6 курс / Кардиология / Метеотропные_реакции_сердечно_сосудистой_системы_и_их_профилактика

радиацию, но, по-видимому, изменение нервно–психического тонуса влияет на психику человека, находящегося в неустойчивом равновесии. Солнечные влияния находятся вне какой-либо связи с климатическими и сезонными факторами, являются вполне самостоятельными агентами космического происхождения, определяющими тонус человеческого поведения, и, следовательно, контролирующими кардинальные жизненные функции. В ближайшем будущем может возникнуть необходимость в практическом применении данных открытий при профилактике болезней субъектов с неустойчивой психикой. На рис. 1.1 показано влияние электрического поля атмосферы на физиологические явления.

Рис. 1.1. Напряженность электрического поля атмосферы и физиологические явления (за различные периоды и по различным странам) (по А.Л.

Чижевскому [1976]).

1 – смертность; 2, 5, 8, 11 – атмосферное электричество; 3, 6 – менструации; 4, 7 – рождаемость; 9, 12 – число эпилептических припадков; 10, 13 – число эпилептированных лиц.

По инициативе Сибирского отделения АМН СССР в 1980 – 1985 гг. проведен глобальный синхронный эксперимент по программе "Солнце – климат – человек". В программе приняли участие около 30 научных центров страны. Широкомасштабные исследования клинико-биохимического, физиологического направлений при ишемической болезни сердца, артериальной гипертонии выполнены в Новосибирске (НИИ экспериментальной и клинической медицины), Свердловске, Челябинске, Кисловодске, Архангельске, Красноярске, Норильске и других городах. Участники синхронного эксперимента установили обострение заболеваний в магнитно-возмущенные дни и в периоды контрастной (неблагоприятной) погоды. Во время сильных солнечных вспышек такие

13

обострения можно расценивать как проявление глобального биологического эффекта солнечной активности. Наряду с этим наличие осложнений различных заболеваний в связи с неблагоприятной метеогелиоситуацией отражает локальные эффекты.

Наблюдалось увеличение сердечно-сосудистых катастроф в среднем на 13–20 % в период повышения солнечной активности (солнечные пятна, вспышки и т.д.). Выявлена отчетливая зависимость физической работоспособности у больных нейроциркуляторной дистонией и ишемической болезнью сердца (ИБС). Установлено, что метеоконтрастные дни снижают резервные возможности сердечно-сосудистой системы у этих больных. В контрастные дни снижается мощность нагрузки, общий объем работы, учащается число сердечных сокращений и удлиняется период восстановления, причем в большей степени у больных ИБС. Т.И. Андронова и соавт. [1982] при обработке многолетних данных установили, что среднесуточное количество скоропостижных смертей в геомагнитно-возмущенные дни превышает среднегодовой уровень сердечнососудистых катастроф.

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОГОД

За последние десятилетия было предложено несколько систем классификации погод, при этом каждая сыграла значительную роль в изучении вопросов метеопатологии и метеопрофилактики. За относительно небольшой промежуток времени одна система классификации сменялась другой. Это свидетельство того, что ни одна из них не является совершенной, удовлетворяющей полностью всем требованиям метеорологии, геофизики и медицины. Их следует рассматривать как важные этапы на пути создания единой классификации типов погод для медицинской практики.

Оценке терморегуляции организма и приспособления ее к внешним условиям при различных классах погод посвящена работа Е.М. Байбаковой и др. [1966]. Обнаружено, что разным классам погод присуща своя динамика эквива- лентно-эффективной температуры, а суточные изменения и абсолютные значения температуры различаются даже для одного и того же класса в разные периоды года и в разных географических районах. При выделении классов погод взяты большие колебания температуры воздуха и не учитывается скорость ветра. Е.М. Байбакова и соавт. [1966] выделили 12 классов погод и показали, что в первых четырех метеотропные реакции встречаются редко, а в условиях 6-го и 7-го классов метеотропные реакции возникают часто.

