CC BY
38
По результатам расчетов установлено, что перемещение бойка можно приближенно описать экспоненциальным законом: Хф = Ло*ехр(-р1)*со8(ю1), (1)
где р - параметр, определяющий диссипативные свойства, ю - параметр, определяющий упругие свойства кожи, Ао - величина, определяемая начальными настройками упругой подвески индентора. Идентификация коэффициентов р и ю по экспериментально полученным данным позволяет количественно оценить упуго-диссипативные свойства кожного покрова.
Методика определения упруго-диссипативных свойств кожного покрова основана на том, что движение индентора и исследуемого участка кожного покрова осуществляется совместно. Определение упруго-вязких параметров кожного покрова производилось путем идентификации коэффициентов уравнения свободных затухающих колебаний по формуле (1). При идентификации неизвестных параметров затухания р и частоты ю свободных затухающих колебаний участка кожной поверхности в среде LabView использовались метод Гильберта и метод Левен-берга - Макгварда. Метод нелинейной оптимизации Левенберга -Макгварда использует для поиска минимума линейную аппроксимацию и градиентный спуск; переключение с одного метода на другой происходит в зависимости от того, была ли успешной линейная аппроксимация. Для определения частоты применяли быстрое преобразование Фурье, а для определения коэффициента затухания - построение огибающей при помощи функции Гильберта и дальнейшей аппроксимацией, позволяющий рассчитывать функцию Гильберта Н(1) по исходной функции х(1)
H(t)—1.} *) *—-.г ^ - 5) - ^+5) * (2)-
П —Г —X П 0 5
При этом огибающую получаем по формуле
л(Г) — 7Хчо+Н(г) (3)-
В результате идентификации упруго-диссипативных параметров кожного покрова были получены безразмерные коэффициенты: — во - безразмерный коэффициент затухания, оценивающий диссипативные свойства кожи и Ю — Ю_~ безразмерная
ю
частота свободных колебаний, характеризующая упругость, где Юо- частота свободных колебаний бойка-индентора на упругом подвесе в холостом режиме, ро- коэффициент затухания в холостом режиме. Упруго-диссипативные свойства кожи определяются двумя параметрами: в - безразмерным коэффициентом затухания и ш - безразмерной собственной частотой.
Процесс определения изменений упруго-диссипативных свойств кожи начинался с комплексного тестирования работы прибора и созданного программного обеспечения на искусственном материале с заданными характеристиками. Далее проводили исследования влияния мазевых основ (медицинский желатин, аптечный глицерин, пропиленгликоль, полиэтиленгликоль) на изменение упруго-диссипативных свойства кожи. В ходе опыта проводили троекратное измерение параметров исследуемого участка кожи без мази с интервалом 10 минут. Затем наносили мазевую основу на исследуемый участок, производили измерение параметров кожного покрова с интервалом 1о минут. После окончания действия мази делалось еще 2-3 контрольных замера. При изучении действия мазевых основ на кожном покрове установлено, что наиболее информативные результаты получены при увеличении площади соприкосновения поверхности датчика и кожи. Достоверные показатели отслеживались на участках кожи с меньшей толщиной, так как тонкие участки более чувствительны к воздействию мазевой основы и к измерениям прибора.
Выводы. Проведено испытание созданного измерительного прибора, разработана методика измерений и обработки полученных данных. Аппаратно-программный комплекс характеризуется улучшенными характеристиками, к которым можно отнести: компактность, возможность определения количественных значений упругих и диссипативных свойства кожной поверхности, автоматическое проведение измерений и расчетов, минимальное вмешательство оператора, достаточную точность. Он может быть использован в косметологии, фармацевтической промышленности для неинвазивной диагностики состояния кожного покрова, что позволит своевременно корректировать профилактические мероприятия и лечение.
Литература
1. Гребенюк Л. А., Утенкин А.А. //Физиология человека.-1994.- №2.- С.157-162.
2. Лушников Б.В. и др. Вибрационные машины и технологии: Сб. науч. тр.- Ч. II.- Курск.- 2005.- С.41-47.
