Введение к работе
Актуальность работы. Организм человека является сложной системой со множеством уровней организации и управления. Слаженная работа различных функциональных систем организма, оптимальное управление со стороны ЦНС всеми этими ФСО обеспечивает гомеостаз, т.е. поддержание основных параметров организма в определенных жизненно необходимых пределах. Это происходит, несмотря на изменение условий внешней среды или появление каких-либо непредсказуемых изменений в системе регуляции этих жизненных функций. Трудовая деятельность – важный экзогенный фактор, определяющий структуру ритмов различных физиологических процессов. При этом в зависимости от тяжести и напряженности труда, режимов трудовой деятельности возможны как синхронизация биологических ритмов, так и их нарушение, когда деятельность человека становится источником возмущения и развития десинхроноза, приводящего к дисбалансу ФСО и, в частности, КРС (Агаджанян, 1996-1999, Еськов 1997, 2004).
Особое значение в ритмологии и физиологии труда имеет проблема влияния труда на биоритмы физиологических функций было проведено в группах машинистов локомотивов и их помощников, работа которых связана с обеспечением безопасности движения поездов. Сравнительное изучение организма этих работников с работниками охраны (ночная смена), физического труда на открытом воздухе и умственного труда при психических нагрузках позволяет более детально представлять состояние организма работников первой группы (ж/д), в которой регистрируются в основном заболевания, связанные с воздействием физических факторов и ненормированного рабочего дня. Например, уровень шума в кабинах отдельных тепловозов достигает 118-120 дБ. Дополнительным неблагоприятным фактором при работе на локомотивах является вибрация, параметры которой превышают предельно допустимые в 2-2,5 раза, а также выраженное нервно-эмоциональное напряжение и работа в ночные смены. Все эти производственные факторы, являются специфическими или неспецифическими факторами, влияющими на параметры квазиатракторов движения вектора состояния организма человека и требуют особого изучения с целью прогноза и коррекции параметров ФСО.
В кабинах машинистов в летний период без должной вентиляции температура достигает 40-48С при резком снижении относительной влажности и низкой подвижности воздуха. Зимой температура воздуха на машине СМ-2 при наружной температуре -20 С составляет лишь 4,2 С. Поэтому на Западно-сибирской железной дороге машинисты чаще всего страдают следующими профессиональными заболеваниями: заболевание органов дыхания – 57%, заболевание органов слуха -16 % , вибрационная болезнь - 15 %, профессиональные заболевания, которые обусловлены длительным воздействием вибрации. Последние характеризуются патологическими изменениями сосудов конечностей, нервно-мышечного и костно-суставного аппарата.
В этой связи изучение особенностей влияния факторов производства на ФСО и возникновение ранних патологий представляет научный интерес как для физиологии трудовых процессов и профпатологии, так и для терапии в аспекте изучения особенностей ВСОЧ в фазовом пространстве состояний (ФПС).
Цель работы: выполнить системный анализ и синтез вектора состояния организма работников железнодорожного транспорта как в процессе воздействия производственных факторов, приводящих к развитию патологических состояний организма, так и в период реабилитации в условиях отделенческой больницы станции Сургут.
Задачи исследования:
-
Выполнить сравнительный анализ современных методов системного анализа и синтеза и обосновать использование наиболее приемлемых из них в реабилитации работников железнодорожного транспорта в условиях клиники.
-
Вывить особенности поведения параметров вектора состояния организма машинистов и их помощников в фазовом пространстве состояний в аспекте установления различий в качестве и напряженности труда и произвести сравнение подобных параметров для работников умственного труда и физического труда в условиях открытого воздуха.
-
Установить наличие различий в параметрах ВСОЧ в зависимости от возраста и стажа работы в условиях железной дороги.
-
Идентифицировать особенности поведения ВСОЧ для разных групп больных неинфекционными заболеваниями в фазовом пространстве состояний.
-
Изучить характер влияния реабилитационных мероприятий при остеохондрозе и гипертонии на параметры квазиаттракторов движения ВСОЧ в ФПС.
Научная новизна работы:
-
В условиях клинических наблюдений и проведения мероприятий восстановительной медицины для работников железнодорожного транспорта впервые научно обоснованы методы расчета параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма человека в m-мерном фазовом пространстве и разработана и внедрена ЭВМ – программа для представления таких многомерных процессов в двумерном пространстве на примере работников ж/д транспорта.
-
Установлены различия в параметрах ВСОЧ и параметров квазиаттракторов поведения ВСОЧ в ФПС для двух групп работников железнодорожного транспорта: машинисты и помощники машинистов.
-
Выявлены особенности возрастных различий параметров ВСОЧ и различий, связанных со стажем работы в условиях железной дороги.
-
Идентифицированы особенности поведения ВСОЧ в фазовом пространстве для двух видов заболеваний: гипертензия и остеохондроз.
