Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Глава 3. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ РЕЗЕРВОВ ОРГАНИЗМА
Анализ существующих методологических подходов к оценке ФРО показал, что данная крайне сложная проблема на протяжении достаточно длительного времени вызывает интерес у многих специалистов различных областей знания.
Развитие методологии оценки ФРО – важнейшее научное направление на стыке клинической физиологии, восстановительной медицины и функциональной диагностики [73]. Центральное место в этих исследованиях занимает разработка подходов, методов и критериев резервометрии, а также переход от качественных к количественным оценкам функциональных резервов, что является одним из обязательных условий оценки функционального состояния организма и его уровня здоровья [27; 28].
Следует отметить, что проблема оценки ФРО у людей, находящихся в состояниях, пограничных между здоровьем и болезнью, является очень сложной как в научно-теоретическом, так и методологическом плане, что связано с отсутствием общепризнанных критериев предболезни, а также методов количественной оценки уровней здоровья, соответствующих этим критериям. Выраженное уменьшение функциональных резервов – один из ведущих факторов риска развития заболевания.
Сложность исследования ФРО человека состоит в многообразии определений базового понятия «функциональные резервы организма», в большинстве своем не полностью раскрывающих сущность данной интегральной характеристики состояния организма человека.
Фактическое отсутствие всеобъемлющего определения ФРО обусловило появление разнообразных направлений в решении методологических задач резервометрии, большинство из которых ориентированы на системный подход к оценке интегральных показателей, отражающих различные компоненты функциональных резервов.
В методологии резервометрии ФРО выделяют два основных подхода:
– использование прямых методов оценки ФРО при воздействии различных экстремальных факторов (резервы стрессоустойчивости организма, характеризующиеся величиной предельно переносимой силы и времени воздействия);
– применение косвенных методов оценки ФРО на основании исследования состояния различных функциональных систем организма, как в обычных условий жизнедеятельности так и при проведении различных функциональных нагрузочных проб [26].
Разработка методологических аспектов оценки ФРО является базовым компонентом сохранения и формирования здоровья человека [113; 26; 73; 97].
В рамках сложившихся методологических подходов анализа ФРО созданы многочисленные методы оценки функциональных и адаптационных резервов организма. Предложено много схем оценки резервных возможностей, градаций биологических, пластических, энергетических, информационных резервов, а также резервов здоровья лиц ряда профессий, связанных с агрессивностью профессиональной среды и повышенной психофизиологической напряженностью труда [110].
Проблема поиска границ функциональных сдвигов в процессе труда неразрывно взаимосвязана с оценкой диапазонов функциональных возможностей человека. Методология количественной оценки резервных возможностей человека и прежде всего психофизиологических резервов его профессиональной работоспособности состоит в том, что ФР человека представляются в виде функциональной системы, объединяющей психологические, психофизиологические резервы, резервы висцеральный систем и резервные возможности регуляторных систем организма [140].
Количественная оценка ФРО при этом определяется тем, насколько их состояние обеспечивает эффективность и безопасность труда, то есть по существу, при этом исследуются функциональные резервы профессиональной работоспособности человека. Количественные характеристики являются основой для формализации и построения прогностических моделей, использованных в компьютерных технологиях медицинского контроля за состоянием функциональных резервов, позволяющих оценить степень расходования и восстановления функциональных резервов. Оценка и прогноз состояния функциональных резервов осуществляется с использованием пакета прикладных программ, реализующих специальные алгоритмы анализа сигналов, построения интегральных оценок и моделей прогноза.
К перспективным методологическим направлениям разработки проблемы функциональных резервов относятся:
– исследование функциональных резервов, клеточного, тканевого, органного, системного и организменного уровней;
– исследование динамических характеристик и механизмов мобилизации ФРО;
– поиск методических подходов к оценке ФРО и разработка гибких систем оценок функционального состояния дифференцированных по различным показателям, критериям, тестам. Создание нормативов для оценки ФРО позволит решить ряд важнейших задач клинической, профилактической и восстановительной медицины.
