Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Нормирование функциональных состояний человека, работающего в экстремальных условиях (новые принципы и методы разработки критериев)

%-. 6 О А

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ

На правах рукописи

БОБРОВ

Александр Федорович

НОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ЧЕЛОВЕКА, РАБОТАЮЩЕГО В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ (новые принципы и методы разработки критериев)

14.00.07 - Гигиена

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 1993

& 9/3 Ж?

Работа выполнена в Специализированном научно-практическом центре экстренной медицинской помощи "Защита" Минздрава Российской Федерации (Москва)

Научный консультант - доктор биологических наук Г.В.Кипор

Официальные оппоненты:

академик РАН доктор биологических наук профессор М.П.РощевскиЙ доктор медицинских наук профессор Р.Ф.Афанасьева доктор медицинских наук Г.П.Простакишин

Ведущее учреждение: НИИ гигиены труда и профзаболеваний

МЗ РФ, г. Волгоград

Защита состоится' ''993 г. в'/О часов на заседании Специализированного совета Д.074.30.02 при Институте биофизики Миздрава РФ (123182, Москва ул. Живописная, 46). Защита состоится по адресу: Москва, ул. Щукинская д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Автореферат разослан "^¿Р ''993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат медицинских наук

П.В. Ижевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Профессиональная деятельность человека во многих случаях протекает под действием неблагоприятных природных и техногенных факторов внешней среды. В ряде случаев это снижает надежность деятельности и уровень здоровья человека. Отрицательным последствием низкого уровня надежности деятельности может являться рост числа ошибок по вине человека. Это особенно опасно для производств с потенциально опасными технологиями. Снижение уровня здоровья также является неблагоприятным фактором, поскольку из здоровья индивидуумов складывается здоровье нации и качество народонаселения страны [В.П.Казначее, 1983]. Его снижение ниже критического уровня может привести даже к изменению генофонда нации.

Поэтому в различных разделах гигиенической науки проводится регламентация допустимого уровня "давления" природной и профессиональной среды начеловека, разрабатываются нормативы допустимого уровня изменений характеристик внешней среды и функционального состояния человека с целью сохранения е'го здоровья и высокой надежности профессиональной деятельности.

Проблема нормирования исторически развивалась как проблема гигиенического нормирования [Гигиеническое нормирование ...,1986]. Объектом гигиенического нормирования является среда жизнедеятельности человека, включающая в себя в качестве основных компонент природную, производственную (профессиональную) среду; условия жизни и ряд других характеристик. В последние 10-15 лет в качестве самостоятельного направления выделилось физиологическое нормирование [Физиологическое нормирование ...,1988].

Теоретические и практические вопросы нормирования функциональных состояний работающего человека разработаны в работах В.И.Медведева (1974, 1975,1982, 1985, 1988), В.С.Кощеева (1981, 1986, 1989), Е.И.Кузнеца (1968, 1969, 1980, 1986), В.П.Гребняка (1977, 1981, 1986, 1988,1989), А.Л. Решетюка (1972, 1981), В. В. Розенблата (1966,1981, 1983, 1989), Ю.Г.Солонина (1980, 1981, 1991), А.О.Навакатикяна (1981, 1987), В.А.Максимовича(1981, 1985, 1989), Ж.Шеррера( 1973), Е.А.МиНег (1953, 1967) и ряда других исследователей.

Однако в проблеме нормирования можно выделить ряд нерешенных методологических и методических вопросов, не позволяющих на современном уровне решать стоящие перед исследователями практические

задачи. К ним следует в первую очередь отнести разработку общих принципов нормирования и формализованных методов получения количественных критериев нормирования.

Как показывает анализ данных литературы, в настоящее время отсутствует формулировка принципов нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях - концептуальных положений, выполнение которых позволяет в полном объеме и на высоком научном уровне решать конкретные задачи нормирования.

В недостаточной степени разработаны пути и методы создания количественных критериев нормирования. За критерии, как правило, принимаются сами характеристики объекта нормирования, число которых может измеряться десятками. В немногочисленных случаях использования при нормировании интегрированных показателей вызывают определенные возражения методы их построения. Их основа - эвристическая комбинация характеристик объекта нормирования, не имеющая во многих случаях убедительных научных оснований. Классы нормативных состояний выделяются в большинстве случаев эмпирическим путем. Причем при их разграничении не учитывется "размытость" границ между нормативными состояниями.

Поэтому актуальной задачей является методологическое обоснование путей и методов разработки количественных критериев нормирования, по возможности свободных от субъективизма исследователя и позволяющих учитывать "размытость" границы между нормативными состояниями.

Рассматривая задачи нормирования функциональных состояний человека, работающего в экстремальных условиях, можно выделить ряд задач, нуждающихся в рассмотрении с новых методологических позиций. К ним в первую очередь следует отнести задачу нормирования состояний человека, работающего в измененных микроклиматических условиях - нагревающем микроклимате и холодной водной среде.

Температурный фактор является постоянной составной частью среды обитания человека. Человек может подвергаться как экстремально высоким, так и экстремально низким температурам внешней среды. Рассматривая существующие система оценки, клас-сификациии нормирования функциональных состояний человека в условиях нагревающего микроклимата, можно отметить, что в критериях нормирования не учитывается в явном виде сочетанное влияние температуры внешней среды, тяжести физической работы и времени пребывания в условиях перегрева. Нормирование тепловых состояний проводится по отдельным его характеристикам. Границы между нормативными классами имеют "жесткий" характер.

В настоящее время отсутствуют критерии нормирования теп-зых состояний человека в холодной водной среде. Поэтому следователи вынуждены использовать критерии, разработанные 1 условий воздушного охлаждения, что не в полной мере позволяет ггывать особенности теплообмена организма в воде. Кроме того, в стоящее время нет интегральных количественных критериев норми-зания характеристик одной из важных систем терморегуляции ->мональной системы.

Активное внедрение людей в такие среды, которые до недавнего змени считались недоступными, стало возможным благодаря ^чно-техническим достижениям и решению сложных задач, свя-нных с созданием инженерных средств жизнеобеспечения, зволяющих человеку эффективно работать в сооружениях, элированных от внешней среды. Однако создание и эксплуатация сих систем порождает многочисленные медико-биологические облемы. Наиболее чувствительным "маркером" изменения нкционального состояния человека в условиях гермообъема является охимический статус организма. Рассматривая существующие цходы к нормированию биохимического статуса человека в условиях эмообъема можно отметить, что они, в большинстве случаев, осно-ны на установлении допустимых уровней изменения отдельных его казателей. Классы нормативных состояний устанавливаются по игмальным" оценкам. Их границы имеют "точечное" разделение, потому разработка интегральных количественных критериев рмирования биохимического статуса человека в условиях гермо-ъемаостаетсяактуальной задачей приютадныхмедико-биологических следований.

Важной научной и практической задачей является контроль за 'нкциональным состоянием и уровнем здоровья персонала атомных ектростанций. Опасные последствия нарушений по вине человека <нологических режимов работы АЭС, составляющие по данным разных горов от 20 до 80 % всех нарушений, наличие дополнительного ихогенного фактора, связанного с опасностью радиационного лучения при нарушении техники безопасности, делают задачу благовременного выделения среди персонала групп "риска" с ¡соким напряжением психических, психофизиологических и физио-гических функций весьма актуальной.

Целью настоящего исследования является разработка принципов рмирования функциональных состояний человека, общего методоло-ческого подхода получения количественных критериев нормирования прикладных медико-биологических исследованиях и разработка на ой основе критериев нормирования функциональных состояний ловека, работающего в измененных микроклиматических условиях, в ловиях термоизоляции, а также критериев выделения "групп риска" и массовых обследованиях персонала атомных электростанций.

В работе были поставлены следующие основные задачи:

1. Обобщить существующие представления о нормировании в прикладных медико-биологических исследованиях и сформулировать общие принципы нормирования функциональных состояний человека.

2. Выбрать и обосновать математические методы разработки количественных критериев нормирования для решения прикладных медико-биологических задач.

3. Разработать критерии нормирования:

- тепловых состояний человека в условиях нагревающего микроклимата и холодной водной среды;

- гормонального статуса человека в условиях водного охлаждения организма;

- биохимического статуса человека-оператора в условиях термоизоляции.

4. Разработать критерии выделения "групп риска" при массовых донозологических обследованиях персонала атомных электростанций.

