Корреляция между тестами функционального состояния организма спортсменов по данным комплекса «Омега-С» и клинико-лабораторными показателями

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования

«Гомельский государственный медицинский университет»

Медико-диагностический факультет

Кафедра нормальной физиологии Дипломная работа Корреляция между тестами функционального состояния организма спортсменов по данным комплекса «Омега-С» и клинико-лабораторными показателями Исполнитель Студентка Д-601 группы Бородовская Н. В Научные руководители Зав. кафедрой нормальной физиологии профессор Питкевич Э. С Главный врач ГОДСМ Севостьянов П. А ГОМЕЛЬ, 2009 г.

ЗАДАНИЕ дипломной работе

Тема дипломной работы «Корреляция между тестами функционального состояния организма спортсменов по данным комплекса „Омега-С“ и клинико-лабораторными показателями».

Утверждена приказом ректора УО «Гомельский государственный медицинский университет» от 21.01.2009 № 06

Срок сдачи студентом работы: до 12.06.2009 г.

Перечень подлежащих разработке вопросов:

изучить принцип работы АПК «Омега-С»;

определить особенности внутрии межсистемных взаимосвязей физиологических параметров автономной нервной и сердечно-сосудистой систем;

выявить показатели функционального состояния организма спортсменов, формирующих критерии оценки спортивной формы;

провести соотношение клинико-лабораторных данных с показателями функционального состояния организма, выявленных с помощью АПК «Омега-С».

Календарный план работ.

Освоение работы на аппаратно-компьтерном комплексе «Омега-С» — до 10 апреля 2009 г.

Формирование групп наблюдений по данным архива ГОДСМ: по 20 спортсменов с показателями спортивной формы по заключению «Омега-С» «состояние спортивной формы хорошее» и «состояние спортивной формы неудовлетворительное».

Статистическая обработка — до 30 апреля.

Разработка анкет диспансерных наблюдений спортсменов исследуемых группк 15 мая.

РЕФЕРАТ Объект исследования. Проводилось обследование функционального состояния 40 спортсменов мужского пола в возрасте от 18 до 22 лет по двум близким видам спорта: академическая гребля и гребля на байдарках.

Цели исследования: изучение показателей функционального состояния спортсмена, полученных с помощью АПК «Омега-С» и выявление их соответствия с клинико-лабораторными данными Информация о функциональном состоянии организма необходима для того, чтобы предотвратить развитие патологии или выявить ее, когда нет еще даже ранних клинических проявлений, но функциональные нарушения уже есть или организм находится на стадии перехода в болезнь. Для получения такой информации предложено применение аппаратно — программного комплекса «Омега-С» для обследования функционального состояния спортсменов, разработанного российской научно — исследовательской лабораторией «Динамика». Быстрота обследования дает возможность проведения скрининг-диагностики донозологических форм патологии, что в последствии позволяет сделать адекватное клинико-лабораторное обследование, провести профилактику на ранних стадиях заболевания или назначить соответствующее лечение. Результаты применения АПК «Омега-С» в спортивной медицине на практике показали эффективность данного метода, который позволяет значительно сэкономить время и снизить финансовые затраты.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ АПК — аппарарно-програмный комплекс ВНС — вегетативная нервная система ГГС — гипоталамо-гипофизарная система СРРЖ — синдром ранней реполяризации желудка ЦНС — центральная нервная система ЭКГ — электрокардиограмма

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время происходит активное развитие информационных технологий в медицине для диагностики различных заболеваний, однако недостаточно уделяется внимания оценке общего функционального состояния здорового организма. Такая информация необходима для того, чтобы предотвратить развитие патологии или выявить ее, когда нет еще даже ранних клинических проявлений, но функциональные нарушения уже есть или организм находится на стадии перехода в болезнь.

Существуют различные способы скрининг — диагностики заболеваний и оценки качества здоровья: лабораторные тесты, психофизиологические комплексы, функциональные методы, нагрузочные фармакологические пробы и т. д. Однако, практика показывает, что данные методы специфичны в основном к какому-либо одному заболеванию, либо к поражению системы органов. Чтобы сформировать полное представление о функционировании организма, исследования займут много времени и потребуют работы нескольких специалистов для получения результатов.

Выходом из сложившейся ситуации может стать предложение применения аппаратно — программного комплекса «Омега-С» для обследования функционального состояния спортсменов, разработанного российской научно — исследовательской лабораторией «Динамика», получившая патент в 2002 году, а в 2003 — свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.(приложения А, Б) Данная программа позволяет за короткое время получить информацию со всех уровней регуляции организма, путем выделения динамических параметров из сигналов биоэлектрической активности. Человеческий организм рассматривается как сложная саморегулирующаяся система, имеющая единую многоуровневую иерархическую структуру управления, в которой существует динамический гомеостаз. Информация о том, как формируются отдельные состояния гомеостаза, содержится в различных биоритмах организма, которые являются взаимозависимыми. Следовательно, данные изменения активности ритмов сердца могут быть использованы для оценки параметров вегетативного гомеостаза — одного из важнейших показателей, характеризующих функциональное состояние организма. Кроме того, кардиосигналы не только наиболее доступны для информационно-математического анализа, но и на основании сложившихся представлений о сердечно-сосудистой системе, являются индикатором адаптационных реакций организма и состояния вегетативной нервной системы. Следовательно, применение математического анализа сердечного ритма (кардиоритмографии) и комплексной оценки сердечно-сосудистой системы позволяет получить информацию о функциональном состоянии всех органов и систем организма.

