Digital preventive medicine

Full Text

Задачи современной медицины не ограничиваются лечением больных – внимание системы здравоохранения всё больше смещается в сторону профилактики заболеваний с целью увеличения продолжительности здоровой жизни и снижения суммарной вре́менной нетрудоспособности работающих граждан [1]. Укрепление здоровья населения – одна из целей национального развития России, которая обозначена в 15 национальных проектах, выполняемых до 31 декабря 2024 г. В соответствии с Указом Президента РФ от 7 мая 2024 г., с 1 января 2025 г. начинается реализация комплекса новых национальных проектов. В паспортах завершающихся и новых проектов встречается термин “цифровая медицина”, с которым, согласно данным Росстата за 2023 г., знакомы 76% россиян.

Для анализа современного состояния цифровой медицины в России составлена онтология предметной области: из базы Российского индекса научного цитирования отобраны 422 публикации 2019–2023 гг., в названии или ключевых словах которых присутствуют термины “цифровая медицина”, “цифровое здравоохранение”, “медицинская информатика”, “медицинская информационная система”, “медицинская кибернетика”. Большинство работ посвящено технологиям телемедицины (33%), электронных медицинских карт (18%), распознавания медицинских изображений (15%), умных аптек (9%), а термины, специфичные для профилактической медицины (профилактика, риски здоровью), упомянуты лишь в 19 публикациях, хотя это одно из ключевых направлений национального развития Российской Федерации. Таким образом, возникло противоречие между реальными потребностями и недостатком исследований в области развития цифровой профилактической медицины. Чтобы устранить это противоречие, цифровая профилактическая медицина должна стать самостоятельным направлением цифровой медицины с конкретизацией приоритетов её развития.

Цифровая профилактическая медицина объединяет учение о предупреждении возникновения заболеваний и травм, недопущении и устранении факторов риска их развития (включая государственные, гигиенические, социально-экономические и лечебно-медицинские мероприятия) и цифровые технологии сбора и обработки информации о состоянии человека на всех этапах его жизнедеятельности [2]. Она в полной мере направлена на реализацию концепции 4П-медицины (предупреждение, предотвращение, персонализация и партисипативность). Следует подчеркнуть, что автоматизация и информатизация медицины эффективно применяются с 1950-х годов. Однако цифровые технологии имеют принципиальную отличительную особенность: их компоненты территориально и пространственно распределены и синергетически увязаны в единую систему, что существенно расширяет их потенциальные возможности.

Концептуальной основой цифровой профилактической медицины выступает совокупность теоретических и эмпирических принципов, сформированных учёными в области профилактической медицины. Эти концепции соответствуют уровню научного прогресса, актуальны и востребованы, но для полноценной реализации они должны включать цифровые технологии, что обеспечит повышение эффективности разработки и внедрения профилактических мероприятий.

Цифровизация ключевых направлений профилактической медицины. Профилактическая медицина традиционно подразделяется на три направления: индивидуальная, групповая и общественная профилактика [2]. К настоящему времени в рамках всех этих направлений отработаны базовые подходы к внедрению методов цифровизации.

Повысить эффективность индивидуальной профилактики можно посредством цифровых помощников (виртуальные ассистенты) при мониторинге качества мер предупреждения болезней, сохранения и укрепления здоровья на базе технологий дескриптивной, прескриптивной, предиктивной и предписывающей аналитики, защищённой телекоммуникации, виртуальной и дополненной реальности, а также интеллектуальных человеко-машинных интерфейсов [3].

Эффективность групповой профилактики достигается за счёт автоматизированного формирования (например, на основе информации из федеральных государственных информационных систем в сфере здравоохранения и информационных систем медицинских организаций) групп лиц, имеющих сходные симптомы и/или факторы риска, для составления комплекса профилактических мероприятий с одновременным автоматизированным контролем качества их выполнения всеми участниками группы и применением технологий прослеживаемости, интероперабельности и анализа данных [4–6].