3. АС на полезную модель РФ №24786, МПК А21 В3/16. Устройство для определения механических свойств кожного покрова человека неразрушающим способом / С.Ф. Яцун,
B. А. Шеполухин; Опубл. 10.02.2000; Бюл. №2.
4. Тимофеев А.Б. и др.//Мед. техника.- 2005.- №3.- С. 15.
5. Тимофеев Г.А. // Косметика & медицина.- 2005.- № 4.-
C.28-36.
6. Яцун СМ. Медико-экологические информационные технологии: Сб. науч. тр.- Курск.- 2007.- С. 105-112.
7. Яцун С. М. и др. Медико-экологические информационные технологии: Сб. науч. тр. - Курск. - 2002.- С. 178-193.
8. Яцун СМ. и др. // Известия КГТУ.- Курск.- 2001.-№6.- C.64-69.
9. Edwards C., Marks R. // Clin. Dermatol.- 1995.- Vol.13 (4).- P.375-380.
10. Jatsun S.F. et al. // III International Congress on Sound and Vibration.- Hong Kong, 2001.- P. 313-318.
11. Pereira JM. et al. // J.Biomech.- 1991.- Vol. 24(2).-P.157-162.
12. Shepoluchin V., Jatsun S. // Euromech colloquium.-Vol. 437.- Prague, 2002.- С.17-19.
УДК 57.045:574.24
СВЯЗЬ АДАПТАЦИОННЫХ РЕАКЦИЙ С ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ У ИСПЫТУЕМЫХ С РАЗЛИЧНЫМ ВЕГЕТАТИВНЫМ СТАТУСОМ
П.Е. ГРИГОРЬЕВ*
Надежно установлена важная роль гелиогеофизических факторов (ГГФ) в жизнедеятельности биосистем [4, 6, 10]. Получены экспериментальные доказательства экологического значения ГГФ, которые определяют параметры электромагнитного и акустического природного фона и модулируют показатели электромагнитных полей (ЭМП) антропогенного происхождения в среде обитания [4, 12], что увеличивает степень влияния гелиогеофизи-ческих вариаций на физиологические процессы.
Природные электромагнитные и акустические колебания, связанные с солнечной активностью, не только биоэффективны, но и необходимы для нормального функционирования биологических систем и разноуровневых процессов адаптации, что убедительно показано в экспериментах с экранированием биообъектов от природных ЭМП. Т.к. эволюция биологических видов протекала на фоне квазиритмичных изменений в параметрах ГГФ, организмы используют эти изменения в качестве датчиков времени для синхронизации собственной биологической ритмики в широком диапазоне периодов и системной адаптации к среде обитания [4]. Именно ГГФ как датчики времени сыграли определяющую роль в самоорганизации биологических систем [11]. По обоснованному предположению [3], именно ритмы ГГФ сформировали эндогенную ритмику биосистем в процессе эволюции.
Организм на протяжении всей жизни непрерывно адаптируется к среде обитания, и все его системы находятся в состоянии гомеокинеза: интегральные показатели системы колеблются около некоего среднего положения, оставаясь в определенных рамках [13]. Это обеспечивает возможность динамической подстройки и синхронизации систем организма с факторами среды обитания. Наряду с этим сложные (в том числе биологические) системы сохраняют свою целостность и устойчивость благодаря наличию и взаимозаменяемости отрицательных обратных связей [9]. Поэтому многие динамические процессы гомеокинеза разных систем в здоровом организме взрослого индивида существуют как бы в неявном виде, оставаясь в физиологических пределах, либо для их фиксации и установления закономерностей требуются специально организованные мониторинговые исследования.
Наиболее чувствительны к действию ГГФ системы, отвечающие за адаптацию к среде обитания, - нервная, гуморальная,
* Таврический гуманитарно-экологический институт. Украина, 95015, АР Крым, г. Симферополь, ул. Севастопольская, 62
сердечно-сосудистая [4]. Наименее изучены процессы в психике и системе крови, связанные с адаптацией организма к ГГФ.
