Автореферат и диссертация по медицине (14.03.08) на тему:Физиологическое обоснование систем телемедицинского донозологического индивидуального контроля

На правах рукописи

ИСАЕВА Ольга Николаевна

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ ТЕЛЕМЕДИЦИНСКОГО ДОНОЗОЛОГИЧЕСКОГО ИНДИВИДУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ

14.03.08.-авиационная, космическая и морская медицина

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

11 ноя т

Москва - 2015

005564514

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Государственном научном центре Российской Федерации - Институте медико-биологических проблем Российской академии наук.

Научные руководители:

член корреспондент РАН, доктор медицинских наук, Орлов Олег Игоревич доктор медицинских наук, профессор, Баевский Роман Маркович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор кафедры физиологии Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Российский Алипов Николай Николаевич

национальный исследовательский медицинский университет им. Н И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской Федерации

доктор медицинских наук, профессор кафедры социальной медицины и организации

здравоохранения Государственного бюджетного Левапов Владимир Михайлович образовательного учреждения высшего профессионального образования «Нижегородская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Ведущая организация: Федеральное Государственное бюджетное учреждение «Центральный научно-исследовательский институт Военно-воздушных сил» Министерства Обороны Российской Федерации

Защита диссертации состоится «г/^» ¿У 2015 г. в --УО часов на

заседании диссертационного совета Д 002.111.01., созданного на базе Федерального государственного бюджетного учреждения науки Государственного научного центра Российской Федерации - Института медико-биологических проблем Российской академии наук по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д.76а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Государственного научного центра Российской Федерации- института медико-биологических проблем Российской академии наук по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д.76а.

Автореферат разослан 2015 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор биологических наук

М.А. Левинских

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Увеличение длительности космических полетов диктует необходимость выявления возможных отклонений у членов космических экипажей на ранних стадиях нарушения адаптации, в том числе, с использованием различных телемедицинских систем (Богомолов В.В., Самарин Г.И., 2011; Орлов О.И., 2014). Российская система медицинского контроля членов космических экипажей (Алферова И.В., и др., 2011; Григорьев А.И., Баевский P.M. 1998) базируется на донозологическом подходе, который направлен на оценку степени снижения адаптационных возможностей организма, на диагностику донозологических состояний.

Донозологическая диагностика - учение о состояниях организма на грани нормы и патологии, появившееся в космической медицине, (P.M., Баевский, В.П.Казначеев.1978; P.M. Баевский, 1979). Переход от нормы к патологии происходит через четыре последовательных состояния: физиологическая норма, донозологические состояния, преморбидные состояния, срыв адаптации (патология), а любая болезнь рассматривается как результат нарушения (срыва) механизмов адаптации при перенапряжении систем регуляции и снижении их функциональных резервов.

Необходимость регулярного и длительного контроля функционального состояния практически здоровых людей с учетом индивидуальных адаптивных реакций для раннего выявления донозологических и преморбидных состояний требует создания систем индивидуального донозологического контроля (ИДК) и их внедрения, как в космической, так и в Земной медицине. Наибольший опыт по применению индивидуального донозологического контроля накоплен в космической медицине, поэтому его обобщение представляется крайне важным для разработки рекомендаций по дальнейшему развитию и применению систем ИДК в практической медицине. Однако широкое использование систем ИДК до сих пор не имеет достаточно четкого физиологического обоснования. В связи с этим данная тема крайне актуальна.

Целью диссертационной работы является физиологическое обоснование системы индивидуального донозологического контроля, создаваемой на основе различных телемедицинских технологий с использованием анализа вариабельности сердечного ритма и вероятностного подхода к оценке адаптационного риска и риска развития заболеваний.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Проанализировать результаты динамической оценки функционального состояния практически здоровых людей и риска развития у них адаптационных нарушений в ходе долговременных телемедицинских медико-экологических исследований в рамках проекта «Марс-500» с использованием комплекса «Экосан-2007» и прибора «Heart Wizard»;

2. Провести медико-физиологические испытания аппаратно-программного комплекса «Экосан-ТМ» и разработать предложения по его использованию для индивидуального донозологического телемедицинского контроля;

3. Исследовать возможность проведения долговременных индивидуальных донозологических исследований с применением разрабатываемой системы «Дельта-2013»;

4. Провести оценку точности анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР) и эффективности распознавания донозологических и преморбидных состояний с помощью мобильного приложения для смартфона «Светофор здоровья» и разработать предложения по коррекции медико-технических требований к этой системе;

5. Апробировать систему персонализации данных анализа ВСР на примере оценки динамики изменения функционального состояния участников 520-суточного эксперимента в гермообъекте, при моделировании межпланетного полета (эксперимент «Марс-500»),

6. Разработать методические рекомендации по проведению индивидуального донозологического телемедицинского контроля с использованием различных телемедицинских систем.

Научная новизна исследования. На материалах долговременных медико-экологических исследований в рамках проекта «Марс-500» в результате 1,5-годового динамического наблюдения за функциональным состоянием практически здоровых людей с использованием различных систем, в том числе телемедицинской системы для индивидуального донозологического контроля, впервые показано, что не только экстремальные воздействия, но и повседневные нагрузки могут приводить к появлению донозологических и преморбидных состояний.

В работе впервые показано, что применение методологии индивидуального донозологического контроля при разработке принципов и методов оценки функционального состояния практически здоровых людей позволяет более точно оценивать и прогнозировать вероятность нарушения адаптации по сравнению с традиционными методами клинической и донозологической диагностики.