Повышение эффективности общественной профилактики достигается с помощью цифровых технологий, направленных на формирование сознательного отношения граждан к своему здоровью и здоровью окружающих, активное участие населения в профилактических мероприятиях и максимальное использование каждым человеком предоставляемых ему возможностей по сохранению и укреплению здоровья. К их числу относятся, в частности, технологии больших данных, программно-определяемых хранилищ данных, создания и исполнения децентрализованных приложений и смарт-контрактов, сбора, хранения и обработки децентрализованных данных, организации, синхронизации, обеспечения целостности и непротиворечивости данных [7–9]. Перечисленные направления профилактики тесно связаны с первичной, вторичной и третичной профилактикой, а цифровизация соответствующих мероприятий требует проведения специальных исследований [2].

Цифровизация системы мероприятий первичной профилактики связана с цифровыми технологиями предупреждения возникновения и воздействия факторов риска развития заболеваний, непрерывностью профилактических мероприятий (начиная с 12-й недели внутриутробного развития и на протяжении всей жизни), обеспечением дифференцированного характера профилактических мероприятий, массовости и комплексности профилактики, вовлечённостью лечебных учреждений, органов власти, общественных организаций и населения [10, 11].

Цифровизация системы мероприятий вторичной профилактики зависит от наличия цифровых технологий устранения выраженных факторов риска, которые при определённых условиях могут привести к возникновению, обострению или рецидиву заболеваний, то есть в первую очередь речь идёт об организации эффективной диспансеризации населения [12].

Цифровизация системы мероприятий третичной профилактики заключается в использовании цифровых технологий реабилитации пациентов, лишившихся возможности вести полноценный образ жизни: медицинская (восстановление функций органов и систем организма), социальная (формирование уверенности в собственной социальной пригодности), трудовая (восстановление трудовых навыков), психологическая (восстановление поведенческой активности) реабилитация [13].

Рассмотрим потенциал цифровизации на примере пяти ключевых направлений профилактической медицины, определённых “Программой фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2021–2030 годы)”.

Цифровые технологии здоровьесбережения базируются на разработанной 30 лет назад каскадной схеме рисков здоровью человека при раздельном и комбинированном воздействии факторов условий жизнедеятельности [14]. На этой основе разрабатываются системы квалиметрии жизни и рискометрии здоровья работающего населения. Цифровизация расширяет их потенциальные возможности, позволяя более качественно подходить к решению прикладных задач благодаря учёту существенно большего объёма информации об обследуемых людях с привлечением технологий обработки больших данных, которые, в свою очередь, обеспечивают:

• необходимую производительность обработки данных, в том числе на основе их горизонтальной масштабируемости путём распределения на множество вычислительных узлов;
• применение специальных компьютерных методов и инструментов, позволяющих интерпретировать большой объём данных, заостряя внимание лишь на ключевых факторах эффективности, моделируя исход различных вариантов действий и отслеживая результаты принятия решений;
• реляционное (табличное) хранение информации, снабжённое лингвистическими средствами взаимодействия с базами данных, предоставляющими пользователю удобные средства формулирования запросов.

Цифровизация технологий здоровьесбережения повышает эффективность решения прикладных задач: совершенствование организации здравоохранения и медицинской науки [15]; развитие научных основ профилактики заболеваний человека [16]; изучение влияния патофизиологических механизмов производственных и неблагоприятных факторов окружающей среды (в том числе производственной) на здоровье населения [17, 18]; разработка научных основ совершенствования государственной политики, нормативно-правовой базы по проблемам экологии человека, гигиены и медицины окружающей среды, медицины труда, обеспечения химической и биологической безопасности населения [10, 16]; установление молекулярных механизмов действия и метаболизма загрязнителей пищевой продукции природного и антропогенного происхождения, пищевых добавок [16]; эпидемиологические исследования питания, пищевого статуса и состояния здоровья населения [10]; квалиметрия и безопасность пищевой продукции, в том числе полученной методами био- и нанотехнологий [19]; создание инновационных технологий для производства специализированных и функциональных пищевых продуктов и ингредиентов [19]; анализ физического развития и оптимизации питания различных возрастных групп населения, включая спецконтингент [20]; определение безопасности и эффективности использования новых и нетрадиционных источников пищи и пищевых веществ, а также продуктов на их основе [19]; изучение молекулярных механизмов адаптогенного действия алиментарных факторов в спорте высших достижений [19].

