CC BY
115
Здоровье человека
Вестник ДВО РАН. 2010. № 4
УДК 612.11. 612.13
О.Н.МИРОШНИКОВА, Е.Г.МИРОШНИКОВ
Исследование интегральных показателей уровня адаптации человека
Показано, что интегральные критерии системы кровообращения и периферической крови можно рассматривать в качестве чувствительных способов регистрации доклинических отклонений, позволяющих проводить предварительную рекогносцировку уровня адаптации населения или производственных коллективов.
Ключевые слова: интегральные показатели, адаптационный показатель кровообращения, энтропия лейкоцитарной формулы крови, адаптация.
Investigation of intégral indices of adaptation level of the human organism. O.N.MIROSHNIKOVA,
E.G.MIROSHNIKOV (A.V.Zhirmunsky Institute of Marine Biology, FEB RAS, Vladivostok).
Intégral indices of the circulation system and peripheral blood can be regarded as sensitive parameters for registration of preclinical deviations. They allow us to conduct preliminary estimation of adaptation level of population or production teams.
Key words: integral indices, adaptive potential of blood circulation, entropy of the leukocytic formula of blood, adaptation.
Переход от здоровья к болезни связан со снижением адаптационных возможностей человека. На границе между здоровым состоянием организма и болезнью диагностируется последовательный ряд переходных состояний, которые получили название доно-зологических. В нашей стране наиболее часто употребляется классификация, по которой последовательный ряд таких состояний включает удовлетворительную адаптацию (норма), напряжение механизмов адаптации, неудовлетворительную адаптацию (перенапряжение) и ее срыв [3]. В зависимости от возраста, условий труда или степени загрязнения окружающей среды на разных стадиях донозологических состояний находится от 50 до 80% населения России [4].
Донозологические состояния по своему существу представляют разные уровни физиологической адаптации здорового человека, и поэтому их диагностика основывается на измерении отклонений в рамках нормативных значений признаков. Данное обстоятельство создает существенные затруднения в разработке диагностических схем, заставляя переносить акцент на анализ не величины регистрируемых показателей, а характера взаимосвязей между ними, таких как согласованность развивающихся изменений, их синхронность, степень зависимости от регуляторных влияний и т.д. Подобные взаимосвязи поддаются выражению в категориях и понятиях, относящихся к теории информации [3].
Различные части функциональных систем, по П. К. Анохину [2], реагируют на действие повреждающих факторов как единое целое, поэтому изменения, наблюдаемые в каждой из таких частей, могут служить индикатором состояния всей системы. В то же время в доступной литературе мы не встретили работ, в которых сопоставлялись бы результаты оценки уровня адаптации организма, полученные различными способами.
МИРОШНИКОВА Ольга Николаевна - кандидат биологических наук, научный сотрудник, МИРОШНИ-КОВ Евгений Георгиевич - кандидат медицинских наук, заведующий отделом (Институт биологии моря им. А.В.Жирмунского ДВО РАН, Владивосток). E-mail: [email protected]
Диагностическая процедура определения уровня адаптации организма, основанная на анализе информационных процессов, состоит в отборе совокупности значимых признаков и выявлении взаимосвязей между ними, после чего рассчитывается интегральный показатель, позволяющий выразить результат одной цифрой [1]. Нами рассмотрены возможности использования для оценки уровня адаптации человека двух таких показателей - адаптационного потенциала кровообращения (АПК) [3] и энтропии лейкоцитарной формулы крови (ЭЛФК) [18].
Измерение показателей кровообращения - один из наиболее распространенных способов диагностики уровня адаптации человека. Это определяется как важной ролью кровообращения в жизнедеятельности организма, так и техническими возможностями, позволяющими одновременно регистрировать большое число параметров. АПК - обобщенный критерий, отражающий соответствие степени активации системы кровообращения на повседневное действие стрессорных факторов (в нашем случае на систематическое выполнение подводных погружений) антропометрическим данным обследуемых.
