Научно-методические основы и биоинформационные технологии управления профессиональными рисками в медицине труда Степанян, Иван Викторович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Аналитический обзор 22

1.1. Методология профессионального риска и управление им для профессий высокого риска (на примере шахтеров-угольщиков) 22

1.2. Теория функциональных систем П.К. Анохина как методологическая основа управления рисками для здоровья человека-оператора 48

1.3 Возможности биоинформационных технологий и когнитивных наук для решения задач медицины труда в связи с интеллектуализацией труда 52

Глава 2. Материалы и методы исследования 62

Глава 3. Разработка научных основ управления профессиональными рисками в медицине труда (методологические посылки и основные методические разработки) 79

3.1 Место управления рисками в таксономии медицины труда и постановка задачи на основе доказательной медицины 79

3.2 Логика и архитектура построения моделей на основе дозо-эффективных зависимостей с учетом специфики их действия 81

3.3 Роль прогнозирования и каузации (установления связи с работой) нарушений здоровья в управлении профессиональными рисками и формулировка принципов прогнозирования и каузации на основе подходов доказательной медицины 85

3.4 Принципы и обобщенный алгоритм управления профессиональными рисками на базе теории функциональных систем П.К. Анохина 89

3.5 Систематика и критерии отбора биоинформационных моделей для управления профессиональными рисками в медицине труда 94

Глава 4. Анализ состояния функции дыхания на основе нейросетевых технологий для профилактики бронхолегочной патологии у шахтеров-угольщиков 98

4.1 Биомеханические аспекты акустической спирометрии для ранней диагностики и профилактики бронхолегочной патологии у шахтеров-уголыциков 98

4.2 Апробация метода машинного распознавания в клинических условиях и его адаптация для целей экспресс-анализа 102

4.3. Практическое применение бионических многослойных нейронных сетей для распознавания данных акустической спирометрии 109

Глава 5. Моделирование анализаторных систем с помощью биоинформационных технологий для безопасности труда и управления рисками здоровью работников 117

5.1. Медико-биологические критерии моделирования зрительного анализатора для целей дистанционного управления в экстремально опасных условиях труда 117

5.2 Анализ специфических эффектов постоянного и импульсного шума и нейронная кластеризация результатов шумового воздействия 122

5.3. Медико-биологические аспекты новой фибоначиево-ступенной функциональной музыки 135

Глава 6. Вопросы прогнозирования генетических нарушений, управления рисками формирования ВПР и нейропротезирования для реабилитации 142

6.1. Принципы оценки риска и нейросетевая технология распознавания ВПР с учетом родительских факторов риска 142

6.2. Вопросы анализа молекулярно-генетического строения митохондриальной ДНК человека на основе нейросетевых моделей . 156

6.3. Биоинформационные аспекты и перспективы медико-социальной реабилитации для восстановления двигательных функций 161

Глава 7. Реализация биоинформационных технологий для управления основными факторами профессионального риска 164

7.1. Особенности построения, состав банка знаний по управлению профессиональными рисками в медицине труда и обобщенный алгоритм управления профессиональными рисками 164

7.2. Физический и моральный вред здоровью работников: интеллектуальные подходы к их оценке 183

7.3. Перспективные направления применения биоинформационных технологий управления профессиональными рисками 184

Заключение 189

Выводы 192

Практические рекомендации 195

Список использованных источников 198

Приложения 226

• Методология профессионального риска и управление им для профессий высокого риска (на примере шахтеров-угольщиков)
• Принципы и обобщенный алгоритм управления профессиональными рисками на базе теории функциональных систем П.К. Анохина
• Медико-биологические аспекты новой фибоначиево-ступенной функциональной музыки
• Вопросы анализа молекулярно-генетического строения митохондриальной ДНК человека на основе нейросетевых моделей

Введение к работе

Актуальность проблемы. Задача медицины труда - сохранение и укрепление здоровья работников, обеспечение здоровья их будущего потомства как трудового и оборонного потенциала страны (Измеров Н.Ф., 2008). В «Стратегии национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года» одной из главных угроз в области экономического роста названа прогрессирующая трудонедостаточность. Концепция развития здравоохранения в Российской Федерации до 2020 г. предусматривает «... обеспечение безопасных и комфортных условий труда, базирующихся на гигиенических критериях оценки профессионального риска вреда здоровью работников».

Принятый ВОЗ Глобальный план действий по здоровью работающих на 2008-2017 г.г. поставил задачу внедрения доказательных данных в профилактические действия.

В 2011 г. в Трудовой Кодекс РФ (ст. 209) введены понятия «профессиональный риск» и «управление профессиональными рисками» как «комплекс взаимосвязанных мероприятий, включающий в себя меры по выявлению, оценке и снижению уровней профессиональных рисков». Однако, последнее определение требует строгого научного анализа и развития с позиций теории оптимального управления по академику Понтрягину Л.С. (1975) с учетом специфики медицины труда на базе «принципа максимума» с включением элементов обратной связи, учитывающих данные аттестации рабочих мест и медосмотров. В научной литературе представлено много работ по оценке риска (Капцов В.А. и др., 1993; Жеглова А.В., 2009 и др.), но лишь единичные связаны с управлением им (Измеров Н.Ф., Ткачев В.В., Соболев В.В., 1995; Измеров Н.Ф., Денисов Э.И., Молодкина Н.Н., 1998). По этим причинам задача разработки научных основ управления профессиональными рисками (УПР) является актуальной.

В России в 2009 г. в структуре профзаболеваний, по данным центров профпатологии (Котенко К.В., Бушманов А.Ю., Бирюков А.П., 2010), нейросенсорная тугоухость составляла 37,1%, вибрационная болезнь - 24,9%, заболевания органов дыхания - 17,2% и заболевания опорно-двигательного аппарата (радикулиты) - 16,1%. Эти данные обуславливают приоритет профилактики профзаболеваний от физических факторов и прежде всего пылевой этиологии, т.к. больные пневмокониозом и силикозом по показателю DALY не доживают 17 и 22 года соответственно (Zhong Y., Li D. 1995).