Прогресс цифровых технологий в сфере арктической медицины и экологии человека в экстремальных климатогеографических условиях во многом связан с координацией этих работ на базе созданного в марте 2024 г. Федерального центра арктической медицины ФМБА России. Цифровизация этой области способствует решению таких задач, как: разработка технологий адаптивного управления организмом человека в экстремальных природно-климатических условиях Арктики [21]; изучение особенностей заболеваемости, уровня и причин смертности, состояния основных функциональных систем организма, а также генома, протеома, метаболома, кишечной микробиоты, биохимического и иммунного статуса организма у коренного и пришлого населения Арктической зоны [22]; создание новых технологий получения биотехнологических препаратов для профилактики и лечения инфекционных заболеваний, болезней адаптации и иммунной системы у коренного и пришлого населения [23]; разработка специализированных рационов и пищевых продуктов для улучшения адаптации людей к экстремальным условиям [19].

Активное внедрение цифровых технологий в микробиологию открывает новые возможности в следующих сферах: биотехнологии и разработка диагностических тест-систем для мониторинга течения и контроля эффективности лечения хронического гепатита В [24]; изучение молекулярно-генетических механизмов реализации генетической информации микроорганизмов и сообществ [25]; анализ генетических характеристик и специфичности действия бактериофагов [25]; выявление генетических механизмов формирования и распространения линий бактерий со множественной устойчивостью и вирулентных бактерий [26]; исследование симбиотических микробиоценозов пищеварительного тракта и роли микробиоты кишечника человека в норме и при патологии [19]; изучение молекулярных механизмов толерантности, персистентности и резистентности бактерий к противоинфекционным препаратам [27]; развитие научных основ применения информационных технологий в медицине [28, 29]; изучение молекулярных механизмов резистентности микроорганизмов к лекарственным соединениям и развитие методов диагностики и способов биологической защиты на базе вакцин и химических препаратов [27]; исследование кишечной микробиоты пациентов с заболеваниями толстой кишки для преодоления распространения антибиотикорезистентных штаммов микроорганизмов [19].

Цифровые технологии в вирусологии способствуют решению следующих задач: определение роли вирусов в этиопатогенезе воспалительных заболеваний [30]; изучение молекулярно-биологических и генетических основ жизнедеятельности, механизмов патогенности и изменчивости вирусов [31]; установление молекулярных механизмов функционирования РНК-содержащих вирусов, вызывающих особо опасные заболевания человека и животных, макро- и микроэволюция вирусных РНК-геномов и структуры заражённой вирусом клетки [32]; установление структуры РНК-содержащих вирусов, отдельных вирусных белков с использованием уникальных научных установок на объектах “мегасайенс” [32]; создание системы мониторинга возбудителей вирусных гепатитов [23]; разработка вирусных препаратов для персонализированной вирусной терапии онкологических заболеваний [33].

Цифровизация в области эпидемиологии обеспечивает: проведение молекулярно-генетических исследований эпидемиологии и экологии возбудителей инфекций [25]; создание методов профилактики распространения вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) путём превентивного применения препаратов, угнетающих его размножение [34]; создание новых поколений вакцин против вирусных и бактериальных инфекций [35]; проведение фундаментальных физико-химических исследований патогенов и физиологических процессов, создание лекарственных препаратов для лечения и профилактики социально значимых заболеваний [29]; изучение эпидемиологических, социальных и клинических факторов, определяющих риски неблагоприятных исходов антибиотикотерапии у пациентов с инфекциями, связанными с оказанием медицинской помощи [29].

Пандемия COVID-19 стимулировала процессы цифровой трансформации в отечественной эпидемиологии, в результате чего созданы три эффективные платформы эпидемиологического мониторинга новой коронавирусной инфекции: системы агрегации данных VGARus, SOLAR и аналитическая платформа Superset [26, 27, 30]. Эти платформы осуществляют анализ эпидемиологической обстановки, принимая во внимание существенную разнородность субъектов РФ по плотности населения, географическим и экономическим условиям, и организацию постоянного молекулярно-генетического мониторинга с учётом высокой изменчивости возбудителя. Система противодействия инфекциям “Санитарный щит” (ЦНИИ эпидемиологии Роспотребнадзора) вносит существенный вклад в снижение распространения инфекционных заболеваний, их оперативную и надёжную диагностику, снижение бремени болезней, связанных с факторами окружающей среды. Кроме того, цифровые технологии способствуют реализации новых мер безопасности без причинения людям какого-либо дискомфорта [24].