Научная новизна исследования. Сформулированы общие принципы нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях, характеризующие основные аспекты взаимодействия компонентов сложной системы "человек - среда жизнедеятельности". На их основе проведена научная разработка статистической "технологии" получения одномерных многопараметрических критериев нормирования функциональных состояний человека. Разработана система оценки, классификации и нормирования тепловых состояний человека в холодной водной среде. Для условий холодной водной иммерсии проведена классификация состояний гормонального статуса человека. Предложена новая система оценки, классификации и нормирования тепловых состояний человека в условиях перегрева организма с использованием одномерных многопараметрических критериев оценки интенсивности внешнего воздействия и степени напряжения терморегуляторных механизмов. Разработаны критерии оценки степени изменения газовой среды гермообъекта и биохимического ответа организма, позволяющие проводить нормирование биохимического статуса человека в условиях термоизоляции. Обоснован комплекс методик экспресс-оценки и нормирования состояния психических, психофизиологических и вегетативных функций персонала АЭС, позволяющий проводить оперативное выделение "групп риска".

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработаны решающие правила оценки и нормирования тепловых состояний человека в условиях нагревающего микроклимата. Разработаны прогностические критерии оценки холодовой устойчивости человека по термометрическим и гормональным показателям, являю-

щиеся основой алгоритмического обеспечения автоматизированных систем оценки и прогнозирования состояний человека, работающего в измененных микроклиматических условиях. Критерии и решающие правила выделения "групп риска" использованы для создания автоматизированных систем предсменного контроля функционального состояния персонала объектов атомной энергетики. Это позволит улучшить контроль за функциональным состоянием персонала, повысить надежность человеческого фактора. Разработанные границы допустимого уровня изменения характеристик функционального состояния являются основой для принятия организационных решений по управлению как состоянием человека, работающего в неблагоприятных условиях, так и характеристиками внешней среды.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Нормирование функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях необходимо проводить с учетом принципов комплексности (нормирование не отдельных характеристик функционального состояния, а их интегральных системокомплексов), декомпозиции (выделение типологических состояний, формирующихся В конкретных условиях природной и профессиональной среды), построения количественных функциональных шкал (создание интегрированных системокомплексов показателей, допускающих количественную оценку), индивидуализации (разработка индивидуально ориентированных критериев нормирования, позволяющих формировать как популяционные, так и индивидуальные нормы).

2. Разработка критериев нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях должна включать в себя последовательное решение задач оценки системного ответа организма на факторы внешней (природной и профессиональной) среды, выделения по характеру системного ответа типологических состояний и оценки дискриминантных характеристик, разделяющих типологические состояния, которые принимаются за критерии нормирования.

3. Разработанная статистическая "технология" с последовательным использованием методов факторного, канонического корреляционного, кластерного и дискриминантного анализа является научным методом разработки эффективных критериев нормирования в прикладных медико-биологических исследованиях. Установление регламентирующих границ на интегральные характеристики функционального состояния должно проводиться с использованием предложенного метода построения вероятностных номограмм.

Апробация работы. Материалы исследований доложены и обсуждены: на Всесоюзной конференции "Проблемы оценки функционального состояния человека и прогнозирование здоровья"

7

<1

(Москва, 1985); Всесоюзной конференции по адаптации человека к различным климато-географическим и производственным условиям (Новосибирск, 1986); Всесоюзной конференции по экстремальной физиологии и индивидуальной защите человека (Москва, 1986); 3-м Всесоюзном симпозиуме "Проблемы оценки и прогнозирования функционального состояния организма в прикладной физиологии (Фрунзе, 1988); 7-й Всесоюзной конференции по экологической физиологии (Ашхабад, 1989); Всесоюзной конференции "Система терморегуляции при адаптации организма к факторам среды" (Новосибирск, 1990); Международной конференции "Медицина катастроф" (Москва, 1990); Всесоюзной конференции "Экстремальная физиология, гигиена и средства индивидуальной защиты человека (Москва, 1990); на заседаниях секции 7 Ученого совета Института биофизики Миздрава РФ (1986, 1988, 1990) и проблемной комиссии СЦЭМП "Защита" (1992).

Внедрение результатов исследования. По результатам исследования выпущены методические рекомендации: "Экспресс-оценка функционального состояния персонапаатомных электростанций", утвержденные начальником 3 ГУ при Минздраве СССР 8.04.88 № 32-015/171; "Количественная оценка состояний человека в системе "человек - среда жизнедеятельности", утвержденных зам. директора Института биофизики 27.12.89; "Медико-гигиенические критерии оценки и контроля функциональных возможностей персонала гермообъектов и количественная оценка состояний человека в системе "человек - ЭВМ - среда обитания"; "Рекомендации по повышению эффективности и надежности операторского персонала, в том числе и женского коллектива", утвержденные начальником 3 ГУ при Миздраве СССР, инв. № 344, 1990. Результаты исследования вошли в Руководство "Гигиенические исследования средств индивидуальной защиты человека" (М., 1992). Они используются при чтении курсов лекций на кафедре "Психофизиология труда, реабилитация и радиационная гигиена" Института повышения квалификации Федерального управления экстремальных и медико-биологических проблем МЗ РФ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 научных работ. Подготовлена (с соавторами) и сдана в редакцию издательства "Наука" монография "Основы нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях", включенная в план публикаций на 1993 г.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 409 страницах машинописного текста и содержит 58 таблиц и 55 рисунков. Она состоит из введения, обзора литературы по проблеме нормирования в прикладных медико-биологических исследованиях, описания организации и методик исследования. Результаты исследований суммированы в 5 главах, каждая из которых заканчивается

соответствующим ей резюме. Общее заключение и выводы подводят итог исследованию. Библиография содержит 489 наименований, из которых 367 отечественных и 112 зарубежных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Изучение теплового состояния человека в условиях

нагревающего микроклимата

Организация исследований. Исследования проводились в термобаровлагокамерах Специализированного центра экстренной медицинской помощи МЗ РФ (СЦЭМП "Защита") с участием практически здоровых испытателей-добровольцев в возрасте от 25 до 37 лет. Всего было проведено 175 экспериментальных исследований с участием 37 человек.

Исследования проводились в широком диапазоне температур окружающей среды - от 22 до 150 °С без специальных источников лучистого тепла. Они включали в себя оценку теплового состояния человека в различных условиях : тепловой комфорт, эндогенный перегрев, перегрев в условиях затрудненного теплообмена, перегрев в условиях резко затрудненного теплообмена с использованием изолирующих средств индивидуальной защиты (ИСИЗ); перегрев в условиях затрудненного теплообмена и конвективного теплосъема (изолирующие пневмокостюмы).

Обнаженные или одетые в СИЗ испытатели-добровольцы находились в состоянии относительного физического покоя либо выполняли разнообразную физическую работу с максимальной мощностью до 140 Вт.

Методики исследования. Тепловое состояния человека в условиях перегрева оценивалось на основе изучения показателей температурного режима организма - температуры кожи человека в 11 точках (лоб, грудь, живот, спина, поясница, плечо, предплечье, кисть, бедро, голень, стопа), температуры "ядра" тела, а также частоты сердечных сокращений. Указанные показатели регистрировались через каждые 10 мин исследований. Исследования проводились до отказа испытателей от проведения работы.

2. Изучение теплового состояния человека в холодной

водной среде

Организация исследований. Исследования проводились с участием 10 испытателей-добровольцев в возрасте от 26 до 48 лет на гидроустановках "Гидростенд-1" и "Гидростенд-2". Всего было проведено 143 эксперимента. Температура воздуха в помещении

составляла 23-23 °С, температура воды - 10, 15 и 20 °С. Время исследования было фиксированным и составляло 30, 60 и 120 мин соответственно для указанных температур.

Методики исследования. Оценка теплового состояния человека в холодной водной среде включала в себя инфракрасную термографию; теплопотери организма; оценку функционального состояния сердечнососудистой системы путем измерения частоты сердечных сокращений, артериального давления; частоту дыхания; оценку теплоощущений; общий газовый обмен.

Инфракрасная термография осуществлялась каждые 20-30 мин с помощью тепловизора 4-го поколения шведской фирмы АСА модель 782. Точность измерения температур кожи составляла ¿0.2 °С.

Теплопотери регистрировались в 5 точках биотепломерами конструкции О.Я.Заржевского (1954). Общий газовый обмен изучался с применением прибора "5р1го1й II". Частота сердечных сокращений оценивалась путем пальпирования.

3. Изучение гормонального статуса человека в холодной . водной среде

Организация исследований. Гормональный статус человека изучался при температуре воды 20 °С в описанных в разделе п.2 условиях. Всего было проведено 198 экспериментов, в которых участвовали 20 здоровых мужчин в возрасте от 24 до 40 лет.

Методики исследований. Для оценки гормонального статуса использовались следующие гормоны: тиреотропный гормон, трийодтиронин, тироксин, соматотропный гормон, инсулин, кортизол, ренин, альдостерон, адреналин, норадреналин. Кроме того, в число исследуемых показателей вошли изоферменты лактатдегидрогеназы, а также промежуточные продукты окисления глюкозы - лактат, пируват .