-
Впервые показаны особенности поведения параметров организма работников железной дороги в ходе проведения различных реабилитационных мероприятий и установлены параметры порядка для вектора состояния организма железнодорожников.
Теоретическая и практическая значимость работы:
-
Сравнительный анализ методов системного анализа и синтеза выявил целесообразность использования алгоритма покластерного сравнения параметров квазиатракторов в ФПС для разных групп обследуемых (машинисты, помощники машинистов, работники умственного и физического труда на открытом воздухе).
-
Установлены существенные различия в параметрах квазиатракторов для четырех групп обследуемых (обозначенных в п.1).
-
Показаны существенные различия в параметрах квазиатракторов ВСОЧ для разных возрастных групп и идентифицированы параметры порядка для этих групп.
-
Получены количественные характеристики параметров ВСОЧ для разных групп больных неинфекционными заболеваниями.
-
В условиях воздействия реабилитационных мероприятий установлен характер их влияния на параметры ВСОЧ разных групп больных.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Предложен алгоритм покластерного сравнения параметров квазиатракторов в условиях действия неблагоприятных производственных факторов на организм человека.
-
Методы оценки квазиатракторов ВСОЧ целесообразно использовать для анализа характера влияния условий труда на ФСО.
-
Идентификация параметров квазиатракторов обеспечивает дифференцировку степени напряженности и адаптации оргапнизма работников ж/д разных групп.
-
Алгоритмы расчета параметров квазиатракторов обеспечивают дифференциальную диагностику разных видов неинфекционных заболеваний и могут быть использованы в клинике при лечении этой группы заболеваний.
-
Алгоритм и программа покластерного анализа параметров ВСОЧ обеспечивает диагностику наиболее важных клинических признаков – параметров порядка.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на: Международном симпозиуме “От экспериментальной биологии к превентивной и интегративной медицине” (Судак, 2007); Международной конференции “Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе” (Гурзуф, 2008); региональной научно-практической конференции “Актуальные вопросы восстановительной медицины” (Барнаул, 2008); Всероссийской научно-практической конференции “Современные аспекты клинической физиологии” (Самара, 2008); Всероссийской конференции “Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях” (Н. Новгород, 2009); III-й международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (Благовещенск, 2009).
Декларация личного участия автора заключается в получении клинических данных в условиях проведения мероприятий восстановительной медицины для работников железнодорожного транспорта. С непосредственным участием автора внедрена ЭВМ – программа для идентификации квазиаттракторов поведения ВСОЧ в ФПС у работников железнодорожного транспорта с различной нозологией, выполнен анализ особенностей поведения квазиатракторов ВСОЧ при различных неинфекционных патологиях в условиях действия производственных факторов ж/д транспорта.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 работ, в том числе 1 свидетельство о государственной регистрации программ ЭВМ, 2 монографии и 17 статей в изданиях, рекомендованных ВАК для соискания степени доктора медицинских наук, и 27 статей в различных научных журналах и материалах конференций.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа содержит 212 страниц машинописного текста. Она исполнена в классическом стиле и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, четырех глав, содержащих результаты собственных наблюдений, заключения, выводов, списка литературы. Работа содержит 22 рисунка и 28 таблиц. Список используемой литературы включает в себя 214 источников, в том числе 43 на иностранном языке.
В комплексном лечении наблюдаемых больных использовались различные методы восстановительной терапии. В частности, при артериальной гипертензии применялись:
-
Магнитотерапия (аппарат «Алма», программа «АГ»).
-
Скипидарные ванны с «желтой эмульсией», обладающей гипотензивным действием.
-
Внутривенное введение озоно-кислородной смеси.
-
Гипербарическая оксигенация.
-
Иглорефлексотерапия.
-
Аудио-визуальная вибротактильная музыкальная программа «Сенсориум», предназначенная для снятия психологического и эмоционального напряжения.
-
ЛФК (индивидуальные и групповые занятия).
При лечении остеохондроза использовались:
-
Ультразвуковая терапия: фонофорез с карипазином.
-
Дозированное подводное вытяжение позвоночника.
-
Подводный гидромассаж.
-
Магнитотерапия (аппарат «Алма», программа «Остеохондроз»).
-
Иглорефлексотерапия.
-
Специальная методика ЛФК, направленная на купирование болевого синдрома, расслабление и укрепление мышц спины.
-
Лечебный массаж.
В настоящей работе используются разработанные в НИИ БМК три основных метода идентификации параметров порядка любой БДС, которые базируются на трех различных подходах:
детерминистский - используется метод минимальной реализации (ММР);
стохастический - используются элементы хаотической динамики (нейросетевые технологии, нейронные сети и нейро-ЭВМ);
метод анализа параметров аттракторов путем сравнения параметров различных кластеров, представляющих БДС.
К таким кластерам могут относиться одни и те же БДС, но находящиеся в разных экологических состояниях или в разных временных режимах. В любом из этих случаев мы можем произвести сравнение параметров аттракторов как минимум для двух кластеров. Однако, возможно сравнение и многих кластеров, т.е. трех, четырех и так далее.