На основе анализа применения систем для массовых обследований («Экосан-2007») и для индивидуального донозологического контроля («Heart Wizard») предложены изменения методического и программного обеспечения разрабатываемых систем для массовых обследований («Экосан-ТМ2») и для индивидуального донозологического контроля («Дельта-2013», «Светофор здоровья»), включающие созданные в космической медицине алгоритмы оценки адаптационных рисков по данным анализа ВСР, новые алгоритмы оценки факторов риска по данным анкетного опроса, контроля артериального давления и антропометрических измерений.

Разработаны формы выдачи автоматизированных заключений по результатам групповых и индивидуальных обследований.

Разработан принципиально новый подход к оценке индивидуальных особенностей вегетативной регуляции функций у каждого пользователя, который основан на создании индивидуальной базы данных, позволяющей провести персонализацию оценок функционального состояния.

Практическое значение работы. Медико-физиологические испытания комплекса «Экосан-ТМ2» позволили уточнить алгоритмы оценки функционального состояния и разработать рекомендации по применению этого комплекса для ИДК. На основе анализа материалов исследований с применением прибора «Heart Wizard» были разработаны медико-технические требования к системе «Дельта-2013». Результаты экспериментальных исследований с использованием мобильного приложения для смартфона «Светофор здоровья» послужили основой для разработки алгоритма анализа ВСР в этом новом устройстве для ИДК в домашних условиях. Разработаны методические рекомендации по применению систем ИДК у практически здоровых людей.

Положения, выноснмые на защиту:

1. Индивидуальный донозологический контроль это физиологически обоснованный методический подход, использующий принципы донозологической диагностики и направленный на сохранение здоровья и прогнозирование риска развития патологии у практически здоровых людей;

2. В результате медико-физиологических испытаний в различных условиях трех видов телемедицинских систем для ИДК: а) АПК «Экосан-ТМ2»; б) прибора «Дельта-2013»; в) мобильного приложения к смартфону «Светофор здоровья» показано, что, независимо от назначения и технических средств, используемых в системах, во всех случаях сохраняется их основное назначение - определение адаптационного риска и прогнозирование риска срыва адаптации у практически здоровых людей.

3. Предлагаемая методика индивидуального телемедицинского донозологического контроля функционального состояния рекомендуется к использованию для оценки адаптационного риска и прогнозирования вероятности срыва адаптации у практически здоровых людей в производственных и домашних условиях, в Центрах здоровья, а также в отдаленной и труднодоступной местности.

Личный вклад автора заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования от постановки целей и задач до написания научных работ и представления докладов. Автор анализировала материалы долговременных сателлитных исследований в рамках проекта «Марс500». Лично принимала участие в анализе и коррекции алгоритмов сбора и обработки первичных данных в разрабатываемых системах для ИДК. Лично проводила исследования при испытаниях АПК «Экосан-ТМ2» в ходе массовых обследований и обучение добровольцев проведению самостоятельных исследований с использованием персональных систем ИДК «Дельта-2013» и «Светофор здоровья». Осуществляла статистическую обработку и интерпретацию полученных результатов, формулировала научные положения. Принято непосредственное участие в разработке методических рекомендаций по проведению телемедицинского ИДК и оценке состояния здоровья практически здоровых людей.

Апробация результатов. Основные результаты и положения диссертационной работы обсуждены на 11-й, 12-й и 13-й конференциях молодых ученых, специалистов и студентов в ГНЦ РФ ИМБП РАН, на 4-м и 5-м международных симпозиумах по нейрокардиологии «Нейрокард» (Белград, Сербия), на 64-м и 65-м Международных Астронавтических Конгрессах (LAC), на 24-м и 25-м симпозиумах по телемедицине в Люксембурге, на 6-м междунородном конгрессе по медицине и экстремальным условиям (ICMS) (Берлин, Германия), на 40-й конференции COSPAR (Москва, Россия), на 35-м симпозиуме по гравитационной физиологии (Ватерлоо, Канада).

Публикации по теме диссертации. Основное содержание диссертации отражено в 14 публикациях, в том числе, в 3 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК и 1 книге (методическое руководство).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования,

результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и дополнена приложением. Работа изложена на 203 листах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 18 таблиц и 2 приложения. Указатель литературы включает 217 отечественных и 57 зарубежных источников.

Материалы и методы исследования

Таблица 1. Общая характеристика проведенных серий исследований

№ пп Наименование серий исследований и используемая аппаратура Количество обследованных Число исследований

1 Долговременные медико-экологические исследования в рамках проекта «Марс-500» (сателлитный эксперимент)

А) Результаты динамических донозологических обследований с комплексом «Экосан-2007» (5 регионов РФ) 64 чел х 14 мес Мужчины, возраст 25-49 лет 776

Б) Результаты индивидуального донозологического контроля с прибором «Heart Wizard» (США, Канада) 10 чел Мужчины, возраст 21-52 лет 212

2 Медико-физиологические испытания комплекса «Экосан-ТМ2»

2.1. Пилотные исследования с комплексом «Экосан-ТМ2» на выставке «Электронная Москва» 85 чел Мужчин —43, Женщин-42, Возраст 17-67 лет 95

2.2. Использование комплекса «Экосан-ТМ2» для массовых профилактических осмотров

2.2А) Результаты обследования в санатории-профилактории «Здоровье» г. Ковров Владимирской области 112 чел. Мужчин -26, Женщин - 86 Возраст 23-80 лет 112

2.2Б) Результаты обследования сотрудников МЧС, г. Москва 18 чел Мужчин - 13, Женщин- 5 Возраст 28-50 лет 18

3 Участие в разработке и медико-физиологические испытания системы «Дельта-2013» для индивидуального донозологического контроля 6 чел х 20 раз Мужчин-2 Женщин-4 Возраст 25-67 лет 120

4 А. Участие в разработке и медико-физиологические испытания мобильного приложения для смартфона «Светофор здоровья» для индивидуального донозологического контроля 5 чел х 120 раз Мужчин-2, Женщин-3 Возраст 25-52 года 600

Б. Апробация системы персонализации данных анализа ВСР на материалах эксперимента, моделирующего межпланетный полет («Марс-500») 6 чел х 16 раз Мужчины, Возраст 28 -36 лет 96

Настоящая работа основана на анализе результатов 2029 обследований 316 человек в возрасте от 19 до 80 лет, в том числе 1804 обследования практически здоровых людей (91 человек). Проведено 4 серии экспериментальных исследований.

