить группу риска развития зрительной патологии. Средние значения функциональных показателей зрительной системы школьников, отнесенных к двум классам, представлены в таблице 1. В группе риска развития близорукости (класс 1), выявленной в результате компрессии данных, функциональные показатели зрительной системы имеют значения ниже возрастных норм [9]. Особо обращают на себя внимание более низкие, чем во втором классе, значения Ра и Фр. Такие значения показателей позволяют прогнозировать развитие зрительной патологии, которая может возникнуть при длительной зрительной работе на близком расстоянии. Ра характеризуют возможности аккомодации, а Фр - бинокулярного зрения. Низкие значения Ра могут свидетельствовать о предспазме и спазме аккомодации, которые предшествует развитию близорукости. Низкие значения Фр указывают на слабость бинокулярных функций. При наличии гетерофории или значительной асимметрии функциональных показателей глаз зрительной системы у лиц с низкими фузионными возможностями в младшем школьном возрасте возможно развитие явного косоглазия или нарушения в аппарате бинокулярного зрения.
Таблица 1
Средние значения функциональных показателей зрительной системы школьников
Мальчики
Возраст/ годы п класс Бтк Ра РаСЮ+ РаОБ+ Фрк Фрд
7-9 76 1 4,6+ 1,4 3,1 + 1,6 2,8+ 1,3 7,4± 2,4 0,7 ± 0,2
67 2 4,0+ 1,2 5,2+ 1,7 4,8+ 1,8 10,5 ± 2,7 5,2 ± 1,4*
10-11 85 1 4,8+ 1,8 4,1 +1,8 3,9+ 1,1 11,1 ± 3,4 3,6± 1,2
112 2 4,5± 1,3 7,3 ± 1,2* 7,7 ±1,1* 13,4 ± 3,7 5,5± 1,6
12-13 69 1 5,1 + 1,8 4,9+ 1,6 4,6± 1,8 10,4 ± 2,7 1,4± 0,4
59 2 4,8± 1,8 5,3 ± 1,6 4,9± 1,8 11,9 ± 3,2 1,9 ± 0,3
14-15 73 1 5,7+ 1,4 4,8+ 1,9 4,3± 1,2 10,1 ±3,2 0,9± 0,3*
37 2 4,8± 1,7 7,7± 1,5 7,6± 2,0 14,1 ±4,0 3,4± 1,2
16 -17 11 1 6,4 + 2,1 3,7 +0,2 3,6± 0,4 12,7 ± 3,5 0,5 ± 0,1
49 2 5,2± 1,8 7,2 ±2,2* 6,8± 2,0* 11,0 ± 2,5 1,0 ± 0,1*
Девочки
7-9 67 1 5,1 +2,0 3,7+ 1,9 3,6± 2,1 10,8 ± 2,7 4,9± 1,3
31 2 3,7 ± 0,8 3,7 ± 1,6 4,0± 2,0 8,6± 3,0 1,2 ±0,3*
10-11 150 1 4,5+ 1,6 4,4+ 1,2 4,3 ±1,1 10,9 ± 3,3 3,8± 1,4
30 2 4,2 ±1,1 8,9 ± 2,7* 9,2± 2,8* 19,6 ±4,2* 8,4 ±2.2*
12-13 76 1 5,8 + 2,1 3,3+ 1,1 3,5± 1,6 10,2 ± 2,3 1,2± 0,2
47 2 4,6 ± 1,6 6,8 ± 1,8* 6,6 ±1,1* 13,4 ± 4,2 1,9 ± 0,3
14-15 77 1 6,4+ 2,6 3,6+ 1,2 3,5 ±1,1 11,0 ± 2,3 2,1 ±0,7
36 2 4,5± 1,3 7,8 ± 2,8* 7,8± 2,5* 14,9 ± 4,1 1,8 ± 0,3
16 -17 69 1 5,6+ 1,3 5,3+ 1,1 5,3± 1,4 12,9 ± 4,2 1,8 ± 0,4
7 2 3,4 ± 0,7 6,7 ± 0,8 7,0 ± 1,2 10,9 ± 3,2 1,4 ± 0,1
п - количество школьников в выделенном классе;
* - различия в значениях показателей первого и второго классов достоверны (Р<0,05)
Анализирую значения показателей, приведенных в таблице 1, можно увидеть, что в одной возрастной группе для разных классов Фр различаются в меньшей степени, чем Ра. Как показали исследования в возрастном аспекте изменения зрительных функций у девочек и мальчиков происходят по-разному.