ЭЛФК - интегральный критерий степени упорядоченности соотношения между форменными элементами лейкоцитарной системы крови. Высокая реактивность лейкоцитарной системы на действие повреждающих факторов обусловлена ее ролью в механизмах фагоцитоза и иммунитета. Наиболее общим проявлением стрессорной активации лейкоцитарной системы является лейкоцитоз, сопровождающийся сдвигом в сторону увеличения доли миелоидных клеток, участвующих в фагоцитозе, и снижением количества лимфоцитов, разрушение которых связано вовлечением их белков в реакцию глюконеогенеза [6].
Названные интегральные критерии уровня адаптации организма наиболее употребляемы, поскольку необходимые для их расчета данные о показателях кровообращения и клинические анализы периферической крови содержатся во всех амбулаторных картах.
Материал и методы
Сопоставление адекватности диагностических заключений, полученных с помощью измерения АПК и ЭЛФК, проводили у 148 водолазов с различной продолжительностью подводного стажа. Возраст водолазов от 20 до 50 лет. Индивидуальные карты ежегодных водолазно-медицинских комиссий специалистов, работающих на малых и средних глубинах с использованием для дыхания сжатого воздуха, получены из архива водолазно-медицинской службы Института биологии моря им. А.В.Жирмунского ДВО РАН. Обработке подвергали данные поликардиографического обследования и результаты клинического анализа крови водолазов. Контролем служили 89 мужчин морских профессий, которые не выполняли подводных погружений. Продолжительность подводного стажа градуировали на классы: меньше 1000, 1001-2000, 2001-3000 и больше 3000 ч.
АПК рассчитывали по формуле: АПК = 0,011 • ЧСС + 0,014 • САД + 0,008 • ДАД + + 0,009 • масса тела - 0,009 • рост + 0,014 • возраст - 0,27, где ЧСС - частота сердечных сокращений, САД и ДАД - величина систолического и диастолического артериального давления, соответственно [3].
Несмотря на простоту используемых параметров, АПК является достаточно информативным индикатором состояния кровообращения, поскольку ЧСС, САД и ДАД тесно связаны с такими ведущими показателями центральной гемодинамики, как ударный объем, минутный объем кровообращения, среднее артериальное давление, общее периферическое сосудистое сопротивление, которые могут быть выведены из них расчетным путем.
ЭЛФК как количественная мера уровня адаптации выражалась через отношение фактической загруженности (H) к максимальной емкости (H ) лейкоцитарной системы крови [1]: h = H / H • 100 %.
L J max
По К.Э.Шеннону (1963 г.), величина энтропии для отдельного элемента упорядоченного множества пропорциональна двоичному логарифму (I = -Р • log2P), так что общая энтропия системы, состоящей из Р1, Р , Р, ... Р.-элементов, равна
Н = - £ р. • .
I = 1
Для любого элемента системы максимальная энтропия составляет Ншах= -ш^(Р • log2P), при этом равенство Н = Н означает распад системы. Выражение ЭЛФК в форме относительной энтропии позволяет избежать зависимости значения энтропии от числа учитываемых признаков.
У каждого обследуемого проводили параллельное определение АПК и ЭЛФК. Деление АПК на классы, соответствующие различным уровням адаптации организма, осуществляли по данным работы [7], ЭЛФК - работы [18] (табл. 1). На основании полученных результатов сравнивали распределение испытуемых по частоте выявления представленных в табл. 1 уровней адаптации, измеренных по АПК и ЭЛФК, при последовательных интервалах продолжительности подводного стажа.
Статистическую достоверность различий средних значений АПК и ЭЛФК при разной продолжительности подводного стажа в сравнении с контролем (табл. 2) вычисляли по 1-критерию Стьюдента, а между парными частотами уровней адаптации, диагностируемых по АПК и ЭЛФК (табл. 3), - по точному критерию Фишера.
Таблица 1
Классы значений АПК и ЭЛФК, соответствующие разным уровням адаптации организма
Уровень адаптации АПК, ед. | ЭЛФК, %
Удовлетворительный Напряжение Неудовлетворительный < 2,6 50-67 2,6 < АПК< 3,1 68-75 3,1 < АПК < 3,5 > 75
Примечание. Разграничение на классы дается для АПК по работе [5], для ЭЛФК - по работе [22].
