Медицинские информационные системы: многомерный анализ медицинских и экологических данных

Арсений Михайлович Лушнов, Михаил Степанович Лушнов

Медицинские информационные системы: многомерный анализ медицинских и экологических данных

Перечень сокращений и условных обозначений

Сокращенное наименование – Полное наименование

МП – магнитное поле

ГМП – геомагнитное поле

ЭМ – электромагнитное

ЭМП – электромагнитное поле

ЭМПСИ – электромагнитное поле сверхнизкой интенсивности

ПеМП – переменное МП

СВЧ – сверхвысокочастотный

СНЧ – сверхнизкочастотное

ГМБ – геомагнитная буря

КГФ – космогеофизические факторы

КНЧ – крайненизкочастотный

МБ – магнитная буря

ММП – межпланетное магнитное поле

ПМП – постоянное магнитное поле

ОЧСП, SunSpt – относительное число солнечных пятен

ППСР3000 – плотность потока солнечного радиоизлучения на частоте 3000 МГц

СА – солнечная активность, описываемая двумя параметрами: ОЧСП и ППСР3000

SF2800 – плотность потока радиоизлучения Солнца на частоте 2800 МГц (длине волны 10,7 см)

HSun – величина магнитного поля Солнца как звезды

КЛ220 – нейтронная компонента космических лучей на высоте 220 м над уровнем моря

ГИКЛ – глобальная интенсивность космических лучей

ВСИКЛ – вертикальная составляющая ГИКЛ

КЛ – космические лучи: КЛ220, ГИКЛ, ВСИКЛ

ШАЛ – широкий атмосферный ливень элементарных частиц в атмосфере

ЯМР – ядерно-магнитный резонанс

ЭПР – электронный парамагнитный резонанс

F2 – слой F2 ионосферы

ES – электронный слой слоя Е ионосферы

МПЧ – максимально применимая частота радиоволн

M(3000)F2 – коэффициент, характеризующий МПЧ слоя F2

f0F2 – критическая частота слоя F2 ионосферы

f0ES – предельная частота слоя ES ионосферы

fmin – наименьшая частота отражения от ионосферы

h'F – минимально действующая высота (км) отражения от слоя F ионосферы в целом

ИП – ионосферные параметры: M(3000)F2, f0F2, f0ES, fmin, h'F

Kp69 – 3-часовой Kp-индекс геомагнитной активности на 6–9 ч.

KpSum – сумма восьми Kp-индексов за день

Ap69 – 3-часовой Ap-индекс геомагнитной активности на 6–9 ч.

ApMean – среднее арифметическое восьми Ap-индексов за сутки

Cp – качественная оценка общего уровня геомагнитной активности текущего дня (измеряется по десятибалльной шкале)

Grav – гравитация – вычисленная компонента потенциала приливообразующей силы планет Солнечной системы