Отечественная школа медицины труда внесла значительный вклад в изучение этиологии, патогенеза, разработку методов диагностики, лечения, реабилитации и профилактики профессиональной патологии от физических факторов. Следует отметить работы отечественных гигиенистов (Андреева- Галанина Е.Ц., 1954; Орлова Т.А., 1958, 1964; Малинская Н.Н., 1963, 1970; Бутковская З.М., 1973; Денисов Э.И., 1965, 1994; Шкаринов Л.Н., 1978; Суворов Г.А., 1979; Элланский Ю.Г. 1987; Старожук И.А., 1989; Прокопенко Л.В., 1989; Курьеров Н.Н., 2010 и др.), а также клиницистов (Артамонова В.Г., 1962; Метлина Н.Б., 1956; Дрогичина Э.А., 1963; Милков Л.Е., 1968; Тарасова Л.А., 1985; Плюхин А.Е., 1993; Бурмистрова М.А., 1992; Лагутина Г.Н., 1998 и др.), физиологов труда (Розенблат В.В., 1961, 1996; Мойкин Ю.В., 1968; Амиров Н.Х., 1985; Рыжов А.Я., 1987; Матюхин Н.В., 1990; Устьянцев С.Л., 1994 и др.). В последнее десятилетие появился ряд новых работ по неблагоприятному влиянию физических факторов (Рукавишников В.С. и др., 2003; Широков В.А., 2005; Шпагина Л.А., 2006, 2011; Потеряева Е.Л. и др., 2008 и др.).

В медицине труда управление рисками должно основываться на принципах доказательной медицины (Флетчер Р. и др., 1998; Власов В.В., 2002; Гринхальх Т., 2004 и др.) и, в частности, доказательности в медицине труда (Денисов Э.И. и Чесалин П.В., 2006). Это предполагает не только количественную оценку риска, но и прогнозирование вероятности нарушений здоровья, а также их каузацию (установление связи с работой) для эффективного управления профессиональными рисками.

В связи с прогрессом науки и технологий наметился новый научный тренд - BNIC (НБИК)-конвергенция (от слов нано-, био-, инфо-технологии и когнитивная наука) (Roco M., Bainbridge W., 2002), в русле которого биоинформационные технологии перспективны для решения актуальных задач медицины труда. Этот тренд, основанный на методах медицинской кибернетики, информатики и т.п. развивается в медицине и биологии и перспективен для выявления скрытых резервов мозга и повышения продуктивности интеллектуального труда, что открывает перспективы качественного роста возможностей человека (Ковальчук М.В., 2011; Скрябин К.Г., 2011). В.И. Вернадский ещё в 1930-х годах отмечал, что «биосфера перерабатывается научной мыслью социального человека в ноосферу".

В этой связи для медицины труда полезен опыт двух направлений:

биоинформационные технологии, основанные на методах статистики и информатики применительно к задачам геномики и др. в биологии и медицине (White O., 1995; Torshin I.Y., 2006; Скулачев В.П., 2008; Скрябин К.Г., 2010),

когнитивные науки как сплав психофизики, психологии, нейробиологии, исследований в сфере искусственного интеллекта, математической логики, лингвистики, философии и неврологии с целью выявления скрытых резервов мозга и повышения продуктивности интеллектуального труда (Лангаккер Р.У., 1992; Лакофф Дж., 1996; Борисюк Г.Н. и др., 2002; Скрябин К.Г., 2010), что важно в эпоху экономики знаний.

Вышеуказанное определяет актуальность разработки научно- методических основ риск-менеджмента в медицине труда с учетом руководящих принципов ГОСТ Р ИСО 31000-2010 «Риск-менеджмент. Принципы и руководство», в частности, его медико-биологических аспектов в виде логико-математических построений и когнитивных решений с практической реализацией на базе современных биоинформационных технологий. Это необходимо для научно-обоснованного прогнозирования вероятности нарушений здоровья и каузации выявляемых нарушений здоровья с целью управления профессиональными рисками.

На основе методологии профессионального риска в медицине труда (Измеров Н.Ф. и др., 1993; Капцов В.А. и др., 1993; Измеров Н.Ф. и Денисов Э.И., 2001, 2003) появляются работы по количественной оценке профессионального риска для разных видов нарушений здоровья, в т.ч.

репродуктивного здоровья работников и здоровья их детей (Березин И.И., 1998; Гайнуллина М.К., 2001 и др.). Имеются неблагоприятные физические факторы, вызывающие последствия высокой социальной значимости, среди них бронхолегочная пылевая патология у шахтеров. В связи с этим актуальны исследования по раннему распознаванию признаков профзаболеваний пылевой этиологии, основанные на анализе изменений функции дыхания при помощи искусственных нейронных сетей как варианта биоинформационных систем.

Важной научно-практической задачей является разработка компьютерных интерактивных программ в Интернете для прогнозирования и каузации нарушений здоровья от ведущих вредных факторов условий труда, с тем чтобы создать электронную библиотеку знаний по медицине труда как часть современной системы управления профессиональными рисками (Сафонов А. Л., 2011), а также дистанционного информирования и консультирования работодателей (Шохин А.Н., 2011), работников и специалистов.

Цель исследования - разработка научно-методических основ управления профессиональными рисками с применением биоинформационных технологий для прогнозирования и каузации (установления связи с работой) нарушений здоровья работников (на примере физических факторов), а также их реализация в виде информационной базы знаний и компьютерных программ с доступом через Интернет.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. 1. Разработка (на основе методологии профессионального риска и с учетом современных научных трендов) теоретических и методических аспектов риск- менеджмента - принципов прогнозирования, логики и архитектуры построения моделей и практических вопросов (алгоритмы прогнозирования и каузации и их компьютеризация) для управления профессиональными рисками.

   2. Анализ возможностей биоинформационных систем и разработка структурной схемы и алгоритма управления профессиональными рисками на основе прогнозирования и каузации с помощью когнитивных алгоритмов (нейронные сети, генетические алгоритмы) для профилактики профессиональных заболеваний и болезней, связанных с работой.

   3. Разработка методических основ распознавания ранних признаков нарушения функции дыхания у шахтеров-угольщиков, нейросетевой кластерный анализ специфических эффектов влияния постоянного и импульсного шума на орган слуха, разработка когнитивных алгоритмов анализа отдаленных генетических последствий влияния родительских факторов риска и распознавания врожденных пороков развития у детей, а также разработка биоинформационных систем и их апробация.