Объекты и методы. В 2004 году (с 27.02. по 31.03.) на фоне средней солнечной активности с четко выраженной ритмической составляющей (Числа Вольфа W=50.15±2.84) обследовали 60 здоровых испытуемых-студентов (возрастом 18-20 лет) разных факультетов Крымского государственного медицинского университета. Два раза в день испытуемых обследовали с помощью методики изучения самооценки психических состояний методом семантического дифференциала ТРАНС [1]. Методика позволяет измерять количественно-качественные показатели психоэмоционального состояния людей, в частности, студентов [1]. Известно, что биологические эффекты ГГФ зависят от индивидуальнотипологических характеристик организма [2, 8]. Поэтому в рамках данного исследования отдельно изучались показатели адаптации к ГГФ у индивидов с различным вегетативным статусом. Вегетативный статус испытуемых (ваготоники, эйтоники, симпа-тикотоники) устанавливали с помощью индексов Кердо и Хиль-дербрандта [5]. Динамику психоэмоционального состояния суммарного показателя методики ТРАНС (среднесуточные значения) лиц с разными типами вегетативного статуса сопоставляли со среднесуточными значениями гелиогеофизических индексов с помощью кроскореляционного анализа в пакете «МаїїаЬ 6.5».
Были использованы следующие показатели ГГФ: Ар-индекс геомагнитной активности (ГМА), полярность (знак) радиальной компоненты межпланетного магнитного поля (ММП); числа Вольфа W - индекс солнечной активности (СА). Гелиогеофизи-ческие данные были предоставлены В.Н. Ишковым, зав.сектором солнечной электродинамики и прогностической поддержки космических экспериментов ИЗМИРАН (г. Троицк Московской области). Индексы геомагнитной и солнечной активности имеют распределение, существенно отличающееся от нормального. Для корректного применения кросскорреляционного анализа необходимы простейшие преобразования, приводящие эти распределения к нормальному. Индекс геомагнитной активности Ар приобретает распределение, близкое к нормальному, при преобразовании 1п(Ар +1), а числа Вольфа - при преобразовании + 1.
Важное место в исследованиях адаптации принадлежит теории неспецифичных адаптационных реакций организма Л.Х. Гаркави и Е.Б. Квакиной [7]. Ими было установлено, что наряду с реакцией стресса существуют и другие общие антистрессорные реакции организма - спокойной активации, повышенной активации и тренировки. Сигнальным показателем типа неспецифических адаптационных реакций является «индекс стресса» (по терминологии его авторов) - отношение процентного содержания лимфоцитов к процентному содержанию сегментоядерних нейтрофілів (Л/НСЯ) в мазке периферической крови [7]. «Индекс стресса» отображает, в том числе, соотношение тонуса симпатического и парасимпатического отделов ВНС. Усиление пластических процессов связано с возрастанием показателя Л/НСЯ, а активация энергетического обмена - с его снижением.
Во второй серии исследования на протяжении второй половины сентября - первой половины октября 2004 г. на кафедре нормальной физиологии Крымского госмедуниверситета дважды в неделю по будням проводили забор периферической крови (при содействии Н. П. Верко); устанавливались индивидуальные показатели адаптационных реакций по параметру Л/НСЯ. В исследовании принимали участие те же испытуемые-студенты, что и в исследовании динамики психоэмоционального состояния. С помощью кросскорреляционного анализа в пакете «Матлаб 6.5» показатели неспецифических адаптационных реакций испытуемых с разным вегетативным статусом сопоставляли с суточными значениями нормализованных индексов ГМА, СА и знака ММП.
Результаты. Среди испытуемых оказалось 30 ваго-, 20 сим-патико- и 10 эйтоников. На рис. 1 приводится коллективная динамика психоэмоционального состояния по методике ТРАНС для представителей разных вегетативных типов. Динамика психоэмоционального состояния эйтоников и ваготоников была близкой, поэтому их результаты были объединены. Следует отметить большую амплитуду колебаний психоэмоционального состояния у симпатикотоников, это связано с преобладанием процессов возбуждения в ЦНС и психике симпатикотоников.