Результаты и обсуждение
Систематическое выполнение подводных погружений приводит к увеличению как АПК, так и ЭЛФК (табл. 2). Вместе с тем по мере роста продолжительности подводного стажа динамика изменения этих показателей различается: АПК постоянно увеличивается, тогда как ЭЛФК, достигнув максимума в классе 1001-2000 ч, уменьшается.
Рост АПК и ЭЛФК сопровождается увеличением среднеквадратичной ошибки. Поскольку АПК и ЭЛФК рассматриваются нами как интегральные критерии состояния целого организма, увеличение ошибки средней должно указывать на то, что с ростом продолжительности подводного стажа происходит расслоение обследуемых по уровню адаптации. Как видно из табл. 3, такой разброс между вариантами в классах меньше 1000 ч и
Таблица 2
Зависимость АПК и ЭЛФК от подводного стажа водолазов
Подводный стаж, ч п АПК, ед ЭЛФК, %
0 (контроль) 89 2,13 ± 0,031 56,6 ± 0,55
< 1000 43 2,36 ± 0,054* 56,6 ± 1,26
1001-2000 34 2,32 ± 0,053 63,3 ± 1,48*
2001-3000 29 2,45 ± 0,084* 62,5 ± 1,59*
> 3000 42 2,73 ± 0,022* 59,1 ± 1,06*
* Р < 0,05 по сравнению с контролем. Примечание. п - число обследуемых в группе.
Распределение уровней адаптации организма, диагностируемых по величине АПК и ЭЛФК, у водолазов при различной продолжительности подводного стажа
Уровень адаптации Контроль Подводный стаж, ч
< 1000 1001-2000 2001-3000 > 3000
Частоты, диагностируемые по АПК
Удовлетворительный 95 92 88 82 50
Напряжение 5 8 12 6 39
Неудовлетворительный 0 0 0 12 11
Частоты, диагностируемые по ЭЛФК
Удовлетворительный 95 88 81 82 86
Напряжение 5 12 19 18 11
Неудовлетворительный 0 0 0 0 3
рф > 0,05 > 0,05 > 0,05 > 0,05 < 0,05
Кол-во совпадений, % 100 96 93 88 64
1001-2000 ч обусловлен увеличением доли лиц с напряжением уровня адаптации, а в классах 2001-3000 и больше 3000 ч выявляются также лица с неудовлетворительным уровнем адаптации.
Что касается основного вопроса - степени совпадения диагностических заключений, получаемых с помощью измерения АПК и ЭЛФК, то в контроле оно имеет место во всех случаях (табл. 3). В группе водолазов по мере роста продолжительности подводного стажа степень совпадений диагностических заключений плавно снижается, оставаясь достаточно высокой в первых трех классах, но при подводном стаже больше 3000 ч регистрируется статистически значимое их расхождение.
Полученные результаты показывают, что у водолазов, работающих на малых и средних глубинах с использованием для дыхания сжатого воздуха, АПК и ЭЛФК выше, чем в контроле, при этом степень этого увеличения связана с продолжительностью подводного стажа. Использование АПК в качестве интегрального показателя состояния организма в свое время было предложено для нужд космической медицины [7]. Накопленный опыт явился толчком к внедрению методологии в систему контроля уровня здоровья самых различных контингентов населения: рабочих промышленных предприятий [16], учащейся молодежи [10, 17], военнослужащих [15], людей, проживающих в экологически неблагоприятных регионах [5], и т.д. Ранее было показано, что увеличение АПК у водолазов связано с повышением постнагрузки на сердце, вызываемой гипербарией, а также с серией компенсирующих ее адаптивных процессов. В интервалах продолжительности подводного стажа меньше 1000, 1001-2000, 2001-3000 ч развитие компенсирующих процессов осуществляется в следующем порядке: рост скорости кровотока в сосудистом русле, формирование изометрической гиперфункции сердца, перестройка гемодинамики по гипокинетическому типу. При продолжительности подводного стажа больше 3000 ч происходит рассогласование в системе кардиогемодинамических механизмов, что выражается несоответствием регистрируемых значений должным величинам [12].