В настоящее время существует несколько методологических подходов к оценке ФРО, разработанных отечественными учеными. В девяностых годах ХХ столетия Р.М. Баевский и А.П. Берсенева [22] в рамках концепции о сердечно-сосудистой системе как индикаторе адаптивных реакций всего организма, обосновали методологию косвенной оценки ФРО, базирующуюся на сопоставлении двух измеряемых показателей – уровня функционирования сердечно-сосудистой системы и степени напряжения регуляторных систем.
Концептуальная основа методологии оценки ФРО по данным анализа функционирования сердечно-сосудистой системы базируется на представлениях о том, что сердечно-сосудистая система с ее многоуровневой регуляцией является функциональной системой, конечным результатом деятельности которой является обеспечение должного уровня функционирования целостного организма. Принять считать, что любому уровню функционирования целостного организма соответствует адекватный уровень функционирования сердечно-сосудистой системы. Обладая совершенным аппаратом саморегуляции, она оперативно участвует во всех проявлениях жизнедеятельности, реагируя на малейшие изменения потребностей отдельных органов и систем, обеспечивая кровоток в них в согласовании с гемодинамическими изменениями на организменном уровне. Функциональный резерв системы кровообращения тем выше, чем меньше требуется усилий для адаптации к обычным условиям жизнедеятельности, в ходе которой происходит как своевременная мобилизация резервов, так и их восстановление.
Функциональные резервы системы кровообращения необходимо рассматривать в комплексе с миокардиально-гемодинамическим гомеостазом и вегетативным гомеостазом [5], поскольку последний имеет непосредственное отношение к регуляции, как ФР системы кровообращения, так и ФРО в целом. Степень напряжения регуляторных систем определяет уровень функционирования сердечно-сосудистой системы путем мобилизации ее функционального резерва. Утверждается, что функциональный резерв организма имеет прямую связь со степенью напряжения регуляторных систем. Это позволяет оценивать функциональный резерв, не измеряя его непосредственно, а анализируя соотношение между уровнем функционирования и степенью напряжения регуляторных систем [22].
Оценка и прогнозирование функционального состояния целостного организма по данным исследования сердечно-сосудистой системы основано на том, что гемодинамические изменения в различных органах и системах возникают раньше, чем соответствующие функциональные нарушения, а исследование процессов временной организации, координации и синхронизации информационных, энергетических и гемодинамических процессов в сердечно-сосудистой системе позволяет выявлять самые начальные изменения в управляющем звене целостного организма. Сердечно-сосудистая система с ее регуляторным аппаратом рассматриваются как индикатор адаптационных реакций всего организма, ее регуляция отражает все уровни управления физиологическими функциями [19].
Эта концепция явилась основой разработки одного из самых распространенных в прикладной физиологии и клинической практике методов оценки функционального состояния организма – метода анализа вариабельности сердечного ритма [98; 114; 19]. Этот метод позволяет охарактеризовать функциональное состояние организма на основании построения кардиоинтервалограммы и последующем анализе полученных числовых рядов математическими методами. Анализ вериабельности сердечного ритма (ВСР) позволяет оценить общее напряжение регуляторных механизмов по показателям активности регулярных систем нейрогуморальной регуляции сердца и соотношение между симпатическим и парасимпатическим отделами автономной нервной системы, а комплексная оценка всех показателей дает возможность целостного представления о функциональном состоянии организма.
Однако, исследование функционального состояния только сердечно-сосудистой системы в значительной мере ограничивает возможность более информативной оценки ФРО в целом.
Динамическое взаимодействие нескольких функциональных систем, которое обеспечивается при участии различающихся или отчасти общих регуляторных систем в рамках теории функциональных систем носит непредсказуемый характер и зависит от активационных ресурсов каждой из них, определяемых их функциональными резервами. В качестве примера такого взаимодействия часто рассматриваются респираторно-кардиальные отношения. Характер взаимодействия ритмов сердца и дыхания – один из наиболее значимых и прогностически надежных индикаторов резервных возможностей организма. Наиболее доступным для измерения и анализа показателем является степень синхронизации и коэффициент кросс-корреляционных отношений между ритмом дыхания и частотой сердечных сокращений.