Концентрацию гормонов в плазме крови определяли радиоиммунным методом [Ф.М.Комаров, Б.Ф.Коровин, В.В.Меньшиков, 1976]. Активность лактатдегидрогеназы: суммарной и специфичной для миокардаи скелетных мышц определялась кинетическим методом на спектрофотометре" Н^асЫ" [Конюхова Л.К., Малахов В.Н.,1979]. Концентрацию лактата и пирувата определяли ферментативным методом [Комаров Ф.М., Коровин Б.Ф., Меньшиков В.В.,1976] на фотокалориметре КФК-2. Для определения концентрации катехолами-нов в качестве биологической среды использовалась моча. Определение скорости экскреции катехоламинов осуществлялось по методу Э.Ш.Матлиной [Ф.М.Комаров, Б.Ф.Коровин, В.В.Меньшиков, 1976]] на спектрофлюориметре "Ну1асЫ".

4. Изучение биохимического статуса человека в условиях термоизоляции

Организация исследований. Исследования проведены в условиях гермообъемов, позволяющих обеспечить длительный режим герметизации (до 20 сут) с оборудованием отдельных помещений дисплеями для выполнения операторской деятельности, помещениями для отдыха, приготовления и приема пищи, санитарно-бытового использования. В исследованиях моделировались условия 30-сугочной фильтровентиляции, а также 10- и 20-суточной герметизации в течение 30-суточного эксперимента.

В серии стендовых контрольных исследований принимали участие 18 испытуемых - мужчин в возрасте от 24 до 49 лет, в исследованиях в условиях гермообъемов - 145 человек, из них 110 мужчин в возрасте от 24 до 65 лет и 35 женщин в возрасте от 28 до 55 лет.

Методики исследования. Для оценки биохимического статуса были использованы следующие показатели: содержание глюкозы, холестерина, триглицеридов, общего белка, альбуминовой и глобулиновой фракций, мочевины, креатинина, мочевой кислоты, калия, кальция, натрия, хлоридов, общего билирубина, а также активности основныхферментативных систем крови-общей креатинфосфониназы, лактатдегидрогеназы, аланиновойиаспарагиновойтрансаминаз, щелочной фосфатазы, у-глутаматтрансферазы, холинэстеразы и амилазы.

Показатели биохимического статуса определялись на основании данных анализа состава крови (1 раз в 6-7 дней), отбор проб которой проводили утром натощак. Определение проводилось на автоматическом анализаторе фирмы "ТесЬтсоп". Для оценки показателей биохимического статуса использовались стандартные колориметрические, спектрофотометрические и иммунологические методы [В.В. Меньшиков, 1982].

В среде гермопомещений проводилось определение следующих показателей физического и химического факторов обитаемости: концентрации ацетона, ацетальдегида, метана, метилового и этилового спирта, аммиака, аминосоединений, содержание кислорода, окиси углерода, углекислого газа, фреона, пар легких ионов и изменения температуры. Замеры проводились в моменты времени, соответствующие отбору проб крови на биохимический анализ.

5. Изучение функционального состояния персонала атомных электростанций

Организация исследований. Изучение функционального состояния персонала АЭС проводилось по результатам обследований персонала Кольской, Нововоронежской и Чернобыльской АЭС в период

ликвидации последствий аварии. Всего было обследовано 965 человек. Обследованный контингент характеризовался широким диапазоном изменения возраста (от 18 до 65 лет), общим стажем работы и стажем работы на АЭС (от 1 года до 30 лет).

Методики исследования. В ходе обследований проводилась: оценка некоторых аспектов актуального психического состояния и личности; оценка функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС); оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы.

Актуальное психическое состояние и личность персонала АЭС оценивались тестами САН (самочувствие, активность, настроение) [В.А.Доскин с соавт., 1975], реактивной и личностной тревожности Спилбергера [СЬ.О.Зр1е1Ьегдег,1972].

Функциональное состояние ЦНС оценивалось по времени простой зрительно-моторной реакции [Т.Д..Лоскутова, 1975]. Время реакции определялось электронным частотомером как интервал от момента подачи сигнала-вспышки красного светодиода до момента ответной реакции - нажима на кнопку. Обследуемому подавались 100 стимулов в случайном темпе (от 1 до 5 с).

Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы оценивалось методом математического анализа ритма сердца [Р.М.Баевский, 1979] и измерением артериального давления. Артериальное давление измерялось традиционным способом.

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Принципы нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях

Эффективность решения задач нормирования функциональных состояний человека во многом определяется уровнем методологического обеспечения проблемы нормирования, наличием научно обоснованных принципов решения практических задач. Для обоснования принципов нормирования необходимо сформировать концептуальную модель системы "человек-среда жизнедеятельности" и выделить из множества характерных особенностей системы наиболее существенные, которые и должны быть положены в основу принципов нормирования.

На рис. 1 представлена концептуальная структурная схема основных компонентов системы "человек - среда жизнедеятельности" при нормировании функциональных состояний организма человека.

Рис. 1. Структурная схема основных компонентов системы "человек - среда жизнедеятельности" при нормировании функциональных состояний человека

Целевой функцией системы является обеспечение таких условий внешней (включая и производственную) среды, в которых сохраняется здоровье человека при высокой надежности профессиональной деятельности. Она, таким образом, включает 2 основных компонента: уровень здоровья человека и надежность деятельности как интегральной характеристики эффективности взаимодействия человека с производственной средой. Надежность деятельности связана с ее психофизиологической "ценой" и результативностью [В.Ю.Щебланов с соавт., 1991, 1992]. Уровень здоровья человека в данной модели связывается с уровнем адаптации организма к факторам жизнедеятельности.

Центральным элементом приведенной схемы является человек, на которого воздействуют факторы внешней и профессиональной среды. Под действием указанных факторов формируется исходное (дорабо-чее) и рабочее состояние.

Человек как сложная биосоциальная структура находится в непрерывном взаимодействии с внешней средой. Его состояние имеет множество характеристик: морально-этические и социальныеустановки, психологический, психофизиологический, вегетативный, биохимический, гормональный статус и другие. Поэтому первым аспектом, который должен быть отражен в принципах нормирования, является системная взаимосвязь всех функций организма. О состоянии человека исследователь судит по измеряемым показателям, число которых может достигать десятков и даже сотен. Каждый из них отражает определенный аспект функционального состояния и имеет характер "симптома". По нашему мнению, нормироваться должны не симптомальные характеристики функционального состояния, а их интегральные системокомплексы ("синдромальные" характеристики). Поэтому в качестве первого принципа предлагается принцип комплексности нормирования - требование нормирования интегральных характеристик системного ответа организма на факторы среды жизнедеятельности.

При взаимодействии человека с факторами среды жизнедеятельности формируются функциональные системы, определяющие архитектонику взаимосвязи между различными функциями организма и его системный ответ. По выраженности и соотношению показателей системного ответа он является неоднородным. Это позволяет говорить о существовании "спектра" функциональных состояний человека или наличии типологических состояний функциональных систем С,, С2, ...Сп. Наличие типологических состояний функциональных систем является вторым важным моментом, который предлагается отразить в принципе декомпозиции состояний объекта нормирования - требование выделения однородных типологических состояний объекта нормирования по выраженности его системныхреакций, формирующихся в процессе адаптации организма к факторам жизнедеятельности.

Степень соответствия типологического состояния организма целевым функциям системы устанавливается по целевым критериям нормирования. Ими могут являться: уровень здоровья человека, успешность выполнения профессиональной деятельности, уровень психофизиологических затрат, уровень напряжения регуляторных механизмов ведущих функциональных систем, уровень функциональных сдвигов различных функций организма и другие характеристики. На целевые критерии нормирования устанавливаются градации или альтернативы выбора (уровни нормирования). Число альтернатив устанавливает исследователь в соответствии с характером решаемой задачи.

Перечень классов типологических состояний одного и того же объекта, включенных в конкретный уровень нормирования, в зависимости от поступления новых научных данных может изменяться как в сторону его сужения, так и расширения. При этом, как отмечает В.И.Медведев (1975), выбор уровня нормирования относится не только к компетенции физиолога или гигиениста, но и во многом определяется социальным заказом.

Для решения задач оптимизации целевых функций системы "человек - среда жизнедеятельности" необходима количественная оценка основных компонентов данной системы, включая: оценку системного ответа организма с выделением "лимитирующих" звеньев функциональных систем, испытывающих наибольшее напряжение при действии неблагоприятных факторов; формализованное выделение классов типологических состояний функциональных систем организма; построение количественных критериев нормирования функциональных состояний человека. Поэтому в качестве третьего аспекта, который следует отразить в принципах нормирования, выделяется необходимость количественной оценки основных компонентов рассматриваемой системы. Его предлагается отразить в принципе построения количественных функциональных шкал -требовании формализованного описания и количественной оценки интегральных характеристик изучаемых процессов, объединенных общим механизмом возникновения.