Следует отметить интенсивное развитие цифровой нутрициологии, которая затронула большинство направлений профилактической медицины: разработаны теоретические основы, опубликованы монографии и руководства, направленные на эффективное решение проблемы гигиены питания с применением цифровых технологий [19, 20].

В настоящее время особенно интенсивно развиваются цифровые технологии медицинского обеспечения участников специальной военной операции. Таким образом, повышенное внимание к решению всех перечисленных задач, приоритетное финансирование, большая востребованность полученных результатов обусловливают прогресс цифровизации, разработку и реализацию мероприятий цифровой профилактической медицины для многих социопрофессиональных групп населения.

Цифровые технологии сохранения здоровья работающего населения. Ярким примером повышения объяснительной силы профилактической медицины, обусловленным цифровизацией, служат решения таких её приоритетных задач, как сохранение здоровья, обеспечение работоспособности, надёжности деятельности и продление профессионального долголетия работающего населения. В частности, ФМБА России реализует Стратегию развития промышленной медицины, в рамках которой открыты 23 центра промышленной медицины в 11 регионах РФ, а к 2027 г. планируется открыть 60 таких центров. В результате доступ к медицинским осмотрам трудоспособного населения достиг 99%, число впервые выявленных заболеваний увеличилось на 15%, количество случаев временной нетрудоспособности снизилось на 14%, а её длительность сократилась на 18%, при этом удовлетворённость качеством медицинской помощи выросла на 30%.

В соответствии с традиционными представлениями медицинский контроль за работниками подразумевает: допуск к работе (в том числе профессиональный отбор), предсменный и послесменный медицинский контроль, углублённые медицинские освидетельствования (включая врачебные комиссии). В настоящее время мониторинг физического состояния человека фактически осуществляется до и после работы, а информации о его динамике в процессе деятельности нет: уровни и экспозиции неблагоприятных факторов в большинстве случаев определяются только в ходе специальной оценки условий труда, а в рамках медицинского обеспечения учитываются лишь в виде усреднённых величин. Между тем наличие такой объективной персонифицированной информации повысит эффективность управления рисками здоровью, ассоциированными с факторами окружающей среды. Попытки внедрения этих методов предпринимались и ранее, однако при этом возник ряд ограничений: создание помех в работе сотрудника при регистрации характеристик его состояния, невозможность персонифицированного мониторинга интенсивности факторов условий труда в реальном времени ввиду дороговизны и большой технической сложности. Цифровые технологии помогут избежать этих проблем. Существует три вида мониторинга состояния человека в процессе работы:

• гигиеническая паспортизация источников потенциально опасных физических факторов с идентификацией траектории перемещения работников [36];
• бесконтактный мониторинг здоровья в процессе деятельности [37];
• мониторинг состояния сотрудников в ходе работы с помощью датчиков (сенсоров), встраиваемых в индивидуальную экипировку и снаряжение [38].

Гигиеническая паспортизация предполагает отказ от дорогостоящих устройств – дозиметров факторов риска, при этом осуществляются:

• гигиеническая паспортизация источников физических факторов путём построения пространственных полей для каждого из них, что позволяет определить интенсивность действия фактора в любой момент;
• отслеживание траектории движения каждого работника в процессе его деятельности с помощью меток радиочастотной идентификации.