   4. Разработка бионических моделей зрительного и слухового анализаторов на основе теории функциональных систем Анохина П.К. для повышения безопасности труда, а также изучение биологических принципов и схем создания функциональной музыки и музыкальной терапии для профилактики утомления.

   5. Биоинформационный анализ организации наследственной генетической информации для целей профилактики, а также возможностей медико- социальной двигательной реабилитации и нейропротезирования детей с врожденными пороками развития (ВПР) и пострадавших от травм или профзаболеваний работников.

   6. Структурно-информационная адаптация методик расчета вероятности профзаболеваний основных нозологических форм от шума, локальной и общей вибрации и др. и составление компьютерных программ для практического использования службами охраны и медицины труда.

   7. Разработка алгоритмов количественной оценки связи нарушений здоровья с работой (боли внизу спины и варикозная болезнь нижних конечностей) и составление компьютерных программ в помощь врачам- профпатологам для экспертизы связи болезней с профессией.

   8. Создание экспертно-аналитической системы в виде интерактивного справочника-директория в Интернете с расчетной и справочной частью по основным вредным производственным факторам и нозологическим формам профзаболеваний для управления профессиональными рисками.

   Научная новизна и теоретическая значимость работы.

   1. 8. 1. На базе принципов риск-менеджмента, методологии профессионального риска в медицине труда, теории функциональных систем, требований доказательной медицины и с учетом таксономии медицины труда разработаны научно-методические основы управления профессиональными рисками с учетом специфики формирования нарушений здоровья работников.

         2. Введены новые трактовки категорий биоинформатики как биологической науки на медико-биологические и социальные категории медицины труда (потери слуха, врожденные пороки развития, бронхолегочная патология шахтеров и др.). Разработаны принципы управления, логика и архитектура построения прогностических моделей, а также биоинформационные технологии прогнозирования и каузации (установления связи с работой) нарушений здоровья при действии вредных факторов условий труда.

         3. Установлена зависимость между спектральными паттернами дыхания и признаками нарушений дыхательной системы, а также разработана методика распознавания данных акустической спирометрии для экспресс-анализа ранних признаков профзаболеваний пылевой этиологии у шахтеров-угольщиков.

         4. Методами нейросетевого моделирования выявлена специфика динамики формирования нарушений слуха при действии импульсных шумов в сравнении с постоянными для работников шумных профессий. Научно обоснована и разработана нейробионическая модель прогнозирования вероятности формирования врожденных пороков развития у детей в зависимости факторов риска матери.

         5. Проведен молекулярно-генетический анализ строения митохондриальной ДНК человека на основе нейросетевых моделей и с позиции биоинформатики обоснована перспективность медико-социальной реабилитации для восстановления зрительных, слуховых и двигательных функций методом нейропротезирования работников, а также детей с ВПР.

         6. Разработаны медико-биологические подходы к синтезу консонантных музыкальных секвенций в новых пентаграммных строях, сопряженных с генетическим кодом для функциональной музыки как одного из перспективных направлений профилактики утомления и улучшения настроения с потенциалом продления трудового долголетия.

         7. Разработан междисциплинарный подход к построению комплекса моделей прогнозирования и каузации для профилактики профзаболеваний основных нозологий (от шума, локальной и общей вибрации) как инструмента высокотехнологичной медицинской помощи работающему населению. Практическая значимость работы и внедрение в практику.

         1. 8. 6. 1. Разработан и реализован банк знаний по медицине труда в виде экспертно-аналитической системы, основанной на принципах доказательной медицины и современных биоинформационных технологиях.

                  2. Разработаны и отлажены программы (программно-аппаратная платформа и среда разработки) для оценки и прогнозирования вредного влияния физических факторов (шума, локальной и общей вибрации), а также каузации нарушений здоровья при выраженных ортостатических нагрузках и многофакторных воздействиях (физические нагрузки, вибрация и др.) на боли внизу спины.

                  3. Разработаны и представлены аналитические методы и прикладные программы для экспресс-анализа состояния функции дыхания методом акустической спирометрии для мониторинга и управления рисками профзаболеваний пылевой этиологии у шахтеров-угольщиков.

                  4. Разработаны аналитические методы и пакет прикладных программ для выявления ВПР у детей с учетом факторов риска родителей для снижения вероятности формирования этих социально значимых нарушений здоровья.

                  5. Доказана полезность использования биоинформационных подходов для оценки и управления профессиональными рисками, в том числе при многофакторных воздействиях на примере реализации электронной интерактивной библиотеки в Интернете «Оценка профессионального риска» для дистанционного информационного обслуживания работодателей, работников и специалистов разных профилей в области охраны здоровья работников.

                  Материалы исследований реализованы в разработках:

                  1. Методология выявления и профилактики заболеваний, связанных с условиями труда. Методические рекомендации (Утв. Научным советом № 45 РАМН по медико-экологическим проблемам здоровья работающих 13 мая 2010г.),

                  2. Прогнозирование воздействия вредных факторов условий труда и оценка профессионального риска для здоровья работников. Методические рекомендации (Утв. Научным советом № 45 РАМН по медико-экологическим проблемам здоровья работающих 9 ноября 2010 г.),

                  3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009616940. Оценка индекса профессионального риска (ОИПР). Авторы: Степанян И.В., Денисов Э.И., Челищева М.Ю. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 14 декабря 2009 г.,

                  4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011610345. Статистическая оценка связи нарушений здоровья с работой (СОС). Авторы: Денисов Э.И., Степанян И.В., Челищева М.Ю. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11 января 2011 г.

                  Практические результаты диссертационного исследования используются для управления профессиональными рисками в отечественных организациях и на двух предприятиях Австралии: производственно-строительной компании «Securasil PTY LTD» и горнодобывающих предприятиях компании «Midnight Opals». В сотрудничестве с Московской государственной консерватории им. П.И. Чайковского ведется разработка теории и практических приложений функциональной музыки для отдыха и труда.

                  Апробация работы. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертации, заслушаны и обсуждены (Постановление №18, протокол №6 от 17 мая 2011 г.) на Бюро Отделения профилактической медицины РАМН.

                  Они также доложены на 12 всероссийских, 9 международных и зарубежных научно-практических конференциях, съездах и конгрессах (20062012 г.г.), в том числе на VI, VIII, IX и X Всероссийских конгрессах «Профессия и здоровье», "Euronoise-2006" (Тампере, Финляндия, 2006), «Symmetry» (Будапешт, Венгрия, 2010), 12-й Международный симпозиум «Environmental Issues and Waste Management in Energy and Mineral Production» (Чехия, Прага, 2010).