Протокол исследований с помощью приборов «Экосан-2007» и «Экосан-ТМ2» предусматривал заполнение краткого вопросника о самочувствии, жалобах и образе жизни с оценкой факторов риска; регистрацию ЭКГ в трех стандартных отведениях в течение 5 минут в состоянии покоя сидя с анализом вариабельности сердечного ритма; дисперсионное картирование ЭКГ по данным регистрации ЭКГ в состоянии покоя сидя с вычислением индекса «Миокард»; измерение роста и массы тела с вычислением ИМТ; измерение артериального давления.

Исследования с помощью прибора "Heart Wizard" и системы «Дельта-2013» повторяли данный протокол за исключением способа получения кардиоинтервалограммы для анализа ВСР (использовался ушной фотоплетизмографический датчик для регистрации пульсовой волны) и метода ДК ЭКГ.

Протокол испытаний мобильного приложения для смартфона «Светофор здоровья» включал регистрацию пульсовой волны с помощью видеокамеры смартфона до получения 100 корректно распознанных кардиоинтервалов и упрощенный вариант опросника. Исследования проводились в состоянии покоя сидя и при выполнении функциональных тестов для получения более широкого диапазона индивидуальных кардиоинтервалограмм.

Метод анализа ВСР. В данной работе в качестве основного метода исследования использовался анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР). Анализ и физиологическая интерпретация показателей ВСР проводились в соответствии с рекомендациями зарубежных (1996) и российских экспертов (2001). Этот метод позволяет оценивать вегетативный баланс и является независимым прогностическим фактором повышенного

риска возникновения угрожающих жизни сердечно-сосудистых патологий (Фролов A.B., 2005; Бабунц И.В. и соавт., 2002). Также использовался вероятностный подход к оценке адаптационных рисков на основе анализа ВСР, разработанный в космической медицине (Черникова А.Г., 2010).

Метод дисперсионного картирования ЭКГ (ДК ЭКГ) основан на анализе электрических микроальтернаций ЭКГ-сигнала. Одним из основных показателей ДК ЭКГ является индекс миокард (ИМ).

Метод анкетного опроса. Анкетный опрос в первых трех сериях включал вопросы о самочувствии и психо-эмоционапьном состоянии в день обследования, образе жизни, заболеваниях и соматических жалобах в период непосредственно перед обследованием. Все ответы суммировались отдельно по соматическим жалобам (сумма жалоб) и другим вопросам (сумма баллов).

Использовались также измерение артериального давления и антропометрические измерения (рост, вес).

Статистическая обработка результатов исследований. Для оценки достоверности межгрупповых отличий использовался Т-критерий Стьюдента и непараметрические критерии Манна-Уитни (попарное сравнение групп) и Крускала-Уаллиса (сравнение нескольких независимых выборок). Для оценки индивидуальных взаимосвязей функционального состояния по данным анализа ВСР с самооценкой состояния и факторов риска использовался непараметрический коэффициент корреляции Спирмена.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Изучение роли индивидуального донозологического контроля по данным анализа материалов долговременных медико-экологических исследований в рамках проекта «Марс-500»

Среди участников сателлитных исследований на основе анализа ВСР были выделены 4 группы адаптации по усредненным за 1,5 года регулярных ежемесячных исследований индивидуальным категориям адаптационного

риска. Самый низкий показатель адаптационного риска был в 1-й группе, а самый высокий — в 4-й группе. Из 5 регионов РФ в Екатеринбурге более половины обследованных лиц (70%) относятся к 1-й группе адаптации, в Магадане и Сыктывкаре более 50% относятся ко второй группе, с преобладанием донозологических состояний.

Анализ данных в выделенных группах адаптации (см. Таблицу 2) при попарном сравнении групп выявил достоверно более высокий индекс массы тела (ИМТ) в 4-й группе и достоверно более высокие значения АД, ЧСС и индекса функциональных изменений (ИФИ, Берсенева А.П., 1991) во всех группах по сравнению с 1-й.

Таблица 2. Сердечно-сосудистый гомеостаз, антропометрический статус, состояние миокарда и ВСР в выделенных группах адаптации.

1 группа N=22 2 группа 3 группа N=9 4 группа N=7

ИМТ, кг^/см 24,39±0,22 24,68±0,21 25,17±0,47 26,9±0,4*, **

САД, мм.рт.ст. 120,79±0,51 124,57±0,6* 126,19±1,13* 125,71±1,13*

ДАД, мм.рт.ст. 76,36±0,42 78,49±0,48* 79,22±0,85* 80,19±0,69*

ЧСС, уд/мин 69,63 ± 0,48 73,92 ± 0,48* 77,22 ± 1,02 * ** 81,29 ± 1,14 * ** ***

ИФИ, баллы 2,32±0,02 2,48±0,02* 2,51±0,03 * 2,66±0,03 * ** ***

рШ50, % 23,03±1,02 8,71±0,49* 5,65±0,73 * ** 4,58±0,68 «

Б1, у.е. 71,97±2,79 118,69±3,4* 166,51±10,5 * ** 224,13±14,0 ф ** ***

ТР, мс2 3432,94± 151,8 1771,9±62,2* 1075,1±63,2*, 1007,9±83,3*, **

Примечание: достоверные (р<0.05) отличия * - от 1-й группы, ** - от 2-й группы, *** - от 3-й группы.

