Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Индивидуальное здоровье и способы его оценки 10
1.1 Современное понятие нормы в физиологии 10
1.2 Факторы, влияющие на формирование степени здоровья кардио-респираторной системы и форменных элементов крови 13
1.3 Технологии качественной и количественной оценки степени здоровья 24
Глава 2. Материалы и методы исследования 32
2.1 Материалы исследования 32
2.2 Методы физиологического исследования 35
2.3 Математические и статистические методы при выявлении нормы в физиологии 38
Глава 3. Методика оценки уровня здоровья с помощью системы факторных диаграмм 44
3.1 Оценка степени здоровья по данным стандартного медицинского обследования 44
3.2 Оценка степени здоровья по данным расширенного медицинского обследования 65
3.3 Оценка степени здоровья по данным специализированного обследования 69
Глава 4. Учет возрастных, национальных особенностей и физической нагрузки при формировании понятия нормы 71
4.1 Учет возрастных изменений 71
4.2 Учет национальных особенностей 79
4.3 Исследование факторной структуры состояния кардио-респираторной системы при нагрузке 82
Глава 5. Факторный анализ сердечно-сосудистой системы и форменных элементов крови при действии на организм неблагоприятного состояния внешней и внутренней экологии и неблагоприятного воздействия окружающей среды 90
5.1 Факторный анализ состояния здоровья при никотиновой интоксикации 90
5.2 Факторный анализ как метод выявления здоровья популяции на примере оценки напряжения адаптационных механизмов у студентов под воздействием начала обучения в вузе и экологии 100
Обсуждение результатов 111
Выводы 119
Список литературы
- Факторы, влияющие на формирование степени здоровья кардио-респираторной системы и форменных элементов крови
- Методы физиологического исследования
- Оценка степени здоровья по данным расширенного медицинского обследования
- Исследование факторной структуры состояния кардио-респираторной системы при нагрузке
Факторы, влияющие на формирование степени здоровья кардио-респираторной системы и форменных элементов крови
Параметры, характеризующие форменные элементы крови являются наиболее доступными и информативными параметрами, отслеживающими физиологические изменения организма.
Статистически вычисленные значения параметров функциональных систем здорового человека характеризуют состояния внутри физиологической нормы, однако, при исследовании кардио-респираторной системы необходимо учитывать все иерархические уровни формирования нормы.
Сегодня становится возможным учет генотипа при определении нормы и установлении степени здоровья индивидуума. Около 50 % наследственных заболеваний являются моногенными [33]. Бердышев Г.Д. считает, что «каждый человек в среднем несет в себе десять дефектных генов, которые вызывают те или иные наследственные нарушения функций организма» [33]. Одним из наиболее важных в медицинской генетике является явление плейотропии и связанное с ним соотношение между возрастом и патологией, а так же проблема гетерозигот. Важным является то, что мультифакторные болезни, такие как ишемическая болезнь сердца (ИБС), гипертоническая болезнь, атеросклероз, сопряжены не только с генетическими дефектами, но и с нормальными генетическими вариациями - типа телосложения, темперамента, группы крови и т.д. [46]. Мультифакторные болезни зависят от комплекса генов и могут проявляться или не проявляться в зависимости от факторов внешней среды.
Выявлены этнические особенности предрасположенности к ряду заболеваний ССС. По данным рентгенографических размеров сердца и кардио-торакальному отношению среди практически здоровых лиц выделяются группы, нуждающиеся в дальнейшем исследовании. Для европейцев эта группа составляет 2,2%, монголоидов 4,1%, негроидов 9,3%. Наследственно обусловленное утолщение стенки венечных артерий у финнов, проживающих в восточных районах страны, ведет к высокому уровню заболеваемости ИБС. Этнические различия в числе клапанов крупных вен у европейцев, по сравнению с представителями негроидной расы, обуславливают высокий уровень варикозных вен у европейцев.
В ряде работ авторы указывают на необходимость учета генетических, фенотипических, онтогенетических и адаптационных особенностей организма каждого конкретного человека при определении степени его здоровья и выработке индивидуальной нормы [44].