МК, R – множественная корреляция

T2 – квадрат многомерной статистики Хотеллинга

F-ст. – статистика Фишера

N или n – объем выборки

ФС – функциональное состояние

ВП – вызванный потенциал головного мозга

ЗВП – зрительный ВП

РТ – реакция тренировки

ПРТ – реакция подобия РТ

ЗСА – зона спокойной активации

ПЗСА – реакция подобия ЗСА

ЗПА – зона повышенной активации

ПЗПА – реакция подобия ЗПА

ОС – острый стресс

ПОС – реакция подобия ОС

ХС – хронический стресс

ПХС – реакция подобия ХС

СОЭ – скорость оседания эритроцитов крови

ГЕМ – содержание гемоглобина в крови в г %

ЭРИТ – содержание эритроцитов крови в млн в 1 мм3

ЛЕЙК – количество лейкоцитов крови в тысячах в 1 мм3

ЭОЗ – процентное содержание эозинофилов крови

ПАЛ – процентное содержание палочкоядерных нейтрофилов крови

СЕГ – процентное содержание сегментоядерных нейтрофилов крови

НЕЙТ – процентное содержание суммы СЕГ и ПАЛ крови

ЛИМ – процентное содержание лимфоцитов крови

МОН – процентное содержание моноцитов крови

БАЗ – процентное содержание базофилов крови

ЛГ – лейкограмма: ЛЕЙК, ЭОЗ, ПАЛ, СЕГ, БАЗ, МОН, ЛИМ

КФ – критериальная функция

КФЛГ – десятичный логарифм КФ лейкограммы

КФФ – десятичный логарифм КФ ферментов

КФЭ – десятичный логарифм КФ ионного баланса

БХП – биохимические параметры

КФБХП – десятичный логарифм КФ БХП

АЛТ – аланинаминотрансфераза

АСТ – аспартатаминотрансфераза

ЛДГ – лактатдегидрогеназа

ЩФ – щелочная фосфатаза

КиФ – кислая фосфатаза

ХЭ – холинэстераза

Трип – трипсин

ИнгТ – ингибитор трипсина

ГГТП – гамма-глютамилтранспептидаза

FeНа – железосодержащие насыщенные сыворотки крови

FeНеНа – железосодержащие ненасыщенные сыворотки крови

ЧСС – частота сердечных сокращений

ЭЭГ – электроэнцефалограмма

СМИЛ – cтандартизированный метод исследования личности

MMPI – многопрофильный личностный Миннесотский опросник

Шкала L – шкала лжи

Шкала F – шкала надежности

Шкала K – шкала коррекции

Шкала 1 – шкала сверхконтроля (ипохондрии)

Шкала 2 – шкала депрессии

Шкала 3 – шкала эмоциональной лабильности (истерии)

Шкала 4 – шкала импульсивности (психопатии)

Шкала 5 – шкала мужественности – женственности

Шкала 6 – шкала ригидности (паранойи)

Шкала 7 – шкала тревожности (психастении)

Шкала 8 – шкала индивидуалистичности (шизофрении)

Шкала 9 – шкала оптимизма и активности (гипомании)

Шкала 0 – шкала интроверсии – экстраверсии (шкала социальной интроверсии)

КФ_10 – логарифм критериальной функции, вычисленный по 10 основным шкалам (шкалы 1–9, 0)

КФ_13 – логарифм критериальной функции, вычисленный по всем 13 шкалам теста MMPI

ТПГГ – территориальная программа государственных гарантий

МИС – медицинская информационная система

Перечень сокращений к сведениям о смертности и ТПГГ в районах Ленинградской области

Сокращенное наименование // Полное наименование // Единица измерения

насел // Все население (чел) // человек

См_общая // Смертность: общая на 100 000 населения // Случаев на 100 тыс. чел. населения

См_БСК // Смертность по причинам: БСК на 100 000 населения // Случаев на 100 тыс. чел. населения

См_ЗНО // Смертность по причинам: злокачественные новообразования на 100 000 населения // Случаев на 100 тыс. чел. населения

См_ ВнПр // Смертность по причинам: внешние причины на 100 000 населения // Случаев на 100 тыс. чел. населения

См_ДТП // Смертность по причинам: в результате ДТП на 100 000 населения // Случаев на 100 тыс. чел. населения

См_Пищев // Смертность по причинам: болезни пищеварительной системы на 100 000 населения // Случаев на 100 тыс. чел. населения

См_Дыхан // Смертность по причинам: болезни органов дыхания на 100 000 населения // Случаев на 100 тыс. чел. населения

См_ТрВоз // Смертность: в трудоспособном возрасте на 100 000 трудоспособного населения // Случаев на 100 тыс. чел. трудоспособного населения

См_матер // Смертность: материнская на 100 000 родившихся живыми // Случаев на 100 тыс. родившихся живыми

См_млад // Смертность: младенческая на 1 000 родившихся живыми // Случаев на 1 тыс. родившихся живыми

ЗП_Всего // Среднемесячная зарплата: на 1 физ. лицо работающих в здравоохранении – всего // руб.

ЗП_Врачи // Среднемесячная зарплата: на 1 физ. лицо работающих в здравоохранении – врачи // руб.

ЗП_СрМП // Среднемесячная зарплата: на 1 физ. лицо работающих в здравоохранении – средний медперсонал // руб.