Наложение траектории на карту полей физических факторов помогает провести объективную персонифицированную идентификацию рисков здоровью, обусловленных воздействием среды [36]. Подход использовался при разработке системы управления рисками развития нейросенсорной тугоухости. Получены объективные оценки доз физических факторов, воздействующих на человека в процессе работы, установлены критериально значимые показатели, обоснованы комплекс лечебно-профилактических мероприятий, медико-технические требования к средствам индивидуальной и коллективной защиты от шума и к аппаратуре для исследования акустического рефлекса [39]. В частности, изготовлены образцы средств индивидуальной защиты с индикаторами акустической опасности, позволяющие применять их не в течение всей рабочей смены, а только при появлении рисков здоровью и работоспособности, что отвечает концепции персонифицированного управления рисками здоровью [40]. При апробации результатов наблюдаются снижение заболеваемости инженерно-технического персонала из-за воздействия акустического фактора на 10–25% и повышение профессионального долголетия на 5–7 лет [39]. Цифровые технологии способствуют реализации системы управления здоровьем через факторы риска, что особенно важно для охраны здоровья работников на стратегически важных объектах с опасными условиями труда и населения прилегающих территорий [41].

Бесконтактный мониторинг состояния работников отработан благодаря биорадиолокации. Становление этой технологии началось в 1975 г. с теоретического обоснования базовой технологической концепции, а в 2013 г. появились миниатюрные устройства – биорадиолокаторы на чипе [42]. Цифровой бесконтактный мониторинг состояния оператора показал свою эффективность, в частности, при гигиеническом нормировании сложности полётных заданий при испытаниях вертолётов, распознавании стресс-индуцированных расстройств лётного состава государственной авиации в интересах их профилактики и ранней коррекции [42]. Для этого в процессе осуществления профессиональной деятельности параллельно регистрировались показатели здоровья лётчика и качества его работы, затем синтезирован интегральный показатель рабочей нагрузки, учитывающий индивидуальные особенности организма человека, его профессиональную подготовленность, особенности режима труда и отдыха и организации полётов [43]. Использование полученных результатов при планировании испытательных полётов обеспечило уменьшение напряжённости трудового процесса на 15–45% и, как следствие, снижение на 30–40% рисков, обусловленных ошибочными действиями лётчика. Этот метод потенциально эффективен для гигиенического нормирования деятельности любых социопрофессиональных групп специалистов операторского профиля.

Цифровые технологии мониторинга физического состояния работников в процессе их деятельности с помощью датчиков (сенсоров), встраиваемых в экипировку (снаряжение), позволяют без помех получать информацию о сердечно-сосудистой и дыхательной системах, концентрациях токсичных химических веществ, биомаркеров глюкозы, лактата, pH, гемоглобина, показателей электрофизиологических и сенсорных функций одежды [38]. Такие технологии успешно апробированы, в частности, при испытаниях защитного снаряжения специалистов опасных профессий (получено обоснование медицинских и эргономических требований с учётом объективных оценок состояния на всех этапах испытаний) и при разработке средств управления микроклиматом внутри средств индивидуальной защиты от биологического фактора.

Эти результаты важны для поддержания профессиональной работоспособности, сохранения здоровья и продления профессионального долголетия специалистов опасных профессий. Их реализация планируется в том числе в составе Единой ведомственной системы мониторинга биологических, радиационных и химико-токсикологических рисков здоровью персонала под эгидой ФМБА России.

Проблемы цифровизации профилактической медицины. При цифровом решении задач профилактической медицины возник ряд вопросов, игнорирование которых повлечёт за собой получение некорректных и ошибочных результатов. К их числу относится адекватная (с медицинской точки зрения) цифровая диагностика состояния человека по двум направлениям. Во-первых, при разработке методик диагностики состояния ведётся учёт активности всех функциональных систем организма, задействованных в формировании и развитии конкретного состояния в соответствии с его доминантой. Этот подход базируется на концепции паттернов функциональных состояний операторов эргатических систем ¹, сформулированной благодаря развитию идей академика А.А. Ухтомского [37]. Концепция определяет принципы формирования множества информативных характеристик конкретного диагностируемого состояния при его возникновении и развитии.

Во-вторых, при разработке способов регистрации и обработки информации учитываются информативные диапазоны изменения показателей активности функциональных систем организма. Решение этого вопроса связано с необходимостью обязательной сертификации средств регистрации и обработки информации и верификации методического обеспечения. Например, оценки спектральных показателей вариабельности ритма сердца, определённые различными сертифицированными приборами на одном и том же массиве данных, могут различаться в два и более раза вследствие использования разных модификаций преобразования Фурье [44]. Результаты сопоставления измерений сатурации крови на разных высотах прямым методом и с применением цифровых часов показали, что последние не соответствуют приемлемым критериям достоверности и систематически завышают величину сатурации [45].