Взаимодействие функциональных систем в организме, обеспечивающее достижение максимального адаптационно-приспособительного результата, осуществляется на основе синхронизации ритмов их деятельности. Уровень взаимодействия (синхронизации) ритмических функций сердца и дыхания рассматривается в качестве критерия оценки адаптационных возможностей организма, точно и надежно отражающего характер взаимосвязей функциональных систем гомеостатического уровня, а их десинхронизация указывает на нарушение функционального состояния организма и свидетельствует о снижении его приспособительных резервов [49]. Показано, что кросс-корреляционные соотношения частоты дыхания и частоты сокращений сердца являются объективным показателем психоэмоционального состояния человека в различных условиях его жизнедеятельности [130].
Механизмы одновременной сочетанной регуляции гемодинамики и внешнего дыхания до конца не изучены. Однако, общепризнано, что от взаимодействия сердечно-сосудистой и дыхательной систем во многом зависит характер метаболизма организма в покое и при нагрузках, и две эти анатомические системы, по сути, функционируют для достижения общего результата.
Понятие «кардиореспираторной системы» получило широкое распростаранение не только в физиологии, но и в клинической медицине [4; 19; 49; 103; 127; 134]. Под кардиореспираторной системой понимают функциональное взаимодействие сердечно-сосудистой системы и дыхательной системы, направленное на обеспечение текущих процессов жизнеобеспечения организма. По мнению Ю.С. Ванюшина и Ф.Г. Ситдикова [35] кардиореспираторную систему следует отнести к постоянно существующим частным функциональным системам. Н.А. Агаджанян с соавт. [1] указывают, что кардиореспираторная система является «…универсальным индикатором функциональных резервов и адаптивных функций организма…».
Факт влияния дыхания на ритм сердца и активное участие в этом ядер блуждающих нервов, торможение и возбуждение которых передается синусовому узлу через нервные связи, известен давно. В 1963 году М. Клаймс предложил трактовку дыхательной регуляции частоты сердечных сокращений, которая на основании теории автоматического регулирования интерпретирует зависимость между дыханием и величиной вагусного торможения сердца с помощью передаточных функций, построенных по реальным кривым переходных процессов ритма сердца при вдохе и выдохе. В основе феномена сопряженности сердечного и дыхательного ритмогенеза лежит иррадиация возбуждения в продолговатом мозге с дыхательных на сердечные эфферентные нейроны,
от которых сигналы по блуждающим нервам передаются к сердцу и, взаимодействуя с интракардиальными ритмогенными структурами, формируют сердечный ритм, синхронный с дыхательным [103].
Установлено, что уровень респираторно-кардиальной синхронизации характеризует степень вегетативной сбалансированности, а респираторно-кардиальные взаимоотношения чрезвычайно лабильны и интегрально отражают системные вегетативные перестройки, происходящие в организме человека при различных внешних воздействиях. Это позволяет использовать их анализ для оценки функционального состояния организма. В этих целях был разработан критерий анализа степени взаимодействия ритмов сердца и дыхания – респираторно-кардиальный коэффициент и программное обеспечение для его расчета [47; 49]. Респираторно-кардиальный коэффициент отражает перераспределение в активности различных уровней регуляции вегетативных функций и позволяет оценивать интегральные характеристики вегетативной реактивности организма при проведении нагрузочных тестов, что, по-видимому, может косвенно свидетельствовать о состоянии функциональных резервов организма.
Дыхание – единственная вегетативная функция человека, активность которой он может менять сознательно. Волевое управление дыхательными движениями осуществляется посредством высшего отдела нервной системы – коры больших полушарий головного мозга, а само произвольное управление дыханием происходит на фоне автоматически регулируемого ритма дыхания, а не вопреки ему [115]. Возможность произвольного изменения глубины и частоты дыхания по заданной программе позволяет использовать явление сопряженности сердечного и дыхательного ритмогенеза для управляемого воздействия на регуляторные системы и механизмы, вовлеченные в этот процесс, что при определенных условиях позволяет синхронизировать ритмы дыхания и сердца. Это позволило создать методологию исследования регуляторных и адаптивных возможностей организма человека путем воспроизведения пробы сердечно-дыхательного синхронизма (СДС) [169].