Данные об использовании ЭЛФК для диагностики донозологических состояний пока немногочисленны. Так, продемонстрирована четкая зависимость роста ЭЛФК от продолжительности профессионального стажа у летчиков истребительной авиации. По мере увеличения стажа происходит исчерпывание адаптационных резервов системы крови, после 10 лет службы в авиации величина ЭЛФК позволяет прогнозировать у части летчиков переход в нозологию [18]. Не менее четкие результаты получены при оценке состояния адаптационных механизмов с помощью определения ЭЛФК у жителей Дальнегорска Приморского края, где расположено предприятие по производству борной кислоты. Анализ
показал, что у лиц, относящихся к группе практически здоровых людей, высокий уровень ЭЛФК в Дальнегорске обнаруживается чаще, чем у жителей пригородной зоны Владивостока [9].
Приведенные факты служат еще одним доказательством, что интегральные показатели отдельных функциональных систем содержат информацию об уровне адаптации всего организма. Впервые продемонстрировано, что диагностические заключения, получаемые с помощью АПК и ЭЛФК на одних и тех же обследуемых, в значительном числе случаев дают сходные результаты. Это согласуется с положением теории функциональных систем [14] об адекватности изменений, происходящих в разных частях организма.
Расхождение диагностических заключений, выводимых на основании измерения АПК и ЭЛФК, при продолжительности подводного стажа больше 3000 ч представляет собой исключение. Поскольку данное явление касается максимальной продолжительности подводного стажа, оно может быть отнесено на счет развития к этому времени нарушений как в кардиогемодинамике, так и в лейкоцитарной системе крови. Альтернативное объяснение состоит в том, что поддержка гомеостаза имеет в своей основе мультипараметрические механизмы, так что рассогласование одной системы оказывается сопряженным с взаи-мозамещающей активацией другой [14]. В отношении поддержания равновесия О2/СО2 в тканях для кардиогемодинамики такими сопряженными системами являются внешнее дыхание и кислородтранспортная система гемоглобина [12]. Известно, что систематическое выполнение подводных погружений достаточно быстро вызывает у водолазов гипер-барическую анемию как защитную реакцию на избыточное поступление О2 в ткани [8, 22]. Недавно нам удалось показать, что гипербарическая анемия поддерживается в организме водолазов только на этапе позитивных изменений в кардиогемодинамике, тогда как по мере разбалансирования последней происходит восстановление концентрации гемоглобина в крови, чем достигается нормализация нарушенного равновесия О2/СО2 в тканях [11]. В связи с этим обращает на себя внимание тот факт, что уменьшение ЭЛФК, наблюдаемое при продолжительности подводного стажа больше 3000 ч, по срокам совпадает с нормализацией концентрации гемоглобина в крови [13]. Такая взаимосвязь может осуществляться через активирующее влияние на клетки лейкоцитарной системы эритропоэтина [19-21]. Логично предположить, что изменения величины ЭЛФК в процессе профессиональной деятельности водолазов содержат информацию о подобном опосредованном влиянии перестройки, происходящей в эритроцитах, на лейкоцитарную систему. Хотя подобный ход рассуждений содержит элемент дискуссионности, он интересен в том отношении, что позволяет рассматривать преобразования, происходящие у водолазов в кардиогемодинамике, эритроцитарной системе и состоянии лейкоцитов, под единым углом зрения.
Итак, не исключено, что характер флюктуаций ЭЛФК в процессе профессиональной деятельности водолазов не просто сопряжен с изменениями содержания гемоглобина, а определяется им. В таком случае причиной нарушения параллелизма между изменениями АПК и ЭЛФК может служить именно редуцирование гипербарической анемии как компенсаторной реакции на проявление скрытого дисбаланса в кардиогемодинамике. Более того, в результате подобной взаимозамещающей активации изменения в кардиогемодинамике, внешнем дыхании и эритроцитарной системе, образующих функциональный комплекс для поддержания равновесия О2/СО2, должны осуществляться не параллельно, а по собственным алгоритмам, что, по-видимому, и наблюдается в нашем случае. Это, в свою очередь, означает, что интегральные показатели, характеризующие каждую из трех систем, не могут быть адекватны друг другу.