1ж_к_дни // Объемы медпомощи на 1 жителя (без платных, ДМС, сестр. ухода): стационар // койко-дни

1ж_Дсдни // Объемы медпомощи на 1 жителя (без платных, ДМС, сестр. ухода): ДС – дни // дни

1ж_посещ // Объемы медпомощи на 1 жителя (без платных, ДМС): АПУ – посещения // посещения

1ж_вызов // Объемы медпомощи на 1 жителя (без платных): скорая // вызовы

Ст_К_дни // Стоимость ед. объема (без платных, ДМС, сестр. ухода): стационар // руб.

Ст_Дсдни // Стоимость ед. объема (без платных, ДМС, сестр. ухода): ДС – дни // руб.

Ст_посещ // Стоимость ед. объема (без платных, ДМС): АПУ – посещения // руб.

Ст_вызов // Стоимость ед. объема (без платных): скорая – вызовы // руб.

Об_койки // Обеспеченность круглосуточными койками // Коек на 10 тыс. чел. населения

Об_реани // Обеспеченность койками реанимации // Коек на 10 тыс. чел. населения

Об_восст // Обеспеченность койками восстановительного лечения // Коек на 10 тыс. чел. населения

Об_карди // Обеспеченность койками кардиологическими // Коек на 10 тыс. чел. населения

Об_уход // Обеспеченность койками сестринского ухода // Коек на 10 тыс. чел. населения

Ур_госпи // Уровень госпитализации на 100 жителей //

занятост // Среднегодовая занятость койки // дни

пребыв // средняя продолжительность пребывания на койке (без коек сестринского ухода) // дни

Шт_всего // Число работающих в учр. на 10 000 населения: всего – штатные должности // должностей

Зн_всего // Число работающих в учр. на 10 000 населения: всего – занятые должности // должностей

Фл_всего // Число работающих в учр. на 10 000 населения: всего – физические лица // чел.

Шт_врачи // Число врачей на 10 000 населения: штатные должности // должностей

Зн_врачи // Число врачей на 10 000 населения: занятые должности // должностей

Фл_врачи // Число врачей на 10 000 населения: физические лица // чел.

Фл_уч_вр // Число участковых врачей и ВОП на 10 000 населения – физические лица // чел.

Шт_срмед // Число ср. медперсонала на 10 000 населения: штатные должности // должностей

Зн_срмед // Число ср. медперсонала на 10 000 населения: занятые должности // должностей

Фл_срмед // Число ср. медперсонала на 10 000 населения: физические лица // чел.

Фл_уч_мс // Число участковых медсестер и медсестер ВОП на 10 000 населения – физические лица // чел.

Профосм // Доля населения, охваченного профосмотрами // %

См_до65 // Число случаев смерти в возрасте до 65 лет: всего // чел.

См_до65д // Число случаев смерти в возрасте до 65 лет: из них на дому // чел.

См_до65О // Число случаев смерти в возрасте до 65 лет: в том числе от ОИМ // чел.

См_до65И // Число случаев смерти в возрасте до 65 лет от инфаркта // чел.

См_до65П // Число случаев смерти в возрасте до 65 лет в первые сутки в стационаре // чел.

См_до65а // Число случаев смерти в возрасте до 65 лет: в первые сутки в стационаре от ОИМ // чел.

См_до65б // Число случаев смерти в возрасте до 65 лет: в первые сутки в стационаре от инсульта // чел.

См_до18 // Число случаев смерти в возрасте до 18 лет: всего // чел.

См_до18д // Число случаев смерти в возрасте до 18 лет: из всего – на дому // чел.

См_до18П // Число случаев смерти в возрасте до 18 лет: из всего – в первые сутки в стационаре // чел.

Удовлет // Удовлетворенность населения медпомощью (%) от числа опрошенных // %

ОФ_Ск_У // Объемы финансирования ТПГГ: Скорая помощь – утверждено на год // тыс. руб.

ОФ_Ск_И // Объемы финансирования ТПГГ: Скорая помощь – исполнено // тыс. руб.

ОФ_АПУ_У // Объемы финансирования ТПГГ: АПУ – утверждено на год // тыс. руб.

ОФ_АПУ_И // Объемы финансирования ТПГГ: АПУ – исполнено // тыс. руб.

ОФ_Стац_У // Объемы финансирования ТПГГ: стационар – утверждено на год // тыс. руб.

ОФ_Стац_И // Объемы финансирования ТПГГ: стационар – исполнено // тыс. руб.

