Состояние проблемы диагностики функционального состояния организма с позиций системного анализа

Исследование функционального состояния сердечно-сосудистой системы является междисциплинарной областью, которая требует не только медицин­ского и физиологического подхода, но и подхода со стороны математики, ки­бернетики, моделирования, биофизики, приборостроения, радиоэлектроники, информационных систем и многих других предметных областей.

флуктуациях ритмов сердца приводит к необходимости исследовать сердечно­сосудистую систему в форме системного процесса [17]. В первую очередь по­добное исследование предполагает изучение системного процесса работы серд­ца в норме. Тем не менее, подобные исследования в области системного анали­за ССС по данным электрокардиографии у условно-здоровых людей в доступ­ной литературе представлены незначительным количеством работ.

Современная медицинская проблематика системного исследования на примерах заболеваний ССС описывается в работах Хазова В.С.

В работах Каменского С.А. и Телышева Д.В. [23,24] разрабатываются методы и средства анализа электрокардиографической информации с целью получения более точных критериев принятия решений в автоматизированных системах распознавания особых состояний ритма сердца при работе с дефи­бриллятором.

В работах Грахова А.А. и соавт. [25] ведется разработка методов, позво­ляющих синтезировать набор информативных признаков ЭКГ у больных с ишемической болезнью сердца для дальнейшего прогнозирования с использо­ванием нейронных сетей и нечеткой логики. Для расширения возможностей

электрокардиографических приборов и систем в работах [13,26,27] приводятся исследования Жаринова О.О. и соавт., посвященные разработке методик поис­ка и оценки низкоамплитудных составляющих ЭКГ. Маслова О.В. и соавт. в своих работах [28] ведут разработку моделей, алгоритмов, технических и про­граммных средств для оптимизации групп риска обследуемых по фатальным нарушениям ритма сердца, обнаруженным на ЭКГ. Системное исследование сердечно-сосудистой системы в работах Караханян К.С. и соавт. заключается в изучении методов оценки функционального состояния по данным RR- интервалов и разработке прогностических показателей нелинейной динамики ССС у больных с высоким риском развития жизнеугрожающих аритмий [29,30].

вышения точности работы кардиостимуляторов [39,40]. В работах Истоминой Т.В, Кривоногова Л.Ю. и соавторов разрабатываются устойчивые к помехам методы обработки ЭКГ для систем мониторирования функционального состоя­ния пациентов в клинике [41,42]. В работах Уварова В.М. разрабатывается ин­формационно-аналитическая система обработки RR-интервалов на основе ин­теграции различных алгоритмов анализа макро- и микроструктуры ритма серд­ца [43].

Анализ доступных литературных источников позволяет сделать вывод, что в системном анализе CCC на первый план выходит разработка критериев «нормальной» вариабельности процессов жизнедеятельности организма чело­века и использование их в качестве моделей, а также синтез новых интеграль­ных параметров функционального состояния организма (ФСО).

Организм здорового человека является многоуровневой и неиерархиче­ской системой, чья работа не определяется каким-либо одним центральным управителем [44]. На базе теории функциональных систем П.К. Анохина [45] в современной науке разработаны концепции, говорящие о том, что изменение физиологической функции есть следствие изменения соответствующей физио­логической структуры при работе контуров обратной биологической связи [46]. Практическая реализация методов оценки функционального состояния челове­ка и его функциональных систем неразрывно связана с разработкой комплекс­ных биотехнических систем, способных регистрировать биосигналы, произво­дить их автоматическую обработку в реальном времени и прогнозировать из­менения физиологических параметров и их взаимосвязей, что может служить индикаторами системных адаптационных возможностей организма[44].

Анализ литературных источников показал, что существует несколько определений функционального состояния организма (ФСО) [47-49]. Наиболее близким к целям и задачам настоящего исследования является определение, приведённое в [50]: «ФСО — интегративная характеристика структур организ­ма с точки зрения эффективности его деятельности и задействованных в ее реа­лизации систем».

Разнообразие ФСО здорового человека является малоизученным в совре­менной медицине, т.к. объектом клинической медицины является человек с утраченным здоровьем, а для спортивной медицины объектом исследования является узкоспециализированный спортсмен, подвергающийся повышенным психологическим и физическим нагрузкам.