Достоверные отличия между всеми группами выявлены по показателям ВСР: р№150, Б1 и ТР. Направленность изменений показателей ВСР в выделенных группах свидетельствует о снижении суммарной ВСР и смещении вегетативного баланса в сторону усиления симпатической регуляции в группах с более высоким адаптационным риском.

Сумма баллов (суммарное значение всех оцениваемых факторов риска от плохого самочувствия до вредных привычек и малоподвижного образа жизни) достоверно выше в 3-й и, особенно, в 4-й группах. Суммарный

9

показатель отмечаемых в ходе опроса соматических жалоб достоверно выше только в 4-й группе риска. На рис.1 приведены средние значения (Mean), стандартное отклонение (SD) и ошибка среднего (SE) по суммарным показателям данных анкетного опроса в выделенных группах адаптации.

Сэдма ЖялеС

Группа адаптации

Группа адаптации

Рисунок 1 - Сумма жалоб и сумма баллов по самооценке факторов риска (анкетные данные) в группах, выделенных по данным оценки адаптационных рисков на основе

анализа ВСР.

Примечание: достоверные (р<0.05) отличия * - от 1-й группы, ** - от 2-й группы, ***- от 3-й группы.

Анализ данных показал, что постепенное повышение адаптационного риска по данным анализа ВСР в выделенных группах является предиктором появления других симптомокомплексов ухудшения соматического состояния: от повышения артериального давления уже во 2-ой группе, до повышения артериального давления в сочетании с повышенным ИМТ, более высокими значениями факторов риска и появлением соматических жалоб.

Выявленные групповые отличия сохраняются и в динамике исследуемых показателей ВСР за все время наблюдения. Как видно из рисунка 2А, усредненные за каждый месяц значения ЧСС остаются самыми высокими в 3-й и 4-й группах, а наиболее низкими - в 1 -й группе адаптации. Суммарная вариабельность сердечного ритма (показатель 8Б№чГ), напротив, сохраняется в 3-й и 4-й группах самой низкой, а в 1-й группе - высокой.

1 группа -»- 2 группа * 3 группа 4 группа нЗОЖ, мс

50 -

40

30

20

ЧСС, уд/мин

Рисунок 2 -А - Групповая динамика показателей ЧСС и БОЫЫ в выделенных группах адаптации

Б - Пример индивидуальной динамики показателей ЧСС и у обследуемых а) из

1-й и 4-й групп адаптации

Анализ материалов исследований выявил наличие индивидуальных адаптивных реакций. Например, индивидуальная амплитуда колебаний ЧСС в течение 14 месяцев составляла от 8 до 35 уд/мин. Эти данные демонстрируют, что индивидуальные особенности динамики показателей ВСР проявляются не только в их величинах, но и в диапазоне их индивидуальной изменчивости. У 37 человек из 64 участников за все время наблюдения показатели ВСР отклонялись один и более раз от средних индивидуальных значений. Представители из разных групп имеют иногда одинаковые (или очень близкие) значения показателей ВСР, хотя обычно они находятся в разных зонах. Одни и те же значения показателей ВСР для обследуемых из 3-й и 4-й группы могут означать улучшение их функционального состояния (снижение ЧСС и увеличение ВОМЧ), а для обследуемых из 1-й группы следует говорить об ухудшении их функционального состояния (см. рис. 2Б).

Для оценки индивидуальной динамики функционального состояния и степени индивидуальной устойчивости и вариативности изучаемых показателей был проведен анализ исходного статуса обследуемых. Более чем у 70% обследованных из первой группы адаптации при первом обследовании определяется первая категория адаптационного риска (см. рис. 3).

2 группа адаптации

1 группа адаптации

Группы адаптации^

¿X

4 группа адаптации

3 группа адаптации

0% 10% 20% 30% 40%

□ 1 □ 2 03 □ 4 В5 В 7 Категория адаптационного риска при первом обследовании

50% 60% 70% 80% 90% 100%

Число обследованных относительно размера группы, %

Рисунок 3 - Распределение обследованных с разными группами адаптации по категориям риска, выявленного при первом обследовании

Во 2-й группе адаптации при первом обследовании у 57% выявлена первая категория адаптационного риска, а в 3-й и 4-й - лишь у 14% и 11%, соответственно. Большее количество обследованных из третьей и четвертой групп адаптации были отнесены к 3 и 5 категориям адаптационного риска.

В группе участников в Северной Америке самостоятельные обследования в домашних условиях с применением прибора «Heart Wizard» позволили связать изменения функционального состояния по данным анализа ВСР с результатами анкетного опроса. По результатам трех участников исследований, которые проводили обследования наиболее систематически был проведен корреляционный анализ показателей ВСР с данными анкеты самооценки и измерения артериального давления. Были проанализированы суммы модулей коэффициентов корреляции показателей ВСР с данными опросника (см. рис. 4).