                  Апробация диссертационной работы проведена на заседании Проблемной комиссии "Научные основы медицины труда" Научного совета № 45 РАМН по медико-экологическим проблемам здоровья работающих 9 февраля 2012 г.

                  Личный вклад соискателя. Теоретические и методические исследования и разработки выполнялись на базе ФГБУ «НИИ МТ» РАМН в рамках плановой тематики (руководитель тем академик РАМН Измеров Н.Ф.):

                  - «Научное обоснование совершенствования системы сохранения и укрепления здоровья работающего населения России» (2006-2008 г.г.), № гос. регистрации 02200954218,

                  - «Научное обоснование критериев и системы интегральной оценки профессионального риска нарушений здоровья работников с позиций доказательной медицины» (2009-2011 г.г.), № гос. регистрации 01200954780.

                  Автором определены цель и задачи работы, объём и методы исследований, проведен поиск и анализ литературы по теме исследования, выполнен сбор, анализ и обобщение полученных материалов, разработаны компьютерные алгоритмы и программы, сделаны выводы, разработаны практические рекомендации. Автору принадлежит основная роль в формулировании задач, выборе подходов к их решению, анализе результатов и их обобщении.

                  Разработка метода экспресс-анализа данных акустической спирометрии выполнена совместно с сотрудниками кафедры Электротехники и информационных систем МГГУ д.т.н. Шкундиным С.З. и к.т.н. Карпишуком А. С., а исследования диагностических возможностей этого метода проведены на базе Центра профпатологии в г. Шахты Ростовской области при содействии главврача центра д.м.н. Пиктушанской И.Н. Исследования по оценке риска ВПР выполнены на базе Центра планирования семьи и репродукции г. Москвы, в котором рождаются ежегодно примерно 10% всех новорожденных г. Москвы.

                  Этот раздел выполнен совместно с сотрудником лаборатории профилактики нарушений репродуктивного здоровья работников ФГБУ «НИИ МТ» РАМН к.м.н. Голованевой Г.В. Гигиенические и клинические аспекты работы выполнены совместно со специалистами Магнитогорского металлургического комбината: руководителем МСЧ д.м.н. профессором Шеметовой М.В. и врачом-неврологом к.м.н. Челищевой М.Ю. Совместно с д.б.н. Денисовым Э.И. обобщены и сформулированы принципы управления профессиональными рисками в медицине труда. Алгоритм оценки и управления профессиональным риском на примере формирования болезней органов дыхания при экспозиции аэрозолей преимущественно фиброгенного действия (АПФД) и пыли реализован совместно с к.м.н. Морозовой Т.В. Функциональные свойства семейства пентаграммных строев, сопряженных с генетическим кодом (Petoukhov S., 2010) для профилактики утомлений изучены при участии декана композиторского факультета Московской государственной консерватории им. П.И. Чайковского профессора Коблякова А.А. Использовались также литературные данные, в т.ч. из сети Интернет.

                  Разделы работ, предмет и объемы исследований приведены в табл. 1. Экспериментальная часть работы выполнена автором совместно с соавторами публикаций, расчетная часть - самостоятельно. Доля личного участия автора составляет: в выборе научно-методических подходов и формировании дизайна исследования - 100%, получении и обработке первичного материала - 60%, в формировании исходных баз данных - 100%, в обобщении, анализе и интерпретации результатов исследований - 100%.

                  Публикации. По материалам диссертации опубликовано 45 научных работ, в т.ч. 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов научных исследований, и монография в международном академическом издательстве.

                  Положения, выносимые на защиту.

                  1. Современная система управления профессиональными рисками с учетом требований доказательной медицины должна базироваться на методологии профессионального риска в медицине труда с усовершенствованными блоками прогнозирования и каузации нарушений здоровья и реализовываться с помощью биоинформационных технологий.

                  1. При построении моделей прогнозирования и каузации в медицине труда необходимо учитывать медико-социальную парадигму, феноменологию фактора и особенности формирования нарушений здоровья, основываясь при этом на фундаментальных дозо-эффективных закономерностях.

                  2. Для ранней диагностики признаков нарушения функции дыхания при воздействии пылевых нагрузок целесообразно применять нейросетевой вариант анализа объективных спирометрических данных. Кластеризация данных для здоровых и больных рабочих может служить методической базой для решения данной задачи.

                  3. Методы нейросетевого моделирования позволяют выявить специфику динамики формирования нарушений слуха при действии импульсных шумов в сравнении с постоянными для работников шумовых профессий.

                  4. Биоинформационная модель формирования нарушений здоровья детей в зависимости от факторов риска родителей позволяет прогнозировать врожденные пороки развития еще на этапе планирования беременности.

                  Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 240 страницах, содержит 32 таблицы, иллюстрирована 68 рисунками. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, списка литературы, содержащего 242 источника, включая 145 отечественных и 97 иностранных, и 12 приложений.

                  Методология профессионального риска и управление им для профессий высокого риска (на примере шахтеров-угольщиков)

                  Понятие «профессиональный риск» впервые встречается в Рекомендации МОТ № 112 «О службах здравоохранения на предприятии» (1959 г.) [71]. Федеральным законом от 18 июля 2011 г. N 238-ФЗ в статью 209 Трудового кодекса РФ внесены определения терминов «профессиональный риск» и «управление профессиональными рисками».

                  В соответствии с Федеральным законом от 18 июля 2011 г. N 238-ФЗ профессиональный риск - вероятность причинения вреда здоровью в результате воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов при исполнении работником обязанностей по трудовому договору или в иных случаях, установленных Трудовым кодексом РФ, другими федеральными законами.

                  Управление профессиональным риском (УПР) - действия, направленные на сохранение здоровья и повышение безопасности работников, включающие оценку условий труда по данным АРМ, на этой основе прогнозирование вероятности профессиональных заболеваний и профессионально обусловленных нарушений здоровья, их сравнение с фактической выявляемостью по данным ПМО, разработку и реализацию работодателем по согласованию с представителями работников организационно-технических и лечебно-профилактических мероприятий [42].