Частным случаем ФСО, к которому приковывается всё большее научное внимание, является норма. Нормой считается состояние оптимальной жизнеде­ятельности организма и его функциональных систем в конкретных условиях его существования [51]. Считается [52], что развитие функциональных нару­шений и патологических процессов связано с отдельными единичными или по­вторяющимися нарушениями (системными отклонениями от нормы) опреде­ленных физиологических процессов обмена информацией и веществом.

Все циклические процессы в организме осциллируют вокруг устойчивых состояний или находятся в процессе перехода от одного к другому [53]. Орга­низм человека работает в соответствии с ритмами внешней среды, вырабатывая собственные биоритмы, и каждый физиологический процесс в организме явля­ется циклическим в определенных границах [54]. Вариабельность какого-либо процесса является реакцией адаптации к текущим внешним условиям, а также к вероятным случайным возмущающим процессам [11,54]. Также выделяется часть системных процессов в организме, которые характеризуются длинновол­новыми изменениями, благодаря им и на их же основе выстраивается более сложная система ритмических гармоник [55] . Подобные процессы, содержа­

щие медленные волны (МВ), оказывают мягкое влияние на ФСО, и к их есте­ственным изменениям здоровый организм успевает адаптироваться. Сердечно­сосудистая система является одной из главных и оперативно реагирующих си­стем организма. Влияния на ее деятельность осуществляются по нервным и гу­моральным путям [44]. Также считается, в том числе академиком В.В. Лари­ным, что в ритмических процессах работы сердца имеется информация о про­цессах, протекающих в других функциональных системах организма, и, таким образом, сердечно-сосудистая система может служить индикатором адаптаци­онных реакций и функционального состояния всего организма [44,56,57].

Принято считать [7], что регуляция сердечной деятельности миокарда осуществляется несколькими путями: вегетативной нервной системой, цен­тральной нервной системой, гуморальными воздействиями, а также импульса­ми обратной связи интеро- и экстерорецепторов [58].

Рисунок 1.2. - Блок-схема двуконтурной системы управления ритмом сердца [59].

ющего за генерацию ритма сердца — синусового узла, зависит от воздействий, осуществляемых в автономном контуре регуляции, а также от воздействий че­рез гуморальные и нервные каналы. Термин «регуляция» относится к выполне­нию совокупных процедур оперативного нивелирования отклонений парамет­ров большой группы физиологических процессов, с упорядочиванием послед­них в единый системный процесс онтогенеза посредством системных вариаций ритма сердца [53].

Согласно гипотезе о дискретности процедур регуляции ритма сердца при балансных состояниях обязательно возникает встроенная в онтогенез ССС про­цедура контроля этих состояний [42]. Необходимо отметить, в соответствии с данной блок-схемой (рисунок 1.2), открытие организма для внешней среды приводит к появлению внешних стимулов влияния физической, социальной или мотивационной природы, которые составляют «внешнюю регуляцию» двух­контурной системы. Вариативные по амплитуде и фазе непрерывные внешние факторы различной природы, в основном, воспринимаются посредством ре- цептеров, отвечающих за связь с внешней средой, или генерируются централь­ной нервной системой, трансформируются по принципам кодирования (про­странственному и частотному), и в конвертированной форме включаются в си­стемный процесс онтогенеза [46,57,60] . Если процессы регуляции направлены для поддержания определенной стабильности алгоритма системного процесса, то внешние стимулы заставляют его перестраиваться, что подпадает под тер­мин «управление» [61].

Таким образом, считается, что физиологическая информативность ритма сердца заключается в характеристиках управления работой ССС при влиянии центральной и вегетативной системы с учётом уровня взаимодействия орга­низма с внешней средой. Поэтому системное исследование ССС должно осно­вываться на изучении:

• функциональных связей между элементами ССС (например, связь между отделами электропроводящей системы сердца (ЭПСС) и передача элек­трического импульса в ней);

• связей между структурами и подсистемами (например, система клапанов и ЭПСС).

С точки зрения системного анализа на данный момент разработанный и апробированный традиционный инструментарий не позволяет в полной мере исследовать ФСО, границы его нормы и патологии, из-за ограничения на объем связей в исследуемой ССС.

Далее будут рассмотрены основные системные подходы к анализу ЭКГ- информации, сформировавшиеся в отдельные и самостоятельные направления и методы диагностики.

1.3.