К числу факторов, сдерживающих развитие технологий цифровой профилактической медицины, относятся ограничения беспроводной передачи данных при медицинском обеспечении специалистов опасных профессий. Эти ограничения, в частности, препятствуют реализации накопленного опережающего научно-технологического задела при медицинском контроле персонала арктических комплексов, технических средств медицинской эвакуации и внедрения системы управления здоровьем специалистов опасных профессий через факторы риска. Разработанные и апробированные технологии ждут своего часа, а именно – достижения высокого уровня технологий информационной и кибербезопасности.

Можно также указать на специфические сложности реализации технологий цифровой профилактической медицины:

• невыраженность признаков изменений анализируемых состояний, что существенно усложняет их дифференцировку и распознавание опасных факторов риска;
• обратимость изменений в течение короткого времени, что может повлечь за собой пропуск потенциально опасных состояний;
• отсроченный экономический эффект реализации технологий профилактической медицины (точка безубыточности располагается в районе 10 лет, тогда как для технологий клинической медицины – 1 год);
• малые объёмы доступных репрезентативных выборок, что ограничивает возможности применения технологий искусственного интеллекта;
• игнорирование необходимости корректной верификации технологий профилактической медицины и обоснованно высокого доверия к ним практикующих врачей.

Перечисленные факторы обусловливают развитие исследований в смежных предметных областях, необходимых для успешного решения задач профилактической медицины.

Приоритеты развития цифровой профилактической медицины. Цифровизация профилактической медицины требует комплексного, межотраслевого, межведомственного и междисциплинарного подходов к её использованию в приоритетных направлениях фундаментальных и поисковых научных исследований:

• развитие научных основ применения цифровых технологий в профилактической медицине;
• разработка цифровых медицинских технологий здоровьесбережения, включая развитие научных основ профилактики заболеваний человека;
• разработка цифровых технологий медицинской реабилитации участников специальной военной операции с реализацией централизованной маршрутизации пациентов в интересах преемственности и комплексности оказываемой медицинской помощи;
• разработка цифровых медицинских технологий идентификации и минимизации рисков здоровью работающего населения;
• изучение влияния патофизиологических механизмов производственных и неблагоприятных факторов окружающей среды на здоровье населения по результатам скрининговых и углублённых медицинских исследований;
• разработка цифровых медицинских технологий адаптивного управления организмом человека в экстремальных условиях;
• научное обоснование оптимальных или, по крайней мере, безвредных сроков пребывания человека в экологически изменённых условиях, а также при сочетанном воздействии экологических и других неблагоприятных факторов;
• разработка методологии цифровой диагностики состояния здоровья специалистов опасных профессий и резервов организма в зависимости от вида экологических стресс-факторов;
• изучение ближайших и отдалённых последствий изолированного и комбинированного воздействия неблагоприятных экологических факторов, процессов и условий на здоровье и надёжность деятельности работников опасных профессий с использованием цифровых двойников.

Цифровая профилактическая медицина включает специфические цифровые технологии, ориентированные на предупреждение возникновения заболеваний и травм, недопущение и устранение факторов риска их развития. Разработка таких технологий невозможна без непосредственного участия специалистов в области профилактической медицины, а их цифровизация расширит потенциальные возможности традиционной медицины. Отечественная наука уже заложила теоретический фундамент для развития технологий цифровой профилактической медицины, их реализация – одна из приоритетных задач на ближайшее будущее.

 

¹ Эргатическая система – это система, состоящая из оператора, технических средств, предмета деятельности и непосредственно взаимодействующей с ними внешней среды.

About the authors

I. B. Ushakov

State Research Center – Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Biological Agency

Author for correspondence.
Email: iushakov@fmbcfmba.ru

академик РАН, главный научный сотрудник 

Russian Federation, Moscow

A. V. Bogomolov

State Research Center – Burnasyan Federal Medical Biophysical Center of Federal Biological Agency

Email: a.v.bogomolov@gmail.com

доктор технических наук, ведущий научный сотрудник 

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files