Индуцирование возникновения общего синхронного дыхательного и сердечного ритма посредством вовлечения сердечных эфферентных нейронов в доминантный учащенный дыхательный ритм создается посредством заданной частоты произвольного дыхания, превышающей исходный сердечный ритм. Проба СДС позволяет количественно охарактеризовать межсистемные взаимодействия нескольких вегетативных функций и интегрально оценить регуляторно-адаптивные возможности организма при различных функциональных состояниях и заболеваниях, поскольку результирующие показатели пробы формируются с участием различных сенсорных входов, центральной и вегетативной нервной систем, координированная работа которых свидетельствует об адекватности регуляторно-приспособительных реакций организма [103; 105]. О степени отклонения адаптивных возможностей от нормы судят по выраженности изменений параметров синхронизации на минимальной границе диапазона синхронизации. Регуляторно-адаптивные возможности оцениваются по индексу регуляторно-адаптивного статуса (ИРАС), получаемого интеграцией наиболее информативных показателей пробы СДС.
С позиций клинической физиологии регуляторно-адаптивный статус (РАС), определяемый по пробе СДС, позволяет характеризовать функциональный статус организма. Представляется вполне обоснованным рассматривать ИРАС, как показатель количественной интегральной оценки ФРО и его адаптивного потенциала, а также в качестве показателя их изменений при воздействии различных факторов.
Исследование динамики показателей РАС и ИРАС позволяет получать объективную информацию о трансформации функционального состояния и ФРО под влиянием лечебно-оздоровительных мероприятий и многих других воздействий на организм человека, включая стрессовые и возрастные [104]. Это подтверждено большим пулом исследований у людей различного возраста при различных функциональных состояниях и разнообразных патологических состояниях [103].
Оценка кардиореспираторного сопряжения по данным одновременной регистрации электрокардиограммы и пневмограммы с последующим анализом вариабельности сердечного ритма, функции внешнего дыхания и расчетом уровня кардиореспираторной синхронизации позволяет охарактеризовать состояние кардиореспираторной системы [84]. Утверждается, что для определения функционального состояния организма достаточно оценить резервные возможности его кардиореспираторной, центральной нервной и нейрогуморальной регуляции, параметры функционирования которых отражают и показатели гомеостаза, и показатели ФР процессов адаптации через соотношение уровня регуляции и степени напряжения механизмов регуляции [127; 19].
Примером концептуального целостного методологического подхода к оценке ФРО является методология количественной оценки интегрального показателя ФРО, основанная на представлениях о том, что функциональные резервы являются интегральной характеристикой состояния организма человека, которая во многом зависит от морфофункционального состояния основных систем жизнеобеспечения, а также регуляторных адаптивных возможностей организма. Данный подход бал использован при разработке технологии исследования ФРО с использованием программно-аппаратного комплекса «интегральный показатель здоровья», позволяющего оценивать адаптационный потенциал и напряжение регуляторных систем, функциональное состояние и резервы сердечно-сосудистой, дыхательной, центральной нервной системы, вегетативного гомеостаза и психологического состояния [123]. Оценку ФРО и его адаптационных возможностей проводят с использованием комплексного тестирования, включающего методику математического анализа сердечного ритма по Р.М. Баевскому, тесты с дозированной физической нагрузкой (по Апанасенко, Гарвардский степ-тест, PWC 170), оценку зрительно-моторной реакции по Лоскутовой и психо-эмоционального статуса по Люшеру, тест дифференциальной самооценки (САН), исследование личностной и реактивной тревожности по тесту Спилбергера. Интерпретация результатов осуществляется с учетом возраста и гендерной принадлежности испытуемых, роста, веса, параметров артериального давления, уровня физической активности, характера питания, наличия вредных привычек. Возможно проведение как отдельных обследований, так и отслеживание изменения ФРО во времени, что позволяет мониторировать состояние здоровья [127; 124].