Таким образом, учитывая все возможности АПК «Омега-С», данный метод широко применяется в спортивной медицине, где информация о функциональном состоянии организма спортсменов является наиболее важной для проведения тренировочного процесса. Оценка полученных данных позволяет определить уровень тренированности организма, адаптацию к физическим нагрузкам, энергетические ресурсы организма, психоэмоциональное состояние, а также выявить нарушение функционирования на каждом из уровней регуляции организма. Быстрота обследования дает возможность проведения скрининг-диагностики донозологических форм патологии, что в последствии позволяет сделать адекватное клинико-лабораторное обследование, провести профилактику на ранних стадиях заболевания или назначить соответствующее лечение.

Результаты применения АПК «Омега-С» в спортивной медицине на практике показали эффективность данного метода, который позволяет значительно сэкономить время и снизить финансовые затраты. В настоящее время программой пользуются многие медицинские учреждения в городах России: в Москве, Санкт-Петербурге в реабилитационно-оздоровительном центре «Преображение», совместно с медицинской академией имени Мечникова, НИИ скорой помощи им. Джанилидзе, Военной медицинской академией МО РФ. Постепенно происходит усовершенствование возможностей АПК «Омега-С», и таким образом не исключается перспектива его использования в поликлиниках при диспансеризации для наиболее раннего выявления патологического процесса и наиболее эффективного контроля состояния здоровья населения.

Цели исследования: изучение показателей функционального состояния спортсмена, полученных с помощью АПК «Омега-С» и выявление их корреляции с клинико-лабораторными данными Задачи исследования:

определить особенности внутрии межсистемных взаимосвязей физиологических параметров автономной нервной и сердечно-сосудистой систем;

выявить показатели функционального состояния организма спортсменов, формирующих критерии оценки спортивной формы;

провести соотношение клинико-лабораторных данных с показателями функционального состояния организма, выявленных с помощью АПК «Омега-С».

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Задачи комплексной оценки функционального состояния организма Задачи комплексной оценки функционального состояния организма в клинической практике выдвинулась за последние годы в разряд важнейших. Необходимость дешевого, оперативного, простого и при этом полного и объективного метода обследования больных остро назрела.

Очевидно, что такая проблема не может быть решена в рамках традиционного подхода. Современная биофизика и медицина рассматривают организм человека как сложную саморегулирующуюся систему.

Само существование ее невозможно без постоянного обмена информацией на всех уровнях организации от клеточного до организменного. Следовательно, выражением сути системы будет ее функция, реализуемая в нейрогуморальных связях поддерживающих целостность. 1]

Функциональные реакции организма регистрируются различными клинико-физиологическими методами, что и составляет основу клинической диагностики в биологии и медицине.

В здоровом организме эти реакции имеют в своей основе изменения преимущественно в молекулярно-энергетических и регуляторных процессах и обычно не выходят за границы представлений о норме.

Интенсивность и продолжительность комплекса внешних воздействий с одной стороны, и особенности полисистемного (полиорганного) функционального ответа организма — с другой, определяют направление патологического процесса (сердечно-сосудистая система, органы пищеварения), вид патологии (гипертоническая болезнь или инфаркт миокарда, язвенная болезнь или рак желудка), а также скорость клинической манифестации и исхода заболевания. 2] Следовательно, становится очевидным существование особой начальной стадии болезни, которая может быть условно определена как информационная стадия, которая в последующем трансформируется в доклиническую и затем в клиническую стадии. 3]

Доклиническая стадия характеризуется тем, что у человека отсутствуют субъективные и объективные признаки того или иного заболевания, но при использовании биохимических, иммунологических, серологических, иммуногенетических тестов и т. д. могут быть обнаружены отклонения от нормы соответствующих функций или показателей. В ряде случаев это могут быть т.н. функциональные или латентные органические изменения, прогностически неблагоприятные и говорящие о риске развития той или иной патологии. Но и во многих случаях на этой стадии могут быть обнаружены признаки уже существующих патологических состояний (например, неактивный хронический вирусный гепатит, скрытый сахарный диабет, «немая» язва желудка, доброкачественные или злокачественные опухоли и т. д.), которые клинически себя еще не проявили. 4]

Для практической медицины доклиническая стадия патологии крайне важна. Ранняя диагностика и прогноз заболевания позволяют избежать развития грубых необратимых изменений и их осложнений, благодаря назначению, организации выполнения и контролю исполнения лечебно-профилактических мероприятий. Например, рекомендации пациентам, склонных к сахарному диабету, употреблять меньше сахара и мучного, снизить массу тела и больше двигаться, позволяют избежать с одной стороны, затрат на лекарства, а с другой — служат способом профилактики развернутого сахарного диабета и его осложнений. Но для контроля эффективности данных мероприятий требуется измерение уровня сахара в крови, АД, массы тела и т. д. 1,4]

Клиническая стадия патологии, с которой преимущественно имеет дело традиционная медицина, отличается развернутой клинической картиной, жалобами больных (чаще всего на боли), наличием признаков (симптомов) того или иного заболевания. На данной стадии, как правило, в основе любой болезни уже лежат более или менее выраженные органические изменения (ишемия, воспаление, атрофические, дистрофические, фиброзные изменения, нарушения регенерации тканей). Фактически это стадия декомпенсации функций и необратимых изменений органа или системы органов. Можно ли излечить больного человека на этой стадии? Практически нет. Можно добиться той или иной компенсации нарушенных функций и обеспечить клиническую ремиссию заболевания, сохраняя этим трудоспособность больного или лишь сохраняя возможность самообслуживания и поддерживая на некоторое время его жизнь. 5] И это несмотря на то, что современная медицинская наука способна улучшить качество и увеличить продолжительность жизни больных путем совершенствования способов диагностики, методов лечения и реабилитации. Однако наука пока не в состоянии устранить те патологические конформации, которые образуются в организме человека в ответ на многочисленные патогенные воздействия на доклинической и, тем более, клинической стадиях развития болезни.

Иными словами, диагностические задачи клинической медицины, решаемые традиционными методами исследований, нацелены на уже существующий материальный (органический) — клинический или субклинический субстрат заболеваний.