ОФ_ДС_У // Объемы финансирования ТПГГ: Дневной стац. – утверждено на год // тыс. руб.

ОФ_ДС_И // Объемы финансирования ТПГГ: Дневной стац. – исполнено // тыс. руб.

ОФ_Пр_У // Объемы финансирования ТПГГ: Прочие виды – утверждено на год // тыс. руб.

ОФ_Пр_И // Объемы финансирования ТПГГ: Прочие виды – исполнено // тыс. руб.

ОФ_Сум_У // Объемы финансирования ТПГГ: ИТОГО – утверждено на год // тыс. руб.

ОФ_Сум_И // Объемы финансирования ТПГГ: ИТОГО – исполнено // тыс. руб.

ОФ_НацОМ // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того Нац. проекты – ОМС // тыс. руб.

ОФ_НацКЗ // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того Нац. проекты – КЗ // тыс. руб.

ОФ_НацФС // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того Нац. проекты – ФСС // тыс. руб.

ОФ_Пла_У // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того – Платные услуги – утверждено на год // тыс. руб.

ОФ_Пла_И // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того – Платные услуги – исполнено // тыс. руб.

Сум_Плат // Сумма всех платных услуг // тыс. руб.

1ж_сумпл // Денежная сумма: всего платных услуг на душу населения // руб.

1ж_медпл // Денежная сумма: в т. ч. медицинских платных услуг на душу населения // руб.

см_алк_опьян // Количество случаев насильственной смерти в состоянии алкогольного опьянения // случаи

см_алк_отравл // Количество случаев смерти от острых отравлений алкоголем // случаи

см_нарк_отравл // Количество случаев смерти от острых отравлений наркотиками // случаи

см_алк-нарк_отравл // Количество случаев смерти от острых отравлений алкоголем и наркотиками // случаев

туб_см // Смертность населения от туберкулеза // Случаев на 100 тыс. чел. населения

Предисловие

Проблема исследования функционального состояния организма и его многопараметрическое моделирование при воздействии гелиогеокосмических факторов на основе современных информационных технологий, многомерного статистического анализа и медицинских информационных систем (МИС) является одной из актуальных в современной клинической медицине и физиологии. Этот вопрос приобретает большую значимость в исследовании адаптивных, приспособительных механизмов различных функциональных систем: лейкоцитарной, биохимической, электролитной, а также функций нервной системы, высшей нервной деятельности, больничной летальности, смертности от различных причин – их динамических взаимоотношений и соотношений с параметрами космических излучений, показателей электромагнитной активности Солнца, геоманитного поля, ионосферных, метеорологических и гравитационных данных, играющих роль первичных многофакторных водителей биоритмов и датчиков времени для систем организма.

Актуальность излагаемой проблемы заключается в том, что физиологические, биохимические, гематологические параметры, высшая нервная деятельность человека и поведенческие закономерности животных подвержены значительным вариациям во времени. Явления такого порядка обнаруживаются в отношении электрофизиологических показателей головного мозга, двигательной активности, работоспособности, психического статуса здоровых людей, операторов, спортсменов и вообще специалистов самого различного профиля. Выяснение причинной обусловленности таких явлений часто связывают с биоритмологическими закономерностями, фотопериодизмом организма. Но эти факторы, как выяснилось, не полностью объясняют вариативность экспериментальных данных. В настоящей работе обосновывается важность изучения вариаций медико-биологических показателей во взаимосвязи с многолетними долговременными флуктуациями сверхвысокочастотной компоненты солнечного радиоизлучения, отклонениями вектора геомагнитного поля, изменениями интенсивности космических излучений и связанными с этими явлениями сложными электромагнитными и акустическими процессами ионосферы Земли. Вопрос о влиянии огромного тысячекилометрового ионного слоя, опоясывающего планету, на параметры и функции человеческого организма изучен совершенно недостаточно. В этом смысле работа актуальна и является пионерской. Несмотря на многочисленные публикации, посвященные исследованию воздействия на живые объекты и единичные его показатели отдельных электромагнитных, акустических параметров и частот в экспериментальных условиях, трудов, где бы изучался широкой комплекс вышеперечисленных естественных факторов, также довольно мало. Здесь приводится попытка приблизить решение этой актуальной проблемы, для чего применяются методы многомерной статистики, обосновать и представить синергетическую концепцию долговременных, многолетних вариаций систем организма человека параллельно с динамикой космических и солнечных излучений, ионосферных процессов и изменениями геомагнитного поля.

