Biomedical aspects of problems safe usage of transport Maglev

Full Text

Введение

С позиций фундаментальной медицины важнейшим свойством организма считают способность адаптироваться к меняющимся усло­виям внешней и внутренней среды. Вот почему существующие методы мониторинга должны оцениваться с позиций их возможности объективно тестировать адаптивный потенци­ал организма в реальных условиях его взаимодействия с этими факторами. Однако, учитывая бесконечное разнообразие внешних физических факторов, требующих повышенного внимания при проектировании и эксплуатации манитолевитационного транспорта [2, 3, 9] и не меньшее разнообразие индивидуальных вариантов приспособления организма [1, 7, 8, 11, 12, 13], даже теоретически невозможно строго обосновать единый универсальный метод. С этих позиций многообразие существующих методов мониторинга представляется принципиально оправданным и анализ их информативности необходимо проводить не на основе противопоставления, а на основе обозначения границ их функциональной адекватности.

К изложенным теоретическим сложностям мониторинга в условиях эксплуатации магнитолевитационного транспорта добавляются и технические сложности, связанные с тем, что используемые методики должны быть предельно экспресс­ными, безопасными, экономически незатратными, а получаемые параметры - внятными с позиций современной функциональной физиологии.

Известные гигиенические требования по абсолютным величинам и продолжительности действия неблагоприятных факторов на железнодорожном транспорте отражены в соответствующих инструкциях и СанПиНах, полученны на основе мониторингов, которые можно разбить на отдельные группы, отражающие их функциональную предназначенность:

Мониторинг физического состояния организма. Достоинством данных мониторингов является доступность используемых критериев, средств измерения, их прогностическая эффективность. Существуют хорошо разработанные программы анализа получаемых параметров физического раз­вития. К сожале­нию, относительно низкая скорость обследования (до 1,5-2 часов) и требование одновременного участия нескольких специалистов затрудняет проведение регулярных динамических обследований. Результаты мониторинга достаточно информативны для оценки физических способностей обследуе­мого. Однако нет строго обоснованных заключений на основе определяе­мых физических кондиций, что затрудняет интерпретацию функциональных резервов жизнеобеспечивающих систем организма, что недоста­точно с позиций общесистемных характеристик здоровья.

Мониторинг психологического состояния организма. Психотипирование представляется принципиально информа­тивным в вопросах прогноза психогенной адаптивности пассажиров к условиям магнитолевитационного транспорта. К сожалению, недостаточная обеспеченность экспертизы объ­ективными методами съема информации и одновременное использование очень разнообразных методик психотипирования создают значительные затруднения при проведении мониторинга. Как и в случае мониторинга физических кондиций, психотипиро­вание не визуализирует функциональные резервы жизнеобеспечивающих систем [12, 13].

Санитарно-гигиенический мониторинг. Для установления степени опасности факторов ок­ружающей среды санитарно-гигиеническому мониторингу применяют санитарно-гигиенический мониторинг. Относительным его недостатком можно счесть то обстоятельство, что его подходы прогнозиру­ют обобщенные риски и в меньшей степени  индивидуальные, что ведет к достаточно высоким требованиям к гигиенической безопасности.

Медицинский мониторинг здоровья. Это наиболее широко распространенный мониторинговый подход. Ранняя донозологическая инструмен­тальная диагностика заболеваний, вызванных воздействием внешних факторов, реально осуществима только в условиях многопрофильных медицинских учреждений, укомплектованных достаточным количеством инструментальных методик и врачами-специалистами. Для за­дач мониторинга в условиях внешнего воздействия физических факторов, требующих повышенного внимания при проектировании и эксплуатации манитолевитационного транспорта, медицинский мониторинг не отвечает на основной вопрос: в какой степени наличие того или иного заболевания препятствует функциональной адаптации в условиях разных по величине индукции магнитных полях и ускорения?

Инструментальный саногенетический мониторинг. Для проведения саногенетического мониторинга используется специализированное оборудование, разработанное на основе широко распространенных медицинских методик и всесторонне апробиро­ванное. Использование инструментального приборного комплекса можно применять в разных местах за счет создания передвижных комплексов. При этом обеспечивается высокая информативность при тестиро­вании функциональных резервов организма с помощью уни­фицированной стандартизированной методикой, а объективность получаемых результатов – единым программным обеспечением. Результаты саногенетического мониторинга включают элементы физического, психического, санитарно-гигиенического и медицинского мониторинга [6, 11, 15].