Правда, многие, используемые на практике, методы чаще всего не позволяют достоверно судить об органической или функциональной природе выявляемых изменений в организме, что могло бы дать основание для суждения о существующей патологии или о риске ее развития. Здесь, конечно, речь не идет о методах эндоскопический, ультразвуковой и рентгенологический диагностики, биохимических и иммунологических тестах и т. д., многие из которых нацелены на верификацию уже существующей патологии. 6] Но понятно, что любая патология, зарождаясь задолго до появления органических изменений в организме, проходит доклинические (функциональные) этапы своего развития. 2] И потому научные исследования, посвященные теоретическим и методическим основам диагностики патологии на этих этапах, представляются наиболее перспективными для современной клинической и профилактической медицины. Современное лечение в большинстве случаев потому недостаточно превентивно, потому что диагностика является запоздалой: это говорят классики нашей медицины.

Решением данных проблем может быть использование знаний в области клинической информатики. 5] Это самостоятельная наука (в рамках, как медицины, так и информатики) о системах и о законах накопления, передачи, обработки информации в организме больного и медицинских системах… (и в организме здорового человека или преморбидного больного). Предмет КИ — информационные процессы при патологических состояниях при их распознавании и в ходе помощи при них в реальных клинических условиях (информационные процессы существуют и у здорового человека). 7] Для этого необходим количественный подход к оценке патологического процесса, его вида и тяжести с использованием вероятностных моделей и метрологических шкал оценки тяжести патологического состояния (например, индекс здоровья и другие показатели в технологии).

В модели должны быть представлены процессы автоматического регулирования в организме в виде многочисленных контуров регулирования, звеньев этих контуров, взаимосвязей между звеньями и уравнений взаимосвязей, причем эти уравнения должны описывать не однозначно детерминированную, а вероятностную картину этих взаимосвязей. Многие экспертные системы не содержат вероятностных подходов, а основаны на детерминированных логических моделях (изменения на ЭКГ — ишемия, инфаркт). 8]

Основная задача компьютерных систем — оказание неспециалисту такой помощи в принятии решения, чтобы это решение стало близким по своей профессиональной компетентности к решению специалиста. Цель — оптимальная медицинская помощь больному, как система выбора минимально достаточного уровня помощи и, разумеется, предоставления этой помощи. Основная задача компьютерной системы — не выдача готовых решений и, тем более, не управление помощью вместо специалиста, а улучшение и ускорение тактических решений самого специалиста и повышение производительности консультативного труда. Многим перечисленным требованиям отвечает телеметрическая технология мониторинга качества здоровья и скрининг-диагностики «Омега-С», представляющая собой аппаратно-программный комплекс на базе персонального компьютера. 9] Теоретическую основу технологии составляют представления об информационных взаимосвязях клеточных образований, органов и систем органов, обеспечиваемых не только системами регуляции и иммунитета, но и электромагнитно-частотными колебаниями и биологическими ритмами структур организма.

1.2 Значение биологических сигналов, как источников информации об организме Информационное единство внутриорганизменных связей дает основание использовать многие биологические сигналы организма, как отражение тех или иных реакций, для интегрального суждения не только о состоянии конкретного органа, являющегося источником данного сигнала, но и о состоянии иных органов и систем, и организма, как целого.

В биологии и медицине большинство методов исследований направлены на оценку тех или иных реакций или биологических сигналов. Ряд методов может быть использован для выявления заболеваний в режиме скрининга. В качестве примеров достаточно привести работы, посвященные изучению квантовых характеристик клеток, собственной люминесценции живых тканей, генетических структур клеток, диагностика по Фолю, иридодиагностика, тепловидение и т. д. 10] Подобные примеры можно было бы продолжить, однако вопросы клинического применения этих и иных способов ограничены, прежде всего, узко направленным спектром выявляемой информации и, в большинстве случаев, невозможностью интегрального суждения о состоянии макроорганизма.

Поэтому лишь ограниченным числом методов возможно получение полезной клинической информации в виде «кодовых» характеристик отдельных биологических сигналов и их биологических ритмов. 11]

Среди множества биосигналов, выявляемых в клинико-диагностической практике, особое внимание привлекают кардиосигналы не только потому, что они наиболее доступны для информационно-математического анализа, но и в связи с тем, что сложились представления о сердечно-сосудистой системе, как индикаторе адаптационных реакций организма и состояния вегетативной нервной системы. 7]

Применение математического анализа сердечного ритма (кардиоритмографии) и комплексной оценки сердечно-сосудистой системы (включая характеристики пульса, сердечного ритма, артериального давления, минутного объема, гомеостаза и т. д.) на практике доказало свою эффективность и перспективность для донозологической диагностики заболеваний, в том числе при проведении массовых обследований населения. 8] В этом отношении уместно вспомнить, что еще древние китайские врачи, оценивая особенности пульса пациентов, диагностировали многие соматические заболевания. Поэтому сердце и сердечно-сосудистая система (в отличие от традиционного — анатомо-физиологического, понимания их функций) составляют мощный информационный канал, несущий значительный объем информации, первичным источником которой могут быть все без исключения органы и системы организма. 2]

Известно, что оценка сердечного ритма и тонуса ВНС по Р. М. Баевскому позволяет судить: об удовлетворительной адаптации организма; о функциональном напряжении механизмов адаптации; о неудовлетворительном состоянии процессов адаптации с уменьшением функциональных резервов; о срыве адаптации с истощением функциональных резервов. 12] Нетрудно убедиться, что варианты дисадаптации организма могут иметь связь с патогенетическими механизмами многих патологических синдромов и заболеваний (и не только сердечно-сосудистых).