Ни у кого не вызывает сомнения, что сохранение здоровья человека -это в том числе и не допущение развития заболеваний, к которым человек имеет наследственную предрасположенность, для чего необходимо введение медико-генетического паспорта. В таком паспорте необходимо указывать как кариотип человека, так и контакты с мутагенами, причем не только этого человека, но и его предков. Не вызывает сомнения и необходимость перенатальной диагностики наследственных заболеваний, которая в нашей стране пока не производится повсеместно.
При оценке риска заболеваний ССС так же учитывается генетическая предрасположенность. Установлена тесная связь между вероятностью развития ишемической болезни сердца (ИБС) и полиморфизмом гена ангиотензинпревращающего фермента. Выявлены связи между антропометрическими данными, а так же массой тела и риском развития заболеваний ССС. На основе данных о коэффициенте наследуемости ИБС создаются таблицы для определения генетического риска заболевания по данным семейного анамнеза. Так в семьях, где один из родителей болен ИБС, 25% потомства заболевают до 50 лет и около 50% до 70 лет. Выявление предрасположенности к ряду заболеваний ССС на ранних возрастных этапах позволяет осуществить специфическую профилактику, предупреждающую развитие этих заболеваний или более позднее их проявление.
Однако сложность методов изучения генетических особенностей каждого человека и их проявлений под действием факторов окружающей среды делает невозможным использование этих методов в повседневной практике при диагностировании факторов риска развития ССЗ и их лечения.
Важным для определения нормальных показателей функционирования является конституциональный тип, который выявляется по различным генофенетическим характеристикам. Особенно четко выделяются типы: «спринтер» и «стайер». Организм «спринтера» способен осуществлять мощные физиологические реакции с высокой степенью надежности в ответ на действие сильных, но кратковременных факторов внешней среды. Генофенетически «стайер» менее приспособлен к переносимости мощных кратковременных нагрузок. Однако после относительно кратковременной перестройки его организм способен выдержать продолжительные равномерные воздействия факторов внешней среды в неадекватных условиях.
Кроме того, существует некоторое число промежуточных вариантов. Выделенные типы людей, существенно отличаются друг от друга по ряду антропометрических (окружность груди, вес), функциональных (электрокардиографических, спирографических), гематологических (количество эритроцитов, лейкоцитарная формула), биохимических (липидный состав, сахар крови) и клинических показателей. Заболевания сердечно-сосудистой системы чаще встречаются у «спринтеров». Даже идентичные соматические заболевания протекают у «спринтеров» и «стайеров» по-разному. Существенное влияние на состояние здоровья человека и развитие предпатологических и патологических состояний оказывает среда, в которой происходит весь онтогенез органов кардио-респираторной системы и системы кроветворения. Установлена связь функциональных изменений кардио-респираторной системы с проживанием в высокогорных районах и на территории Крайнего Севера.
При частом нахождении индивидуумов при температурах ниже -15С наблюдаются изменения системы дыхания, которые соответствуют адаптации к гипоксии. В напряжении находится система транспорта кислорода. Наблюдается повышение бронхиального сопротивления, возрастает величина дыхательного объема (ДО) в среднем от 592 мл (в состоянии комфорта) до 696 мл при температуре -12...-35С. Происходит так же увеличение минутного объема дыхания (МОД) в среднем на 18,8% [60].
Методы физиологического исследования
Для построения модели состояния кардио-респираторной системы и форменных элементов крови использовались методы многомерной статистики. Применение многомерной статистики, в том числе факторного анализа, позволяет не только установить пределы достоверных изменений полученных величин и степень взаимозависимости между параметрами, но и выявить скрытые параметры, разделить выборку на подклассы.
Неразличимые с точки зрения одномерной статистики значения параметров могут быть существенными при построении факторной модели. Так приведенные на рис. 2.3.1 функции распределения параметра - пульс не позволяют отличить нормальное состояние от патологического, однако при проведении факторного анализа этот параметр является значимым наряду с другими, характеризующими кардио-респираторную систему.
Основные задачи, выполняемые посредством факторного анализа: во-первых, сокращение (редукция) числа переменных, т. е. на языке физиологов, выделение интегральных характеристик, позволяющих описывать генеральные функции систем организма; во-вторых, определение взаимосвязей между переменными, то есть установление степени взаимосвязи между физиологическими параметрами и возможность развития компенсаторных механизмов. Факторный анализ дает возможные гипотезы о структуре взаимосвязи переменных, без каких-либо предположений об этой структуре заранее. Полученные гипотезы проверяются в ходе последующих исследований.