Среди индексов ГГФ была установлена статистически достоверная связь лишь с динамикой СА со сдвигом показателя ТРАНС на 1 сутки назад (относительно СА). Наблюдалась пря-
мая достоверная корреляция показателя ТРАНС с запаздыванием на 1 сутки относительно динамики солнечной активности у ваготоников, эйтоников (рис. 2) и у симпатикотоников (рис. 3). Однако связь ТРАНС с СА сильнее у ваготоников с эйтониками (г = 0,648, р<0,001), чем у симпатикотоников (г = 0,436, р=0,01).
ТРАНС, усл. ед.
Рис. 1. Динамика суммарного показателя ТРАНС психоэмоционального состояния испытуемых. По оси абсцисс - сутки измерений, по оси ординат - условные единицы показателя ТРАНС ТРАНС, СА, усл.ед.
Рис. 2. Сопоставление динамики солнечной активности и суммарного показателя ТРАНС у эйтоников и ваготоников (со сдвигом на 1 сутки назад (относительно СА). По оси абсцисс - сутки измерений, по осям ординат - усл. ед. показателя ТРАНС (левая ось); условные единицы нормализованного W-Индекса СА (правая ось)
ТРАНС’ СА, усл.ед.
Рис. 3. Сопоставление динамики солнечной активности и суммарного показателя ТРАНС у симпатикотоников (со сдвигом на 1 сутки назад (относительно СА). По оси абсцисс - сутки измерений, по осям ординат -условные единицы показателя ТРАНС (левая ось); условные единицы нормализованного Ш-Индекса СА (правая ось)
Отдельно были проверены предположения, что динамика ТРАНС связана с учебной нагрузкой или ритмикой социальной недели. Действительно, показатели ТРАНС, как правило, были выше в выходные дни и меньше в будние дни. Однако фазы этих изменений были нестабильными, а абсолютные значения индекса ТРАНС были связаны не с социальной неделей, а с уровнем СА. При этом с показателем СА сохранялся постоянный сдвиг фазы -изменения уровня ТРАНС запаздывали относительно изменений СА на 1 сутки. Таким образом, при средних фоновых величинах солнечной активности с четкой ритмической составляющей уровни и фазность психоэмоциональных реакций имеют коллективную составляющую, которая существенно связана именно с динамикой СА, причем величина связи больше у ваготоников и
эйтоников, чем у симпатикотоников. Динамика и показатели индекса стресса Л/НСЯ были близкими у ваготоников и эй-тоніків, поэтому их данные рассматривались вместе. На рис. 4 приводится динамика индекса стресса Л/НСЯ по датам измерений. В группе симпатикотоников наблюдается большие амплитуда и разброс индекса стресса в разные сутки измерений.
Рис. 4. Динамика индекса стресса (отношение Л/НСЯ) на протяжении серии измерений отдельно для групп ваготоников с эйтониками и симпа-тикотоников. По оси абсцисс - даты измерений, по оси ординат - показатель «индекс стресса». Горизонтальными линиями обозначены границы между адаптационными реакциями определенных типов (по ЛХ. Гаркави)
Рис. 5. Сопоставление измерений индекса стресса (Л/НСЯ) группы вагото-ников и эйтоников с ГМА. Здесь и далее: по оси абсцисс - порядковый номер измерений, по оси ординат - показатель «индекс стресса»
Рис. 6. Сопоставление измерений индекса стресса (Л/НСЯ) группы симпа-тикотоников с ГМА
При сопоставлении индекса стресса с ГГФ была установлена его связь с ГМА (рис. 5, 6) и СА (рис. 7) в сутки, предшествующие измерениям. Связей с другими показателями и при других величинах сдвигов гелиогеофизических индексов относительно дат измерений не было установлено. Изменения индекса стресса запаздывают на 1 сутки относительно динамики ГМА и СА. Существует высокая отрицательная корреляция индекса стресса у ваготоников и эйтоников с ГМА в предыдущие сутки (г=-0,825, р=0,012); а также менее тесная и статистически незначимая корреляция индекса стресса у симпатикотоников с ГМА в предыдущие сутки (г=-0,538) по всем 8 точкам измерений. Также наблюдается положительная статистически незначимая корреляция индекса стресса с СА в предыдущие сутки у ваготоников и эйтоников (г =+0,476), и более тесная достоверная положительная
корреляция у симпатикотоников (г =+0,815, р=0,048) по 6 последним точкам измерений (без учета первых двух). Отсутствие положительной связи индекса стресса с СА по первым двум точкам измерений может быть обусловлено тем, что за 3 и 6 суток до начала измерений были зарегистрированы магнитные возмущения, которые могли своим влиянием перекрыть эффект СА и частично обусловить реакции, близкие к стрессовым.