Разработка данного направления позволила подойти к пониманию того, что амплитудно-частотные характеристики и ритмы кардиосигналов могут нести закодированную диагностическую информацию о конкретных патологических состояниях, синдромах и заболеваниях как на клинической, так и доклинической стадиях развития патологии. Это положение создало возможности выделения информационно-кодовых признаков как нормы, так и будущей патологии. 13]

1.3 Значение физиологических основ вариабельности ритмов сердца для оценки функционирования организма Ритм сердца определяется способностью специализированных клеток проводящей системы сердца спонтанно активироваться — это так называемое свойство сердечного автоматизма. Регуляция сердечного, ритма в физиологических условиях является результатом ритмической активности пейсмекеров синусового узла (СА-узла) и модулирующего влияния вегетативной и центральной нервной систем, ряда гуморальных и рефлекторных воздействий. 14]

В норме основное модулирующее действие на сердечный ритм оказывает вегетативная нервная система. При этом симпатический отдел стимулирует деятельность сердца, а парасимпатический — угнетает ее. Центральная нервная система контролирует относительные уровни активности симпатического и парасимпатического отделов обычно по механизму обратной связи. Однако при одновременной активации обоих отделов эффекты симпатической и парасимпатической нервных систем не складываются простым алгебраическим способом, и взаимодействие их эффектов нельзя выразить линейной зависимостью. 8] Кроме того вегетативная иннервация различных отделов сердца неоднородна и несимметрична. В частности, в узловой ткани преобладает эффект парасимпатической системы, реализуемый через блуждающий нерв, а в миокарде желудочков влияние симпатического отдела выражен значительно сильнее, чем парасимпатического. Различаются влияние на сердце левого и правого блуждающего нерва. Волокна правого блуждающего нерва иннервируют, в основном, синусовый узел, а волокна левого блуждающего нерва подходят, главным образом, к атриовентрикулярному узлу. В результате, правый блуждающий нерв влияет преимущественно на ЧСС, а левый — на атриовентрикулярное проведение. Соответственно при раздражении правого блуждающего нерва боле выражен отрицательный хронотропный эффект (замедление ЧСС), а при стимуляции левого — отрицательный дромотропный (замедление атриовентрикулярного проведения). 1,4]

Асимметрия наблюдается и в симпатической иннервации сердце. Симпатические нервы правой стороны обычно иннервируют переднюю поверхность желудочков и в большей степени синусовый узел, а левой заднюю поверхность желудочков и атриовентрикулярный узел.

Парасимпатическая система регуляции считается высокочастотной системой регуляции. Ее медиатором является ацетилхолин. Он быстро разрушается холинестеразой. При непрерывной стимуляции блуждающего нерва латентный период реакции составляет около 200 мс. Колебания активности парасимпатической системы порождают изменение сердечного ритма с частотой 0.15−0.4 Гц и более, формируя так называемые быстрые (высокочастотные) волны (HF — high frequency). 15]

Повышение симпатической активности вызывает увеличение ЧСС. Норадреналин (НА), освобождающийся из симпатических нервных окончаний, повышает частоту спонтанных возбуждений автоматических клеток СА-узла. При стимуляции сердечных симпатических нервов ЧСС начинает повышаться; латентный период составляет 1−3 секунды. Установившийся уровень ЧСС достигается лишь через 30−60 секунд после начала стимуляции симпатических волокон.

После прекращения стимуляции симпатических волокон хронотропный эффект постепенно исчезает, и ритм возвращается к контрольному уровню. Таким образом, симпатическая система регуляции кровообращения является медленной системой регуляции. Соответственно и волны, обусловленные колебанием симпатической системы, называются медленными (низкочастотными) волнами (LF — low frequency). Однако вопрос о происхождении медленных волн не так прост и является предметом дискуссий. 14]

Одной из гипотез, доказывающих присутствие парасимпатических влияний в медленных волнах, является следующая. Выброс крови из сердца и пульсация сосудов зависят от дыхания. На вдохе снижается систолический объем выброса из левого желудочка и увеличивается приток крови к сердцу. Это сопровождается увеличением присасывающей волны крови из периферии. Таким образом, в пульсовом движении крови возникает дополнительная волна — дыхательная, когда в такт дыханию (с частотой меньшей, чем частота пульса) меняется высота пульсовой волны крови. Так парасимпатическая система оказывает модулирующее влияние на активность симпатической системы. 4]

Кроме того, в последнее время обнаружены особые клетки, содержащие большие запасы катехоламинов. На этих клетках расположены синапсы, образованные терминальными окончаниями блуждающего нерва. Следовательно, возможно и прямое воздействие блуждающего нерва на адренергические рецепторы. 15]

Самой медленной системой регуляции кровообращения является гуморально-метаболическая система. Она связана с активностью как циркулирующих гормонов в крови, так и активных веществ в самой ткани (тканевых гормонов). Ее регулирующее влияние связано со следующей активностью тканей: одно колебание в минуту и реже, что соответствует диапазону частот менее 0.04 Гц — так называемые очень медленные (низкочастотные) волны (VLF — very low frequency). 14]

Деятельность вегетативной нервной системы находится под влиянием центральной нервной системы. В продолговатом мозге расположен сердечно-сосудистый центр, объединяющий парасимпатический, симпатический и сосудодвигательный центры. 6] Регуляция этих центров осуществляется подкорковыми узлами и корой головного мозга. Условно выделяет четыре уровня центральной регуляции деятельности сердечно-сосудистой системы: спинной мозг, ствол мозга, область гипоталамуса, кора головного мозга.

Ствол мозга постоянно поддерживает вегетативный тонус. Гипоталамус и лимбическая система ответственны за координацию вегетативных, поведенческих, эмоциональных реакций и вегетативного обеспечения деятельности.

Кора головного мозга является высшим регуляторным центром интегративной деятельности, активируя как моторные, так и вегетативные центры.