Показано, что можно выявить индивидуально значимые для каждого из участников факторы риска. Так, для участника А, наиболее выраженная связь показателей ВСР выявлена с эмоциональным состоянием (ФЗ), для участника В - с артериальным давлением и стрессами, а для участника С - с самочувствием, вредными привычками, стрессами и суммарной оценкой факторов риска.

Рисунок 4 - Результаты корреляционного анализа показателей ВСР и данными анкетного опроса у трех добровольцев-испытателей. (Ф1- самочувствие, Ф2- физическая активность, ФЗ- эмоциональное состояние, Ф4-питание, Ф5- сон, Ф6- влияние окружающей среды, Ф7- вредные привычки, Ф8- стресс,

Ф9- сумма баллов).

В результате анализа материалов первой серии исследований было показано, что

- функциональное состояние практически здоровых людей неустойчиво и существенно зависит не только от климатических, производственных и социально-бытовых факторов, но и от индивидуальных особенностей и границ вариативности индивидуальной нормы;

- использованные методики и протокол исследования применимы как для донозологического скрининга, так и для индивидуального донозологического контроля;

- комплексная динамическая оценка состояния регуляторных систем, включая адаптационный риск по данным анализа ВСР, в сочетании с контролем артериального давления и самооценкой состояния позволяет выявлять на донозологическом уровне индивидуальные факторы риска;

- при разработке систем ИДК необходимо предусмотреть отражение динамики состояния для самооценки и коррекции нагрузок и образа жизни, а, следовательно, для возможности управления своим здоровьем.

Разработка и медико-физиологические испытания новых телемедицинских систем для ИДК. На основе анализа результатов сателлитных исследований в рамках проекта «Марс-500» были

сформулированы предложения к разработке новых телемедицинских систем для донозологической диагностики, донозологического скрининга и ИДК. В соавторстве с Баевским P.M., Орловым О.И., Берсеневой А.П., Берсеневым Е.Ю., Черниковой А.Г. , Усом О.И., Пугачевым В.И., Баевским А.Р., были внесены изменения в протокол исследования и алгоритмы оценки, примененных в АПК «Экосан-2007» и в системе «Heart Wizard».

По сравнению с комплексом «Экосан-2007», для оценки функционального состояния и рисков здоровью в комплексе «Экосан-ТМ2» используется специализированная экспертная система «Риск» для проведения массовых и индивидуальных обследований с возможностью формирования базы данных и выдачей автоматизированных заключений. Были конкретизированы и расширены вопросы и варианты ответов анкеты, предложены новые алгоритмы ее обработки, сгруппированы выявляемые факторы риска, анализ ВСР дополнен вероятностной оценкой адаптационных рисков.

Было доработано программное обеспечение «Риск» в части формирования автоматизированных групповых и индивидуальных выходных форм. В автоматическом отчете имеется множество вариантов для изменения и компоновки выходного документа. Уточнен алгоритм расчета факторов риска, основанный на балльной системе оценки анкетных данных. Каждому варианту ответа соответствует балльное значение, которое может быть различным для разных рисков. По результатам заполнения анкеты баллы суммируются для разных факторов риска. Например, при оценке риска заболеваний, учитываются и предъявляемые жалобы, и масса тела, и возраст, и пол, и особенности питания и образа жизни, и значения показателей ВСР.

Для всех факторов риска была предложена ступенчатая система их градации. Степени риска подразделяются на четыре категории: нет риска, имеется риск, повышенный риск, высокий риск (рис. 5).

Сердечно-сосудистая система 68 Высокий риск

Органы зрения 27 Повышенный риск

У*о. горло, нос 31 Повышенный риск

Органы дыхания 18 Имеется риск

Органы пищеварения 27 Повышенный риск

Органы выделения 59 Очень высокий риск

Опорно-двигательный аппарат 33 Повышенный риск

Нервная система 15 Нет риска

Рисунок 5 - Пример оценки рисков различных заболеваний (по выявленным жалобам и особенностям образа жизни)

Тестирование «пилотной» версии комплекса «Экосан-ТМ2» проводилось в рамках выставки «Электронная Москва». По средним для этой группы значениям показателей ВСР (81>200 и ПАРС>5 баллов) можно предположить, что состояние регуляторных систем у значительной части обследованных лиц может быть отнесено к донозологическим состояниям с напряжением регуляторных механизмов. Это подтверждается и распределением обследованных по категориям адаптационного риска. Только у 33% обследованных лиц была определена минимальная (1-я) категория адаптационного риска.

Аппаратно-программный комплекс «Экосан-ТМ2» использовался на базе санатория-профилактория «Здоровье» и ГУ «Специальное Управление ФПС №72 МЧС России».

По результатам анализа усредненных значений показателей ВСР в группе обследуемых в санатории-профилактории «Здоровье» можно говорить о существенном напряжении регуляторных систем. Значения превышают нормативные показатели, почти в 2 раза (Я1>280 у.е). Определяемая категория риска (КР) у женщин выше, чем у мужчин (3,8 по сравнению с 3,1 баллов). По ряду автоматически рассчитанных рисков здоровья мы можем сказать о большем риске у женщин, по сравнению с аналогичными рисками у мужчин (риски психического здоровья, физического, сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата и неврологическим заболеваниям).

Высокие средние значения показателей ВСР (SI>300 и ПАРС>5 баллов) в группе обследуемых на базе ГУ «Специальное Управление ФПС №72 МЧС России» говорят о существенном напряжении регуляторных систем у обследуемых, что может быть связано и с напряженным характером работы, и с особенностями проживания в мегаполисе.