Рассматривая существующие подходы к нормированию функциональных состояний организма, следует отметить, что в большинстве случаев они могут быть определены как популяционные. Однако при этом не учитывается принцип соотношения общего (типичного) и особенного (индивидуального), которые должны рассматриваться в единстве. Для человека характерна широкая зона физиологических изменений, в границах которых сохраняется оптимальная в данных условиях его жизнедеятельность, диапазон адаптивных модификаций системных реакций.

Дополнение популяционных норм индивидуальными является необходимым условием нормирования функциональных состояний человека. Поэтому в качестве четвертого принципа предлагается принцип индивидуализации нормирования. При нормировании функциональных состояний человека данный принцип состоит в том, что нормативные границы для различных состояний объекта нормирования должны устанавливаться для популяции или групп с близкими гено- и фенотипическими характеристиками, а для некоторых контингентов работающих лиц нормативные границы должны устанавливаться сугубо индивидуально.

Данные принципы можно дополнить известными гигиеническими принципами динамичности и эффективности нормирования [Гигиеническое нормирование факторов производственной среды и трудового процесса, 1986; Н.Ф.Кошелев, П.В. Рамзаев и др., 1990].

2. Решение задач нормирования функциональных состояний

человека

Современный уровень методического и методологического обеспечения для решения задач нормирования в прикладных медико-биологических исследованиях характеризуется активным внедрением математических методов и формализованных процедур. Это объясняется стремлением исследователей, во-первых, внести большую строгость, четкость, ясность в понимание характера исходных данных, во-вторых, расширить глубину анализа за счет привлечения неочевидных способов рассуждения и, в третьих, главное - получить критерии, позволяющие с высокой степенью надежности распознавать изучаемые функциональные состояния.

Логика разработки критериев нормирования с применением формализованных статистических процедур должна исходить. из содержания решаемыхзадач и выражаться в последовательности этапов, которые необходимо реализовать для эффективного решения практических задач нормирования.

При построении количественных критериев и в соответствии со сформулированными принципами нормирования предлагается выделять четыре этапа: 1) количественной оценки системного ответа организма; 2) выделения типологических состояний объекта нормирования; 3) построения критериев нормирования; 4) построенияформализованных правил идентификации нормативных состояний.

Для формализованного описания выделяемых на каждом этапе задач используем структурно-функциональную схему системной взаимосвязи основных характеристик системы "человек - среда жизнедеятельности" (рис. 2). Она включает в себя 3 основных элемента: профессиональную среду; человека, состояние которого определяется состоянием его функциональных систем; внешнюю среду.

Профессиональную среду можно характеризовать двумя наборами показателей. Первый {Z¡}^ описывает неблагоприятные факторы производственной среды: повышенную температуру, влажность, шум, вибрацию, уровень физических и психических нагрузок и др. Второй -{у,} - прямые или косвенные показатели успешности профессиональной деятельности (количество и качество выпущенной продукции при работе в сфере материального производства, число правильных

Рис. 2. Структурно-функциональная схема системной взаимосвязи основных характеристик системы "человек - среда жизнедеятельности"

и неправильных действий при управлении автоматизированными технологическими системами и др.). Человеческий фактор в указанной системе характеризуется набором показателей состояния

функциональных систем человека {X'1}, изучаемых на различных

иерархических уровнях организации организма { / - порядковый номер показателя, ] - порядковый номер уровня оценки функционального состояния организма). Внешняя среда может быть охарактеризована набором показателей {Иу, включающим в себя гигиеническую оценку состояния природной среды в данном регионе, условия жизни изучаемого контингента лиц и другие факторы.

Задачей первого этапа при разработке критериев нормирования функциональных состояний человека является оценка системного ответа организма на факторы среды жизнедеятельности.

Основной информацией о характере и особенностях системного ответа организма является информация о корреляционных взаимоотношения между различными показателями. Изменение корреляционных взаимоотношений характеризует сдвиги в централизации управления различными функциями организма и является одним из наиболее ранних признаков нарушенияустойчивости организма. Заметим, что при этом должна учитываться и возможность появления ложных корреляций, обусловленных влиянием неучитываемых факторов.

Поэтому в математической постановке задача оценки системного ответа организма на воздействие факторов среды жизнедеятельности может рассматриваться, в первую очередь как задача оценки и интерпретации в физиологических категориях корреляционных связей как между отдельными характеристиками объекта нормирования, так и их совокупностями.

Методами ее решения являются статистические методы вычисления парных, множественных, канонических коэффициентов корреляции, а также методы факторного и канонического корреляционного анализа.

Среди перечисленных методов факторный и канонический корреляционный анализ позволяют получить наиболее глубокую и полную информацию о характере системного ответа организма человека. Методология их построения основана на наиболее эффективном анализе матрицы корреляционных связей между изучаемыми признакамии и представлении ее в удобной для интерпретации форме. Указанные методы позволяют классифицировать показатели по силе их внутренней (факторный анализ) или внешней (канонический корреляционный анализ) связи, что облегчает исследователю аналитический поиск и описание причин, приводящих к выявленной классификации, интегрально характеризующей системный ответ организма.

Математическая реализация данного этапа приводит к созданию факторных моделей:

Х> = а3 + ...а] ■ ^ + е* • и* , (1)

; и и к к I » ' к '

где у - номер иерархического уровня оценки функционального состояния, I - порядковый номер показателя оценки состояния (/ = 1,2, .., N ),

- "латентные" факторы, я ; - факторные "веса" показателей;

или канонических корреляционных моделей:

b-Q+...+b О - dJXJ + ... +d'j xJ , (2)

к к НИ № № ' v '

где Q - значения параметров внешней {\Nk) или профессиональной (2;) среды, или показателей успешности профессиональной деятельности

или их совокупности; d^ - "веса" характеристик среды

жизнедеятельности человека и функционального состояния, соответствующие выявленной между ними канонической корреляционной связи.

Задачей второго этапа является выделение типологических состояний объекта нормирования. Она может рассматриваться как задача выделения и физиологической интерпретации спектра однородных реакций функциональных систем, формирующихся в процессе адаптации организма к условиям его жизнедеятельности. Каждый из классов характеризует специфику формирования функционального состояния, направленную на получение необходимого вданныхусловиях полезного приспособительного результата.

В математической формулировке данная задача является задачей автоматической классификации множества наблюдаемых состояний объекта нормирования с выделением однородных кластеров.

Она состоит в получении М однородных классов, в которых значения интегральных показателей системного ответа имеют минимальное пересечение между собой:

{F J ■ Fi , ..., FJ}„ П {F} • Fj , ..., F > } = MIN.

1 U 2i ' ' Nik} M U 2i ' ' Nik Ц

k k+1

Математическими методами решения данной задачи являются методы кластерного анализа.

К задаче третьего этапа относится задача построения критериев нормирования: выделение интеграпьныххарактеристик объекта нормирования, позволяющих по целевым критериям разделять с наибольшей достоверностью его специфические состояния. В математической формулировке смыслом данной задачи является построение канонических дискриминантных функций, являющихся линейной комбинацией интегральных характеристик, наилучшим образом разделяющих типологические состояния объекта нормирования:

^ = • + ••• + • П • (3)

где Ь. - каноническая дискриминантная функций, с - постоянные

1

коэффициенты, - интегральные показатели оценки системного ответа организма, определяемые из формулы (1).

Статистическим методом решения данной задачи является канонический дискриминантный анализ.

Задачей четвертого и последнего этапа является задача построения решающих правил для распознавания нормируемых состояний. Она состоит в построении правил и алгоритмов, позволяющих формализованно по величине критерия нормирования оценить принадлежность текущего состояния объекта нормирования к одному из классов типологических состояний и дать заключение о степени его соответствия нормативным требованиям. С математических позиций решение данной задачи состоит в построении системы дискриминан-тных классификационных функций для вероятностной идентификации соответствия оцениваемого состояния нормативным требованиям:

г = а + Ъ ■ I ,

р °р р }

где о , Ъ. - постоянные коэффициенты, р = 1, 2, ..., М, М - число

типологических классов, Ь каноническая дискриминантная функция (3) или каноническая переменная (2).

Для решения данной задачи целесообразно использовать дискриминантный анализ и предложенный метод построения вероятностных номограмм, основанный на вычислении апостериорных вероятностей идентификации выделяемых типологических классов [А.Афифи С.Эйзен, 1982].

Для прикладной математики указанные методы не являются новыми. Научная новизна предложенной'статистической "технологии" заключается не столько в указании конкретных статистических методов (которые могут расширяться и изменяться по мере развития математической статистики), сколько в последовательной их аппликации к сформулированным задачам нормирования и интерпретации суммарного результата.