При оптимальной регуляции задействовано минимальное количество уровней системы для обеспечения адаптации организма. Автономная деятельность низших уровней «освобождает» высшие от необходимости постоянно «вмешиваться» в локальные регуляторные процессы. Их включение обусловлено неспособностью последних, справляться со своими функциями, когда необходима координация работы нескольких подсистем. 2,5]

Исходя из этого, любые патологические изменения развиваются как следствие нарушения волновой структуры управляющего сигнала ЦНС. И, следовательно, они могут быть выявлены по изменению динамических параметров ритмов сердца и мозга.

Програмно-аппаратный комплекс «ОМЕГА-С» разработана на основе принципиально нового метода фрактального динамического анализа совокупности ритмов сердца и мозга. В качестве исходной информации для оценки этих изменений могут быть использованы следующие сигналы: ЭКГ, ЭЭГ, а также другие физиологические показатели. 6] В процессе обработки из ЭКС выделяется ритмограмма, представляющая собой последовательность временных интервалов между соседними сердечными сокращениями. Сигнал ритмограммы представляет собой нелинейную совокупность разномасштабных во времени процессов, определяемых в литературе как дыхательные и медленные волны. 3] (рисунок 1)

Ритмограммы же, в общепринятом смысле, это не функции, а искусственно синтезированные графики, по осям ординат которых дискретно отображаются текущие значения R-R, Р-Р, Р-R, и других интервалов, а по оси абсцисс — текущее время, равное количеству этих интервалов. Таким образом, размерность по осям одна и та же — время. Физический смысл спектрального анализа состоит в разделении на отдельные составляющие суммарного временного процесса, полученного в результате сложения или вычитания амплитуд этих составляющих. 16]

В случае же процессов, отражаемых ритмограммами сердца, как одновременно происходящих во времени остаётся предположить, что они влияют друг на друга. Это лишено всякого смысла, так как это два независимых временных процесса. 6]

Для аппаратно-програмной реализации метода из ЭКС выделяются 5 ритмов. Из каждого выделяются волны первого порядка, представляющие собой огибающие этих ритмов. Последующая нейродинамическая обработка этих ритмов — это преобразование сигналов в кодовую комбинацию по двоичному основанию, состоящую из последовательности импульсов, все параметры которых одинаковы.

Рисунок 1. Нейродинамический метод обработки ритмограмм Таким образом технология мониторинга качества здоровья и скрининг-диагностики «Омега-С», представляющая собой аппаратно-программный комплекс на базе персонального компьютера позволяет впервые в практике клинического обследования получить в реальном масштабе времени одномоментную информацию о состоянии организма человека со всех основных уровней регуляции на примере анализа ритмической активности сердца. 17]

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования Объект исследования. Проводилось обследование функционального состояния 40 спортсменов мужского пола в возрасте от 18 до 22 лет по двум близким видам спорта: академическая гребля и гребля на байдарках в марте-апреле 2009 года на базе ГОДСМ. Все спортсмены проходили обследование каждую среду текущего месяца, в одно и то же время с 11 до 12 часов по пять человек. Все показатели регистрировались в базе данных «Омега-С».

Анализ клинико-лабораторных исследований проводился по данным архива ГОДСМ за мартапрель 2009 года — период прохождения спортсменами медосмотра.

Метод исследования.

2.1 Общие сведения о программе «Омега-С»

Программно-аппаратный комплекс «ОМЕГА-С» предназначен для анализа биологических ритмов организма человека, выделяемых из электрокардиосигнала в широкой полосе частот. (рисунок 2)

Рисунок 2. Программно-аппаратный комплекс «ОМЕГА-С»

При создании системы использованы последние достижения биологии, физиологии, генетики и клинической медицины, на основе которых разработаны новые высокоинформативные показатели для оценки функционального состояния организма.

«Омега-С» позволяет:

— в режиме скрининга определять уровень и резервы сердечно-сосудистой системы, вегетативной и центральной регуляции, а также оценивать отклонения этих показателей от нормы;

— оценивать уровень скомпенсированности и энергетические ресурсы организма на различных уровнях регуляции;

— в режиме биологической обратной связи определять возможности саморегуляции, оценивать и прогнозировать психофизическое состояние человека;

— в режиме динамического наблюдения контролировать функциональное состояние пациента и оценивать эффективность различных методов терапии при проведении лечебно-профилактических мероприятий;

— по результатам компьютерного анализа формировать комплексное медицинское заключение и выдавать необходимые рекомендации.

«Омега-С» дает возможность практикующему врачу любого профиля контролировать показатели функционального состояния пациента, прогнозировать их изменения, оценивать резервы организма и определять эффективность лечения. В сочетании с традиционной и нетрадиционной терапией программно-аппаратный комплекс «Омега-М» позволяет создавать уникальные лечебно-диагностические мини-кабинеты с завершенным циклом «диагностика — лечение — контроль — прогноз» в амбулаторных, полевых и домашних условиях.

Возможности системы.

· Регистрация ЭКГ в любом из стандартных отведений с мониторированием показателей функционального состояния в реальном времени.

· Измерение артериального давления в процессе регистрации ЭКГ.

· Оценка уровня саморегуляции в режиме биологической обратной связи.

· Скрининг-диагностика функционального состояния пациента.

· Динамическое наблюдение за изменениями показателей функционального состояния — «календарь и часы здоровья».

· Суточный прогноз психофизиологической активности в режиме «биологические часы».

· Оценка состояния сердечно-сосудистой системы и нейрогуморальной регуляции по «золотому сечению» временных параметров ЭКГ.

· Оценка показателей вегетативной регуляции методами статистического, временного и спектрального анализа ритмов сердца.

· Оценка показателей центральной регуляции и состояния эндокринной системы методами нейродинамического анализа биологических ритмов организма.

· Оценка психофизического состояния пациента методами фазового анализа и картирования биоритмов мозга.

