Способ оценки риска развития донозологических, преморбидных и патологических состояний в длительном космическом полете

Изобретение относится к медицине, а именно к космической медицине, и может быть использовано для оценки и прогнозирования вероятных в длительном космическом полете неблагоприятных предпатологических отклонений в состоянии здоровья космонавтов. Определяют тип вегетативной регуляции в условиях космического полета kI-kIV. По полученным данным с использованием уравнений дискриминантных функций рассчитывают значения апостериорных вероятностей - критериальные оценки для отнесения космонавта к одному из четырех типов вегетативной регуляции. Определяют степень напряжения СН регуляторных механизмов и их функциональный резерв ФР по уравнению канонической дискриминантной функции. Определяют риск развития тяжелых патологических состояний при значении функции р1>р2, р3, р4 и р5, риск развития патологических состояний при значении функции р2>р1, р3, р4 и р5, риск развития преморбидных состояний при значениях функции р3>р1, р2, р4 и р5, риск развития донозологических состояний, при значениях функции р4>р1, р2, р3 и р5, а при значениях функции р5>р1, р2, р3 и р4 диагностируют нормальную реакцию организма. Способ позволяет получить критериальную количественную оценку риска развития донозологических, преморбидных и патологических состояний в длительном космическом полете. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к космической медицине, и может быть использовано для оценки и прогнозирования вероятных в длительном космическом полете неблагоприятных предпатологических отклонений в состоянии здоровья космонавтов.

Известно, что патологические отклонения возникают в организме как результат снижения функциональных резервов и роста степени напряжения регуляторных механизмов, которые не могут обеспечить сохранение гомеостаза основных жизненно важных систем организма [3]. При этом вначале возникают донозологические состояния, которые отличаются от физиологической нормы лишь тем что, вследствие снижения функциональных резервов, сохранение гомеостаза обеспечивается более высоким, чем в норме напряжением систем регуляции. Затем, если функциональные резервы продолжают снижаться, возникают различные преморбидные состояния, где отмечается перенапряжение регуляторных систем. И, наконец, дальнейшее снижение функциональных резервов ведет к истощению регуляторных механизмов и развитию патологии [2, 3].

Описанная закономерность развития патологических изменений является универсальной и проявляется также и в условиях космического полета [10]. Показано, что рост функционального напряжения в ходе полета ведет к развитию донозологических состояний, что повышает вероятность снижения ортостатической устойчивости и физической работоспособности в послеполетном периоде [6]. В ходе полета нередко наблюдаются аритмии, изменения электрокардиограммы и нарушения сна [12] и другие признаки снижения адаптационных возможностей организма. Поэтому крайне актуальной является разработка методов прогнозирования вероятных патологических отклонений, которые могут привести к развитию заболеваний и к прекращению полета.

Для оценки вероятности развития заболеваний в условиях космического полета используются в основном методы экспертной оценки, когда высококвалифицированные врачи различных специальностей формируют прогноз на основании изучения текущей информации о состоянии космонавтов - записей электрокардиограммы, данных о частоте пульса и артериальном давлении, стенограмм переговоров космонавтов с Землей и другой информации о состоянии членов экипажа. Количественные, математические методы оценки риска развития патологии разработаны лишь применительно к радиационному воздействию на организм, рассматривая будущие более опасные маршруты межпланетных и высокоорбитальных полетов [13].

Метод экспертных оценок в разных модификациях широко применяется в космической медицине [1, 3, 8]. По результатам анализа вариабельности сердечного ритма известен интегральный показатель ПАРС (ПОКАЗАТЕЛЬ АКТИВНОСТИ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ), который вычисляется в баллах по специальному алгоритму, учитывающему статистические и спектральные показатели вариабельности сердечного ритма. Вычисление ПАРС осуществляется по алгоритму, учитывающие пять критериев:

- суммарный эффект регуляции по показателям частоты пульса (ЧСС);

- суммарную активность регуляторных механизмов по среднему квадратичному отклонению - SDNN (или по суммарной мощности спектра - ТР);

- вегетативный баланс по комплексу показателей: SI, RMSSD, HF;

- активность вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус, по мощности спектра медленных волн 1-го порядка (LF);

- активность сердечно-сосудистого подкоркового нервного центра или надсегментарных уровней регуляции по мощности спектра медленных волн 2-го порядка (VLF).

Значения ПАРС выражаются в баллах от 1 до 10. На основании анализа значений ПАРС могут быть диагностированы следующие функциональные состояния:

1. Состояние оптимального (рабочего) напряжения регуляторных систем, необходимое для поддержания активного равновесия организма со средой (норма ПАРС=1-2).

2. Состояние умеренного напряжения регуляторных систем, когда для адаптации к условиям окружающей среды организму требуются дополнительные функциональные резервы. Такие состояния возникают в процессе адаптации к трудовой деятельности, при эмоциональном стрессе или при воздействии неблагоприятных экологических факторов (ПАРС=3-4).