Оценкой функционального состояния организма занимались многие исследователи, предлагавшие различные показатели: физиологические, медицинские, единичные, комплексные, временные и так далее. И несмотря на продолжительный период изучения этой проблемы, до настоящего времени осталось много нерешенных вопросов. Цель данной работы – изучить отклик функциональных систем организма человека на возмущающие космогеофизические факторы. Для этого авторы изучали функциональное состояние мозга, его отдельных сенсорных систем в ответ на разнообразные – одиночные и комбинированные – стимулы космогеофизических факторов на основе регистрации зрительных вызванных потенциалов, концентраций ионов, ферментов и биохимических параметров крови, количества лейкоцитов, эритроцитов, вариаций массы тела и удельной плотности мочи, параметров сердечно-сосудистой и дыхательной систем, показателей психического статуса людей.

Сегодня существует большое количество концепций и частных точек зрения относительно механизмов воздействия внешних гелиогеофизических, космических и метеофакторов на отдельные параметры биосферы и живых организмов. Однако большая часть таких результатов получена в исследованиях отдельных параметров животных и человека. Очень мало работ по динамическому моделированию этих параметров и практически совсем нет трудов с применением обобщенных системных оценок функционального состояния, тем более в динамике, сравнимой по временным масштабам с многолетними вариациями космических и солнечных излучений и флуктуациями ионосферы Земли. В настоящей работе поставлена цель: разработать концепцию многолетних и сезонных динамических адаптационных механизмов и функционального состояния таких важных систем организма, как лейкоциты крови, электролитный баланс, биохимические процессы, показатели метаболизма и экскреции человека в зависимости от динамических вариаций, комбинаций и сочетаний глобальных космогелиогеофизических факторов. Решение вытекающих из цели работы и конкретных поставленных задач осуществлено на большом статистическом материале, собранном от здоровых людей и психически больных (реактивные состояния, маниакально-депрессивный психоз, неврозы) без соматической патологии. В качестве методического приема использованы многопараметрическая одновременная динамическая оценка нескольких систем организма этих больных и теоретическое обоснование корректности выбора этой категории людей. Предлагаемые системные методы позволяют оценить широкий спектр интегративных динамических механизмов управления в организме, что позволяет решить поставленные задачи с учетом индивидуально-типологических особенностей отдельного индивидуума. Кроме того, собрано и организовано в базы данных (Paradox) огромное количество данных о внешних космогелиогеофизических факторах – десятки тысяч измерений в динамике, произведенных на современном верифицированном геофизическом оборудовании ряда институтов и лабораторий Российской академии наук. Космогелиогеофизические параметры были «приклеены» к медицинским, физиологическим и психологическим исследованиям на основе времени и даты исследования. Этот принцип может быть положен в основу соответствующего подраздела МИС. Предложена квалифицированная статистическая обработка материала с целью поиска множественных корреляционных связей и соотношений с исследуемыми биопараметрами организма.

Доказано существование значимых корреляций между авторегрессионными параметрами зрительных вызванных потенциалов и ионосферными процессами Земли, что подтверждает их коррегирующее воздействие на процессы переработки информации головным мозгом. Это авторами показано впервые. Объясняется это явление с позиций суперпозиционных воздействий модулированных СВЧ-составляющей солнечных излучений, радиоизлучений ионосферы и 8-герцового ионосферного волновода. Большой теоретический интерес представляют данные о характере реагирования и синергизме реакций системы лейкоцитов, ионного, биохимического состава и активности ферментов крови с ионосферными и космогеофизическими процессами. Изложены пути и подходы к интегральной оценке функционального состояния любых других систем организма, при изучении которых используются различного рода ритмограммы и динамические наблюдения за многопараметрическими биологическими системами, в том числе при воздействии космогеофизических факторов.

Заслуживает особого внимания обоснование актуальности и разрабатываемая концепция работы по исследованию новой области знаний – физиологической синергетики и биоритмологической обусловленности вариаций изученных физиологических параметров с флуктуациями космогеофизических процессов.