Есть основания считать индекс стресса (Л/НСЯ) показателем, который чувствителен как к фактору ГМА, так и к фактору СА. При этом у здоровых лиц молодого возраста при высшей СА и низшей ГМА наблюдается сдвиг индекса стресса к реакции повышенной активации, а при низшей СА и высшей ГМА - к реакции тренировки. У больных или дизадаптированных индивидов реакция повышенной активации может вести к ускоренному расходованию энергопоставляющих субстратов, а их воспроизведение быть недостаточным [7]. А в режиме реакции тренировки функциональная активность тимико-лимфатической системы и клеточного иммунитета, эндокринных желез и ЦНС, находятся в низшей половине зоны нормы, и у больных или дезадаптированных индивидов она может перейти к реакции стресса.
Рис. 7. Сопоставление измерений индекса стресса (Л/НСЯ) группы вагото-ников и эйтоников с СА
Выводы. Установлено наличие связи коллективной динамики психоэмоционального состояния взрослых испытуемых молодого возраста с солнечной активностью в предыдущие сутки, и адаптационных реакций по показателям крови - с геомагнитной и солнечной активностью в сутки, предшествующие измерениям. Ваготоники и эйтоники более чувствительны к ГГФ.
Литература
1. Бачериков Н.Е.и др. Психогигиена умственного труда учащейся молодежи. - К.: Здоровье, 1988. - 165 с.
2. Белишева Н.К. .и др. // Научное обеспечение развития технобиосферы Заполярья: база знаний и пакет инновационных предложений. - С. 23-54.
3. Бреус Т.К. // Мат-лы Межд. конф. «Космическая погода: ее влияние на человека и биологические объекты». - М., 2005.
- С. 27-30.
4. Бреус Т.К., Раппопорт С.И. Магнитные бури: медикобиологические и геофизические аспекты. - М.: Советский спорт, 2003. - 192 с.
5. Вегетативные расстройства: клиника, диагностика, лечение / Под ред. А.М. Вейна. - М.: Медицинское информационное агентство, 2003. - 752 с.
6. Владимирский БМ. и др. Космическая погода и наша жизнь. - Фрязино: Век 2, 2004. - 224 с.
7. Гаркави Л.Х. .и др. Адаптационные реакции и активационная терапия. - М.: Имедис, 1998. - 655 с.
8. Григорьев П.Е. .и др // Таврический медико-биол. вест.
- 2003. - №3. - С. 142-148.
9. Грунтенко Е.В. Что нам стоит многоклеточность. -Новосибирск: Наука, 1985. - 136 с.
10. Кардиометеопатии на Севере / Хаснулин В.И. .и др. -Новосибирск: СО РАМН, 2000. - 221 с.
11. Комаров Ф.И. и др // Хронобиология и хрономедицина / Под ред. Ф.И.Комарова, С. И.Раппопорта. - М.: Триада-Х-2000.
- С.299-316.
12. Негода А. А., Сорока С.А. // Космічна наука і технологія. - 2001. - Т.7, №5/6. - С.85-93.
13. Хомяков П.М. Системный анализ в 10 лекциях. - М.: Комкнига, 2007. - 216 с.