Большие перспективы имеют полипараметрические информационные технологии оценки функционального состояния и функциональных резервов организма методологической основой которых является комплексный системный информационный симметрийный подход к определению соотношений параметров, которые выступают как новые диагностические признаки, дополняющие общепринятую в функциональной диагностике трактовку результатов электрофизиологических исследований на основе анализа полученных абсолютных величин [48]. Применение функционально-диагностических методов с полиграфической регистрацией физиологических функций, матричным описанием состояния организма на основе унифицированного набора параметров физиологических функций и с использованием визуализированных графических методов анализа получаемых данных позволяют проводить прямой клинико-физиологический контроль результатов многомерных физиологических исследований и осуществлять математический анализ соотношения параметров различных функций. Это определяет возможности количественной оценки информационных межсистемных связей в организме, так и между параметрами внутри физиологических систем. Полипараметрические технологии позволяют выявлять
донозологические нарушения функционального состояния организма, проводить мониторинг кардиореспираторной системы и оценивать эффективность реабилитационных мероприятий.
В настоящее время формируется новая методология оценки ФРО. Мониторинг функциональных резервов организма человека предлагается осуществлять с помощью информационных технологий на основе использования мобильных гаджетов, датчиков и сети интернет [101]. Стремительное развитие информационных технологий и бум создания мобильных устройств, предназначенных для регулярного отслеживания данных о здоровье человека и результатов контроля пользователями системной информацией о состоянии своего организма на основании автоматизированной обработки результатов мониторинга параметров основных функциональных систем, позволило многим людям изменить их подход к собственному здоровью.
По данным современных аналитических исследований, около 20 % людей, следящих за своим состоянием, делают это с помощью информационных технологий, позволяющих осуществлять функциональный мониторинг организма.
Сфера интересов каждого человека, желающего получить объективную оценку состояния своего здоровья, узнать уровень защищенности организма от негативных факторов внешней среды (всплесков солнечной активности, перепадов атмосферного давления, влажности, температуры и др.) включает желание получить проект индивидуальной оздоровительной программы, целеориентированной на укрепление здоровья.
Разработан комплекс, реализующий информационные технологии мониторинга функциональных и адаптивных резервов организма человека на основе использования гаджетов, датчиков и сети интернет. Разработан и реализован интернет-сервис количественной и качественной оценки психо-физиологического состояния человека. Разработана современная технология функционального мониторинга организма с помощью портативных датчиков, создания и анализа архивов данных и прикладных сервисов диагностики на основе обработки информации длительности RR-интервалов, уровня оксигенации крови и функции внешнего дыхания. Данные регистрируются посредством специального датчика Polar H7, использующего беспроводную технологию передачи данных на смартфон и ноутбук, где они агрегируются с использованием защищенного протокола передачи данных и через сеть интернет транслируются на центральный сервер. Все данные, региструемые в покое, во время обычной двигательной активности (ходьба, прогулка) или при физических
нагрузках (бег, езда на велосипеде, плавание), аккумулируются мобильным устройством для дальнейшего их сравнительного анализа оценки функциональных и адаптивных резервов организма и разработки рекомендаций по коррекции состояния здоровья пользователя.
Информационные технологии изучения функциональных резервов организма на основе мониторинга ряда его функциональных параметров обеспечивают мотивацию пользователей регулярно отслеживать данные о состояния своего организма, а тесное «общение» со своим смартфоном и постоянное напоминание о частоте пульса, уровне артериального давления и других показателях нередко определяет желание проконсультироваться у специалистов-медиков. Увеличение интереса к оздоровительным практикам «мобильного здоровья» и IT-мониторинга в настоящее время являются самой быстроразвивающейся категорией в сфере информационных технологий. Методологическая новизна предлагаемого подхода оценки ресурсов здоровья, определяемых функциональными резервами организма, состоит в использовании современных технологий и средств с поддержкой сети интернет, позволяющих использовать возможности сохранения и укрепления здоровья посредством мониторинга психофизиологического состояния человека.