Отрицательные метеотропные реакции наблюдаются в связи с резкими изменениями погодных условий и определяются динамикой погоды. Исключение составляют те условия, при которых метеотропные реакции обусловливаются экстремальными значениями метеорологических элементов (перегрев или переохлаждение организма).

В.Я. Юраж [1965] считает, что наиболее благоприятным для сердечнососудистых больных является 11–й класс погоды (для Москвы). К неблагоприятным классам погоды относят: В.Я. Юраж [1965] – 2, 4, 5, 7, 12-й; Т.И. Андро-

14

нова [1975] – 4, 6, 7, 12-й.

В.Я. Юраж [1965] при сопоставлении геомагнитной активности с проявлениями сердечно-сосудистых заболеваний показал, что число осложнений сердечно-сосудистых заболеваний значительно возрастает при повышенной геомагнитной активности. Особенно чувствительны больные с коронарным атеросклерозом. Для них осложнения стенокардии в магнитно-возмущенные дни наблюдались в 2 раза чаще, чем в дни с малой магнитной активностью.

Наибольшего внимания заслуживают классификации погод Л.А. Чубукова [1970], И.И. Григорьева [1981], В.Ф. Овчаровой [1978]. При их клиническом использовании следует учитывать, что метеопатологические реакции возникают на фоне циклонических процессов, в условиях прохождения атмосферных фронтов при резких колебаниях климатических факторов.

Г.А. Ушверидзе и др.[1977] разработали метод медико-метеорологиче- ской оценки погоды, основанный на определении характера погоды по генезису, степени комфортности и степени изменчивости. Для медицинской оценки различных типов погод проводится их сопоставление с клиническими данными. По генетическому принципу все типы погод объединяются в две группы: погоды местного происхождения и формирующиеся в результате вторжения извне воздушных масс. Такое деление он оправдывает тем, что погоды местного происхождения и погоды вторжения качественно отличаются друг от друга как с метеорологической точки зрения, так и в смысле физиологического действия на организм человека. При погодах вторжения организм человекаподвергается действию новой, непривычной для него воздушной среды и резким колебаниям всех метеорологических показателей.

Погоды первой группы формируются под влиянием местных физико– географических условий без заметного притока воздушных масс извне. Для типов погод этой группы характерны стойкое нормальное или несколько повышенное атмосферное давление (антициклон), отсутствие ветра (бризы и горнодолинные ветры в расчет не принимаются) и значительных колебаний межсуточной температуры. Рассматриваемая группа имеет следующую классификацию погод.

1-й тип – солнечная, безоблачная или малооблачная, тихая холодная погода. Сезон – холодное время года.

2-й тип – пасмурная при слоистой облачности, относительно тихая холодная погода. Сезон – холодная половина года.

3-й тип – солнечная, тихая, прохладная погода, при полном отсутствии кучевых облаков. Сезон – преимущественно весна и осень.

4-й тип – солнечная, малооблачная, тихая, теплая и жаркая погода. Сезон

– теплая половина года.

5-й тип – солнечная, жаркая, относительно тихая погода с грозами. Кучевые облака получают сильное развитие во второй половине дня и переходят в дождевые, сопровождаемые осадками ливневого характера. Сезон – тихая теплая половина года.

Вторую группу составляют типы погод, формирующиеся в результате циклических процессов и прохождения атмосферных фронтов. Им свойственны

15

хорошо выраженные колебания всех метеорологических элементов, наличие ветра, облачность и другие атмосферные явления. К погодам данной группы относятся:

6-й тип – относительно холодная, ветреная, сырая погода с разорванной низкой облачностью и проходящими шквалистыми осадками. Встречается во все сезоны года. Образуется в тыловой части циклона за холодным фронтом.

7-й тип – холодная, ветреная погода с меняющейся облачностью, без осадков. Встречается во все времена года. Образуется в тыловой части циклона.

8-й тип – ясная, жаркая, сухая и ветреная погода. Сезон – теплая половина года.