Таким образом, предложено решение двух важных методологических задач проблемы нормирования: обоснованы принципы нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях и статистическая "технология"

получения количественных критериев нормирования. Разработанная статистическая "технология" на следующем этапе работы использовалась для решения 5 важных прикладных задач нормирования функциональных состояний человека, работающего в экстремальных условиях внешней среды

3. Нормирование тепловых состояний человека в условиях нагревающего микроклимата

При разработке критерия нормирования теплового состояния ставилась цель количественно описать взаимосвязь теплового состояния не только с температурой внешней среды Т (°С), но и с уровнем физической нагрузки IV (Вт) и временем f (мин) пребывания человека в условиях перегрева. Для характеристики теплового состояния использовались интегральные показатели Г,, Г2, Р3 температурного режима организма и частота сердечных сокращений (ЧСС).

Интегральные показатели температурного режима разрабатывались методом факторного анализа. Выделено 3 фактора. В первом (Г,) доминируют температурные показатели кожи конечностей, отражающие динамику .их изменений в процессе перегрева. Эти данные согласуются с результатами исследований ряда авторов о доминирующей роли конечностей в теплообмене организма с окружающей средой [!.АэсЬо^ (1958), А.Бартон, О.Эдхолм (1957), И.С.Кандрор (1968) и др.]. В факторе Р2 с высокими весовыми нагрузками объединены изменения температурных показателей кожи туловища - живота, груди, поясницы, спины, а также лба. Фактор связан с изменениями температуры "ядра" тела. Можно считать, что изменение фактора Г, связано, главным образом, с кровообращением в дистальных отделах конечностей. Изменение значений фактора Я, связано преимущественно с процессами потоотделения и испарения, которые у большинства людей более выражены в области туловища [Я.Куно, 1961; Г.В.Бавро, 1969], фактора Г3 - с процессами метаболизма,поскольку изменения температуры "ядра" тела во многом обусловлены интенсивностью обменных процессов [А.МЫэеп, 1932].

Методом канонического корреляционного анализа установлено, что существует тесна <р = 0.753) достоверная (р = 0.0001) каноническая корреляционная связь между перечисленными показателями. Факторные нагрузки соответствующих данной связи канонических переменных представлены в табл. 1.

Таблица 1

Факторная структура канонических переменных, характеризующих взаимосвязь параметров внешнего воздействия (Г, И/, Г) и показателей теплового состояния человека (ЧСС, Р,, Р2, Р3)

Показатель, Факторные нагрузки

ИИВ

Т, °С 0.265

IV, Вт 0.622

Г, мин 0.354

Показатель, Факторные нагрузки

усл. ед. ИПТС

ЧСС, уд./мин 0.925

Г, 0.721

Р2 0.827

Р3 0.821

Полученные результаты позволили получить 2 интегральных показателя. Первый является комплексной характеристикой интегральной интенсивности внешнего воздействия (ИИВ), второй -интегральной характеристикой реакции терморегуляторных систем или интегральным показателем теплового состояния организма (ИПТС). Последний показатель предлагается использовать в качестве критерия нормирования тепловых состояний человека в условиях нагревающего микроклимата. Формулы для их вычисления имеют следующий вид: ИИВ = -4.1926 + 0.0292 • г + 0.0324 • Т + 0.02295 (4)

I

ИПТС = -1.4259 + 0.0118 • ЧСС + 0.+ 0.2863 * Р2 + 0.4066 • (5)

ИИВ = ИПТС.

Методом кластерного анализа выделено 3 класса состояния внешней среды: низкий (НУ), средний (СУ) и высокий (ВУ) уровень интенсивность воздействия внешней среды. На рис. 3 приведена вероятностная номограмма для идентификации уровня интенсивности внешнего воздействия.

р

1.0!

-3-2-10123 ИИВ, усл. ед.

Рис. 3. Вероятностная номограмма оценки и нормирования интенсивности внешнего воздействия. По оси абсцисс отложена величина ИИВ, по оси ординат -вероятность Р идентификации низкого {-),

среднего {---) и высокого (--) уровня

воздействия. Пример: при значении ИИВ = = -1 усл. ед. с Р =0.8 идентифицируется низкий, с Р=0.2 - средний уровень интенсивности внешнего воздействия. Границы между классами "размытые"

Для нормирования тепловых состояний человека в условиях нагревающего микроклимата разработаны вероятностные номограммы, позволяющие оценить тепловое состояние организма при разных уровнях интенсивности внешнего воздействия. Для примера на рис. 4 приведена номограмма для идентификации классов оптимального, допустимого и предельных тепловых состояний при высоком уровне интенсивности внешнего воздействия.

Р

1.00.80.6 -0.40.2-3-2-10123 ИПТС, усл. ед

Рис. 4. Вероятностная номограмма оценки и нормирования теплового состояния человека при высоком уровне интенсивности внешнего воздействия. Границы

классов: (-) - оптимальное, (---) -

допустимое, (—) - предельное тепловое состояние

Таким образом, разработаны критерии и формализованные правила нормирования тепловых состояний человека в условиях нагревающего микроклимата. Отличительная особенность предлагаемой системы нормирования заключается в комплексном учете различных воздействующих на человека факторов: температурного, физической нагрузки и временного.

4. Нормирование тепловых состояний человек в условиях водного охлаждения

Для разработки критерия нормирования тепловых состояний человека в условиях водного охлаждения организма использован канонический дискриминантный анализ. Это позволило получить одномерный многопараметрический критерий, отражающий степень напряжения терморегуляторных механизмов:

L = -0.705 + 1.63 • F, - 2.18 • F2 + 0.31 • F3 - 0.09 • F4 + 0.17 • F5

Входящие в критерий показатели F, - F5 получены методом факторного анализа. Они являются интегральными температурными градиентами, отражают 5 ведущих характеристик теплового состояния организма человека в холодной водной среде: тепловое состояние организма в целом (фактор F,), температурный режим "оболочки тела (F2), температурный режим "ядра" тела (F3), температурный режим "оболочки" туловища (F4) и дистальных отделов конечностей (Fs).Увеличение значений полученных факторов характеризует нарастание напряжения механизмов терморегуляции (в первую очередь механизмов физической терморегуляции). Прогрессирующее уменьшение факторов является признаком наступления предельного теплового состояния, развивающейся декомпенсации физической и химической терморегуляции. Увеличение теплопродукции организма в, данных условиях уже не в состоянии изменить общей тенденции к ухудшению теплового состояния человека.

Методом автоматической классификации вся выборка была разбита на 6 однородных классов, достоверно различающихся по значениям полученных интегральных показателей температурного режима организма. Анализ значений первичных и интегральных температурных градиентов позволил заключить, что выделенные классы характеризуют оптимальное, три уровня допустимого и два уровня предельного теплового состояния организма.

Для первого варианта предельного состояния характерна более высокая степень охлаждения' 'ядра" тела. Среднее значение ректальной температуры соответствует верхней границе предельного теплового состояния (Т = 36.2 °С). При этом отмечаются высокие значения интегральных градиентов F,, F2, свидетельствующие о напряжении механизмов регуляции теплового состояния и теплового режима оболочки в целом. Сниженные значения интегрального градиента Fs отражают нарастающую декомпенсацию механизмов регуляции температурного режима дистальных отделов конечностей с целью снижения теплопотерь организма.

Второй вариант субпредельного состояния в большей степени связан с предельным тепловым состоянием "оболочки" тела (высокие значения интегральных градиентов F,-F4). Значение температуры

"ядра" тела (36.5 °С) не столь низкое, как в вышеописанном случае. Однако температуры различных областей дистальных отделов конечностей в данном классе существенно ниже. Для данного теплового состояния характерны высокие энерготраты, что, по-видимому, свидетельствует о высокой активации механизмов химической терморегуляции.

На рис. 5 приведена вероятностная номограмма, позволяющая проводить идентификацию типологических классов тепловых состояний и выбор нормативных границ на допустимый и предельный уровень теплового состояния.

Данный критерий может быть также использован и для идентификации оптимального теплового состояния. Однако для разделения классов "оптимальное - измененное"(в которое включаются допустимое и предельные тепловые состояния) достаточно использовать первый интегральный градиент Ру

Важной практической задачей является задача прогнозирования холодовой устойчивости человека. Сравнительный анализ отличий между группами испытателей с различным уровнем холодовой устойчивости, проведенный методом пошагового дискриминантного анализа показал, что они в большей степени отличаются не по отдельным интегральным температурным градиентам, а по их системокомплексу:

ПК, = 7.6 + 5.4-Р, + 0.85 ■ + 0.47 • Р3 + 0.79 • Я, - 1.11 • Р5.