Для понимания проблемы безопасности использования магнитолевитационного транспорта мы исходим из отсутствия отрицательного влияния на здоровье, которое определяется как «состояние организма, обеспечивающее опти­мальное выполнение его функций в необходимой мере для про­дуктивных отношений со средой» [10]. В организ­ме существуют специализированные системы, функция которых заключается в том, чтобы анализировать меняющуюся ситуацию внутри и вне организма и подстраивать последний на другой, же­лательно оптимальный, уровень взаимодействия со средой [1, 7, 11].

Из этой формулировки следует, что состояние здоровья преж­де всего обеспечивается уровнем ресурса функций, расходуемо­го человеком на приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды находящегося в связи с эксплуатацией магнитолевитационного транспорта. Эти представления достаточно хорошо освещены в литературе при меняющихся условиях внешней (климат, вредоносные воздействия и проч.), так и внутренней (болезни, рост и развитие органов и систем и проч.) среды.

Из литературных источников по биомагнетизму, содержащих исследования в больших диапазонах магнитоиндуктивной и временной нагрузки на человека и животных, следует, что даже слабые магнитные поля могут оказывать весьма эффективное действие, а после экспозиции организма в разных по величине индукции магнитных полях наблюдали однонаправленные физиологические сдвиги [4, 5]. Подобным образом ведут себя реакции организма на ускорения. Их физиологическое действие определяется не только величиной и продолжительностью экспозиции, а зависит также от скорости нарастания воздействия, направленности вектора перегрузки, исходного функционального состояния испытуемого, других факторов [1].

Главным информативным элементом при установлении индивидуальной безопасности является объективная инструменталь­ная экспертиза, безопасная методика оценки уровней функциональных напряжений в системах реагирующих на повреждающее действие внутренних и внешних агентов: сердечной, сосудистой, дыхательной, нервной (функция движения) и обмена веществ. Поставленная задача доступна только при условии использо­вания современных биофизических методик мониторинга саногенеза.

На основе приведенного междисцип­линарного направления «полисистемный саногенетический мониторинг» возможно сформировать следующую цель: создание инструментария, методик и системы рекомендаций, позволяющих объективизировать экспертизу коллективной и индивидуальной безопасности при нахождении человека в условиях магнитной левитации, а также оценить предельно допустимые показатели.

Методология экспертизы с помощью саногенетического мониторинга

Разработанный нами программно-аппаратный комплекс полисистемного саногенетического мониторинга включает: спироартерикардиоритмограф (САКР, рекомен­дован Министерством здравоохранения Российской Федерации (МЗ РФ) к применению в медицинской практике, прот. № 2 от 9 июля 2003 г.) и компьютеризированный измеритель движений (КИД, рекомендован МЗ РФ к применению в медицинской практике, прот. № 4 от 11.09.02), обладающие высокой пропускной способностью (до 10-12 идентификаций в час), изготовлены в варианте, удобном для транспортировки и адаптированы к условиям выездных исследований [14, 15].

Диагностическая информативность саногенетического обсле­дования заметно увеличена за счет включения в комплекс метода лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС, рекомендован МЗ РФ к применению в медицинской практике, лиц. № 577 от 15 июня 1999 г., сертификат RU.С.39.003.AN 5381) биологичес­ких жидкостей, позволяющего в экспрессном режиме анализиро­вать динамику сдвигов в сывороточном и тканевых гомеостазах [6].

Многопараметровые результаты, полученные после проведения трех исследований оценивают по следующим группам: оптимальная, достаточная, напряженная с учетом направленностей сдвигов как в гипо-, так в гиперфункциональную область.