9-й тип – теплая, пасмурная, сырая, часто ветреная погода с моросящим дождем, туманами и низкой слоистостной облачностью. Сезон – в основном холодная половина года. Адвекция теплой влажной массы.

10-й тип – первые признаки ненастья, образование перистых и высоких слоистых облаков, атмосферное давление понижается. Встречается во все времена года. Приближение теплого фронта.

11-й тип – облачная или ненастная, прохладная погода либо смена теплой ненастной на более холодную ненастную и прекращение осадков. Облачность двухъярусная. Бывает во все времена года, образуется в северной части циклона.

12-й тип – теплая, ненастная погода и ее прекращение, постепенное развитие сплошной дождливой облачности и выпадение осадков (через несколько часов осадки прекращаются), ветер резко меняет направление. Наблюдается во все времена года. Активный теплый фронт или фронт окклюзии.

13-й тип – погода внезапного похолодания. Резкое падение температур, усиление ветра. Прохождение холодного фронта.

14-й тип – прохождение серии циклонов, значительное и скачкообразное отклонение от нормы всех метеорологических элементов длится 5–7 сут.

Для полной характеристики погоды помимо генетической оценки определяется степень ее комфортности по гигротермическим и радиационным показателям и степень изменчивости по амплитуде колебания барометрического давления, силе ветра и амплитуде межсуточной температуры. Г.А. Ушверидзе и соавт. [1977] предложил количественную градацию каждого из указанных элементов, выраженную в баллах в зависимости от благоприятного или неблагоприятного воздействий на организм человека: абсолютно комфортному состоянию соответствует нулевой балл; относительно комфортному – 1; слабо дискомфортному – 2; средне дискомфортному – 3; сильно дискомфортному – 4; крайне дискомфортному состоянию – 5 баллов.

Количественная оценка свойств погоды выражается формулой, в числителе которой обозначены элементы, характеризующие степень комфортности погоды (температура, абсолютная влажность, солнечная радиация), а в знаменателе – элементы, характеризующие степень неустойчивости погоды (амплитуда колебания барометрического давления, сила ветра, межсуточная температура).

При равенстве нулю всех элементов числителя и знаменателя формулы

16

погода считается абсолютно комфортной и устойчивой. Если величины метеорологических элементов выходят за пределы абсолютно комфортного состояния, то каждый элемент может быть выражен более высоким баллом. Так, формула (4,3,1/0,0,0) соответствует влажной, солнечной и абсолютно устойчивой погоде, а формула (1,1,2/4,4,3) – прохладной, умеренно сухой и солнечной, но сильно неустойчивой погоде (баллы определяются по таблице).

Для дополнительной конкретизации авторы используют степень изменчивости магнитного поля Земли (горизонтальная составляющая магнитного поля), имеющую высокий коэффициент корреляции с метеопатологическими реакциями у сердечно-сосудистых больных.

Погоды первой генетической группы (1–5-й типы) не вызывают метеопатологических сосудистых реакций. Для этих погод степень комфортности может быть различной (баллы в числителе от 0 до 5), но степень изменчивости незначительной (баллы в знаменателе не выше 1). Особое внимание заслуживает погода 5-го типа с температурой 32 °С (3 балла и выше), которая неблагоприятна для теплообмена и внешнего дыхания (возникает чувство духоты, снижается насыщение крови кислородом, развивается гиподинамия).

Характерной особенностью типов погод второй генетической группы (7– 14-й типы) является способность провоцировать в организме больных различные метеопатологические состояния. При этих погодах отмечается выраженная изменчивость основных метеорологических элементов (баллы в знаменателе 2– 3 и больше). На фоне прохождения холодного фронта или адвекции холодной массы воздуха (6, 7, 10–12, 14-й типы) возникают спастические сосудистые реакции.

В.И. Русанов [1973] подтвердил, что класс погоды не оказывает существенного влияния на обострения сердечно-сосудистых заболеваний, а развитие метеотропных реакций связано с резкой сменой погоды. Он сделал попытку устранить указанные недостатки в своей классификации погоды. Каждый из 13 типов погод определяется строго ограниченными интервалами температуры и влажности, скорости ветра и положением границы нижней облачности.