3. Состояние выраженного напряжения регуляторных систем, которое связано с активной мобилизацией защитных механизмов, в том числе повышением активности симпатико-адреналовой системы и системы гипофиз - надпочечники (ПАРС=4-6).

4. Состояние перенапряжения регуляторных систем, для которого характерна недостаточность защитно-приспособительных механизмов, их неспособность обеспечить адекватную реакцию организма на воздействие факторов окружающей среды. Здесь избыточная активация регуляторных систем уже не подкрепляется соответствующими функциональными резервами (ПАРС=6-7).

5. Состояние истощения (астенизации) регуляторных систем, при котором активность управляющих механизмов снижается (недостаточность механизмов регуляции) и появляются характерные признаки патологии. Здесь специфические изменения отчетливо преобладают над неспецифическими (ПАРС=7-8).

6. Состояние "поломки" адаптационных механизмов (срыв адаптации), когда доминируют специфические патологические отклонения и способность адаптационных механизмов к саморегуляции частично или полностью нарушена (ПАРС=8-10).

Этот способ был выбран в качестве прототипа.

Недостатком его является то, что он, как и другие подходы дает сугубо качественную оценку вероятных изменений в функциональном состоянии космонавтов и не пригоден для оценки слабых изменений функционального состояния человека, которые не являются опасными, но могут оказывать влияние на состояние здоровья.

В наблюдениях за космонавтами при длительных космических полетах было обнаружено, что можно прогнозировать риск развития патологических состояний по анализу вариабельности сердечного ритма по ЭКГ космонавтов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность получения критериальной количественной оценки риска развития донозологических, преморбидных и патологических состояний в длительном космическом полете.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе оценки риска развития донозологических, преморбидных и патологических состояний в длительном космическом полете, включающий обследование космонавта, запись ЭКГ и вынесение суждения на основании результатов исследования, запись ЭКГ проводят в покое в течение 5-10 минут по окончанию острого периода адаптации к невесомости, измеряют длительность кардиоинтервалов RR и определяют тип вегетативной регуляции в условиях космического полета с вычислением значений дискриминантных функций kI-kIV и последующим расчетом значений апостериорных вероятностей по следующим формулам:

kI=-109,864+1,116*STRESS+0,768*RMSSD+1,792*SDNN-1,92*CV;

kII=-92,2249+1,1101*STRESS+0,7539*RMSSD+1,2209*SDNN+1,8501*CV;

kIII=-104,534+1,231*STRESS+0,665*RMSSD+1,177*SDNN+3,267*CV;

kIV=-174,249+1,625*STRESS+1,031*RMSSD+1,429*SDNN+2,946*CV;

где

STRESS=AMo / (2Mo* MxDMn), где Амо, амплитуда моды - это число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в % к объему выборки; вариационный размах MxDMn отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряду, вычисляется по разности максимального Мх и минимального Мn значений кардиоинтервалов, выражается в мс; Мо, мода - это наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряде значение кардиоинтервала, выражается в мс;

RMSSD - квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар интервалов NN - нормальных интервалов RR

SDNN - суммарный показатель вариабельности величин интервалов RR за весь рассматриваемый период, NN означает ряд нормальных интервалов "normal to normal" с исключением экстрасистол, - определяется как корень квадратный из дисперсии выражается в мс;

CV - коэффициент вариации, выражается в %

где М - среднее значение интервалов RR.

Далее по полученным данным с использованием уравнений дискриминантных функций kI-kIV рассчитывают значения апостериорных вероятностей - критериальные оценки для отнесения космонавта к одному из четырех типов вегетативной регуляции: парасимпатический - рI>рII, рIII и pIV, нормотонический - pII>pI, pIII и pIV, смешанный - pIII>pI, pII и pIV и симпатотонический - pIV>pI, pII и pIII.

Апостериорные вероятности p вычисляют по следующим формулам:

рI=exp kI/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pII=exp kII/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pIII=exp kIII/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pIV=exp kIV/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV).

Было выделено 4 типа вегетативной регуляции в условиях космического полета: I тип (рI) - ваготонический, II (рII) - нормотонический, III (pIII) - промежуточный, нормо-симпатотонический, IV (pIV) - симпатотонический.

Далее классифицированный для данного космонавта тип регуляции учитывают при оценке его функционального состояния.

Для оценки функционального состояния космонавта проводят запись ЭКГ в покое, измеряют длительность кардиоинтервалов RR и определяют по полученным данным, степень напряжения СН регуляторных механизмов и их функциональный резерв ФР по уравнению канонической дискриминантной функции:

СН-0,140*ЧСС-0,165*9I-1,293*pNN50+0,623*HF%;

ФР=-0,112*ЧСС-1,006*SI-0,047*pNN50-0,086*HF%;

где

ЧСС - частота сердечных сокращений;

SI=АМо/(2Мо*MxDMn), где Амо, амплитуда моды - это число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в % к объему выборки; вариационный размах MxDMn отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряду, вычисляется по разности максимального Мх и минимального Мn значений кардиоинтервалов, выражается в мс; Мо, мода - это наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряде значение кардиоинтервала, выражается в мс;

pNN50 - процентное отношение NN-интервалов, разностные характеристики которых х_i-х_i-1>50 мс, к общему количеству NN-интервалов, полученное за весь период записи.