                  В соответствии со ст. 209 Трудового кодекса РФ управление профессиональными рисками - комплекс взаимосвязанных мероприятий, включающих в себя меры по выявлению, оценке и снижению уровней профессиональных рисков. Инструментами УПР являются приказы Минздравсоцразвития РФ по аттестации рабочих мест (АРМ) и медицинским осмотрам (ПМО):

                  от 26 апреля 2011 г. N 342н "Об утверждении Порядка проведения аттестации рабочих мест по условиям труда",

                  от 12 апреля 2011 г. N 302н «Об утверждении перечней вредных и (или) опасных производственных факторов и работ, при выполнении которых проводятся предварительные и периодические медицинские осмотры (обследования), и порядка проведения обязательных предварительных и периодических медицинских осмотров (обследований) работников, занятых на тяжелых работах и на работах с вредными и (или) опасными условиями труда».

                  Действующая в стране система охраны здоровья работников согласуется с рекомендациями МОТ [70], согласно которым мониторинг медицины труда включает в себя мониторинг рабочей среды и мониторинг здоровья работников [202].

                  Проблема профессионального риска (ПР) в медицине труда методически проработана детально [93, 100], рассмотрены некоторые аспекты УПР [42], есть разработки по прогнозированию [91]. С появлением новых официальных документов возникают новые аспекты, в связи с тем, что состояние здоровья населения Российской Федерации является одним из приоритетных направлений социальной политики государства [37].

                  В связи с этим, вопросы медицины труда и окружающей среды представлены в кодексах и стандартах социальной ответственности бизнеса [112]. При этом актуальны меры совершенствования деятельности территориальных центров профпатологии [82].

                  Условия труда - совокупность факторов трудового процесса и рабочей среды, в которой осуществляется деятельность человека. Вредный фактор рабочей среды - фактор среды и трудового процесса, воздействие которого на работника может вызывать профессиональное заболевание или другое нарушение состояния здоровья, повреждение здоровья потомства. Вредными факторами могут быть: физические факторы, химические факторы, биологические факторы, факторы трудового процесса (тяжесть труда, напряженность труда) [102].

                  Актуальны проблемы развития системы социально-гигиенического мониторинга [140] в том числе с применением информационных технологий [31]. В [3] для повышения выявляемое профессиональных респираторных заболеваний предложена инновационная методология проведения периодических медицинских осмотров. При этом, сегодня намечена тенденция применения методов биомеметики и машинного распознавания в задачах управления и обеспечения безопасности человека [75].

                  Приказом Минздравсоцразвития РФ от 1 апреля 2010 г. №205н «Об утверждении перечня услуг в области охраны труда, для оказания которых необходима аккредитация», определены виды услуг, в том числе проведение АРМ. В настоящее время стоит вопрос о замене сертификации механизмом подтверждения соответствия работодателем организации работ по ОТ государственным нормативным требованиям. Соответствующую услугу могут оказывать организации, члены которых проходят аккредитацию для оказания услуг по ОТ, включая аудит условий труда и оценку ПР [106].

                  В системе социально-гигиенического мониторинга (СГМ) блок охраны здоровья работников включает АРМ и ПМО (рис. 1.1).

                  Система АРМ сложилась в стране за последние 10-15 лет [106]. В настоящее время Правительством РФ одной из задач предусмотрена интегральная оценка условий труда на основании данных АРМ и ПМО, а также показателей профзаболеваний [66]. При этом необходимо возрождение МСЧ и их взаимодействие со службами охраны труда при опережающем развитии служб гигиены труда по Конвенции МОТ [161].

                  Имеются публикации по отладке механизмов экономического управления профессиональными рисками застрахованных работников [16, 115] в том числе для шахтеров-угольщиков [48].

                  В 2010 г. Роспотребнадзором зарегистрировано [76] 8039 случаев профессиональных заболеваний (в 2009 г. - 8448 случаев). Показатель профессиональной заболеваемости составил 1,73 на 10000 работников. Наиболее высокие показатели профессиональной заболеваемости зарегистрированы в Кемеровской области (2010 г. - 15,85; 2009 г. - 15,88); Республике Коми (2010 г. - 8,32; 2009 г. - 7,93); Карачаево-Черкесской республике (2010 г. - 6,26; 2009 г. - 7,84). Профессиональная заболеваемость в Кемеровской обл. является одной из самых высоких в Российской Федерации, почти в 7-8 раз превышая уровень по стране в целом [89].

                  А заболевания, вызванные воздействием промышленных аэрозолей -19,41% (2009 г. - 20,44%).

                  В 2008 г. в таких видах экономической деятельности, как добыча полезных ископаемых, обрабатывающие производства, производство и распределение электроэнергии, строительство, транспорт и связь свыше 3 млн. человек были заняты на работах с повышенными уровнями шума, ультра- и инфразвука. В структуре профессиональных заболеваний преобладали болезни, связанные с воздействием физических факторов -42,6% и в них доля нейросенсорной тугоухости составляла 49%. Структура профессиональной заболеваемости представлена на рис. 1.2.

                  По данным ВОЗ [237], в глобальном грузе болезней по вкладу профессиональных факторов потери слуха от шума занимают второе место (16%о) после болей в спине (37%), но опережают хронические обструктивные легочные болезни (13% ), астму (11%), травмы (10%), рак легких (9%) и лейкемию (2%). Наиболее высокие показатели на 10000 работников были зарегистрированы на предприятиях, осуществляющих добычу полезных ископаемых (2010 г. - 29,98; 2009 г. - 31,79) [74].

                  Сравнительный анализ профзаболеваемости угольщиков России выявил регионы с высокими показателями профпатологии [77]. Анализ динамики частоты впервые выявленных профессиональных заболеваний по результатам ПМО, проводимых РО ЦПП [82], выявил что с 1998 по 2004 гг. профессиональная заболеваемость шахтеров Ростовской области выросла в 3,8 раза. В последующие три года эти показатели оставались на высоком уровне. Выявленная тенденция роста ПЗ шахтеров-угольщиков за 10-летний период характерна для всех основных нозологических форм профзаболеваний (таблица 1.1).