И.А. Арнольди [1961] указывает, что при оценке жесткости погоды каждый метр увеличения скорости ветра условно приравнивается к понижению температуры окружающей среды на 2 °С. При этом необходимо также учитывать теплоизоляционные свойства одежды, которая может во много раз снизить охлаждающее действие среды.

Существует система совместного учета действия ветра и низкой температуры, например шкала "жесткости погоды" Бодмана. Однако указанные методы не дают точной количественной характеристики теплообмена у человека при низкой температуре и ветре. Для человекаопасны не вообще колебания погоды, к особенностям которой он хорошо приспособился, а колебания резкие, нетипичные для данных климатических условий.

Некоторые исследователи обнаруживают тесную связь патологических реакций с холодными фронтами [Юраж, 1965], другие наиболее активными считают теплые атмосферные фронты [Новикова, Шушаков, 1965], третьи полагают, что тип фронта вообще не имеет существенного значения в развитии

17

патологических реакций.

1.4. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОСТОЯНИЯ ПОГОДЫ И ЕЕ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Результаты многих исследователей подтвердили влияние биотропности на состояние организма человека, что выражается следующими положениями:

–биотропность влияет на человека как добавочный стресс и переменная возмущения, на которую организм человека должен реагировать так, чтобы поддерживать его гомеостаз на должном уровне;

–погода не причина, а только толчок для острых метеотропных реакций, так как метеотропность – одно из свойств организма;

–биотропный максимум наблюдается в области значительных погодных изменений. Циклоны неблагоприятны с точки зрения реакции организма;

–реакции, выступающие в виде понижения или повышения артериального давления, связаны с атмосферным давлением противоположного характера;

–биотропность зависит от патологических и климатических факторов, а также от времени года и дня.

Влияние метеорологических факторов чаще всего осуществляется комплексно. Используемый коэффициент жесткости погоды по И.М.Осокину [1968] включает три компонента (температура наружного воздуха, относительная влажность и скорость движения воздуха) и выражается следующей формулой:

где S – жесткость погоды за сутки, баллы; Т – среднесуточная температура воздуха, °С; Кв – коэффициент относительной влажности, равный 0,9 для интерва-

ла влажности 51–60 %, 0,95 – для 61–70 %, 1,0 – для 71–80 %, 1,05 – для 81–90 % и 1,1 – для влажности более 90 %; Ка – коэффициент, учитывающий роль суточной изменчивости температуры воздуха; он равен: при изменчивости до 4 °С – 0,85; от 4,1 до 6 °С – 0,90; от 6,1 до 8 °С – 0,95; от 8,1 до 10 °С – 1,00; от 10,1 до 12 °С – 1,05; от 12,1 до 14°С – 1,10; от 14,1 до 16 °С – 1,15; от 16,1 до 18 °С – 1,20; более 18 °С; – 1,25; у – среднесуточная скорость ветра, м/с.

Расчеты показали, что чем выше значения коэффициента S, тем значительнее влияние метеорологических факторов на сдвиги физиологических систем организма.

Для характеристики изменений комплекса метеорологических элементов и оценки их влияния на больных В.Ф. Овчарова [1975] предложила весовое содержание кислорода в атмосферном воздухе, определяемое по формуле Клайперона:

Р = 0,232(р – l)/(kT),

где Р – плотность воздуха, г/м3; р – давление воздуха, гПа; l – абсолютная влажность воздуха; Т – абсолютная температура воздуха; k – газовая постоянная сухого воздуха, равная 2,87·106; коэффициент 0,232 – доля кислорода по массе в сухом воздухе. Она считает, что с уменьшением весового содержания кислорода в атмосферном воздухе у многих больных наблюдаются ухудшение

18

общего самочувствия, усиление болей различной локализации.