HF% - мощность спектра в частотном диапазоне Δf_HF в процентном отношении ко всему диапазону:

,

где ТР суммарная мощность спектра ТР=HF+LF+VLF, а мощность спектра HF (суммарная мощность в частотном диапазоне Δf_HF) вычисляют по формуле:

где L₁ и L₂ - номера спектральных оценок, соответствующих границам диапазона Δf_HF.

Мощности спектров LF, VLF (в частотных диапазонах Δf_Lf, Δf_vlf) вычисляют аналогично, после чего корректируют ФР и СН,

ФРкI=ФР-1,057

ФРкII=ФР-0,717

ФРкIII=ФР-0,477

ФРкIV=ФР+0,083

СНкI=СН+2,982

СНкII=СН+0,682

СНкIII=СН-0,218

СНк IV=СН-0,618

Полученные скорректированные значения ФРк и СНк подставляют в уравнения дискриминантных функций для идентификации 5 классов состояний: 1 - тяжелые патологические, 2 - патологические, 3 - преморбидные, 4 - донозологические, 5 - норма (m1-m5),

m1=-935,33-30,818*ФРк-3,647*СНк;

m2=-26,195-4,9126*ФРк+0,0752*СНк;

m3=-4,1884-1,429*ФРк+0,718*СНк;

m4=-1,4238+0,0319*ФРк+0,7384*СНк;

m5=-1,7069+0,9762*ФРк-0,3592*СНк;

Подставляют полученные значения дискриминантных функций m1-m5 в уравнения для расчета апостериорных вероятностей.

Апостериорные вероятности p вычисляют по следующим формулам:

p1=exp m1/(exp m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р2=ехр m2/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р3=ехр m3/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р4=ехр m4/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р5=ехр m5/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

Определяют риск развития тяжелых патологических состояний при значении функции р1>р2, р3, р4 и р5, риск развития патологических состояний при значении функции р2>р1, р3, р4 и р5, риск развития преморбидных состояний при значениях функции р3>р1, р2, р4 и р5, риск развития донозологических состояний, при значениях функции р4>р1, р2, р3 и р5, а при значениях функции р5>р1, р2, р3 и р4 диагностируют нормальную реакцию организма.

Способ осуществляют следующим образом

1. После окончания острого периода адаптации к невесомости [10], в покое в течение 5-10 минут проводят запись ЭКГ и измеряют длительность кардиоинтервалов RR.

ЭКГ у космонавтов записывают с помощью любой аппаратуры, позволяющей проводить регистрацию ЭКГ и выделять из нее длительности кардиоинтервалов (время между соседними R-зубцами ЭКГ). Используется бортовой комплекс для медконтроля «Гамма», приборы «Пульс», «Пневмокард» и т.д.

2. Затем определяют тип вегетативной регуляции в условиях космического полета с вычислением значений дискриминантных функций kI-kIV и последующим расчетом значений апостериорных вероятностей pI-pIV по следующим формулам:

kI=-109,864+1,116*STRESS+0,768*RMSSD+1,792*SDNN-1,92*CV;

kII=92,225+1,110*STRESS+0,754*RMSSD+1,221*SDNN+1,8501*CV;

kIII=-104,534+1,231*STRESS+0,665*RMSSD+1,177*SDNN+3,267*CV;

kIV=-174,249+1,625*STRESS+1,031*RMSSD+1,429*SDNN+2,946*CV;

где

STRESS=AMo/(2Mo*MxDMn), где Амо, амплитуда моды - это число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в % к объему выборки; вариационный размах MxDMn отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряду, вычисляется по разности максимального Мх и минимального Мn значений кардиоинтервалов, выражается в мс; Мо, мода - это наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряде значение кардиоинтервала, выражается в мс;

RMSSD - квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар интервалов NN (нормальных интервалов RR).

;

SDNN - суммарный показатель вариабельности величин интервалов RR за весь рассматриваемый период (NN означает ряд нормальных интервалов "normal to normal" с исключением экстрасистол), - определяется как корень квадратный из дисперсии выражается в мс;

CV - коэффициент вариации, выражается в %

где М - среднее значение интервалов RR.

Далее по полученным данным с использованием уравнений дискриминантных функций рассчитывают значения апостериорных вероятностей - критериальные оценки для отнесения космонавта к одному из четырех типов вегетативной регуляции: парасимпатический pI>pII, pIII и pIV, нормотонический pII>pI, pIII и pIV, смешанный pIII>pI, pII и pIV и симпатотонический pIV>pI, pII и pIII.

Апостериорные вероятности p вычисляются по следующим формулам:

рI=exp kI/(exp kI+exp kII+exp k III+exp kIV);

pII=exp kII/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pIII=exp kIII/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pIV=exp kIV/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV).