До проведения факторного анализа исходные данные проверяются на наличие нормального распределения по критерию %г («хи-квадрат») [67,69]. В основе факторного анализа лежит преобразование матрицы исходных данных (Y) в матрицу факторных значений (Р). При этом вместо абсолютных значений параметров целесообразно использовать их нормированные значения, составляющие нормированную матрицу (Z). Применение нормирования очень удобно для медицинских работников, не работающих в единой системе единиц. 90
Функции распределения параметра « пульс» - здоровые люди; — — -митральный стеноз 1-ой степени; -л— - 3ей степени; —х— - 4ой степени; —D— - 5ойстепени. Элементы нормированной матрицы находятся по формуле: Уц-У, (2.3.1) где yij - элементы исходной матрицы, Zy - элементы нормированной матрицы, УІ среднее значение параметра, которое вычисляется по формуле: а, - стандартное отклонение параметра, вычисляемое по формуле:
В работе все приведенные значения параметров и расчетных величин являются статистически значимыми. В таблицах указываются средние величины параметров и стандартные отклонения. у І - среднее значение параметра, которое вычисляется по формуле: I n ст,.- стандартное отклонение параметра, вычисляемое по формуле: 1/1-1у=, = .—S Ov-я)2
Исходным пунктом факторного и компонентного анализа является матрица коэффициентов корреляции: п rii= S; ZiiZH, (2.3.2) где / - элементы корреляционной матрицы. Далее, предполагая некоррелированность факторов, получаем в соответствии с теоремой Терстоуна выражение связи между корреляционной матрицей и матрицей весовых нагрузок (А). R = AAT. (2.3.3) При этом элементы матрицы А определяют вклад факторов в формирование переменных. Z=AP, (2.3.4) или: zij ailPlj + ai2P2j + + airPrj где Р - матрица факторов, а ру - элементы матрицы Р. Под фактором понимается некоторая гипотетическая величина, которая не может быть измерена в ходе эксперимента, чаще всего по объективным причинам, но влияющая на ряд параметров, характеризующих системы и измеряемых в эксперименте. Чаще всего на один параметр влияет несколько факторов. Справедливо и обратное - фактор наполняется несколькими переменными.
Существует ряд методов определения матриц А и Р [ 73,133]. После вычисления матрицы А часто применяется вращение, максимумизирующее дисперсию для более полного понимания полученной картины.
Метод главных компонент является частной реализацией факторного анализа. Метод заключается, при заданной m-мерной корреляционной матрице R, в нахождении новой ортогональной m-мерной системы координат именно так, чтобы вдоль каждой из осей координат в убывающем порядке лежал максимум полной дисперсии. Для решения систему уравнений
Единичная дисперсия всех переменных в компонентном анализе рассматривается в совокупности как общая дисперсия. Существенное отличие от факторного анализа заключается в том, что диагональные элементы матрицы R, используемой в компонентном анализе, каждый раз равны единице.
В результате факторного анализа по матрице весовых нагрузок (А) можно выделить интегральные характеристики, которые являются по сути факторами, полученными в результате вычислений, и определить их взаимосвязь с переменными, измеренными в ходе эксперимента. Кроме того факторные значения указывают на величины интегральных характеристик, которые как и значения исходных параметров индивидуальны для каждого человека. Факторные диаграммы позволяют наглядно представить значения интегральных характеристик и их динамику при проведении повторных исследований.
Все указанные в работе результаты имеют статистическую значимость р 0.05. Для оценки диагностической объективности теста использовались характеристики: прогностичность положительного результата, прогностичность отрицательного результата, чувствительность и специфичность [43]. Прогностичность положительного результата: PVP=A/(A+B), Где A - количество истинно положительных результатов, В -количество ложноположительных результатов. Прогностичность отрицательного результата: PVN=D/(C+D), где С - количество ложноотрицательных результатов, D- количество истинно отрицательных результатов. Чувствительность определяется как доля больных, которые выявлены применяя изучаемый метод: Se=A/(A+C) Специфичность - частота отсутствия симптома у здоровых людей: Sp=D/(D+B) Обработка результатов исследования производилась на ЭВМ Celeron -800 Гц (ОЗУ-256 Мб) при помощи стандартного программного обеспечения (Microsoft Excel, Statistica), а так же оригинального программного обеспечения [56,57].