Он может быть принят за прогностический критерий нормирования холодовой устойчивости человека (ПКТ). Для формализованной оценки и прогнозирования холодовой устойчивости разработана вероятностная номограмма. Точность прогноза по критерию ПК, составлет 88.1 %.

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

7 ;-N Г\ О в 7-^ -/-

о / V ^Оч— V А 4

\ ^у Л-

-5-4-3-2-1012345

£., усл. ед.

Рис. 5. Вероятностная номограмма оценки и нормирования теплового состояния человека. Границы классов:

{-) - первый, (---) - второй, (-—) -

третий уровень допустимого; (-о-) -первый, (-д-) - второй уровень предельного теплового состояния человека а холодной воде

5. Нормирование гормонального статуса организма человека в условиях водного охлаждения

Разработка критерия нормирования гормонального статуса человека в холодной водной среде проводилась с использованием канонического дискриминантного анализа. Разработанный одномерный многопараметрический критерий нормирования 1_д имеет следующий вид:

1д = 0.6 - 0.036 • Р, - 0.62 • Рг + 1.07 • Рэ + 1.35 • + 0.24 • Р5- 0.29 ■ Р6.

Составляющими критерия являются разработанные методом факторого анализа интегральные показатели количественной

оценки механизмов гормональной регуляции теплового состояния человека в холодной водной среде. Фактор отражает специфическую реакцию организма на холод и может быть интерпретирован как фактор, характеризующий окислительные процессы в скелетных мышцах, обеспечивающих необходимую для организма теплопродукцию; фактор Рг - интенсивность метаболизма миокарда, фактор - субстратмобилизующие функции организма и, прежде всего, интенсивность реакции гликогенолиза и липолиза при холодовой нагрузке организма ("субстратмобилизующий фактор"), фактор Р4 -процессы утилизации мобилизованных гормонами субстратов окисления (фактор утилизации глюкозы в метаболизме). Наиболее устойчивыми при действии холодной водной среды на организм человека являются . пятый и шестой факторы СР5 и Первый из них отражает сосудистые реакции организма, второй - водно-ионный обмен.

Критерий нормирования 1д разделяет 3 выделенныхтиполо-гических состояния, характеризующие разную степень напряжения механизмов гормональной регуляции теплового состояния ■з в момент окончания 02 холодового воздейст-■ш вия. Средние значения факторов регуляции гормонального стату-

Рис. 6. Средние значения факторов регуляции са организма человека гормонального статуса организма человека в выде- в указанных классах ленных типологических классах: 1 - состояние с приведены на рис. 6. адекватным гормональным ответом, 2 - перенапряжение, 3 - истощение механизмов гормональной регуляции теплового состояния

-0.0

-0.5

-1.0

Первый класс характеризуется сохраненными функциональными резервами гормональной системы к моменту окончания эксперимента. На наш взгляд, это наиболее благоприятное состояние гормонального статуса, которое можно считать состоянием адекватной мобилизации гормональных функций. Второй класс характеризуется очень высоким уровнем метаболизма скелетных мышц, обеспечиваемого за счет высокого напряжения субстратмобилизующих и утилизирующих механизмов. Максимальный уровень энерготрат у испытателей в момент окончания эксперимента позволяет заключить, что поддержание теплового гомеос-таза осуществляется большой "ценой". Высокий уровень метаболизма скелетных мышц и миокарда у испытателей, относящихся к третьему классу, свидетельствует о высоком напряжении гормональной системы организма, а низкие величины 3-го и 4-го фактора говорят о недостаточности субстратного обеспечения. Это дает основание предположить, что данныйтип ответной реакции организмахарактеризуется истощением субстратного обеспечения организма - это состояние функционального истощения регуляторных механизмов гормональной системы.

Наиболее благоприятное состояние гормональной системы в момент окончания эксперимента относится к 1 классу. Это подтверждается и анализом продолжительности времени пребывания в условияххолода. Так, среднее время в 1-м классе составило 137 мин,во 2-м и 3-м - 115 и 117 мин соответственно.

Вероятностная номограмма для идентификации типологических состояний гормонального статуса человека приведена на рис 7.

Для разработки критерия нормирования холодо-вой устойчивости человека все испытатели-добровольцы в зависимости от времени пребывания в холодной водной среде были разделены на 2 группы: с низким (до 85 мин) и высоким (более 85 мин) временем пребывания. Они характеризуются разной степенью холодовой устойчивости человека - низкой и высокой. Наибольшие отличия высоко и низкостойчи-выхкхолодовой нагрузке лиц отмечается по фактору Г2, характеризующему субстратмобилизующие функции организма, и фактору Р,, отражающемуинтенсивность метаболизма скелетныхмышц. Причем для высокоустойчивых лиц характерна'исходно более высокая активация указанных механизмов. По-видимому, повышенный уровень

-10 12 1.д, усл. ед.

Рис. 7. Вероятностная номограмма оценки и нормирования гормонального статуса человека в холодной воде. Границы классов: (-) -

состояние нормы, (---) - перенапряжения,

(—) - истощения механизмов гормональной регуляции теплового состояния

мобилизации субстратов окислениям обеспечивает высокую интенсивность метаболизма мышц, что является одним из ведущих звеньев в адаптации организма кхолодовому стрессу [К.П.Иванов, 1990, Л.Е.Панин, 1988, L.C.H.Wang, 1978].

Для оценки и нормирования холодовой устойчивости человека разработан критерий: LprG = 0.4726 + 0.6525 • F, + 0.9509*F3, а также вероятностная номограмма. Точность прогнозирования степени холодовой устойчивости .составлет 87.9 %.

6. Нормирование биохимического статуса человека в условиях термоизоляции

Для разработки критерия нормирования биохимического статуса человека в условиях термоизоляции на первом этапе методом факторного анализа получены интегральные характеристики fv f2, f3 газовой среды гермообъекта и биохимического статуса F-FB человека.

В фактор f, с наибольшими нагрузками вошли концентрации токсических продуктов обмена (аммиак, метанол, этанол, ацетон, аминосоединения) и с обратным знаком кислород. Данный фактор характеризует комплексное влияние среды обитания на метаболические пути распада токсических продуктов в аэробных условиях обитаемости, сопровождающиеся выделением конечных продуктов в среду гермообъема. Второй фактор f2 в наибольшей степени коррелирует с показателями, характеризующими продукты метаболического расщепления спиртов и активность кишечной флоры: ацетальдегид, метан, окись углерода. Наибольшую факторную нагрузку имеет углекислый газ, который, судя по его вкладу во все факторы, обладает наибольшей "специфичностью" и коррелирует только с данным фактором. Фактор f2 можно условно интерпретировать как интегральную характеристику среды обитания, отражающую метаболизм спиртов и в меньшей степени - активность кишечной флоры. Третий фактор f3 характеризует влияние температуры внешней среды и хладонов на процессы азотистого обмена (высокие положительные нагрузки у показателей температуры среды и хладона и более низкая нагрузка показателя концентрации аминосоединений).

Полученные интегральные показатели биохимического статуса человека характеризуют различные аспекты регуляции основных метаболических процессов в организме [А.Ленинджер, 1974, 1985; Э.Ньюсхолм, К.Старат, 1977; В.Г.Колб, B.C.Камышников, 1976]. Они характеризуют интенсивность: катаболизма белков (фактор F,); белкового метаболизма в целом (F2), липидного обмена (F3), коллоидно-осмотических механизмов крови (F4), процессов циркуляторного гомеостаза (F5), процессов анаэробных механизмов энергопродукции (F6), процессов углеводного обмена (F7) и водно-минерального обмена (Fa).

Методом канонического корреляционного анализа была установлена количественная взаимосязь между интегральными показателями газовой среды (fv и биохимического статуса человека (табл. 2).

Таблица 2

Факторная структура канонических переменных интегральных показателей биохимического статуса организма человека и среды гермообъекта

Показатель, усл. ед. Среда 1-5

0.694

Ч 0.241

Ч 0.678

Показатель, усл. ед. Биохимический статус 1_Ь

-0.391

0.155

0.246

-0.576

0.184

-0.486

-0.753

-0.167

Это позволило получить одномерные многопараметрические интегральные показатели степени изменения газовой среды (/.,.) и биохимического ответа организма (¿ь). Последний показатель принят за критерий нормирования биохимического статуса человека. По величинам факторных нагрузок можно сделать вывод, чтосувеличением степени изменения среды обитания в первую очередь угнетается интенсивность углеводного обмена (фактор Г7) и связанного с ним анаэробного окисления (фактор Г6). Эти характеристики являются "лимитирующим" звеном метаболизма в данных условиях. В целом каноническая переменная по нашему мнению, отражаетуровень напряжения механизмов биохимической регуляциии метаболических процессов. По ней выделено три типолологическихкласса, представленные на рис. 8, характеризующие низкий, средний и высокий уровень напряжения.