Далее классифицированный для данного космонавта тип регуляции учитывают при оценке его функционального состояния.

Необходимость определения индивидуального типа вегетативной регуляции вызвана тем, что выраженность (сила и скорость) адаптационных реакций зависят от типа регуляции. Как показали наши исследования, реакции системы вегетативной регуляции имеют выраженный индивидуальный характер [11]. У космонавтов, совершавших повторные полеты тип вегетативной регуляции сохраняется в разных полетах. Такая устойчивость реакций дает основание для выделения типов вегетативной регуляции во время космического полета и для разработки индивидуальных оценочных критериев в зависимости от типа регуляции.

Проведение кластерного анализа по основным показателям ВСР позволяет выделить 4 класса по типу вегетативной регуляции в условиях космического полета (фиг.1). Эти классы достоверно отличаются по показателям ЧСС, SI, SDNN, CV, и RMSSD, то есть по степени напряжения регуляторных систем и уровню сердечно-сосудистого гомеостаза (см. фиг.1). Существенно важно и то, что тип реагирования системы вегетативной регуляции в условиях космического полета сохраняется и при повторных полетах [11].

Необходимость учета типа вегетативной регуляции неоднократно описывалась и раньше. Тип вегетативной регуляции оценивается как в состоянии покоя, так и при различных пробах. A.M.Вейн с соавторами [14] рекомендует при диагностике и лечении вегето-сосудистой дистонии учитывать исходный тип вегетативной регуляции: ваготонический, нормотонический и симпатотонический. Игишева и Галлеев [9] определяют сначала тип регуляции, а затем проводят оценку функционального состояния у детей. Но в условиях космического полета типы вегетативной регуляции были выделены впервые [11].

3. Определяют по полученным данным анализа вариабельности сердечного ритма в покое степень напряжения СН регуляторных механизмов и их функциональный резерв ФР по уравнению канонической дискриминантной функции:

СН=0,140*ЧСС-0,165*SI-1,293*pNN50+0,623*HF%;

ФР=-0,112*ЧСС-1,006*SI-0,047*pNN50-0,086*HF%;

где

ЧСС - частота сердечных сокращений.

SI=АМо/(2Мо*MxDMn), где Амо, амплитуда моды - это число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в % к объему выборки; вариационный размах MxDMn отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряду, вычисляется по разности максимального Мх и минимального Мn значений кардиоинтервалов, выражается в мс; Мо, мода - это наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряде значение кардиоинтервала, выражается в мс.

pNN50 - процентное отношение NN-интервалов, разностные характеристики которых х_i-х_i-1>50 мс, к общему количеству NN-интервалов, полученное за весь период записи.

HF% - мощность спектра в частотном диапазоне Δf_HF в процентном отношении ко всему диапазону:

где ТР - суммарная мощность спектра ТР=HF+LF+VLF, а мощность спектра НF (суммарная мощность в частотном диапазоне Δf_HF) вычисляется по формуле:

где L₁ и L₂ - номера спектральных оценок, соответствующих границам диапазона Δf_HF. Мощности спектров LF, VLF (в частотных диапазонах Δf_LF, Δf_VLF) вычисляют аналогично.

Затем корректируют с учетом типа регуляции критериальные оценки состояний космонавтов ФРк и СНк. Из реальных значений ФР и СН в зависимости от типа, к которому отнесен конкретный космонавт, вычитают следующие значения (см. фиг.2).

Такая коррекция критериальных оценок функционального состояния для космонавтов в заявке описывается впервые.

Полученные (скорректированные с учетом типа вегетативной регуляции) значения ФРк и СНк подставляют в уравнения дискриминантных функций для идентификации 5 классов состояний: 1 - тяжелые патологические, 2 - патологические, 3 - преморбидные, 4 - донозологические, 5 - норма (m1 -m5).

m1=-935,33-30,818*ФРк-3,647*СНк;

m2=-26,195-4,9126*ФРк+0,0752*СНк;

m3=-4,1884-1,429*ФРк+0,718*СНк;

m4=-1,4238+0,0319*ФРк+0,7384*СНк;

m5=-1,7069+0,9762*ФРк-0,3592*СНк.

Затем определяют риск развития тяжелых патологических состояний при значении функции р1>р2, р3, р4 и р5, риск развития патологических состояний при значении функции р2>р1, р3, р4 и р5, риск развития преморбидных состояний при значениях функции р3>р1, р2, р4 и р5, риск развития донозологических состояний, при значениях функции р4>р1, р2, р3 и р5, а при значениях функции р5>р1, р2, р3 и р4 диагностируют нормальную реакцию организма.

Для этого подставляем полученные значения дискриминантных функций m1 - m5 в уравнения для расчета апостериорных вероятностей.

Апостериорные вероятности p вычисляются по следующим формулам:

р1=exp m1/(exp m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р2=ехр m2/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р3=ехр m3/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р4=ехр m4/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р5=ехр m5/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5).

Для оценки функционального состояния по показателям СН и ФР используется фазовая плоскость с координатами СН и ФР (см. фиг.3).