Данный подход основывается на сравнении различных кластеров, представляющих БДС. Эти методы основаны на идентификации объема квазиаттрактора в фазовом пространстве первоначально для одного кластера и далее для другого. Затем поэтапно (поочередно) исключаются из расчета отдельные компоненты вектора состояния БДС с одновременным анализом параметров квазиаттракторов и сравнением существенных или несущественных изменений в параметрах квазиаттрактора после такого исключения. Алгоритм такой процедуры основывается на следующих шагах:
-
В программу расчета на ЭВМ поочередно вводятся исходные значения (компоненты ВСОЧ) в виде матриц = биосистемы, например параметры ФСО, по каждому из k кластеров (видов болезни или группам людей). Данные могут вводиться вручную либо из текстового файла; т.е. получаем матрицу состояний для всех кластеров в – мерном фазовом пространстве. Здесь - бегущий индекс компоненты вектора () , a - номер биообъекта (пациента) (), номер кластера k тоже может изменяться (). Иными словами элемент такой матрицы представляет-й кластер БДС, -й компонент ВСОЧ для -го пациента (группы больных).
-
Производится поочередный расчет координат граней для всех i-х параметров ВСОЧ, для всех -х пациентов () из -го кластера (); в частности, их длины (Interval), например, для 2-х кластеров (х и у) будем иметь: , , где координаты крайних точек, совпадающих с нижней и верхней границей фазовой области. Далее рассчитывается вектор объемов (General Value) , ограничивающих всеаттракторов, а так же показатели асимметрии (Asymmetry) в виде матриц размерности () для стохастического , и хаотического центров . Здесь - идентификация стохастического центра квазиаттракторов, который находится путем вычисления среднего арифметического одноименных координат точек, представляющих проекции конца вектора состояния БДС на каждую из координатных осей. Отметим, что для каждого из всех P кластеров имеем, - идентификация хаотического центра квазиаттракторов, где ширина фазовой области квазиаттрактора (размер интервала изменения переменной х) в проекции на i-ую координату.
-
Вводится параметр R, показывающий степень изменения объема аттракторов для -го кластера до и после уменьшения размерности фазового пространства. В исходном приближении вычисляем . Здесь -общий объем параллелепипеда (=), внутри которого находится 1-й квазиаттрактор движения ВС (например, ВСОЧ) для 1-го кластера данных в m-мерном фазовом пространстве; - объем параллелепипеда (=), внутри которого находится 2-й квазиаттрактор движения ВС для ВС 2-го кластера данных.
-
После исключения поочередно каждого из компонент вектора т.е. для одного и другого кластера одновременно и поочередно для всех j вычисляется вторые и далее i-е приближения параметра квазиаттракторов. Таким образом, получаем вектор значений, т.е. вектор размерности , по координатам которого можно определить уменьшилась или увеличилась относительная величина квазиаттракторов V при изменении размерности фазового пространства. При уменьшении размеров квазиаттракторов V, анализируются параметры системы и на основе их почти неизменности делается заключение о существенной (если параметры существенно меняются) или несущественной (параметры почти неизменны) значимости конкретного, каждого компонента ВС .
При реализации этой процедуры важно понимать, что с БДС может что-то произойти (усугубляется патология, реально начнут влиять экофакторы среды обитания и т.д.), если начнут изменяться размеры квазиаттракторов (=) или координаты центра квазиаттрактора. В последнем случае размеры квазиаттракторов () могут даже не измениться, но новый квазиаттрактор будет другой, т.е. его центр в фазовом m-мерном пространстве переместился в другую область фазового пространства.
В результате такого подхода нами было также установлено, что чем больше расстояние между хаотическим (геометрическим) и стохастическим (среднестатистическим) центрами квазиаттракторов в фазовом m-мерном пространстве состояний, тем ярче выражена мера хаотичности в динамике поведения вектора состояния организма человека.
Процедура поэтапного (поочередного) исключения из расчета отдельных компонент ВСОЧ с одновременным анализом параметров квазиаттракторов и сравнением существенных или несущественных изменений в параметрах квазиаттракторов после такого исключения позволила выявить те признаки, которые существенно влияют на показатели расчетных параметров квазиатракторов при неинфекционных заболеваниях или под действием производственных факторов в условиях ж/д транспорта.
Таким образом, данный метод и программный продукт позволяет проводить объективную диагностику различий между динамикой стохастического поведения биологической динамической системы и хаотической динамикой этих же БДС, а также проводить выявление значимых признаков, существенно влияющих на параметры аттракторов ВСОЧ. Обследования проводились разных групп испытуемых: машинисты и помощники (73 человека) работники умственного и физического труда, которые не связаны с ж/д транспортом (71 человек), группа больных нейинфекционными заболеваниями (85 пациентов), группы сравнения.
Похожие диссертации на Системный анализ в изучении динамики неинфекционных заболеваний на урбанизированном Севере