Оценка степени здоровья по данным расширенного медицинского обследования
Из таблиц становится ясно, что в случае применения метода главных факторов с варимакс вращением происходит более значительное сжатие информации. Факторы, полученные в результате этого метода, могут быть охарактеризованы следующим образом: для мужчин и женщин фактор I является фактором артериального давления, отклонение по этому фактору свидетельствует о нарушении гемодинамики, предрасположенности или наличии гипертонического или гипотонического состояния. Фактор II включающий L и РОЭ является показателем наличия воспалительных процессов в организме, при этом отслеживаются нарушения не только кардио-респираторной системы. Для мужчин этот же фактор включает ЧСС. Фактор III выделяется только для женщин. Он несет в себе информацию о количестве гемоглобина и ЧСС, отклонение по этому фактору чаще всего говорят о наличии анемий всех типов.
Преимущество факторной структуры перед простым набором параметров, представляемых врачу в том, что факторы учитывают внутренние связи между параметрами, определяют гомеостатические взаимодействия. В результате получаются так называемые группы сцепливания. Примером такой группы является фактор 1, имеющий одинаковое наполнение как для мужчин так и для женщин. В этот фактор входят параметры АДС и АД Д. Помимо значимых для диагноста абсолютных значений этих параметров, фактор учитывает и степень взаимосвязи между ними, вычисляемую через коэффициент корреляции. При изучении значения фактора 1 как для мужчин, так и для женщин в пределах нормы происходит расслоение факторных значений на три практически изолированные группы: с предрасположенностью к гипертонии, гипотонии и нормологического типа. Выход же факторных выражений за пределы второй дисперсии говорит о нарушении гомеостаза и необходимости дальнейшей дифференциальной диагностики. Существенным является тот факт, что в случае нахождения значений артериального давления у верхней или нижней границ допустимого с точки зрения нормы интервала, существенным является вклад в значение фактора малых величин, факторные нагрузки которых не приведены в таблице. В случае нормального функционирования организма вклад остальных параметров в фактор является несущественным, однако, в случае существенного отклонения параметра от среднестатистического значения его вклад в факторное выражение значительно возрастает и может стать причиной отклонения фактора за границы второй дисперсии.
Фактор 2 определяемый в первую очередь количеством лейкоцитов и РОЭ может служить наиболее простым индикатором иммунологического состояния организма. К сожалению, он имеет наиболее низкую прогностическую ценность, однако является наиболее просто определяемым в силу простоты измерения диагностических параметров.
Интересным является факт малых факторных нагрузок параметра количества гемоглобина для мужчин. При отсутствии патологии вклад этого параметра является несущественным, а при развитии патологии параметр количества гемоглобина начинает изменять факторные значения обоих факторов, что ведет к преобразованию факторных диаграмм и выдаче сигнала о наличии патологии в связи с развитием в первую очередь гипоксийных явлений. В случае таких патологий, как анемии, у мужчин количество гемоглобина становится одним из значимых параметров фактора 1. Для женского организма выделяется третий фактор, связывающий ЧСС и НЬ, что свидетельствует о более чутком отслеживании степени снабжения тканей кислородом.
На рис. 3.1.9 представлены факторные диаграммы здоровых мужчин. По фактору F1 происходит разделение на три группы (рис.3.1.10) происходит разделение на три группы. Группа I включает факторы в пределах (0; -0.7) -нормологический тип. Индивидуумы этой группы не предрасположены на момент исследования к нарушениям гемодинамики, проявляющимся в изменении артериального давления. Группа II включает индивидуумов со значениями фактора (0,5; 1,5). Это индивидуумы, подверженные гипертензии. Значения АД для индивидуумов этой группы лежат у верхней границы нормы.