1_Ь, усл. ед.

Рис. 8. Вероятностная номограмма оценки и нормирования биохимическогого статуса человека в условиях гермообъемов. Границы

классов: (-) - низкий, (---) - средний, (——)

- высокий уровень напряжения механизмов биохимической регуляции

7. Критерии выделения групп "риска" при массовых донозологических обследованиях персонала АЭС

Применение разработанной статистической "технологии" для разработки критериев выделения групп "риска" среди персонала АЭС, работавшего в том числе и в экстремальных условиях ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, позволило получить 3 основных критерия:

1) критерий 5 экспресс-оценки уровня психической адаптации человека:

Б = ЙТ + П, баллы, где ЙТ - реактивная, и- личностная тревожность человека;

2) критерий ЦГ оценки соотношения активирующих и тормозных внутрицентральных взаимодействий (состояние церебрального гомеостаза):

ЦГ = 0.93 • - 0.23 • Л,, усл.ед.,

где ^ - фактор гомеостатической, ^ - фактор адаптивной регуляции времени реакции. Первый включает в себя характеристики устойчивости ПЗМР, второй - средний уровень реакции человека на световой стимул;

3) критерий ВГ оценки соотношения симпатических и парасимпатических влияний вегетативной нервной системы на ритм сердца (состояние вегетативного гомеостаза):

ВГ = 0.87 ■ Я, - 0.12 • Я,, усл.ед.,

где Г, - фактор гомеостатической, /%, - фактор адаптивной регуляции ритма сердца. Первый включает в себя характеристики вариабельности й~й интервалов ЭКГ, второй - их математическое ожидание и моду.

На рис.9-11 представлены вероятностные номограммы для идентификации выделенных классов типологических состояний и значения критериев, характерные для групп "риска''. Неблагоприятными по полученным данным является как гипо-; так и гиперфункция указанных характеристик.

Верификация критерия Б результатами теста ММИЛ [Ф.Б.Березин и др., 1986] показала, что для лиц с низкой суммой реактивной и личностной тревожности характерны черты- гипертимных акцентированных личностей. Высоким значениям Б соответствует профиль, характерный для лиц* с чертами тревожной депрессии. Уровень психической адаптации лиц с описанными характеристиками можно 'признать низким.

-4 0 +

ЦГ, усл. ед.

По состоянию церебрального гомеостаза лица с низкими отрицательными значения критерия ЦГ (преобладание тормозных внутрицентральных взаимодействий) имеют по критериям Т.Д.Лоскутовой (1978) функциональное состояние ЦИС, характеризуемое как первая степень патологии.

Рис. 9. Вероятностная номограмма экспресс-оценки и нормирования функционального состояния ЦНС. Границы классов: (—) - преобладание активирующих; (-) -преобладание тормозных внутрицентральных

взаимодействий; (---) - состояние "нормы".

ЦГ < - 14, ЦГ > 12 - группы "риска"

Также неблагоприятным является выраженное преобладание активирую-щихвнутрицентральных взаимодействий (высокие положительные значения критерия ЦГ). Это состояние характеризуется "парадоксальным" изменением показателей времени реакции, когда увеличение средней скорости ответа сопровождается ростом его

неустойчивости, что ха-р рактерно для явлений

утомления и перенапряжения ЦНС [А.Б.Леонова , 1984].

Для лиц с низкими отрицательными значениями критерия ВГ (крайне выраженные парасимпатические реакции вегетативной нервной системы) характерно состояние астенизации. При выраженном сдвиге вегетативного гомеостаза в сторону симпатических реакций

80 юо Э, баллы

Рис. 10. Вероятностная номограмма экспресс-оценки и нормирования уровня психической адаптации. Границы классов:

(-) - ограниченные возможности; (---) -

высокий; (—) - средний; (-0-) - низкий, (-д-) - очень низкий уровень психической адаптации

Б < 50 и Б > 120 - группы "риска"

р

ВГ, усл. ед.

Рис. 11. Вероятностная номограмма экспресс-оценки и нормирования степени напряжения регуляторных механизмов сердечно-сосудистой системы. Границы классов: (—) - низкий (парасимпатический

тонус), (---) - средний (сохраненний

вегетативный гомеостаз), (-) - высокий (симпатический тонус)уровень напряжения ВГ < -6, ВГ > 6 - группа "риска"

отмечается высокий уровень напряжения регуляторных механизмов сердечно-сосудистой системы [Р.М.Баевский, 1979].

Полученные критерии и решающие правила использованы в разрабатываемой СЦЭМП "Защита" автоматизированной системы "Скрининг-экспресс" для предсменного контроля функционального состояния персонала объектов атомной энергетики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная цель гигенической науки - сохранение и укрепление здоровья человека - реализуется через разработку научно обоснованных нормативов и рекомендаций по допустимому уровню изменения факторов среды жизнедеятельности и функционального состояния человека. Нормирование, таким образом, является одним из завершающих этапов прикладных медико-биологических исследований.

Как любой из разделов науки, нормирование должно иметь свои ' принципы и методы.

Системный анализ взаимодействия основных компонентов системы "человек - среда жизнедеятельности" позволил сформулировать 4 основных принципа нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях: комплексности нормирования, декомпозиции состояний объекта нормирования, построения количественных шкал и индивидуализации нормирования. Отметим, что данные принципы могут быть обобщены и в качестве принципов гигиенического нормирования.

Рассматривая методы решения задач нормирования функциональных состояний человека следует подчеркнуть, что задачи нормирования являются классификационными задачами. Данное утверждение может показаться на первый взгляд не столь важным

для практики. Однако его понимание позволяет не только более четко охарактеризовать область исследования, но и, что является главным, научно обосновать методы решения проблемы нормирования.

Основная трудность, с которой сталкивается исследователь при решении практических задач, является многомерность биологических объектов. Не сложно установить нормативные границы на один или два показателя функционального состояния человека. Однако если число характеристик объекта нормирования исчислятся десятками, то задача существенно усложняется. Для ее решения необходимо использовать методы многокритериального выбора. Если исходно осознавать, что нормирование является классификационной задачей, то становятся понятны и пути ее решения, позволяющие в той или иной степени избавиться от указанной многомерности: "сжатие" пространства исходных показателей (классификация характеристик объекта нормирования) и классификация возможных состояний объекта нормирования (выделение его типологических состояний). Методы решения этих задач в достаточной степени разработаны в прикладной математике.

Не в полной мере осознавая математическую сложность решения задач многокритериального выбора, исследователи при ее решении используют наиболее простейший прием: принятие решения о соответствии состояния объекта задаваемым требованиям проводится по оценке попадания значений критериев нормирования в задаваемые "уставки" или "жесткие" границы. При этом вызывает возражение как "жесткость" границ между нормируемыми состояниями, так и упрощенный метод принятия решения. Он не позволяет принять однозначного решения в ситуации, когда, например, одна часть критериев находятся в границах одного, остальная часть - в границах другого состояния.

Выходом из описанной ситуации является или применение сложных формализованных процедур принятия решения, или снижение размерности задачи нормирования: переход (в идеальном случае) к однокритериальным задачам. Эта цель была реализована в методологической части работы: на основании предложенных принципов и сформулированных задач нормирования, предложена формализованная статистическая' 'технология'' построения одномерных многопараметрических критериев нормирования с применением разного вида классификационных методов.

Таким образом, в работе поставлены и решены две важные методологические задачи проблемы нормирования: сформулированы принципы нормирования и предложены методы разработки количественных критериев нормирования. На примерах решения пяти важных практических задач (представляющих самостоятельный научный интерес) показана эффективность предложенных подходов.

выводы

1. Сформулированы основные принципы нормирования, ' позволяющие проводить эффективную разработку критериев нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследованиях. Они включают в себя принципы: комплексности, декомпозиции, формирования количественных функциональных шкап и индивидуализации нормирования.

2. При разработке критериев нормирования функциональных состояний человека в прикладных медико-биологических исследований необходимо проводить количественную оценку системного ответа организма человека на факторы внешней среды; выделение типологических состояний объекта нормирования; выявление интегральных характеристик, наилучшим образом разделяющих выделенные типологические состояния (дискриминантных системокомплексов показателей), а также построение решающих правил идентификации нормируемых состояний. Дискриминантные системокомплексы показателей целесообразно использовать в качестве критериев нормирования.

3. Обосновано, что адекватными методами разработки критериев нормирования являются методы многомерного статистического анализа, объединенные предложенной единой статистической "технологией", включающей в себя последовательное применение методов факторного и (или) канонического корреляционного анализа (первый этап); кластерного анализа (второй этап); канонического дискриминантного анализа (третий этап); дискриминантного анализа и построения вероятностных номограмм (четвертый этап). При этом результаты выполнения предыдущего этапа являются входными данными для последующего.