Группы лиц с различными функциональными состояниями располагаются на фазовой плоскости таким образом, что физиологическая норма характеризуется положительными значениями ФР и отрицательными значениями СН. Центр этой группы находится в нижнем правом квадранте фазовой плоскости. Остальные группы расположены в других квадрантах:

донозологические состояния - в верхнем правом квадранте, преморбидные состояния - в верхнем левом квадранте, патологические состояния - в нижнем левом квадранте. Таким образом, функциональное состояние каждого человека определяется числовыми значениями координат СН и ФР [6].

К настоящему времени накоплен достаточный объем полетных материалов, что позволяет провести расчет апостериорных вероятностей отнесения каждого конкретного случая к одному из четырех описанных выше функциональных состояний по показателям ФР и СН. Принадлежность к конкретному классу состояний определяется по наибольшей вероятности. При этом имеются и оценки вероятности других функциональных состояний. Таким образом, сами значения апостериорных вероятностей могут использоваться в качестве оценочных критериев. Для практики космических полетов наиболее существенно то, что расстройства нейрогуморального оптимума, проявляющиеся и в изменениях показателей вариабельности сердечного ритма, значительно опережают по времени метаболические и структурные нарушения [8].

Таким образом, в ходе длительного полета достоверно изменяется функциональное состояние организма космонавтов. Сохранение сердечно-сосудистого гомеостаза на оптимальном уровне требует активной перенастройки регуляторных механизмов, что подтверждается данными корреляционного и факторного анализа [4, 15]. При этом четко выявляются стадии адаптации к воздействию комплекса факторов космического полета. Если в начальный период полета (первый месяц) вегетативный баланс смещен в сторону усиления активности механизмов автономной регуляции, то затем в процесс адаптации все более активно включаются центральные уровни управления физиологическими функциями. Поэтому индивидуальный тип вегетативной регуляции, сложившийся в ходе полета, должен учитываться при оценке состояния человека.

Донозологическое состояние при значительном снижении функциональных резервов и выраженном напряжении регуляторных систем может перейти в преморбидное состояние, которое является показателем высокого риска развития патологического состояния и дезадаптации. Уже при появлении донозологического состояния риск развития патологии возрастает по сравнению с состоянием физиологической нормы. При высокой вероятности преморбидного состояния риск развития патологии еще более возрастет. Мы ввели 10 условных категорий риска развития патологии. Чем выше категория риска, тем больше риск развития патологии. На фиг.3 дана схема определения риска развития патологии в космическом полете на основе расчета вероятности различных функциональных состояний.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

1). Определение типа вегетативной регуляции. У космонавта (мужчина 37 лет) проводилась регистрация ЭКГ в течение 10 минут в состоянии покоя каждый раз на 1-3 месяцах полета (32 и 57 сутки полета), когда острый период адаптации к условиям невесомости уже закончился.

1.1. По результатам записи ЭКГ в покое и анализа вариабельности сердечного ритма получили следующие показатели: STRESS (ИН), RMSSD, SDNN и CV (Фиг.4).

1.2. Подставляем их в уравнения дискриминантных функций для определения типа вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы в условиях космического полета.

kI=-109,864+1,116*STRESS+0,768*RMSSD+1,792*SDNN-1,92*CV.

kII=-92,2249+1,1101*STRESS+0,7539*RMSSD+1,2209*SDNN+1,8501*CV.

kIII=-104,534+1,231*STRESS+0,665*RMSSD+1,177*SDNN+3,267*CV.

kIV=-174,249+1,625*STRESS+1,031*RMSSD+1,429*SDNN+2,946*CV.

См. Фиг.5.

1.3. Подставляем полученные значения дискриминантных функций в уравнения для расчета апостериорных вероятностей.

Апостериорные вероятности p вычисляются по следующим формулам:

рI=exp kI/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pII=exp kII/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pIII=exp kIII/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);

pIV=exp kIV/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV).

Получаем следующие значения вероятностей отнесения к каждому из типов регуляции (Фиг.6).

Видно, что по результатам всех исследований данный космонавт относится к III типу вегетативной регуляции (симпатотоническому).

2). Коррекция нормативных значений критериев оценки (ФР и СН) в зависимости от типа вегетативной регуляции.

У данного космонавта в результате расшифровки ЭКГ и анализа вариабельности сердечного ритма были определены следующие показатели вариабельности сердечного ритма на разных этапах полета. Фиг.7.

По этим значениям рассчитываются следующие критериальные оценки функционального состояния космонавта:

СН=0,140*ЧСС-0,165*SI-1,293*pNN50+0,623*HF%;

ФР=-0,112*ЧСС-1,006*SI-0,047*pNN50-0,086*HF%.

Для коррекции критериальных значений в данном конкретном примере будут использоваться поправочные коэффициенты для III типа (Фиг.8).

3). Определение функционального состояния по решающим правилам на основе дискриминантных функций с вычислением апостериорных вероятностей.