В факторе FI учитываются как оба типа АД со значимыми весовыми нагрузками, так и ЧСС с весовой нагрузкой 0, 352 и количество гемоглобина с весовой нагрузкой 0,281. Фактор АД несет в себе значительное количество информации. Артериальное давление определяется в основном соотношением между сердечным выбросом и общим периферическим сопротивлением. Сердечный выброс в свою очередь определяется величиной произведения числа сердечных сокращений на систолический объем сердца. На величину диастолического объема желудочка влияют и конечно-диастолическое давление в желудочке, и длительность диастолы, и растяжимость стенок желудочка. АД может оставаться на определенном уровне при изменениях определяющих его факторов, если они скомпенсированы изменениями других определяющих АД параметров. Уменьшение сердечного выброса может быть уравновешено соответствующим увеличением общего периферического сопротивления и наоборот. Уменьшение ударного объема желудочков может компенсироваться увеличением частоты сердечных сокращений, так что величина сердечного выброса остается постоянной.
Исследование факторной структуры состояния кардио-респираторной системы при нагрузке
Для анализа состояния кардио-респираторной системы при физической нагрузке строятся факторные диаграммы по параметрам, определенным на этапе устойчивого состояния. При этом матрица весовых нагрузок отражает состояние кардио-респираторной системы в состоянии покоя. Параметры, используемые для построения факторной диаграммы, характеризуют гемодинамику и механическую и метаболическую работу сердца: ритм сердца, уд/мин; ударный объем (УО), мл; минутный объем кровотока (МОК) мл/(кг-мин); линейная скорость по Ао, см/с; линейная скорость по ЛА, см/с; потенциальная работа левого желудочка, Дж; кинетическая работа левого желудочка, 10"4 Дж; потенциальная работа правого желудочка, Дж; кинетическая работа правого желудочка, 10"4 Дж.
В качестве исходных были использованы данные, полученные в лаборатории физиологии кровообращения и физиологии дыхания НИИ патологии кровообращения СО РАН [44].
В возрастном интервале 20-39 лет у мужчин и женщин отмечены коэффициенты корреляции по модулю в интервале (0,8 - 0,98) между перечисленными выше параметрами.
Из графиков собственных значений матриц коэффициентов корреляции параметров, характеризующих кардио-респираторную систему мужчин и женщин (рис. 4.3.1) следует наличие одного фактора у мужчин для описания состояния в покое и двух - у женщин. Факторная структура для мужчин представлена в табл. 4.3.1, для женщин в табл. 4.3.2. Наличие второго фактора у женщин объясняется в первую очередь большей эмоциональной нестабильностью, наличием эмоциональных нагрузок. Номер собственного значения
Потенциальная работа правого желудочка, Дж 0.911 Кинетическая работа правого желудочка, 10"4 Дж 0.971 При максимальной физической нагрузке существенно изменяются коэффициенты корреляции между рядом параметров. Снижается коэффициент корреляции между линейными скоростями и соответствующими кинетическими энергиями желудочков. При максимальной физической нагрузке наблюдается снижение коэффициентов корреляции между потенциальной работой левого желудочка и всеми остальными параметрами. Так, для мужчин коэффициент корреляции между PC и потенциальной работой левого желудочка изменяется от -0,98 в состоянии покоя до 0,51 в состоянии максимальной физической нагрузки. Для женщин это изменение менее значительно: от -0,31 до 0,36. Факторная структура параметров при максимальной физической нагрузке представлена в табл. 4.3.3 и 4.3.4. Таблица 4.3.3