В.И. Русанов [1982] предложил новую методику определения индекса изменчивости погоды, которая учитывает контрастную смену погоды, определяемую величиной межсуточного изменения температуры воздуха, сменой облачности и дней с осадками.

Индекс изменчивости погоды вычисляется по формуле

К = Mк/N 100 %,

где К – индекс изменчивости погоды, %; Мк – число контрастных смен периодов с однотипной погодой; N – число дней в рассматриваемом периоде.

Ежедневная смена контрастной погоды принята автором за 100 % изменчивости. Индекс изменчивости погоды отражает циркуляционные процессы, обусловливающие изменения погоды в целом, причем частота патологических реакций у больных прямо пропорциональна величине индекса. На этом основании его можно использовать для классификации изменчивости погоды в медицинских исследованиях.

Анализ исследований метеотропных реакций организма человека показывает, что успешное продвижение работ в данном направлении наблюдается в том случае, если авторы используют методологию экологического подхода [Деряпа, 1965, 1971; Казначеев и др., 1977, Казначеев, 1980; Андронова и др., 1982; Поликарпов и др., 1986; Седов и др., 1988].

Вместе с тем экологический подход предполагает не только изучение здоровья человекаво взаимосвязи с природными и социальными факторами, использование соответствующих методик сбора медико-биологической информации, но и применение системных математических средств обработки полученных экспериментальных данных. Игнорирование данного требования приводит в лучшем случае к качественным выводам и не позволяет в полной мере реализовать преимущество экологической методологии. С этих позиций А.В. Лапко и соавт. [1991] предложили типовую методику исследования комплексного влияния метеогелиофакторов на осложнение заболеваний сердечнососудистой системы, их количественного прогноза для создания системы профилактики и коррекции метеотропных реакций в конкретном географическом регионе.

Новая модель исследования влияния метеогелиофакторов на уровень осложнений заболеваний сердечно-сосудистой системы имеет иерархическую структуру в соответствии с принятой технологией обнаружения закономерностей: декомпозиция данных о погодных условиях региона на однородные группы, их анализ и принятие решений. Такой процесс исследования позволяет вскрыть исходную неопределенность путем применения непараметрических алгоритмов структуризации и анализа массивов статистических данных большой размерности, использования неформализованной информации специалистамедика и средств вычислительной техники.

19

ГЛАВА 2 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОГНОЗА

МЕТЕОТРОПНЫХ ОСЛОЖНЕНИЙ ЗАБОЛЕВАНИЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

Изучение и прогноз влияния метеогелиофизических факторов с учетом атмосферного загрязнения на осложнения заболеваний сердечно-сосудистой системы – необходимый этап при планировании работы службы скорой помощи, создании методов профилактики и коррекции метеотропных реакций в различных географических регионах. Для автоматизации решения этих задач предлагается программное обеспечение, которое реализует системную методику анализа данных: классификацию исходной статистической информации в пространстве метеогелиофакторов и параметров загрязнения; формирование на этой основе медицинских типов экологических условий, достоверно отличающихся уровнем осложнений конкретных заболеваний сердечно-сосудистой системы; прогнозирование метеотропных реакций по состоянию окружающей среды.

Математическую основу разработки составляют непараметрические алгоритмы автоматической классификации, распознавания образов и теория проверки статистических гипотез. Программное обеспечение оформлено на языке Турбо-Паскаль с ориентацией на персональные компьютеры типа РС [Лапко, 1993].

2.1. МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТЕОТРОПНЫХ РЕАКЦИЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ

При создании программного обеспечения используются следующие принципы.

1. Метеогелиообстановка (МГО) наряду со значениями метеорологических факторов и параметров загрязнений, динамикой их изменения ( x' ) характеризуется взаимосвязями между ними ( x" ). Для каждого конкретного исследуемого географического региона можно выделить типы МГО, соответствующие одномодальным фрагментам плотности вероятности p(x (x', x'')) .

2. По уровню метеотропных реакций относительно каждого j-го осложнения типы МГО объединяются в группы Пij ,i M j , благоприятных и неблагоприятных погодных условий. Группу Пij ,i M j , составляют типы МГО,

для которых вероятности появления изучаемого j-го осложнения попарно достоверно не различаются.