· Оценка степени гармонизации биоритмов организма и определение информационного показателя иммунного статуса методом фрактального анализа.

· Последовательная регистрация ЭКГ по 12-отведениям с визуальным контролем качества записи.

· Автоматическое измерение параметров PQRST с возможностью ручной корректировки.

· Формирование комплексного медицинского заключения по результатам компьютерного анализа. Документирование и распечатка результатов обследования.(Приложения В, Г)

· Индивидуальная медицинская карта амбулаторного больного со встроенной базой данных на 15 000 диагнозов по МКБ-10.

· Электронная картотека пациентов с возможностью экспорта, импорта и архивации данных.

1. Дистанционный модуль регистрации ЭКГ со встроенным тонометром; 2. Электроды кардиографические Skintact F 9024 AC; 3. Манжета для измерения давления на предплечье; 4. Интерфейсный кабель USB; 5. Медицинская сумка; 6. Программное обеспечение на компакт-диск Рисунок 2. Базовая комплектация Рисунок 3. Наложение электродов

2.2 Особенности методики исследования Для получения всей необходимой информации достаточно регистрации ЭКГ в любом стандартном отведении в течение 5 минут. Пациент может находиться в положении сидя или лежа.(рисунок 3)

Ритмы головного мозга выделяются из сигнала ЭКГ, регистрируемого в широкой полосе частот. Ввод электроэнцефалограммы не требуется.

Контроль показателей функционального состояния осуществляется непосредственно в процессе записи ЭКГ.

Для определения показателя саморегуляции и проведения коррекции психоэмоционального состояния пациента применяется режим биологической обратной связи.

При использовании цифровой фотокамеры карта обследования оформляется с фотографией пациента.

Автономное питание позволяет проводить обследование в полевых, мобильных и домашних условиях.

2.3 Характеристика основных показателей, использующихся для общей оценки функционального состояния систем организма человека Все показатели функционального состояния организма человека, полученные с помощью АПК «Омега-С», распределяются по группам. Программа производит обработку показателей каждой группы, формирует их графическое изображение (в виде различных диаграмм, гистограмм, схематических рисунков), полученное в результате статистической обработки, делает заключение по каждой группе, а суммируя данные всех групп, выводит интегральный показатель «спортивной формы» Health, выраженный в процентах. Все данные и соответствующие им заключения по группам предоставляются пациенту в виде карты обследования, которую можно выводить на печать, а также все результаты заносятся в базу данных программы для сравнения с результатами повторных обследований.

Показатели физического развития (скрининг-диагностика)

A — Уровень адаптации к физическим нагрузкам

B — Уровень тренированности организма

C — Уровень энергетического обеспечения

D — Психоэмоциональное состояние

Health — Интегральный показатель «спортивной формы»

Рисунок 4. Графики показателей функционального состояния Данные представлены в виде графиков различных цветов цветов показывающих изменения текущих показателей функционального состояния в процессе записи — A, B, C, D и Health. По оси абсцисс откладываются номера RR-интервалов от 50 до 300. (Рисунок 4)

Показатели вариационного анализа Главным здесь является изучение закона распределения кардиоинтервалов. Предложение изучать последовательность R-R интервалов в виде гистограмм, то есть распределения длительности кардиоинтервалов, было предложено Р. М. Баевским в 60-е годы. При этом по оси абсцисс, откладывается длительность R-R. интервалов, а по оси ординат вероятность появления такого интервала. Здесь дополнительно к показателям статистического анализа появляются и вариационные.

Мода (М) — диапазон значений наиболее часто встречающихся кардиосигналов. Указывает на наиболее вероятный уровень функционирования системы кровообращения (синусового узла).

Амплитуда мода (АМ) — число кардиосигналов, соответствующих значению мода. АМ — отражает мобилизирующий эффект централизации управления ритмом сердца. В основном S звена ВНС.

Вариационный размах (Х) — разность максимальных и минимальных значений кардиосигналов.

Индекс вегетативного равновесия (ИВР) ИВР= АМ/Х — указывает на соотношение активностей S и V отделов ВНС.

Вегетативный показатель ритма (ВПР) ВПР=1/МХ — указывает на вегетативный баланс, но с точки зрения автономного контура.

Индекс напряжения (ИН) ИН= АМ/2Х М — отражает степень централизации управления сердечным ритмом. Суммарная характеристика гистограммы распределения R-R интервалов.

Данные показатели представлены в виде трех типов гистограмм: симпатикотонические, нормотонические и ваготонические.(рисунок 5)

Рисунок 5. Типы гистограмм (слева-направо: первая, вторая, третья) Первая гистограмма указывает на преобладание тонуса парасимпатического отдела ВНС. Кардиоинтервалы распределены по 9 диапазонам. Высокая степень вариативности указывает на относительно слабую централизацию управления сердечным ритмом, то есть на преобладание автономного контура регуляции.

Вторая гистограмма показывает на избыточность симпатических влияний. Все значения кардиоинтервалов размещаются в двух диапазонах гистограммы, а это означает высокую степень мобилизации системы кровообращения и высокий уровень ее функционирования.

Третья гистограмма указывает на переходный процесс. Не симметричная форма с правым уклоном демонстрирует переход от одного уровня функционирования к другому.

Здесь же проводится и автокорреляционный анализ, представле в виде автокореллограммы.(рисунок 6) Значение АФК R (m) равно значению коэффициентов корреляции между исходным рядом кардиоинтервалов и рядом сдвинутым на m-значений.

Показатели lk и m0 указывают какова степень влияния центрального контура управления на автономный.

Рисунок 6. Автокореллограммы

При сильной связи между контурами динамический ряд R-R интервалов более организован. АКФ затухает медленно и значения lk и m0 выше. Быстрый спад АКФ с последующиммедленным затуханием свидетельствует о наличии противоборствующих влияний этих контуров.