3.1. Используются полученные на предыдущем шаге, скорректированные для III типа регуляции показатели ФРк и СНк (Фиг.9).

3.2. Данные значения подставляются в уравнения дискриминантных функций для идентификации 5 классов состояний (1 - тяжелые патологические, 2 - патологические, 3 - преморбидные, 4 - донозологические, 5 - норма).

m1=-935,33-30,818*ФРк-3,647*СН;

m2=-26,195-4,9126*ФРк+0,0752*СН;

m3=-4,1884-1,429*ФРк+0,718*CH;

m4=-1,4238+0,0319*ФРк+0,7384*CH;

m5=-1,7069+0,9762*ФРк-0,3592*CH.

См. Фиг.10.

4). Вычисление апостериорных вероятностей развития каждого из 4-х классов функциональных состояний. Подставляем полученные значения дискриминантных функций в уравнения для расчета апостериорных вероятностей.

Апостериорные вероятности p вычисляются по следующим формулам:

p1=exp m1/(exp m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р2=ехр m2/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р3=ехр m3/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р4=ехр m4/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);

р5=ехр m5/(ехр m1+ехр m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5).

См. Фиг.11.

5). Оценка категории риска развития патологии. Из полученных значений вероятностей видно, что состояние данного космонавта во время всего полета относится к группе нормы, за исключение 1 и 5 месяцев полета, когда по результатам 1-го из 2-х пятиминутных обследований его состояние относилось к донозологическим. Соответственно состояние космонавта можно оценить как наличие 1-й и 3-й категорий риска развития патологических состояний (согласно фиг.12).

Действительно, исследование традиционными методами состояния этого космонавта показало полную корреляцию прогностических данных с реальными, полученными в конкретный промежуток времени.

Пример 2.

Способ вероятностной оценки функционального состояния организма и риска развития патологии (дезадаптации) в условиях космического полета был апробирован для оценки результатов исследований у членов экипажей МКС. По результатам анализа ВСР на последних месяцах полета (5-й и 6-й), согласно описанному алгоритму с учетом типа регуляции были рассчитаны показатели функциональных резервов (ФР) и степени напряжения (СН), вероятностные оценки и определены категории риска. Были выделены 3 группы риска патологии (фиг.13) по категориям риска и их динамике. Первая группа характеризовалась стабильно низким риском (1-2 категории) и достоверно более высокими функциональными резервами и более низкой степенью напряжения. Во 2-й и 3-й группах встречались более высокие категории риска (1-4 категории), были снижены функциональные резервы и повышена степень напряжения, но они отличались направленностью (трендом) изменения риска к концу полета: снижение категории риска во 2-й группе и повышение - в 3-й группе.

Оценка категории риска у членов экипажей МКС в конце полета (5-6 месяц) подтвердилась при проведении активной ортостатической пробы. Сравнение данных послеполетных исследований с выполнением активной ортопробы (фиг.14) до полета и в период реадаптации (3-4 сутки после посадки) показало, что выделенные с помощью вероятностного подхода группы риска существенно отличаются по функциональному состоянию в покое (лежа) и при выполнении активной ортостатической пробы (стоя). У космонавтов из третьей группы риска, результаты исследования которых в конце полета показали не только снижение функциональных резервов и повышение степени напряжения, но и отрицательную динамику состояния, на 3-4 сутки после посадки во время выполнения активной ортопробы достоверно выше ЧСС (фиг.14А), выше SI (фиг.14Б) и ниже ТР (фиг.14Г) в положении лежа и стоя. Также очень важно, что у космонавтов из третьей группы риска наблюдается существенно иная реакция вазомоторного центра на изменение положения тела. В этой группе относительная мощность LF (фиг.14В) компонента спектра (показатель активности вазомоторного центра) снижается при переходе из положения «лежа» в положение «стоя». В норме переход из положения "лежа" в положение "стоя" ведет к значительному увеличению мощности в этом диапазоне колебаний ВСР. Это означает, что процесс регуляции артериального давления осуществляется при участии неспецифических механизмов путем активации симпатического отдела вегетативной нервной системы. Такая реакция на ортостатическую нагрузку у космонавтов из третьей группы риска дополнительно свидетельствует о снижении их функциональных возможностей в период реадаптации.

Краткое описание фигур чертежей.

Фиг.1. Значения ЧСС (уровень функционирования системы кровообращения) и RMSSD (активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы) в разных классах вегетативной регуляции у космонавтов во время длительных космических полетов на ОС «Мир».

Фиг.2. Коррекция нормативных значений критериев оценки (ФР и СН) в зависимости от типа вегетативной регуляции.

Фиг.3. Пространство состояний, формируемое по результатам анализа ВСР с помощью метода фазовой плоскости, и средние значения показателей СН и ФР для каждого из классов нормативной группы (по данным [6]).

Фиг.4. Показатели: STRESS (ИН), RMSSD, SDNN и CV в зависимости от месяца полета.

Фиг.5. Рассчитанные значения дискриминантных функций в зависимости от месяца полета.