Анализ данных по сумме всех предъявляемых жалоб и по риску, рассчитанному по образу жизни показал, что участники обследования, отнесенные к группе физиологической нормы (по данным анализа ВСР), предъявляли меньше соматических жалоб, рассчитываемый риск по образу жизни у них меньше. Работники МЧС, отнесенные к группе со срывом адаптации отмечали соответственно большее число соматических жалоб, в том числе, жалоб со стороны сердечно-сосудистой системы и риск по образу жизни у них был наиболее высоким.

Сравнение результатов обследования всех трех групп показали, что значения основных функциональных показателей в обследованных группах примерно одинаковое. Основные выявленные факторы риска — малоподвижный образ жизни, питание, стрессы и вредные привычки

При разработке системы «Дельта-2013» были проведены предварительные испытания макета. Совместно с компанией Biocom Technologies (США) были внесены изменения в программную часть прибора «Heart Wizard». Имеющаяся оценка функционального состояния по данным анализа ВСР была дополнена вероятностной оценкой адаптационного риска, было предложено использовать опросник и алгоритм его анализа, аналогичный используемому в АПК «Экосан-ТМ-2». Кроме того, предусмотрена возможность просматривать в динамике изменения в функциональном состоянии и факторах риска.

В качестве примеров (см. рис. 8) представлены результаты индивидуальных исследований трех добровольцев. Участники исследования являются практически здоровыми людьми и ведут здоровый образ жизни, но видны индивидуальные колебания функционального состояния, вплоть до

донозологического (у испытуемого С повышения значения адаптационного риска связаны с напряженной подготовкой к ответственной работе).

Рисунок 8 - Риски нарушений адаптации у испытуемых А, В, С

В сотрудничестве с компанией Autosun Health Technologies Inc. (Канада) была проведена коррекция алгоритмов анализа ВСР для мобильного приложения к смартфону «Светофор здоровья».

Для оценки точности измерения кардиоинтервалов проводилась регистрация ритма сердца с помощью фотокамеры смартфона и с использованием электрокардиографа (см. рис. 9).

850 830 810

_ 790

5 770

S?

^ 750

| 730 710 690 670 650

, I

а 1

mnm mm ГЛ1

пшятгяушш ■ия 1 ill,11

111Ш11!Н1Ш1ШИВК1Н 111141

1111 ГП1И1Ч ПИР1 НИМИ

»№■

■i'BKI

■

1 ..............1

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 номера кардиоинтервапов 105 113

-телефон опьга! -ЭКГ Ольга!

Рисунок 9 - Синхронная регистрация ритма сердца с помощью «Светофора здоровья» и

электрокардиографа

Результаты исследований показали, что наименьшие расхождения значений отмечаются для показателей ЧСС, р№ч!50, АМо. Эти

показатели были использованы в алгоритме формирования заключений о функциональном состоянии пациентов. Специальное внимание было обращено на адекватность динамических исследований. Проводились серии исследований, включающие по три записи в положениях «сидя», «стоя», при

глубоком дыхании и снова «сидя». Результаты сравнения индивидуальной динамики значений выбранных показателей ВСР при синхронном исследовании с использованием «Светофора здоровья» и электрокардиографа показали адекватность результатов, получаемых с помощью мобильного приложения.

Разработана система персонализации данных, позволяющая учитывать индивидуальные особенности вегетативной регуляции функций у каждого пользователя: по результатам первых 20 исследований формируется персональная база данных. В зависимости от попадания конкретных индивидуальных значений показателей в соответствующие «цветовые зоны», производится оценка функционального состояния пользователя. База данных постоянно обновляется, что обеспечивает учет индивидуальной динамики изменения состояния здоровья пациента.

Таблица 3. Пример построения базы данных для персонализации.

НИ вБШ ямвво р^50 %

1 53,76 192,21 248,64 84,85 5

2 55 176,48 246,91 84,54 10

3 55 154,07 213,03 83,16 15

4 56 147,57 194,43 82,69 20

5 57 131,54 183,99 80,65 25

6 58 101,45 132,5 72 30

7 58 95,35 104,95 66,1 35

8 60 86,17 94,1 65,42 40

9 61 75,53 88,14 53,1 45

10 61 75,32 87,34 52,54 50

11 62 72,25 86,25 51,69 55

12 62 71,28 80,16 50 60

13 64 67,91 79,36 46,43 65

14 67 63,71 78,38 37,29 70

15 67 62,65 63,8 33,04 75

16 67 60,33 62,75 32,48 80

17 67 53,98 60,22 31,09 85

18 71 48,61 54,74 30,91 90

19 76 33,83 48,77 29,91 95

20 80 31,78 44,82 26,89 100

Апробация системы персонализации данных анализа ВСР для оценки динамики изменения функционального состояния была проведена для

участников 520-суточного эксперимента в гермообъекте, моделирующего межпланетный полет («Марс-500»),

Оценка данных анализа ВСР у участников 520-суточного эксперимента в гермообъекте («Марс-500») показали, что функциональное состояние участников остается в зоне физиологической нормы, а интерпретацию групповой динамики часто затрудняет наличие устойчивых индивидуальных особенностей вегетативной регуляции (Берсенев Е.Ю. и др., 2012). На рисунке 13 приведены средние значения ЧСС и показателя р№ч!50 для каждого из членов экипажа в состоянии покоя сидя.