На основании произведённых расчётов получены сводные показатели:

В1 — вегетативный гомеостаз (уровень тренированности) В2 -устойчивость регуляции (резервы тренированности) Оба показателя для удобства даны в процентах от 100.

Производится статистический анализ RR интервалов, представленных в виде ритмограммы. (рисунок 7)

Ритмограмма отображает зависимость длительности RR — интервала от номера цикла измерения. Красным цветом на ритмограмме отмечаются артефакты. По оси абсцисс откладывается номер цикла измерения, по оси ординат время в секундах. Ритмограмма может отображаться в двух режимах: 300 и 100 отсчетов. Над ритмограммой расположен счетчик RR-интервалов, на котором отображается: общее число записанных RR-интервалов, количество чистых RR.

Для анализа ритмограммы рассчитываются следующие показатели

RRNN — средняя длительность интервалов R-R и обратная величина этого показателя — средняя ЧСС. Показатель RRNN отражает конечный результат многочисленных регуляторных влияний на синусовый ритм сложившегося баланса между парасимпатическим и симпатическим отделами вегетативной нервной системы;

SDNN (standart deviation of the NN interval) — стандартное отклонение величин нормальных RR-интервалов. SDNN является интегральным показателем, характеризующим вариабельность ритма сердца в целом, и зависит от влияния на синусовый узел симпатического и парасимпатического отделов ВНС. Увеличение или уменьшение этого показателя свидетельствует о смещении вегетативного баланса в сторону преобладания одного из отделов ВНС.

CV = SDNN/RRNNx100% - коэффициент вариации. По физиологическому смыслу этот показатель не отличается от SDNN, но при анализе ВРС позволяет учитывать влияние ЧСС.

RMSSD — стандартное отклонение разностей RR-интервалов от их средней арифметической.

NN50 — число пар последовательных RR-интервалов, различающихся более чем на 50 мс

pNN50 — их процент от числа всех анализируемых кардиоинтервалов

HRV-index — триангулярный индекс вариационного размаха, вычисляется по гистограмме, построенной с интервалом в 8 мс, путём деления общего числа анализируемых RR-интервалов на частоту встречаемости RR, соответствующего моде.

Далее производится оценка распределения интервалов RR c помощью гистограммы.

Рисунок 7. Гистограмма распределения RR интервалов

При данном варианте для оценки ширины (W) основного купола гистограммы предлагаются параметры WN1, WN5, которые отражают ширину основного купола гистограммы соответственно на уровне 1 и 5% от общего количества элементов, используемых для построения гистограммы, и параметры WAM 5 и WAM 10 — на уровне 5 и 10% амплитуды моды. По пересечению указанных уровней с контуром гистограммы рассчитывается ширина основного ее купола. Преимуществом этих параметров является то, что они характеризуют основной купол гистограммы, представляющий распределение нормальных, т. е. наиболее распространенных интервалов R-R, а интервалы R-R, связанные с артефактами и экстрасистолами, образуют либо отдельные пики, либо малые купола, которые не сказываются на величине WN, WAM.

Для оценки взаимодействия симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы производится спектральный анализ, который дает характеристику следующих показателей:

Высокие частоты (HF — High Frequency) — 0.15 — 0.40 Гц. — отводится преимущественная роль парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в формировании колебаний в данном диапазоне частот. Мощность в этом диапазоне частот увеличивается во время дыхания с определенной частотой и глубиной, при холодовых воздействиях. У спортсменов и хорошо натренированных людей мощность HF также значительно превышает таковую у нетренированных, и должна преобладать над мощностью низких частот. Снижение у спортсменов мощности HF может свидетельствовать о напряжении регуляторных систем сердца, о перетренированности, хотя чрезмерное ее увеличение говорит об опасности нарушения синусового ритма. [2,9]

Низкие частоты (Low Frequency — LF) — 0.04 — 0.15 Гц. — физиологическая интерпретация данного показателя неоднозначна. Считается, что на мощность в этом диапазоне частот влияют как изменение тонуса парасимпатического, так и симпатического отделов нервной системы.

Соотношение симпатических и парасимпатических влияний характеризуется с помощью отношения мощностей LF/HF. При этом, при повышении тонуса симпатического отдела данный показатель значительно возрастает, при ваготонии — наоборот. Во многих случаях отмечены реципрокные изменения в мощностях LF и HF. Отмечено значительное увеличение мощности LF при ортостатической пробе, психологическом стрессе, умеренной физической нагрузке у здоровых лиц. Поэтому в последнее время распространена точка зрения, что мощность в диапазоне LF, как и показатель LF/HF, могут служить показателем активности симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Очень низкие частоты (Very Low Frequency — VLF) — 0,003 — 0, 04 Гц и сверхнизкие частоты (Ultra Low Frequency — ULF) — менее 0,003Гц. Физиологическое значение данных диапазонов частот не выяснено. Однако существует мнение, что мощность данных диапазонов значительно возрастает при истощении регуляторных систем организма.

Полный спектр частот (Total) — менее 0.40 Гц. Данный показатель является интегральным и отражает воздействие и симпатического и парасимпатического отделов автономной нервной системы. При этом усиление симпатических воздействии приводит к уменьшению общей мощности спектра, а активация вагуса приводит к обратному воздействию. Данный показатель эквивалентен среднеквадратичному отклонению и вариационному размаху.