В главе 1 «Биотропность космогелиогеофизических факторов» последовательно излагаются литературные данные о роли космических лучей в качестве водителей ритмов, дана краткая характеристика деятельности Солнца, основных параметров ионосферы, сопряженных с ними факторов, характеристика геомагнитного поля, ритмозадающие свойства космогеофизических факторов.

В главе 2 «Биоритмы и ритмы геокосмоса» изложены основные ритмозадающие свойства космогеофизических факторов, механизмы биоритмологических закономерностей, спектрально-частотные особенности биопроцессов и космогеофизических факторов.

В главе 3 «Системно-статистический подход к исследованию биоритмов и ритмов внешней среды» приведены основные представления о системном подходе к исследованию биологических объектов и внешней среды, вопросы оптимизации моделирования биосистем, расширенное толкование понятия функционального состояния как обобщения системного подхода в физиологии. Описываются примененные системно-статистические оптимизационные методы, применяемые к многопараметрическим физиологическим процессам: критериальные функции и функционалы биосистем, множественные корреляции. Обоснование корректности поиска статистических связей, приводимое во 2-й главе, позволяет говорить о возможности глобального системного подхода к исследованию биосферы.

Подкрепление последнего положения развивается в главе 4 «Механизмы воздействия космогелиогеофизических факторов на системы организма», в которой описываются некоторые механизмы влияния космогеофизических факторов на биофизические и биохимические системы, ядерно-магнитного резонанса, некоторые закономерности воздействия космических излучений, электромагнитных и акустических полей на биосистемы, биотропные эффекты ионосферы.

В главах с 5-й по 9-ю изложены конкретные результаты исследований; эти главы посвящены непосредственно изучению флуктуаций электролитного состава крови (глава 5), биохимических показателей (глава 6), ферментов (глава 6), массы тела (глава 6), удельной плотности мочи (глава 6), гемограммы (глава 7), сердечно-сосудистой и дыхательной систем (глава 8), зрительных вызванных потенциалов и психического состояния людей (глава 9). Показано, что эти системы откликаются на ионосферные воздействия, включая модулированные космогелиогеофизические и СВЧ-составляющие Солнца.

Глава 5 «Многолетние ритмы электролитного баланса крови» содержит конкретные результаты изучения корреляционных соотношений электролитного баланса с космогеофизическими факторами. Показаны противофазные соотношения «внутренних» корреляций (функционала) электролитов крови с критической частотой электронного слоя ионосферы Земли. Получено, что временные спектры и периоды космогеофизических факторов и электролитного состава крови имеют одинаковые гармоники и динамика ионного состава поддается аргументированному прогнозированию на основе временного многолетнего и сезонного исследования статистических связей с ионосферными параметрами. Приводятся возможные механизмы возмущения электролитного баланса крови при воздействии космогеофизических факторов.

В 6-й главе «Сопоставление многолетних ритмов биохимических параметров и показателей метаболизма человека с вариациями космогеофизических данных» изложены вопросы, посвященные результатам многолетних исследований синергетики ферментной и смешанной биохимической систем с геокосмическими параметрами. Предварительно приводятся краткая функциональная характеристика и обоснование конкретных исследованных ферментных групп и биохимических параметров, включая удельную плотность мочи и изменения массы тела психически больных как отражение метаболических процессов организма. Предложены механизмы воздействия физических внешних факторов на многолетние вариации биохимических показателей и ферментной активности. На основании убедительных статистических результатов сделаны выводы о существовании примерно 11-летней периодичности системных постепенных изменений (сдвигов) биохимических параметров организма, совпадающих с минимумами активности Солнца и максимумами интенсивности нейтронной компоненты космических излучений. Закономерны выводы о синергетических регуляторных сдвигах биохимического статуса. Авторы показали, что вариации массы тела, рассматриваемые в качестве отражения обменно-метаболических процессов, обнаруживают значимую статистическую связь с совокупностью космогеофизических факторов. Удельная плотность мочи также обнаруживает примерно 11-летние значимые множественные корреляции с солнечной активностью и геомагнитным полем. В середине этого цикла выявлены достоверные корреляции с ионосферными процессами.