Фиг.6. Значения вероятностей отнесения к каждому из типов регуляции.

Фиг.7. Зависимость показателей ВСР от месяца полета.

Фиг.8. Зависимость показателей ФР и СН от месяца полета.

Фиг.9. Зависимость показателей ФРк и СНк от месяца полета.

Фиг.10. Зависимость рассчитанных значений дискриминантных функций от месяца полета.

Фиг.11. Зависимость рассчитанных значений апостериорных вероятностей от месяца полета.

Фиг.12. Десять категорий риска развития патологии при воздействии на организм комплекса стрессорных факторов космического полета. (Фн - физиологическая норма, Д - донозологические, Пр - преморбидные, Пат - патологические состояния).

Фиг.13. Группы риска по данным анализа ВСР у членов экипажей МКС в конце полета (5-6 месяцы).

Фиг.14. Результаты активной ортостатической пробы до полета и в период реадаптации (3-4 сутки после посадки) в группах риска, выделенных в конце 6-ти месячного полета по результатам анализа ВСР, у членов экипажей МКС (* - отличие от 1-й группы, ** - отличие от 2-й группы, р≤0,05). А - ЧСС; Б - Stress; В - LF; Г - ТР.

Список литературы

1. Баевский P.M., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем. Вестник аритмологии, 2001, 24, с.69-85.

2. Баевский P.M., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. М.: Медицина, 1997, 236 с.

3. Баевский P.M. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М.: Медицина, 1979, 296 с.

4. Баевский Р.М, Никулина Г.А, Фунтова И.И., Черникова А.Г. Вегетативная регуляция кровообращения. В кн. Орбитальная станция «Мир», т.2, 2000, с.36-68.

5. Баевский P.M. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине. - Физиология человека, 2001, №2, с.34-43.

6. Баевский P.M., Черникова А.Г. К проблеме физиологической нормы: Математическая модель функциональных состояний на основе анализа вариабельности сердечного ритма. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2002, №6, с.11-17.

7. Баевский P.M., Берсенева А.П. Введение в лонозологическую диагностику. М., Слово, 2008, 216 с.

8. Григорьев А.И., Баевский P.M. Концепция здоровья и космическая медицина. М.: "Слово", 2007, 208 с.

9. Патент на изобретение №2200456 / Способ оценки функционального состояния по сердечному ритму. / Игишева Л.Н., Галлеев А.Р.. - М., 2000.

10. Григорьев А.И., Егоров А. Д. Длительные космические полеты. // Космическая биология и медицина. Совместное российско-американское издание в 5 томах./ Под общей ред. О.Г.Газенко, А.И.Григорьева, А.Е.Никогосяна и С.Р.Молера. М.: Наука, 1997. Т. III, Кн. 2. С.368-447.

11. Баевский P.M., Черникова А.Г., Фунтова И.И. Оценка функционального состояния и типа вегетативной регуляции системы кровообращения в условиях космического полета по данным анализа вариабельности сердечного ритма. - В сб.: Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы. М., 2005, с.310-318.

12. Гончаров И.Б., Ковачевич И.В., Жернавков Я.Ф. Анализ заболеваемости в космическом полете. // Космическая биология и медицина. Совместное российско-американское издание в 5 томах./ Под общей ред. О.Г.Газенко, А.И.Григорьева, А.Е.Никогосяна и С.Р.Молера. М.: Наука, 1997. Т. IV, с.с.145-164.

13. Никогосян А.Е., Баевский P.M. Медицинский контроль в полете, включая внекорабельную деятельность. // Космическая биология и медицина. Совместное российско-американское издание в 5 томах./ Под общей ред. О.Г.Газенко, А.И.Григорьева, А.Е.Никогосяна и С.Р.Молера. М.: Наука, 1997. Т. IV. c.c.102-144.

14. Вейн A.M., Соловьева А.Д., Колосова О.А. Вегетососудистая дистония. М.: Медицина, 1981.

15. Баевский Р.М, Фунтова И.И., Черникова А.Г. Анализ вариабельности сердечного ритма и оценка донозологических состояний в длительных космических полетах. // 5-й Всероссийский симпозиум «Медленные колебательные процессы в организме человека», Новокузнецк. 15-18 мая 2007.

1. Способ оценки риска развития донозологических, преморбидных и патологических состояний в длительном космическом полете, включающий обследование космонавта, запись ЭКГ и вынесение суждения на основании результатов исследования, отличающийся тем, что запись ЭКГ проводят в покое в течение 5-10 мин по окончании острого периода адаптации к невесомости, подсчитывают количество кардиоциклов, измеряют длительность кардиоинтервалов RR и определяют тип вегетативной регуляции в условиях космического полета с вычислением значений дискриминантных функций (kI-kIV) и последующим расчетом значений апостериорных вероятностей по следующим формулам:
kI=-109,864+1,116·STRESS+0,768·RMSSD+1,792·SDNN-1,92·СV;
kII=-92,2249+l,1101·STRESS+0,7539·RMSSD+1,2209·SDNN+1,8501·CV;
kIII=-104,534+1,231·STRESS+0,665·RMSSD+1,177·SDNN+3,267·CV;
kIV=-174,249+1,625·STRESS+1,031·RMSSD+1,429·SDNN+2,946·CV;
где
STRESS=AMo/(2Mo·MxDMn), где АМо - амплитуда моды - это число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в % к объему выборки; вариационный размах MxDMn отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряду, вычисляется по разности максимального (Мх) и минимального (Mn) значений кардиоинтервалов, выражается в мс; Мо, мода - это наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряду значение кардиоинтервала, выражается в мс;
RMSSD - квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар интервалов NN нормальных интервалов RR:

SDNN - суммарный показатель вариабельности величин интервалов RR за весь рассматриваемый период NN - означает ряд нормальных интервалов "normal to normal" с исключением экстрасистол, определяется как корень квадратный из дисперсии, выражается в мс;
CV - коэффициент вариации, выражается в %:
,
где М - среднее значение интервалов RR;
далее по полученным данным с использованием уравнений дискриминантных функций kI-kIV рассчитывают значения апостериорных вероятностей - критериальные оценки для отнесения космонавта к одному из четырех типов вегетативной регуляции: парасимпатический pI>pII, pIII и pIV, нормотонический pII>pI, pIII и pIV, смешанный рIII>рI, рII и pIV и симпатотонический pIV>pI, рII и рIII, апостериорные вероятности р вычисляются по следующим формулам:
pI=exp kI/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);
pII=exp II/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);
pIII=exp kIII/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);
pIV=exp kIV/(exp kI+exp kII+exp kIII+exp kIV);
затем определяют по полученным данным степень напряжения СН регуляторных механизмов и их функциональный резерв ФР по уравнению канонической дискриминантной функции:
CH=0,140·ЧCC-0,165·SI-1,293·pNN50+0,623·HF%;
ФР=-0,112·ЧСС-1,006·SI-0,047·pNN50-0,086·HF%;
где
ЧСС - частота сердечных сокращений;
SI=AMo/(2Mo·MxDMn), где АМо - амплитуда моды - это число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в % к объему выборки;
вариационный размах MxDMn отражает степень вариативности значений кардиоинтервалов в исследуемом динамическом ряду, вычисляется по разности максимального Мх и минимального Мn значений кардиоинтервалов, выражается в мс;
Мо, мода - это наиболее часто встречающееся в данном динамическом ряду значение кардиоинтервала, выражается в мс;
pNN50 - процентное отношение NN-интервалов, разностные характеристики которых X_i-X_i-1>50 мс, к общему количеству NN-интервалов, полученное за весь период записи, HF% - мощность спектра в частотном диапазоне Δf_HF в процентном отношении ко всему диапазону:
,
где ТР - суммарная мощность спектра TP=HF+LF+VLF, a мощность спектра HF - суммарная мощность в частотном диапазоне Δf_{HF -} вычисляется по формуле:

где L_HF1, и L_HFr - номера спектральных оценок, соответствующих границам диапазона Δf_HF;
после чего корректируют ФР и СН в соответствии с определенным на предыдущем шаге типом вегетативной регуляции:
ФРкI=ФР-1,057;
ФРкII=ФР-0,717;
ФРкIII-ФР-0,477;
ФРкIV=ФР+0,083;
CHKI=CH+2,982;
СНкII=СН+0,682;
СНкIII=СН-0,218;
СНкIV=СН-0,618;
полученные скорректированные значения ФРк и СНк подставляются в уравнения дискриминантных функций для идентификации 5 классов состояний: 1 - тяжелые патологические, 2 - патологические, 3 - преморбидные, 4 - донозологические, 5 - норма m1-m5:
m1=-935,33-30,818·ФРк-3,647·CНк;
m2=-26,195-4,9126·ФРк+0,0752·СНк;
m3=-4,1884-1,429·ФРк+0,718·СНк;
m4=-1,4238+0,0319·ФРк+0,7384·СНк;
m5=-1,7069+0,9762·ФРк-0,3592·СНк;
полученные значения дискриминантных функций m1-m5 используют в уравнениях для расчета апостериорных вероятностей:
p1=exp m1/(exp m1+exp m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);
р2=ехр m2/(ехр m1+exp m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);
р3=ехр m3/(ехр m1+exp m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);
р4=ехр m4/(ехр m1+exp m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);
р5=ехр m5/(ехр m1+exp m2+ехр m3+ехр m4+ехр m5);
и определяют риск развития тяжелых патологических состояний при значении функции р1>р2, р3, р4 и р5, риск развития патологических состояний при значении функции р2>р1, р3, р4 и р5, риск развития преморбидных состояний при значениях функции р3>р1, р2, р4 и р5, риск развития донозологических состояний при значениях функции р4>р1, р2, р3 и р5, а при значениях функции р5>р1, р2, р3 и р4 диагностируют нормальную реакцию организма.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окончание периода острой адаптации к невесомости определяют на 31-74 день полета.