Показатели нейродинамического анализа На основании анализа предыдущих показателей (вариационный анализ) из ритмограмм R-R, Р-R, R-Т, R/Т извлекаются фракталы, т. е. фрагменты, содержащие исчерпывающую информацию о характере данного ритмического процесса. Они, в свою очередь, преобразуются в матрицу, которая и характеризует информационное взаимодействие между ритмами сердца. Отдельные матрицы соответствуют различным окнам экспозиции нейродинамического кода. Цвет определяет степень нарушения структуры кода и дан в 12 градациях. (рисунок 8)

1 2 3 4

1. Коды с нормальной структурой (50−100%)

2. Коды с измененной структурой (0−60%)

3. Коды с нарушенной структурой (0−10%)

4. Предболезненное состояние Рисунок 8. Распределение нейродинамических кодов по степени нарушения их структуры. В скобках указано допустимое содержание кодов в норме Информационное взаимодействие между ритмами сердца программа преобразует в «нейродинамическую матрицу», которая представляет собой распределение нейродинамических кодов по степени нарушения их структуры. В норме допускается определенное процентное соотношение кодов.

Таким образом, фрактальний анализ дает представление, как о нервном, так и об эндокринном компонентах регуляции на уровне ГГС сводные интегральные показатели поэтому:

С1-показатель уровня регуляции ГГС, нервный компонент.

С2- показатель уровня регуляции ГГС, эндокринный компонент.

Учитывая в целом сводные интегральные показатели программа представляет в виде «энергетической пирамиды» — динамическое отображение энергетического баланса в системах управления различными функциями организма.(рисунок 9) Соотношение площадей левой и правой частей «пирамиды» характеризует динамику анаболических и катаболических процессов, — левая часть соответствует периоду накоплению энергии, правая часть — периоду потребления энергии различными органами и системами организма. Энергетическая пирамида характеризуется следующими показателями:

· энергетический ресурс,

· энергетический баланс,

· показатель анаболизма,

· показатель катаболизма

Рисунок 9. Варианты энергетической пирамиды Показатели картирования биоритмов мозга.

Заключительная и важнейшая аналитическая часть программы динамичаский анализ ритмов мозга. Он получен на основе нейродинамического анализа ритмограмм сердца и переноса результатов этого анализа в область частот альфа ритма мозговой активности. Определяется спектральная мощность для диапазонов дельта-, тета-, альфа-, бета1- и бета2- ритмов.(Рисунок 10)

Рисунок 10. Частотный спектр Программа формирует сплайн-карты электрической активности представляющие собой набор двумерных распределений биоритмов ЦНС в функциональных пространствах головного мозга и характеризует интегральную активность ЦНС в этих пространствах. Функциональные пространства головного мозга образуются дискретно в периодически повторяющиеся промежутки времени и формируются в клеточной структуре головного мозга ансамблями нейронов, которые одновременно активизируются в моменты времени, определяемые периодами их рефрактерности. Режим картирования позволяет сделать мониторинг и визуализацию на экране в реальном времени карт спектров мощности биоритмов головного мозга. Набор сплайн-карт дополняет визуальный анализ регистрируемого суммарного биоэлектрического сигнала ЦНС и позволяет оценивать пространственные изменения активности биоритмов мозга. (рисунок 11)

Рисунок 11. Варианты сплайн-карт в зависимости от активности биоритмов мозга Динамичаский анализ ритмов мозга представлен двумя интегральными показателями функционального состояния ЦНС, поэтому представлены два показателя:

Д1 — показатель «быстрой» адаптации (уровень управления),

Д2 — показатель «медленной» адаптации (резервы управления).

Оба показателя даны в процентах от 100, а их совместный анализ даёт возможность оценки адаптационного состояния организма в целом.

Данные оценки являются важнейшей характеристикой состояния системы с самого верхнего уровня регуляции (уровень ЦНС) и вкупе с интегральными показателями фрактального анализа ритмов сердца (уровень ГГС) и. вариационного анализа ритмов сердца (уровень ВНС) дают исчерпывающую информацию о состоянии центрального контура регуляции и, в конечном счёте, об адаптационных возможностях организма человека.

Еще один важный элемент — график суточного прогноза (биологические часы).

Этот график — результат статистической обработки ста вариантов нормы, по итогам которой получены идеальные кривые. На них в последствии и накладываются получаемые данные. Биологические часы дают прогноз изменения показателей здоровья пациента на 24 часа с момента проведения обследования. (рисунок 12)

Рисунок 12. Суточный прогноз В итоги все показатели, характеризующие функциональное состояние спортсменов по заключению формируют интегральный показатель спортивной формы (health), который включает группы основных показателей по уровням функционирования

1 — Health — Интегральный показатель «спортивной формы»

2 — A — Уровень адаптации к физическим нагрузкам

3 — B — Уровень тренированности организма

4 — C — Уровень энергетического обеспечения

5 — D — Психоэмоциональное состояние Таким образом, показатель здоровья (health) дает возможность свести в единое целое информацию со всех этажей регуляции. Общее заключение по результатам обследования базируется на оценке адаптации с уровня ЦНС и корректируется информацией с других уровней. Оценка дается в пяти вариантах градации:

1. Системы регуляции организма в оптимальном состоянии (оптимальная адаптация).

2. Системы регуляции организма в состоянии мобилизации (напряженная адаптация).

3. Системы регуляции организма в состоянии рассогласования (перенапряжение адаптации).

4. Системы регуляции организма в состоянии функциональной неустойчивости (срыв адаптации).

5. Системы регуляции организма в устойчиво нарушенном состоянии (адаптация к нарушениям).

Физиологические оценки могут быть спроецированы и на клинику. В этом случае они будут выглядеть так:

1. Здоров. 2. Практически здоров. 3. Условно здоров. 4. Предболезненное состояние (функциональные нарушения). 5. Болен.

Разбор практической части методики показывает ее совпадение с теоретическими предпосылками.

Итог работы — возможность получения информации с 4 уровней регуляции, обоснованная в начале, подтвердилась в ходе углубленного анализа ритмической активности сердца.

спортсмен организм оценка система

ГЛАВА 3. Результаты исследований

3.1 Принципы формирования групп спортсменов