                  Принципы и обобщенный алгоритм управления профессиональными рисками на базе теории функциональных систем П.К. Анохина

                  На основании проведенного теоретического анализа с использованием принципов прогнозирования нарушений здоровья в медицине труда [40], а также прогностических моделей стандартов ИСО 1999, ИСО 5349 и отечественных и зарубежных авторов [113, 195] разработаны научные основы управления профессиональными рисками в медицине труда (на примере физических факторов), обобщены и сформулированы следующие принципы управления профессиональными рисками в медицине труда.

                  Управление риском должно проводиться на основе оценки риска с учетом его структуры и степени с этапами прогнозирования вероятности нарушений здоровья и их каузации с целью сохранения, укрепления здоровья и социального благополучия работника.

                  Управление риском следует проводить на основе принципа обратной связи с использованием данных мониторинга рабочей среды и здоровья работника с учетом групповых и индивидуальных факторов риска. Управление риском следует проводить путем ограничения экспозиции вредного фактора в источнике, по пути распространения и на рабочем месте. Защита временем должна иметь целью сохранение здоровья и продление трудового долголетия.

                  При управлении профессиональными рисками следует использовать научные данные, отвечающие требованиям доказательной медицины, а модель управления должна быть верифицирована.

                  Управление рисками должно иметь информационное обеспечение, доступное всем заинтересованным сторонам: работодателям, работникам и властям для активного их взаимодействия в целях профилактики и социальной справедливости.

                  В соответствии с принципами управления профессиональными рисками, архитектура построения когнитивных прогностических моделей в медицине труда базируется на дифференциации классического (фундаментального) и практического (прикладного) подходов. При построении прогностических моделей в медицине труда имеет важное зйачение обоснование и выбор логики модели: для методов нейробионики характерна индукция, для логических построений - дедукция.

                  В соответствии с теорией функциональных систем П.К. Анохина, основополагающим фактором в превращении опережающего отражения объективной реальности (прогнозирования) в основу для сохранения и укрепления здоровья работников является необходимость достижения приспособительных результатов. При этом основной целью является достижение полезных приспособительных результатов, совокупность которых обеспечивает управление профессиональными рисками для сохранения здоровья работника и его потомства. В этой связи задачи МТ предстают как факторы, определяющие направление и характер организации деятельности служб охраны здоровья работников. В 2011 г. в Трудовой Кодекс РФ (ст. 209) введены понятия «профессиональный риск» и «управление профессиональными рисками» как «комплекс взаимосвязанных мероприятий, включающий в себя меры по выявлению, оценке и снижению уровней профессиональных рисков». Однако, последнее определение требует строгого научного анализа и развития с позиций теории оптимального управления по академику Понтрягину Л.С. с учетом специфики медицины труда на базе «принципа максимума» [86] с включением элементов обратной связи [9, 10], учитывающих данные аттестации рабочих мест и медосмотров.

                  Сопоставление механизмов и процессов формирования целесообразной биологической деятельности и комплекса мероприятий по охране здоровья работников показано на рис. 3.4. в виде бцонической схемы управления профессиональными рисками на основе теории функциональных систем П.К. Анохина [9]. На ней каждому элементу функциональной системы Анохина сопоставлен соответствующий элемент управления профессиональными рисками. Потребность в определенном приспособительном результате [11] можно сопоставить медико-социальной потребности в управлении профессиональными рисками здоровью работников.

                  Пусковому стимулу бионической модели управления профессиональными рисками на базе теории функциональных систем П.К. Анохина можно сопоставить нормативные документы, трудовой кодекс, рекомендации ВОЗ и др. документы. Этап афферентного синтеза можно рассматривать как способ мониторинга условий труда и здоровья работника с целью распознавания признаков профессиональных заболеваний на ранней стадии, этот этап является одним из узловых механизмов организации управления профессиональными рисками в медицине труда.

                  Программа действия в каждом конкретном случае предусматривает набор способов, методологических и технологических средств для достижения поставленной цели по выявлению, оценке и снижению профессиональных рисков. Совместно с разработкой программы действий, подбираются или разрабатываются способы и средства контроля выполнения программы управления профессиональными рисками в медицине труда.

                  Принцип обратной афферентации является ключевым звеном в системах медицинской кибернетики. В частности, обратная афферентация в виде системы обратных связей необходима в управлении профессиональными рисками.

                  В связи с этим, в блоках прогнозирования и каузации по результатам АРМ и ПМО целесообразно введение блока сравнения (компаратора) с тем, чтобы полученный результат рассогласования учитывался при управлении профессиональными рисками. Этот этап оказывается заключительным, если обратная афферентация совпадает с информацией о результате и снижает уровень риска.

                  Если обратная афферентация не соответствует информации, заложенной в акцептор результата действия, происходит рассогласование, которое порождает комплекс реакций, направленных на поиск новых средств и способов достижения необходимого результата и начинается формирование новой функциональной системы с учетом новых условий, выявленных в процессе совершения действия для управления профессиональными рисками.

                  Информация о соответствии или несоответствии параметров (характеристик) результатов контрольным параметрам, служит основанием для продолжения исполнения программы или для внесения соответствующих корректирующих дополнений в программу для получения целевого социального продукта - сохранения и укрепления здоровья работников.

                  Из анализа изложенного сопоставления следует, что имеется закономерная реализация механизмов, выработанных в процессе приспособительной деятельности в формировании и осуществлении целесообразной деятельности на медико-социальном уровне посредством методов биоинформатики для цели сохранения здоровья работников.

                  Медико-биологические аспекты новой фибоначиево-ступенной функциональной музыки

                  Для профилактики утомления, вызванного факторами рабочей среды, были проанализированы фибоначчиево-ступенные пентаграммные строи [81], полученные в результате матричного анализа генетического кода [201].

                  Наше решение базируется на создании системы новых музыкальных строев и привязки ее к биоинформационным особенностям общебиологического ансамбля молекулярно-генетических алфавитов. Между этими алфавитами имеются содержательные связи, выявляемые с помощью анализа системы генетических матриц [200]. Анализ данного ансамбля выявил связи параметров молекулярно-генетической системы с золотым сечением и числовым треугольником Никомаха из Гераса, известным около 2000 лет и представляющим систему эстетики пропорций и музыкальной гармонии. Особенности этого ансамбля обусловили создание комплекса вложенных друг в друга генетических или фибоначчиево-ступенных строев, каждый из которых обладает определенным сродством с биологическими организмами.