Оцениваемые физиологические показатели наиболее чувствительных к стрессу систем организма имеют как распреде­ления, подобные нормальным (артериальное давление, частота сердечных сокращений, длительность пиков и сегментов сердеч­ного комплекса и т.д.), так и отличающиеся от нормального (вре­мя переключения центральных установок, точность и плавность движений и т.д.). В случае распределения, отличного от нормального, параметрический метод не используется из-за асимметрии сигмальных границ относительно математического ожидания   и эксцесса распределения (параметры, характеризующие отличие реального распределения от нормального, для которого величины этих коэффициентов равны нулю).  В нашей работе мы используем метод центильных таблиц, который менее точный, но корректно использовать для оценивания любых показателей, так как оперирует только с процентным содержанием группы, соответствующим дан­ным границам контролируемого показателя. Для каждого параметра определяется его ранг соответствующий частоте встречаемости в условно-нормальной популяции и уровню функционирования исследуемой физиоло­гической системы.

Сбалансированность физиологической системы определяется суммарным отклонением показателей ее работы от соответствую­щей данному состоянию организма «индивидуальной саногенетической нормы». Ранжирование результатов исследования условно здоровой популяции позволяет установить наиболее часто встре­чаемые в популяции значения для каждого из измеренных показа­телей. Однако только для ряда параметров известна такая взаимо­связь, а для большинства показателей информация отсутствует. Если не учесть эту взаимосвязь, то в некоторых случаях отклоне­ния показателей от среднепопуляционных будут трактоваться как напряженные состояния исследуемой физиологической системы, и наоборот: другие параметры будут трактоваться как сбалансированные, хотя таковыми и не являются. Поэтому необходимо учесть наиболее вероятную в популяции функциональную взаи­мосвязь между параметрами и с ее учетом вычислить взаимные смещения показателей относительно среднепопуляционных, что и будет основой построения индивидуальной нормы.

Результаты полисистемного саногенетического мониторинга

В гигиенических исследованиях, на основе которых формируются нормативная база обеспечения безопасности [5], когда для каждого повреждающего фактора превышения определенного уровня интенсивности воздействия устанавливается санитарные нормы. Однако многие из изме­ряемых параметров после воздействия повреждающего фактора отличаются как по направлению физиоло­гического сдвига (в сторону гипо- или гиперфункциональных значений), так и по величине (попадание в тот или иной центильный интервал). Кроме того, теоретически взаимосвязь направленности сдвигов функционирования систем организма после воздействия повреждающего фактора может быть как однонаправленной, так и обратной. Для определения абсолютной величины того или иного физиологического сдвига принципиально важно вводить поправку либо на априорно-уста­новленную взаимосвязь параметров (если она известна), либо на величину частной корреляции этих параметров, полученную из уравнения множественной регрессии. В настоящее время вопрос о комплексной безопасности магнитолевитационного транспорта в других странах предлагают решать путем сравнения критериальных значений риска с минимальным уровнем эндогенной смертности в социуме [9].

В нашем случае, анализ индивидуального саногенетического профиля выявляется наиболее несбалансирован­ные параметры систем организма при воздействии факторов, связанных с магнитолевитационным транспортом, относительно соотношений их значений в условно нормальной выборке. Зная функциональную роль каждого из параметров, можно определить источник фун­кционального напряжения внутри конкретной физиологической системы. Суммарный дисбаланс характеризует уровень напря­женности данной системы в целом как функцию совокупности параметров, а в дальнейшем позволяет определить характер меж­системных перестроек. Однако, опираясь только на дисбаланс физиологической системы сказать однозначно является ли это ответом на воздействие окружающей среды или результат сложившейся отрицательной реакции (неудовлетворительная адаптация), при которой происходит хроническое напряжение физиологической системы. Поэтому оценка физиологических возможностей организма мо­жет осуществляться только на основе динамичных исследований. Основными показателями адаптационных возможностей будут формы изменчивости отдельных внутри- и межсистемных корре­ляций в направлении их подстройки друг к другу.