Подобный ход рассуждений заставляет с осторожностью относиться к экстраполяции оценок, полученных с помощью интегральных показателей состояния отдельных систем, на целый организм. Тем не менее в рамках признания этой относительности интегральные показатели кардиогемодинамики и периферической крови можно рассматривать в качестве чувствительных способов регистрации доклинических отклонений, позволяющих
проводить предварительную рекогносцировку уровня здоровья населения или производственных коллективов, а также наблюдать развитие адаптационных процессов в ответ на воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды.
ЛИТЕРАТУРА
1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. М.: Медицина, 1990. 384 с.
2. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем // Принципы системной организации функций. М.: Наука, 1973. С. 5-61.
3. Баевский Р.М., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. М.: Медицина, 1997. 222 с.
4. Баранов В.М., Баевский Р.М., Берсенева А.П., Михайлов В.М. Оценка адаптационных возможностей организма и задачи повышения эффективности здравоохранения // Экология человека. 2004. № 6. С. 25-29.
5. Бартош О.П., Соколов А.Я. Адаптация кардиореспираторной системы у детей и подростков северо-востока России в зависимости от соматотипа // Гигиена и санитария. 2006. № 6. С. 59-61.
6. Горизонтов П.Д., Протасова Т.Н. Система крови как основа резистентности и адаптации организма // Физиол. журн. 1984. № 3. С. 317-321.
7. Григорьев А.И., Баевский Р.М. Концепция здоровья и проблема нормы в космической медицине. М.: Слово, 2001. 96 с.
8. Гуляр С.А., Ильин В. Н. Современные концепции адаптации организма человека к гипербарии и его реадаптация после декомпрессии // Физиол. журн. Киев. 1990. Т. 36, № 4. С. 105-114.
9. Драгун (Мирошникова) О.Н. Изменения периферической крови у лиц, контактирующих с производными бора // Экология человека. 2000. № 3. С. 23-24.
10. Колосова Т.С., Чикова С.Н., Чиков А.Е. Адаптивные возможности организма студентов в период «биологической тьмы» // Экология человека. 2007. № 1. С. 50-54.
11. Мирошников Е.Г, Мирошникова О.Н., Кириллов О.И. Показатели красной крови водолазов, работающих на малых и средних глубинах, в зависимости от продолжительности подводного стажа // Экология человека. 2006. № 11 . С. 60-62.
12. Мирошников Е.Г Сердечно-сосудистая система водолазов // Вестн. ДВО РАН. 2005. № 1. С. 83-89.
13. Мирошникова О.Н. Изменения показателей периферической крови и системы кровообращения человека как индикаторы реакции организма на действие экологических факторов: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Владивосток, 2007. 21 с.
14. Новосельцев В.Н. Теория управления и биосистемы: анализ сохранительных свойств. М.: Наука, 1978. 319 с.
15. Половов С.Ф. Состояние здоровья молодых военнослужащих в процессе адаптации к условиям службы на Дальнем Востоке: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Владивосток, 2008. 22 с.
16. Сарычев А.С. Методы оценки степени адаптированности организма нефтяников к экстремальным условиям труда в Заполярье // Экология человека. 2006. № 8. С. 62-64.
17. Севрюкова ГА. Адаптивные изменения функционального состояния и работоспособность студентов в процессе обучения // Гигиена и санитария. 2006. № 1. С. 72-74.
18. Тихончук В. С., Ушаков И. Б., Карпов В.Н., Зуев В. Г. Возможности использования новых интегральных показателей периферической крови человека // Воен.-мед. журн. 1992. № 4. С. 27-31.
19. Buemi M., Cavallaro E., Floccari F. et al. Erythropoietin and the brain: from neurodevelopment to neuroprotection // Clin. Sci. 2002. Vol. 103, N 3. P. 275-282.
20. Buemi M., Nostro L., Romeo A. et al. From the oxygen to the organ protection: erythropoietin as protagonist in internal medicine // Cardiovasc. Hematol. Agents Med. Chem. 2006. Vol. 4, N 4. P. 299-311.
21. Buemi M., Cavallaro E., Floccari F. et al. The pleiotropic effects of erythropoietin in the central nervous system // J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2003. Vol. 62, N 3. P. 228-236.
22. Fletcher J.W., Gallagher N.I., Warnecke M.A., Donati R.M. Erythropoiesis and hyperoxia // Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1973. Vol. 144, N 2. P. 569-574.