                  На основе полученного ряда интервалов сконструирована последовательность частот музыкальных нот,- содержащая частоту 440 Гц. Большинство нот нового строя названо по аналогии с нотами пифагорейского строя, но с добавлением буквы «м» в конце имени ноты. Дополнительная пятая нота носит название «пим» [81].

                  Отметим, что в полученных фибоначчиево-ступенных строях количества тон- и полутон-интервалов являются числами Фибоначчи, величины этих тонов и полутонов также выражаются через числа Фибоначчи.

                  Данные сравнительного анализа особенностей классического («пифагорейского») строя и пентаграммных строев [200] позволили выявить новые аспекты музыкальной гармонии для целей музыкальной терапии и профилактики утомления.

                  Новые консонансные и диссонансные отношения для нот строя золотого вурфа показаны в табл. 5.5. При переборе сочетаний нот (без учета октавы) 8-ступенного генетического звукоряда (в сравнении с 7-ступенным классическим) количество диссонансных интервалов составило 8 (вместо 6), консонансных - 28 (вместо 22), количество ладов гармонической тональности - 3 (вместо 2). Таблица консонансов и диссонансов нового генетического строя обладает расширенным спектром музыкальных интервалов и базовых трезвучий.

                  Разработанная система функционально включает мажор, минор и новый лад - медиор, что расширяет возможности решения ряда задач создания функциональной музыки и музыкальной терапии.

                  Данное направление исследований может способствовать профилактике депрессий, а также использоваться в качестве функциональной музыки в процессе трудовой деятельности.

                  Для целей музыкальной терапии возможен анализ генетического кода человека-оператора и синтез соответствующей музыкальной секвенции, основанной на новых принципах музыкальной гармонии.

                  Таким образом, на базе технологий биоинформатики проведена модернизация подходов и схем создания функциональной музыки и музыкальной терапии и рассмотрены биоинформационные технологии анализа новых принципов музыкальной гармонии для целей профилактики утомления.

                  Отметим, что динамику изменения конфигурации возбужденной области по мере продвижения фронта возбуждения, от слоя к слою звукового анализатора можно охарактеризовать на примере воздействия двух однотонных звуковых сигналов, отличающихся интенсивностью и частотой.

                  Если частоты двухтонового сигнала различаются настолько, что области, возбужденные на нижнем слое нейронной сети не перекрываются, то сеть успешно справится с анализом сигнала. По мере сближения частот колебаний фронты возбуждения на первом слое начнут перекрываться и бионическая сеть анализатора с латеральными связями не сможет разделить входной фронт возбуждения [64].

                  В этой связи новые генетические строи перспективны для психофизических исследований слухового анализатора. Известно, что способность слухового анализатора различать музыкальные интервалы развивалась одновременно с развитием музыки. Новые генетические строи могут обладать близкими частотами в соседних ступенях звукорядов [81].

                  Согласно результатам психофизических экспериментов [85], двухтоновый сигнал, компоненты которого сближены менее, чем на критическую полосу частот, воспринимаются как единый звуковой образ с меняющейся при изменении разности частот окраской. При бионическом моделировании слухового анализатора и наличии биений в двухтуровом звуковом сигнале возбужденная область на верхнем слое сети будет перемещаться вдоль оси, по которой выполняются преобразования «частота -место» [85].

                  Особый интерес представляет направление по гармонизации на базе перспективных фибоначчиево-ступенных генетических строев и изыскания принципиально новых подходов с использованием современных нейро-кибернетических воззрений. При этом мы руководствуемся идеями отечественных ученых-естествоиспытателей - П.К. Анохина, В.И. Вернадского и др., а также новаторов и теоретиков отечественной музыки (СВ. Рахманинова, А.Н. Скрябина, Д.Д. Шостаковича, С.С. Прокофьева и др.), в том числе представителей авангарда (Э.В .Денисова), теоретика современной музыки А.Г. Шнитке и более поздних отечественных корифеев современной жанровой музыки (А.Н. Пахмутовой).

                  С помощью функциональной музыки решаются задачи повышения производительности труда, профилактики депрессивных состояний и создания специализированной атмосферы. Для нейрокибернетического синтеза музыкальных секвенций в функциональной музыке предлагается использовать динамическую перестройку нейронной сети в реальном времени при восприятии нейрокомпьютером информации об условиях труда и функциональном состоянии человека. Эта информация представляется зрительным образом. На каждый входной образ генерируется индивидуальная мелодия, что соответствует нейросетевой идентификации данного образа [135]. При этом на близкие образы формируются схожие мелодии.

                  Способ применения экспертных знаний заключается в музыкальной интерпретации состояний нейронной сети на основе базы знаний для гармонизации нейронного синтеза. Таким образом, технология музыкального синтеза на основе интерсенсорного переноса информации из изображения в звуковую форму позволяет задавать правила путем заложения в блок знаний информации из области теории музыкальной гармонии, что перспективно для улучшения настроения и для профилактики утомлений.

                  Вопросы анализа молекулярно-генетического строения митохондриальной ДНК человека на основе нейросетевых моделей

                  Исследование систем передачи генетической информации является одной из основных задач биоинформатики, актуальной, в частности, для изучения проблемы врожденных пороков развития у детей.

                  Достижения нейрокибернетики широко применяются в биоинформатике [146, 191], например при анализе геномных последовательностей или для дифференциации кодирующих и не кодирующих участков ДНК и предсказания структуры белков [181, 198]. Важным направлением этих исследований является изучение матричных представлений генетического кода [200].

                  На основе биоинформационных технологий нами выявлена связь нейрофизиологической модели функциональной системы Анохина [11] и физико-химических параметров генетического кода митохондриальной ДНК человека. Для структурного анализа свойств модели функциональной системы и молекулярно-генетического строения митохондриальной ДНК человека использовали эффективные методьі матричной генетики [81]. Матричная генетика исследует семейство геноматриц, базирующееся на (2х2)-матрице Р в кронекеровской степени: Р(К) =[С А; Т G](K), где С, A, G, Т -буквы генетического алфавита в ДНК: цитозин, аденин, тимин, гуанин (рис. 6.6).

                  Генетические матрицы имеют важное значение в биоинформатике, а также в системах обработки медико-биологической информации, в частности, из-за их тесной связи с системами спектрального анализа, широко применяемого в биологии и медицине.