Резюмируя все вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

• определение общего уровня напряженности адаптационных систем организма при эксплуатации магнитолевитационного транспорта может быть установлено только при многопараметровых динамических исследованиях. Кратность и интервал между обследованиями определяется исходя из конкретных задач физиологического нормирования;
• одновременное изменение параметров функционирования физиологических систем характеризует наличие адаптационных процессов, а по степени вариабельности можно судить о сбалансированности адаптационного ответа на действие внешних факторов, возникающих при эксплуатации магнитолевитационного транспорта;
• наличие в физиологических системах разобщенного уровня взаимоотношений соответствует варианту адаптационного ответа и предполагает возникновение напряженных состояний в системе адаптации, приво­дящих к фиксации патологических следов;
• в динамике обследований учитываются изме­нившиеся параметры физиологических систем под действием факторов, возникающих при эксплуатации магнитолевитационного транспорта;
• по изменению параметров функционирования физиологических систем под действием внешних факторов в область «физиологиче­ски напряженных», проводится дальнейший количест­венный углубленный анализ;
• изменение функционирования физиологических систем дифференцируются по направлению на гипо- и гиперфункциональные, что позволяет отличить условия недоста­точного включения функции от ее перегрузки.

Данные условия применимы для оценки характера адаптаци­онных напряжений, устанавливаемых как на основе инструмен­тальных методов обследования, так и при традиционных физиолого-гигиенических подходах.

Описанный алгоритм количественной оценки результатов измерений с учетом их внутри- и межсистемных корреляций позво­ляет унифицировать процедуру расчета индивидуаль­ного санотипа и определить возможные варианты адаптационного ответа на действие факторов при эксплуатации магнитолевитационного транспорта.

Применение кластерного анализа динамики многопараметровых межсистемных вариантов, позволяющего в режиме мониторинговых наблюдений не только выделять группы саногенетических трансформаций, но и определять наиболее чувствительные физиологические системы у представителей условно здоровой популяции

Комплекс саногенетических исследований подлежит анализу в автоматизированной экспертной системе (ЭС). Основу ЭС составляет реляционная база данных, имеющая формат Microsoft Access. Информация в базу данных ЭС поступает из локальных баз данных компьютеризированных приборов: САКР, КИД, ЛКС или заносятся вручную.

Экспертная система позволяет ранжировать все показатели в шкале нормо-, гипо- и гиперфункциональные систояния с учетом "индивидуальной нормы", таким образом определить напряженные системы саногенеза организма обследуемого.

Степень выраженности функциональных изменений в той или иной системе в конечном счете сформирует ос­новные направления развивающейся чувствительности организ­ма к воздействию внешних факторов, возникающих при эксплуатации магнитолевитационного транспорта и определит про­гноз развития того или иного патологического процесса.

Таким образом, прогноз можно осуществить на уровне реакции организма на действие нескольких внешних факторов, что и отвечает принципам донозологической диагностики. При этом необходимо регистрировать напряжение физиологически адекватных функций и устанавливать характер межсистемных взаимоотношений.

Существующие подходы к гигиенической оценке эксплуатации магнитолевитационного транспорта на организм человека предполагают, как правило, выявление патологического влияния на организма человека изолированных факторов. Вместе с тем сам факт установления отдельных (изолированных) функциональных (и патологических) напряжений не может служить строгим критерием при определении уровня потенциальной опасности. Однако функциональные напряжения могут при­водить к утомлению или перенапряджению, которое и становится основой патологического влияния на организм человека. Сравнение критериальных значений риска и уровня эндогенной смертности в социуме [9] не отвечает  принципам донозологической диагностики, следовательно, оценка безопасности должна проводиться последовательно.

Практическая значимость полисистемного саногенетического мониторинга в оценке влияния магнитолевитационного транспорта на человека

Здоровье человека при воздействии внешних факторов в процессе эксплуатации магнитолевитационного транспорта обеспечивается разнообразными механиз­мами, которые реализуются на всех структурно-функциональных уровнях организма. В своей совокупности они определяются как саногенетические механизмы. Патологический процесс раз­вивается при нарушении первичных саногенетических механизмов. Но и сам патоло­гический процесс вызывает активацию подавленных и возникновение новых саногенетических механизмов, обеспечивающих его ликвидацию [10]. Активация ресурсов является частью развития состояния стресса, степень выраженности и скорость протекания которого зависит от индивидуальных особенностей организма, который находтся в зоне действия внешних факторов при эксплуатации магнитолевитационного транспорта. По нашим представлениям это экспозиция в разных по величине индукции магнитных полях в больших диапазонах магнитоиндуктивной и временной нагрузки на человека и животных, а также реакции организма на ускорения. Их физио­логическое действие определяется не только величиной и продолжительностью экспозиции, а зависит также от скорости нарастания воздействия, направлен­ности вектора перегрузки, исходного функционального состояния испытуемо­го, других факторов.