Факторная структура параметров, характеризующих состояние здоровых мужчин 20-39 лет при максимальной физической нагрузке (указаны значимые весовые нагрузки а 0.5). Параметр Значение фактора F1 F2 Ритм сердца, уд/мин 0.900 УО,мл -0.971 МОК мл/(кг-мин) 0.892 Линейная скорость по Ао, см/с 0.877 Линейная скорость по ЛА, см/с - 0.877 Потенциальная работа левого желудочка, Дж - 0.989 Кинетическая работа левого желудочка, 10"4 Дж - 0.930 Потенциальная работа правого желудочка, Дж -0.986 Кинетическая работа правого желудочка, 10"4 Дж 0.960 Из таблиц следует, что при физической нагрузке происходит разделение группы параметров, характеризующих кардио-респираторную систему на две подгруппы. Первая подгруппа включает параметры, в основном характеризующие сердечно-сосудистую систему большого круга кровообращения, вторая группа включает, в основном, параметры малого круга кровообращения. Проведение факторного анализа позволяет разделить параметры сердечно-сосудистой системы на две группы и соответственно выделить следующие группы индивидуумов (рис. 4.3.2; 4.3.3; 4.3.4). 1 - группа индивидуумов с преобладанием адаптации в малом круге кровообращения; 2 -индивидуумы с преобладанием адаптации параметров большого круга кровообращения; 3-индивидуумы с одинаковой степенью адаптации в большом и малом кругах кровообращения. Таблица 4.3.4
Факторная структура параметров, характеризующих состояние здоровых женщин 20-39 лет при максимальной физической нагрузке (указаны значимые весовые нагрузки а 0.5). Параметр Значение фактора F1 F2 Ритм сердца, уд/мин - 0.993 УО,мл 0.943 МОК мл/(кгмин) 0.984 Линейная скорость по Ао, см/с 0.996 Линейная скорость по ЛА, см/с - 0.995 Потенциальная работа левого желудочка, Дж - 0.964 Кинетическая работа левого желудочка, 10 Дж - 0.950 Потенциальная работа правого желудочка, Дж 0.983 Кинетическая работа правого желудочка, 10 Дж 0.755 Номер фактора
Типичные факторные диаграммы здоровых мужчин в возрасте 20-40 лет с преобладанием адаптации параметров малого круга кровообращения. -2 J Номер фактора Рис. 4.3.3 Типичные факторные диаграммы здоровых мужчин в возрасте 20-40 лет с преобладанием адаптации параметров большого круга кровообращения. Аналогичное разделение индивидуумов на три подгруппы наблюдается у детей, а так же у мужчин и женщин старше 40 лет.
Определение принадлежности индивидуума к той или иной группе позволяет выбрать оптимальные физические нагрузки и комплексы упражнений, которые позволили бы развить адаптационные возможности и перевести индивидуума в группу 2. Построение факторной диаграммы индивидуума при максимальной физической нагрузке с использованием матрицы весовых нагрузок, полученной в состоянии покоя, позволяет устанавливать степень адаптации индивидуума к физической нагрузке и выявлять лиц с предпатологическими состояниями.
На рисунке 4.3.5 представлены факторные диаграммы женщин в возрасте 20-39 лет, построенные на основе матрицы весовых нагрузок в состоянии покоя.
В случае нормального функционирования кардио-респираторной системы факторы при максимальной нагрузке лежат у женщин 20-40 лет в пределах: F1 (-19; -21), F2 в пределах (66; 72). Для мужчин 20-40 лет: F1 (14; 16).
При диагностике предпатологии строится факторная диаграмма обследуемого индивидуума на ранее рассчитанной матрице весовых нагрузок возрастной группы, к которой относится индивидуум. При этом матрица весовых нагрузок рассчитана по параметрам, зафиксированным в состоянии покоя. Номер фактора
Рис. 4.3.5 Факторные диаграммы женщин при максимальной физической нагрузке, построенные на матрице весовых нагрузок в состоянии покоя. Если факторы обследуемого индивидуума лежат в пределах указанной нормы, следовательно, адаптационные механизмы, включающиеся при физической нагрузке, работают удовлетворительно и индивидуум может быть отнесен к группе здоровых. Для хорошо тренированных индивидуумов, привыкших к значительных физическим нагрузкам, в частности спортсменов, факторные диаграммы лежат ближе к нулевому значению. В случае, когда значение рассчитанного фактора превышает модуль значение соответствующего фактора, диагностируется предпатологическое состояние и требуется дальнейшая дифференциальная диагностика.
![Оценка уровня здоровья и его коррекция методами аудиовизуальной стимуляции и нейробиоуправления при наркотически зависимых состояниях [Электронный ресурс]](/i/i/4236/177287.png "Оценка уровня здоровья и его коррекция методами аудиовизуальной стимуляции и нейробиоуправления при наркотически зависимых состояниях [Электронный ресурс] Макаров Сергей Владимирович")