4. Нормирование тепловых состояний человека в условиях нагревающего микроклимата необходимо проводить с учетом интенсивности внешнего воздействия. Системокомплекс показателей, включающий в себя интегральные показатели оценки температурного режима дистальных отделов конечностей, "оболочки" туловища и "ядра" тела, а также частоту сердечных сокращений, характеризует степень напряжения терморегуляторных механизмов организма человека. Его целесообразно использовать в качестве критерия нормирования тепловых состояний человека в условиях перегрева. Высокие значения критерия отражают высокую степень напряжения (предельное тепловое состояние), низкие значения - оптимальную степень напряжения терморегуляторных систем {оптимальное тепловое состояние).

5. В качестве критерия нормирования тепловых состояний человека в холодной водной среде целесообразно использовать интегральный системокомплекс разработанных интегральных

температурных градиентов, отражающих температурный режим организма в целом, температурные режимы "оболочки"в целом, туловища и "ядра" тела, а также температурный режим дистальных отделов конечностей. Он характеризует степень напряжения терморегуляторных систем организма человека в условиях водного охлаждения. Высокие значения критерия нормирования отражают оптимальную (оптимальное тепловое состояние), низкие - высокую (предельное тепловое состояния) степень напряжения терморегуляторных механизмов.

6. Степень напряжения гормональной системы - интегральный системокомплекс характеристик уровня напряжения субстратмобили-зующихиутилизирующихмеханизмов гормональной регуляции теплового состояния человека - может быть использован в качестве критерия нормирования гормонального статуса человека в условиях водного охлаждения организма. Высокие и низкие значения критерия нормирования характеризуют соответственно напряжение и истощение механизмов гормональной регуляции теплового состояния организма.

7. Критерий нормирования биохимического статуса человека в условиях термоизоляции характеризует степень напряжения механизмов биохимической регуляции, связанных в основном с интенсивностью углеводного обмена и анаэробного окисления. Низким значениям критерия соответствует низкий, высоким - высокий уровень напряжения биохимических механизмов регуляции метаболических процессов.

8. В качестве критериев выделения групп "риска" при изучении функционального состояния персонала АЭС целесообразно использовать интегральные системокомплексы показателей, отражающие: уровень психической адаптации человека, соотношение активирующих и тормозных внутрицентральных взаимодействий (состояние церебрального гомеостаза) и соотношение трофотропныхиэрготропных процессов в организме (состояние вегетативного гомеостаза). Для состояния покоя как гипер-, так и гипофункция указанных характеристик является прогностически неблагоприятным признаком и может быть использовано в качестве критерия выделения групп "риска".

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Новый подход к оценке тепловых состояний человека в прак-ике индивидуальной защиты // Медико-технические проблемы дивидуальной защиты человека. Индивидуальная защита при еятельности в экстремальных условиях: Сб. науч. работ. - М.,1987. -. 41-51 (совместно с Талалаевым A.A., Самохваловым С.К.).

2. Количественная оценка психофизиологической "цены" адап-ации человека к экстремальным условиям // Проблема оценки и рогнозирования функциональных состояний организма в прикладной «изиологии: Тез. докл. 3-го Всесоюзн. симпоз.- Фрунзе, 1988;- С. 28 совместно с Черниковой А.Г., Щеблановым В.Ю., Соколовым С.Н.).

3. Некоторые математические подходы к разработке количест-енных критериев оценки и прогнозирования функциональных состояний еловека в экстремальных условиях // Там же. - С. 27.(совместно о Щеблановым В.Ю., Райхманом С.П.).

4. Методические рекомендации по экспресс-оценке функцио-ального состояния персонала АЭС. Утв.З ГУ при МЗ СССР 32-015/171 т 8.04.88. (совместно с Мартенсом В.К. Талалаевым A.A. Черниковой „Г. Федоровым В.Ф.).

5. Здоровье работающего человека и некоторые подходы к его оличественной оценке // Гигиена и санитария. - 1989. - № 9 - С. 4-8 совместно с Кощеевым B.C., Щеблановым В.Ю.).

6. Интегральная оценка температурного режима и класси->икация состояний организма человека в условиях затруднения еплоотдачи // 7-я Всесоюзн. конф. по экологической физиологии: ез. докл. - Ашхабад, 1989,- С. 304 (совместно с Талалаевым A.A., :амохваловым С.К.). '

7. Количественная оценка состояний человека в система "чело-ек - среда жизнедеятельности": Методические рекомендации. Утв. ам. директора ИБФ Л.А.Булдаковым 27.12.89 г. (совместно со Щеб-ановым В.Ю.).

8. Нормирование трудовой деятельности персонала аварийно-пасательных команд при ликвидации катостроф // Медицина катас-роф: Материалы Междунар. конф. - М., 1990. - С. 184 (совместно

Кощевым B.C., Щеблановым В.Ю.).

9. Система "человек - машина": количественная оценка надеж-ости человеческого фактора и индивидуальная защита человека // 1едико-технические проблемы индивидуальной защиты человека. 1тоги и перспективы исследований по оптимизации деятельности аботающих на море: Сб. Науч, трудов. - М.:1990. - С. 11-25.

10. Принципы количественной оценки теплового состояния человека в широком диапазоне экстремальных температур внешней среды // Система терморегул, при адаптации организма к факторам среды: Тез. докл. Всесозн. конф. - Новосибирск, 1990. - С. 264 (совместно с Мозжериным А.И.).

11. Математические методы в теории физиологического нормирования трудовой деятельности // Экстремальная физиология, гигиена и средства индивидуальной защиты человека: Тез. докл. 3-й Всесоюзн. конф. - М., 1990. - С. 454

12. Статистическое обобщение в прикладных медико-биологических исследованиях// Экстремальная физиология, гигиена и средства индивидуальной защиты человека: Тез. докл. 3-й Всесоюзн. конф. -М., 1990. - С. 457.

13. Математические методы разработки алгоритмического обеспечения диагностических подсистем автоматизированной оценки взаимодействия "человек - ЭВМ - внешняя среда" // Экстремальная физиология, гигиена и средства индивидуальной защиты человека: Тез. докл. 3-й Всесоюзн. конф. - М., 1990. - С. 458 (совместно со ЦЦеблановым В.Ю., Соколовым С.Н.).

14. Математические методы в теории нормирования функциональных состояний человека // Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека. Итоги и перспективы исследований по оптимизации деятельности работающих на море: Сб. науч. трудов. - М., 1990. - С. 40-56.

16. Надежность деятельности человека в автоматизированных системах и ее количественная оценка // Психологический журнал. -1990. - Т. 11, № 3. - С. 60-69 (совместно со Щеблановым В.Ю.).

17. Медико-гигиенические критерии оценки и контроля функциональных возможностей персонала гермообъектов и количественная оценка состояний человека в системе "человек - ЭВМ'- среда обитания" (рекомендации по повышению эффективности и надежности операторского персонала, в том числе женского контингента). Утв. начальником 3 ГУ при Минздраве СССР. Инв. № 344., 1990 г. (совместно с Кипором Г.В., Щеблановым В.Ю.).

18. Влияние охлаждающей водной среды на гормональный статус организма человека // Физиология человека. - 1991.- Том 17, N.2.- С. 99-105 (совместно с Никулиной Н.С., Карлыевым K.M. и др.).

19. Математические методы классификации и обобщенной оценки характеристик конституции человека // Конституция и здоровье человека: Труды 4-го Всесоюзн. симпоз. -J1., 1991 - С. 6.

20. Количественная оценка надежности человеческого фактора в системах человек - машина - внешняя среда // Функциональное состояние человека и методы его исследования. - М.: Наука, 1992. -С. 22-31 (совместно со Щеблановым В.Ю., Соколовым С.Н.).

21. Актуальные вопросы проблемы нормирования в прикладных медико-биологических исследованиях // Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека: Сб. науч. трудов. - М., 1992. -(совместно с Кощеевым B.C., Кузнецом Е.И.).

22. Принципы нормирования в прикладных медико-биологических исследованиях// Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека: Сб. науч. трудов. - М., 1992 (совместно с Кощеевым B.C., Кузнецом Е.И.).

23. Нормирование биохимического статуса организма человека в неблагоприятных условиях внешней среды // Медико-технические проблемы индивидуальной защиты человека: Сб. науч. трудов. - М.. 1992 (соместно с Кипором Г.В.).

24. Экспресс-оценка функционального состояния в практике индивидуальной защиты человека // Гигиенические исследования средств индивидуальной защиты человека: Руководство / Под ред. Л.А.Ильина. - М., 1992,- С. 258-282 (совместно с Талалаевым A.A., Черниковой А.Г.),

25. Математические подходы к физиолого-гигиенической оценке СИЗ // Там же. - С. 283-296.