Оценка качества адаптации производится в основном на физиологическом уровне, при этом прогноз состояния функционального резерва организма дается на небольшой период времени. Дать долгосрочную картину послед­ствий воздействия в большинстве случаев невозможно.

Доказано, что экологические и антропогенные факторы окру­жающей среды оказывают большое влияние на организм живот­ных и человека [1, 4, 5]. Многофакторный и стохастический характер антропогенного воздействия на орга­низм малых доз и концентраций обусловливает необходимость исследования систем его резистентности. На стадии инициации патологических механизмов организм сохраняет за собой выбор дальнейшего развития процесса. Выбор этот определен функцией большого числа регуляторных процессов, инициируемых саногенетическими механизмами [10], направленны­ми на ликвидацию патологических изменений. Предсказательная эффективность ранней диагностики связана не столько с ранним опознаванием одного из внешних факторов, лействующих на организм человека при эксплуатации магнитолевитационного транспорта, сколько с анализом регуляторных процессов, который и определит тот или иной вариант устойчивости организма к развитию патологии. Недо­статочность систем резистентности при действии патологичес­кого фактора будет приводить к развитию предпатологического состояния.

По-видимому, в условиях эксплуатации магнитолевитационного транспорта человек столкнется с сочетанным действием целого ряда факторов, которые достаточно сложно моделировать: электромагнитные и химические воздействия, шум, вибрация, температура, ускорения и др. Основные трудности в выявлении эффектов воздействия таких факторов окружающей среды связаны со слабой выраженностью проявлений и ограниченной чувствительностью методов исследования.

Оценка безопасности магнитолевитационного транспорта для человека осложняется тем, что все структуры здравоохранения ориентированы на выявление уже заболевших людей, на диагностику заболеваний и последующее лечение и предупреждение. Гигиеническое и профилактическое направление в медицине на­правлено исключительно на обнаружение и установление норм для отдельных патогенных факторов, действующих на человека при эксплуатации транспорта. В связи с вышесказанным, про­блемы охраны здоровья, учитываемые при проектировании новых транспортных систем и рассматриваемые преимущественно с санитарно-гигиенических позиций, будут явно недостаточны без глубокого изучения реакций организма на воздействие факторов, действующих на человека при эксплуатации магнитолевитационного транспорта, и будут создавать необоснованные  трудности при проектировании [7].

Метод саногенетического мониторинга апробирован в условиях работы на предприятиях ядерно-топливного цик­ла с наиболее значимым фактором воздействия радиации, в ходе массового обследования работников судоремонтного завода в г. Заполярье и ряде других производств, считающихся потенциально опасными для здоровья работников.

Заключение

Ориентируясь на принципы саногенетического мониторинга, подверженным внешним факторам, действующим на человека при эксплуатации магнитолевитационного транспорта было установлено, что группы риска следует формировать согласно чувствительности к факторам в зависимости от того, в какой степени к регистрируемым показателям подстраиваются основные физиологические регуляторные системы: сердечно-сосудистая, дыхательная, нервно-мышечная и метаболическая.

На основании изложенного, алгоритм определения рисков эксплуатации магнитолевитационного транспорта должен содержать следующие этапы:

1. На основе устанавливаемых изменений в системе регуляции формируются референтные группы по напряжению функционирования физиологических систем.
2. В соответствующих референтных группах выявляются ва­рианты, которые связаны с функциональным перенапряжением в основных физиологических системах.
3. На основе системного анализа наиболее напряженных со­стояний основных физиологических систем в каждой из выделен­ных референтных групп формируются группы риска по соответ­ствующим патологиям.

About the authors

Artemiy V. Rubinskiy

Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Author for correspondence.
Email: rubinskiyav@1spbgmu.ru

PhD, Associate Professor of the chair of medical rehabilitation and adaptive physical training

Russian Federation

Leonid A. Noskin

Saint-Petersburg Nuclear Physics Institute (PNPI) National Research Centre "Kurchatov Institute"

Email: lanoskin42@mail.ru

Dr.Sci.Biol, Professor, Head of Laboratory of Medical Biophysics

Russian Federation

References

Supplementary files