ЧСС, уд/мин

рЖ50, % - 60

50 - 40 30

5001 5002 5003 5004 5005 5006 Средние индивидуальные значения показателей ВСР у участников эксперимента "МАРС-500"

Рисунок 13 - Индивидуальные средние значения показателей ВСР у участников эксперимента «Марс-500»

Из приведенных данных видны индивидуальные особенности вегетативной регуляции у членов экипажа. По средним значениям ЧСС и р№ч(50 членов «марсианского» экипажа можно разделить на 3 группы: 5001 и 5006 (высокие значения ЧСС и низкие значения р]чГЫ50, доминирование симпатической регуляции), 5002 и 5004 (нормальные значения ЧСС и рЫ№0, нормотония), 5003 и 5005 (нормальные или низкие значения ЧСС и высокие значения р№М50, доминирование парасимпатической регуляции).

Для персонализации оценки функционального состояния членов экипажа «Марс500» по данным ВСР было проведено построение индивидуальных таблиц персонализации по показателям ЧСС (НЯ), 80№ч| (снижение этого показателя свидетельствует о повышении риска сердечнососудистых заболеваний), р!\ГМ50 (показатель парасимпатической активности и, косвенно, активности защитных систем организма), АМо (показатель

симпатической активности и, косвенно, уровня стресса). Применение разработанной для «Светофора здоровья» системы персонализации позволило более четко выявить индивидуальные риски здоровью, связанные со снижением ВСР.

ВЫВОДЫ.

1. Анализ результатов долговременного медико-экологического исследования практически здоровых людей, живущих и работающих в разных регионах показал, что их функциональное состояние неустойчиво и зависит не только от внешних воздействий, но и от индивидуальных особенностей и границ вариативности индивидуальной нормы.

2. Эпизодические отклонения адаптивных реакций за рамки устойчивого индивидуального диапазона у 57% и одновременное наличие при первом обследовании у 76,5 % участников исследований 2 и более факторов риска показывает, что для объективной характеристики состояния здоровья необходим индивидуальный донозологический контроль (ИДК), который включает в себя комплексную динамическую оценку степени напряжения и функционального резерва регуляторных систем, а также определение адаптационного риска по данным анализа ВСР, в сочетании с контролем артериального давления, самооценкой состояния и других факторов риска.

3. Экспериментально обосновано использование для ИДК ряда специально разработанных приборов и систем: а) комплекса «Экосан-ТМ», б) прибора «Дельта-2013», в) системы «Светофор здоровья». Эти приборы и системы обеспечивают как проведение индивидуальных исследований, так и выполнение программ массовых донозологических обследований различных контингентов населения с отбором лиц, требующих ИДК.

4. В ходе медико-физиологических испытаний аппаратно-программного комплекса «Экосан-ТМ2», предназначенного для массовых и индивидуальных исследований, а также телемедицинской системы для индивидуального донозологического контроля практически здоровых людей

«Дельта-2013» были предложены изменения программного обеспечения, включающие разработанные в космической медицине алгоритмы оценки адаптационных рисков по данным анализа ВСР, новые алгоритмы оценки факторов риска по данным анкетного опроса, контроля артериального давления и антропометрических измерений. Разработаны формы выдачи автоматизированных заключений по результатам групповых и индивидуальных обследований.

5. Медико-физиологические испытания макетного образца прибора «Дельта-2013» показали, что он обеспечивает возможность самостоятельного проведения долговременных индивидуальных донозологических исследований с использованием ПК и каналов Интернета и эффективно отражает колебания функционального состояния у практически здоровых людей.

6. Оценка точности анализа ВСР с помощью мобильного приложения для смартфона «Светофор здоровья» и стандартной регистрации ЭКГ показала, что наименьшие расхождения усредненных значений отмечаются для показателей ЧСС, р№}50, АМо. Использование этих показателей в алгоритме формирования заключений о функциональном состоянии пациентов дает наибольшую эффективность в распознавании донозологических и преморбидных состояний. Разработаны предложения по коррекции медико-технических требований к этой системе, включая систему персонализации данных. Показано, что использование сотовой связи для оперативного ИДК может стать важной частью единой системы телемедицинского контроля здоровья.

7. По сравнению со статистическим подходом (нормативные значения показателей ВСР, вероятностная оценка функциональных состояний и адаптационного риска), предложенная нами система персонализации позволяет выявлять и интерпретировать даже небольшие изменения функционального состояния. Это подтверждено ретроспективной оценкой функционального состояния участников 520-суточного эксперимента в

гермообъекте, моделирующем межпланетный полет («Марс-500»).

Практические рекомендации.

1. Рекомендовать внести изменения в программное обеспечение АПК «Экосан-ТМ2», касающиеся формирования выходных документов. Необходимо ввести функцию отбора данных с их группировкой не только по дате обследования и подразделению, но и по полу, возрасту, степени отклонения анализируемых параметров от заданных нормативов. Необходимо предусмотреть возможность формирования списка обследованных, отобранных по любому из критериев или по их сочетанию.

2. Рекомендовать для использования в Центрах здоровья систему ИДК «Экосан-ТМ», адаптированную для сбора информации с помощью стандартных систем «Здоровье-Экспресс».

3. Прибор «Дельта-2013» может быть рекомендован к использованию в целях ИДК в домашних условиях (в том числе на этапе реабилитации), а также в лечебных и профилактических учреждениях для самоконтроля пациентов или контроля функционального состояния до и после лечебно-оздоровительных процедур, для использования в отдаленных или труднодоступных районах с ограниченными возможностями медицинского обслуживания.

4. Систему «Светофор здоровья» целесообразно рекомендовать к использованию широкому кругу практически здоровых людей, работающих или живущих в стрессовых условиях, для периодического контроля своего функционального состояния. Применение использованного в «Светофоре здоровья» принципа постоянно обновляющейся базы данных в других телемедицинских системах обеспечит учет индивидуальной динамики изменения состояния здоровья пациента.