3. Появление осложнений зависит от комплекса факторов ( x' , x" ), в каждой конкретной ситуации наиболее неблагоприятное значение xt некоторого фактора

для j-го осложнения в Пij . Соответствует xt = arg max pij (х), где pij (х) – плотность

xt

вероятности распределения осложнений по j-й патологии в Пij .

20

4. Вероятность появления j-го осложнения в интервале времени (t t,t ) определяется значениями х в интервалах (t m t,t (m 1) t ), т =1,2,…r принадлежностью х к некоторой группе Пij типов МГО и законом распределения j-го

осложненияв х Пij .

Предлагаемая модель исследования влияния метеогелиофакторов на уровень осложнений заболеваний сердечно-сосудистой системы имеет иерархическую структуру в соответствии с принятой методологией обнаружения закономерностей: декомпозиция данных о погодных условиях региона на однородные группы – их анализ – принятие решений.

______________

И с х о д н ы е данные: (u1i ,...,uki , m1i ,..., mip ), i= 1, M 365 , – сведения о суточных изменениях метеогелиофакторов ui = и соответствующих им количеств

осложнений mi , =1,р , по каждому из р заболеваний сердечно-сосудистой системы за М лет, где ui (ui ,1,...,ui , ) – вектор, составленный из значений -гo метеогелиофактора, замеренногов течение i-х суток раз.

М о д е л ь исследования . Порядок формирования организующей программы на ЭВМ записывается в виде логической схемы

MI : 1 Wj (u, m)Qj (u, xt )N (xt )Qj (K(c, ))K j (x, )

Aj (x, m)B ( j, M ) 1 A( j , q )G(П)A(П)B

всоответствии с принятой методологией обнаружения закономерностей. Операторы модели MI срабатывают последовательно слева направо, при

странства признаков и исследовать в дальнейшем влияние на осложнение заболеваний изменения метеогелио-факторов за t суток до их появления;

N (xt ) – алгоритм нормирования значений признаков x ,1 (t ), x ,2 (t ), 1, k ;

Qi (K (c, )) – процедура нахождения оптимальных параметров непараметрического алгоритма автоматической классификации K(.) для выделения однородных МГО в пространстве показателей x (x ,1 , x ,2 , 1, k) .

Искомые параметры определяются из условия минимума функционала

21

плотности вероятности;

K j (x, ) – оператор выделения множеств q , q 1, H j , однородных (МГО) типов

погоды, встречающихся в j-м году.

Под типом погоды понимается область q , соответствующая одно-

модальному фрагменту совместной плотности вероятности p(x) x , значение H j априори не задано.

Для выделения точек xi q ,i 1,365 , используется алгоритм автоматиче-

ской классификации:

1. Определим j-й класс как область S( j) Rk , соответствующую j-й локальной

3.2.Положим, что вспомогательное множество I (m) 0 .

3.3.Правило классификации:

xh S t ( j), (xh ) j, h I (m) , если xh (xt ),t Itij (m), h It \ Itij (m) .

t

3.4.Если I (m) 0 – центр j-го класса сформирован, перейти к этапу 3.5. Иначе выполнить операцию Itj (m) Itj (m) I (m) и перейти к этапу 3.2 при m m 1.

3.5.При It Itj (m) It перейти к этапу 3 при pt 1 pt .

задачу распознавания образов с последующим пополнением Vt , провести классификацию xi ,i I / It .

3.7. Проверить унимодальность j-го класса, последовательно увеличивая pt и

повторяя этапы 3–3.4;

Aj (x, m) – оператор статистического анализа в режиме диалога выделенных ти-

пов погоды j-го года по следующим позициям:

– вычисление оценок математического ожидания, дисперсии показателей x , 1,2k , вероятности появления осложнений, коэффициентов взаимосвязи

между x , 1,2k , и количеством осложнений m , 1, p ;

22