                  В генетическом коде нуклеотиды имеют три бинарных субалфавита, основанных на признаках химического строения нуклеотидов [200] (табл. 6.7). СВ. Петухов предложил представлять систему четырех букв генетического алфавита в форме символьной матрицы Р и рассматривать систему семейств одинаковых по длине генетических полиплетов в виде соответствующего семейства матриц Р(п). Семейство геноматриц Р(п) при достаточно большом п представляет систему генетических кодовых полиплетов, кодирующих белки, а также моноплеты генетического алфавита и триплеты, кодирующие аминокислоты. В каждом из четырех квадрантов геноматрицы Р(п) собраны все n-плеты, начинающиеся с одной из четырех букв С, A, U, G. "Представление семейства геноматриц Р(п), п=1,2,3 [201] позволяет исследовать биологические закономерности генетического кода. Так, при замене в символьных матрицах Р(п) каждого символа азотистых оснований на те или иные их количественные параметры получаются соответствующие числовые матрицы. Примером в [81] служат мультипликативные матрицы водородных связей азотистых оснований кода, соединяющих комплементарные пары азотистых оснований в молекулах наследственности. Заменив каждый полиплет во всех матрицах Р(п) произведением чисел водородных связей его азотистых оснований, получим мультипликативные числовые матрицы [200].

                  На методологической базе матричной генетики нами были исследованы системы передачи генетической информации на основе нейросетевых моделей. Функционирование нейрокомпьютера «Эмбрион» основано на четырех базисных операций переноса информации, а бионическим нейронам соответствуют изменения в эволюции состояний нейронной сети, подчиняющиеся этим операциям [135].

                  Для нейросетевого анализа из матричной генетики заимствовали способ кодирования нуклеотидов для букв нейронного алфавита, в результате получили семейство нейронных матриц, которые содержат информацию о всех возможных структурах нейронных сетей.

                  Применение операции структурной подстановки обусловлено феноменологией симметричного кодирования [200] аминокислот триплетами с сильными и слабыми корнями, выделенными на рис. 6.7 черным и белым цветом соответственно.

                  В результате получили аналогичное генетическому семейство нейронных матриц, которые содержат информацию о возможных структурах нейронных сетей. Если процесс образования в семействе геноматриц Р(п) с ростом «п» условно назвать эволюционным порождением очередного поколения геноматриц, то геноматрица каждого нового поколения содержит в себе информацию о всех предыдущих поколениях [81]. Аналогичное правило верно при порождении нейронных матриц путем увеличении количества афферентных каналов бионических нейронных сетей как моделей функциональных систем по П.К. Анохину [9].

                  Связь генетических и нейронных матриц (рис. 6.7) свидетельствует о наличии структурной зависимости между нейронными сетями [135] и генетическим кодом человека [201]. Структурные аналогии сохраняются при увеличении количества афферентных каналов бионической нейронной сети и соответствующей кронекеровской степени генетических матриц.

                  В результате анализа полученных семейств матриц доказаны новые биоинформационные зависимости между физико-химическими параметрами наследственной генетической информатики и функциональной системой П.К. Анохина [11] в виде нейробионической опорной модели коры головного мозга [135].

                  Соотношения, связывающие количество нейронов выходного слоя бионической нейронной сети (как полезно результата по П.К. Анохину [119]), и произведение водородных связей в соответствующей генетической матрице имеют вид логарифмических зависимостей

                  Данная зависимость справедлива для любого порядка п матриц, то есть зная количество нейронов в ячейке нейронной матрицы, можно получить произведение или сумму чисел водородных связей советующей генетической последовательности, а также другие количественные параметры ДНК (произведение числа протонов, атомов и др.).

                  Таким образом, существует связь логарифмического характера между моделью функциональной системы Анохина и объективными физико-химическими параметрами генетического кода митохондриальной ДНК человека. Следует отметить, что один из главных законов психофизики общебиологический закон Вебера-Фехнера имеет также логарифмический характер.

                  Известно, что приспособительный результат генетически детерминирован и является системообразующим фактором. Каждая физиологическая функциональная система работает по принципу рефлекса: есть стимул - следует ответная реакция на него, что происходит вследствие существования генетической эволюционной связи основных форм отражения действительности, свойственных биологической форме существования материи. П.К.Анохин [ 10 ]: "Для живых существ с момента их формирования в процессе эволюции весь внешний мир, со всеми его многообразными воздействиями, стал взвешиваться"только на этих весах прогрессивной эволюции (Приспособиться и выжить) , только в сопоставлении с конечным эффектом этих воздействий".

                  Взаимодействие функциональных систем обеспечивает организму приспособление к окружающей среде, выживание, продолжение рода и эволюцию вида [78]. Анохин убедительно доказал [11], что целесообразная деятельность свойственна всем живым образованиям как стремление к самосохранению. "

                  Похожие диссертации на Научно-методические основы и биоинформационные технологии управления профессиональными рисками в медицине труда

                  

                  Условия труда и профессиональная заболеваемость как основа управления рисками для здоровья работниковКостенко Наталья Алексеевна

                  Научные основы совершенствования системы медицинского обеспечения работающего населения как механизма управления профессиональными рискамиБыковская, Татьяна Юрьевна

                  Научное обоснование и разработка системы управления риском нарушений репродуктивного здоровья женщин-работниц как основы сохранения здоровья потомстваГолованева, Галина Владимировна

                  

                  Место производственного контроля в системе управления профессиональными рискамиИгнатова Елена Николаевна

                  Научное обоснование и разработка системы оценки и управления про-фессиональными рисками на предприятии авиационного машиностроенияАндреева Елена Евгеньевна

                  

                  Профессиональный риск и профилактика заболеваний опорно-двигательного аппарата(на примере работников металлургического производства)Челищева, Мария Юрьевна

                  

                  Оценка эффективности средств индивидуальной защиты кожи как основа профилактики профессиональных дерматозов у медицинских работников стомотологического профиляПоповкина, Светлана Васильевна

                  

                  Проблема физиолого-гигиенической оценки информационных нагрузок для оптимизации трудаЕремин Алексей Львович

                  Психофизиологическая коррекция функционального состояния организма работников умственного труда как мера профилактики перенапряженияОниани, Христина Тамазиевна

                  

                  Условия труда и состояние здоровья ремонтных рабочих современных нефтехимических производствГизатуллина, Дина Фаритовна