5. Организация удаленного консультативного центра позволит создать на основе этих систем единую телемедицинскую сеть ИДК.

6. Учитывая новизну и перспективность развития систем индивидуального донозологического контроля, рекомендуется включить их описание и соответствующие методики в учебные курсы по телемедицине.

Список работ автора, опубликованных по материалам диссертационной

работы.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. А.П. Берсенева, В.А. Пугачев, P.M. Баевский, А.Р. Баевский, E.H. Жирнов, Е.Н.Грибков, О.Н. Исаева, А.Г. Черникова Анализ вариабельности сердечного ритма при проведении медико-экологических исследований с использованием прибора «Heart Wizard» // Вестник Удмурского Государственного университета 2012. №6-1. С. 30-37.

2. Пугачев В.И., Баевский P.M., Берсенева А.П., Черникова А.Г., Баевский А.Р., Исаева О.Н. Долговременные медико-экологические исследования в Северной Америке на основе использования системы «Heart Wizard Mars500» // Авиакосмическая и экологическая медицина 2013. Т.47. №6. С. 39-45.

3. О.Н. Исаева, А.Г. Черникова, P.M. Баевский К физиологическому обоснованию системы донозологического индивидуального контроля //Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Медицина. 2014. №1. С. 5-10.

Публикации в других изданиях:

1. Orlov О., Pougatcev V., Berseneva A., Chernicova A., Baevsky R., Zhirnov Y., Gribkov E., Isaeva O. Telemedical system for individual prenosological health assessment // Med@Tel. Global Telemedicine and eHealth updates. Knowledge resources. V.5, 2012. Luxembourg, pp. 433-437.

2. Olga Isaeva, Oleg Orlov, Roman Baevsky et al. First Experience in Using Telemedical System Heart Wizard DELTA in Individual Prenosological Health Monitoring in Russia. Med@Tel. Global Telemedicine and eHealth updates; Luxembourg; Luxembourg: 476-483. 2013.

3. Баевский P.M., Берсенева А.П., Берсенев Е.Ю., Черникова А.Г., Исаева

0.Н., Усс О.И. Оценка состояния здоровья практически здоровых людей, работающих в условиях длительного воздействия стрессорных факторов. Методическое руководство по использованию аппаратно-программного комплекса «Экосан-ТМ». Москва. СЛОВО. 2014. 144 с.

Материалы конференций:

1. Пугачев В.И., Орлов В.И., Баевский P.M., Берсенева А.П., Черникова А.Г., Баевский А.Р., Исаева О.Н. «Долговременные медико-экологические

исследования в Северной Америке на основе использования прибора «Heart Wizard Mars500» // конференция «Марс-500» (Москва, Россия, 23-25 апреля 2011).

2. Орлов О.И., Исаева О.Н., Пугачев В., Черникова А.Г., Баевский P.M. Телемедицинский контроль вегетативного баланса в долговременных медико-экологических исследованиях // 4-й международный симпозиум по нейрокардиологии «Нейрокард-2012» (Белград, Сербия 25-29 сентября 2012).

3. О.Н. Исаева, О.И. Орлов, В.И. Пугачев, А.Г. Черникова, P.M. Баевский «DELTA- 2013 - новая телемедицинская технология индивидуального донозологического контроля здоровья» // 5-й международный симпозиум по нейрокардиологии «Нейрокард-2013» (Белград, Сербия, 17-18 октября 2013 г.). С.89.

4. P.M. Баевский. А.Р.Баевский, Е.Ю. Берсенев, О.Н. Исаева, О.И.Орлов,

A.Г. Черникова «Использование космических технологий анализа вариабельности сердечного ритма для создания системы оперативного контроля состояния здоровья на базе смартфона» // 35-й симпозиум по гравитационной физиологии (Ватерлоо, Канада, 15-20 июня 2014 г.).

5. Черникова А.Г., Исаева О.Н., Баевский P.M., Бреус Т.К., Зенченко Т.А «Влияние факторов внешней среды на хроноструктуру сердечного ритма в зависимости от индивидуальных характеристик автономной регуляции. По результатам долговременных медико-экологических исследований» // 40-я конференция COSPAR (Москва, Россия, 2-10 августа 2014 г.).

6. О.И. Орлов, P.M. Баевский, О.Н. Исаева, А.Г. Черникова, В.И. Пугачев «Телемедицинская система «Дельта-2013» для индивидуального донозологического контроля на основе использования космических технологий» // 6Й междунородный конгресс по медицине и экстремальным условиям (ICMS) (Берлин, Германия, 16-19 сентября 2014 г.).

7. P.M. Баевский, Е.Ю.Берсенев, О.Н. Исаева. О.И. Орлов, О.И. Усс, А.Г. Черникова «Система «Экосан-ТМ2» для массовых профилактических осмотров населения как результат внедрения космических технологий в практику здравоохранения» // 6й междунородный конгресс по медицине и экстремальным условиям (ICMS) (Берлин, Германия, 16-19 сентября 2014 г.).

8. P.M. Баевский, А.Р. Баевский, Е.Ю. Берсенев, О.Н. Исаева,

B.И.Пугачев, А.Г. Черникова «Проблемы развития космических технологий медицинского контроля применительно к задачам «домашней медицины» // 35й Международный Астронавтический Конгресс (IAC) (Торонто, Канада, 29 сентября- 3 октября 2014 г.).

Подписано в печать: 24.09.2015

Заказ № 1233 Тираж - 100 экз. Печать цифровая. Отпечатано ООО «Аркаим». г. Владимир, ул. Б.Нижегородская, д. 1а e-mail: print@arkprint.ru