По нашему мнению это может быть связано с физиологическими особенностями развития мужского и женского организма в детском и подростковом возрасте. На рис. 2 приведены графики относительного изменения числен-ности выявленных групп с высокими значениями зрительных функций в процессе обучения в школе. Эти графики наглядно демонстрируют неблагоприятные периоды, когда наблюдается явная тенденция снижения абсолютных значений показателей зрительной системы и уменьшения количества лиц с высокими зрительными функциями.
На период школьного обучения приходится окончательное формирование зрительной системы, которое происходит с момента рождения ребенка до 15-16 лет. По рис.2 очевидно, что к 16 годам число лиц с высокими зрительными функциями достигает максимума. Тогда как у других лиц формируется явная патология, характеризующаяся низкими значениями функциональных показателей зрительной системы и снижением остроты зрения.
По результатам нашего осмотра в первом классе 30% детей имели остроту зрения ниже единицы. К окончанию школы имели сниженное зрение 25% юношей и 39% девушек [6,9]. При проведении компрессии данных лица, имеющие остроту зрения ниже 0,8-0,9, не учитывались, поэтому полученные нами объемы групп риска несколько ниже описанных в литературе. К окончанию школы эти группы по полученным нами данным составили 18% лиц мужского пола и 20% лиц женского пола. Хотя в процессе обучения эти группы были более многочисленными, если учитывать школьников, имеющих сниженную остроту зрения.
Таким образом, использование ассоциативной нейронной сети для компрессии данных позволило проанализировать динамику функциональных показателей зрительной системы в процессе обучения в школе, выявить различия по этим показателям у лиц женского и мужского пола, выявить наиболее неблагоприятные периоды формирования зрительной системы. Проведенные исследования показывают перспективность использования нейросетевых технологий для компрессии данных медицинских исследований и прогнозирования развития патологии.
о
1. Аветисов Э. С. Близорукость / Э. С. Аветисов — М. : Медицина, 1999. — 239 с.
2. Е. В. Бодянский . Алгоритм обучения формального нейрона с полиномиальной активационной функцией / Бодянский Е. В., Полушкина (Тесленко) Н. А. II Радиоэлектроника и информатика. 2003. № 4. С. 45—48. 3.3доровье и образование детей (статистические данные) - На сайте http://www.mma.ru /library /online/academy/statist^print^
4. Каждый год у 500 тыс. украинских детей падает зрение — На сайтах gorod.dp.ua/news /news.php?id^3334, www.health-ua.com/articles/256Q.html
5. Кочина М. Л. Современные факторы визуального воздействия и их влияние на зрительный анализатор школьников / М. Л. Кочина, Л. В. Подригало, А. В. Яворский II Международный медицинский журнал. — Ї999. —Т. 5, № 2. — С. Ї33—Ї35.
6. Кочина М. Л. Визуально-агрессивное окружение ребенка и “школьная миопия” / М. Л. Кочина, А. В. Яворский, Н. М. Маслова II Гигиена населенных мест. — Киев, 2001. — Вып.38. — Том ІІ. — С. 355— 357.
7.Кучма В.Р. Как сохранить здоровье детей в процессе обучения? — На сайте http://zdd.1september.ru/articlef.php?ID=2QQ6QQ1Q2
8. Маслова Н.М. Динаміка функціональних показників зорової системи дітей і підлітків в процесі навчання у школі: Автореф.дис... к.мед.наук: 14.03.03 - нормальна фізіологія / Донецк. держ мед. універ.— Донецьк, 2005.— 20с.
9. Офтальмологические аспекты визуального окружения современного человека I Кочина М. Л., Подригало Л. В., Яворский А. В., Маслова Н. М. ИОфтальмологический журнал. — 200Ї. — № 6. — С. 54—57.
Ї0. Профилактика донозологических расстройств зрения у школьников как гигиеническая проблема / М. В. Кривоносов, М. Л. Кочина, Л. В. Подригало [и др.] // Довкілля та здоров'я. — № 4 (Ї9). — 200Ї. — С. 56—58. 11. Тесленко Н. А. Алгоритм обучения автоассоциативной искусственной многослойной нейронной сети / Н. А. Тесленко II Бионика интеллекта. — 2QQ4. — Вып. 61 (ї). — С.103 — Ї06.
ПРОГНОЗУВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ФОРМУВАННЯ ЗОРОВОЇ СИСТЕМИ ДІТЕЙ В ПРОЦЕСІ НАВЧАННЯ У ШКОЛІ Кочина М.Л., Лад С.М., Тесленко Н.О.
Для дослідження динаміки зорових функцій дітей в процесі навчання у школі та прогнозування розвитку зорової патології було використано багатошарову нейрону мережу на базі поліноміальної функції активації. Використання автоасоціативної нейронної мережі з метою компресії даних дозволило проаналізувати динаміку функціональних показників зорової системи в процесі навчання у школі, визначити відмінності по цим показникам у осіб чоловічою та жіночої статі та встановити найбільш несприятливі періоди формування зорової системи.
Ключові слова: зорова система, нейронна мережа, функціональні показники.
THE PROGNOSTICATION OF THE RESULTS OF VISUAL SYSTEM FORMING DURING THE STUDY AT SCHOOL Kochina M.L., Lad S.N., Teslenko N.O.
The multilayer neural network based on polynomial activation function is used for study of children visual function dynamics during school training and for prediction of the visual pathology development. The uses of autoassociative neural network for data compression are permitted to analyze the dynamics of functional rates of visual system during school training and detect differences of using this rates between male and female and diagnose the most unfavorable periods of visual system formation.
Keywords: visual system, neural
network, functional rates.
УДК 616.1: 616.45-001.1/3 - 08
КЛІНІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ КОМБІНОВАНОЇ ТЕРАПІЇ ТА ОЦІНКА ЇЇ ВПЛИВУ НА СТРУКТУРНО-ФУНКЦІОНАЛЬНІ ПОКАЗНИКИ МІОКАРДУ У ХВОРИХ НА ГІПЕРТОНІЧНУ
ХВОРОБУ
Провідне місце в структурі серцево-судинних захворювань (ССЗ) займає артеріальна гіпертензія (АГ), яка є найбільш частою причиною розвитку таких ускладнень, як інфаркт міокарду (ІМ), мозковий інсульт, хронічна серцева недостатність (ХСН) та інші. За даними Фремінгемського дослідження підвищення артеріального тиску (АТ) всього на 10 мм рт. ст. викликає зростання ризику розвитку ССЗ на 30% [Ї7]. Тому основною метою лікування хворого з АГ є зниження загального ризику серцево-судинної захворюваності і смертності. В основі медикаментозної терапії АГ лежить підбір оптимальної комбінації препаратів, що патогенетично впливають на найбільший перелік критеріїв стратифікації ризику, ефективних і безпечних, в тому числі при їх одночасному використанні. В еру доказової медицини особливо важливою є обґрунтованість застосування конкретного препарату, що отримана в багатоцентрових рандомізованих дослідженнях.
Інгібітори ангіотензинперетворюючого ферменту (ІАПФ) на сьогоднішній день являються однією з груп препаратів першої лінії для лікування АГ і ХСН і продемонстрували в численних клінічних дослідженнях свою здатність не тільки ефективно контролювати перебіг АГ, а також проявляти кардіо-, нейро- та нефропротекторні властивості. До найважливіших переваг ІАПФ як класу є їх метаболічна нейтральність. За даними нещодавно проведеного в Україні популяційного дослідження препаратом з групи ІАПФ, що найбільш часто використовується, є еналаприл [Ї]. Це цілком виправдано, тому що серед всіх ІАПФ еналаприл має самий широкий перелік показів до застосування, до того ж у цього препарату достатньо велика і переконлива доказова база: 14 завершених досліджень, в яких взяли участь більше 30 тисяч пацієнтів, у тому числі десяти досліджень (27961 пацієнт) з «твердими» кінцевими точками (кардіальна смертність, ІМ, мозковий інсульт), і семи досліджень (12791 пацієнт), в яких була доказана здатність еналаприлу знижувати загальну смертність. Доведена здатність довготривалої терапії еналаприлом поліпшувати прогноз життя хворих з АГ в тій же мірі, що і інші основні класи антигіпертензивних препаратів (TOMSH, STOP-Hypertension 2) [ЇЗ, Ї8], а в деяких випадках і перевищувати їх (ABCD, ANBP2) [20], до того ж забезпечувати кардіопротекторний ефект (CATCH, PRESERVE ) [Ю, Ї2]. Згідно сучасних даних, для досягнення цільового рівня АТ біля
