автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Моделирование адаптации к экстремальным условиям, эффект группового стресса и корреляционная адаптометрия

Введение.

1. Адаптация и проблема адаптометрии.

1.1. Общие закономерности адаптации

1.2. Адаптогенные факторы.

1.3. Патология сточки зрения теории адаптации.

1.4. Методы адаптометрии.

2. Эффект группового стресса.

2.1. Выявление эффекта.

2.2. Суть эффекта.

2.3. Примеры, подтверждающие существование эффекта.

2.3.1. Сравнительный анализ корреляций между показателями липидного обмена у рожениц и новорожденных детей.

2.3.2. Анализ корреляций между показателями активности ферментов при различной степени адаптационного напряжения.

2.3.3. Сравнительный анализ скоррелированности показателей ферментного статуса у младших школьников с различным уровнем тренированности.

2.3.4. Примеры из литературы, подтверждающие существование эффекта.

3. Теоретическое объяснение эффекта группового стресса.

3.1. Моно и полифакториальные теории лимитирования.

3.2. Эволюция - сукцессия - адаптация. Правомерность использования модели «факторы-ресурсы» и использование принципа Холдейна для описания адаптации.

3.3. Принцип Либиха и полифакториальность. Адаптация для либиховской системы факторов.

3.4. Адаптация для синергичной системы факторов.

3.5. Моделирование результата адаптации с помощью моделей отбора для факторов различных типов.

3.6. Учет заболеваний в рамках модели «факторы-ресурсы».

3.6.1. Два способа учета «легких» заболеваний в рамках модели факторы-ресурсы.

3.6.2. «Тяжелые» заболевания и модель «факторы-ресурсы».

3.7. Связь между числом значимых факторов и степенью скоррелированности параметров.

3.8. Альтернативные гипотезы объяснения эффекта.

3.8.1. Кибернетическое объяснение.

3.8.2. Рост адаптационного напряжения приближает организмы к 100 границе "области жизни".

4. Метод корреляционной адаптометрии, его модификации, модели адаптационного сдвига, отсутствие достоверной связи с кластеризацией.

4.1. Суть метода корреляционной адаптометрии.

4.2. Математические модели сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.

4.2.1. Критерии согласования моделей с эмпирическими данными

4.2.2. Модель независимых управляющих параметров.

4.2.3. Модель существенно одномерных сдвигов.

4.2.4. Однофакторная модель.

4.2.5. Анализ применимости различных моделей адаптационного сдвига в практических исследованиях.

4.3. Механизм повышения корреляций: отсутствие достоверной связи с кластеризацией.

4.3.1. Обзор используемых методов и алгоритмов кластер-анализа

4.3.2. Результаты анализа экспериментальных данных.

4.4. Определение точек максимальной интеграции подсистем, обеспечивающих физическую работоспособность при нагрузочных тестах.

4.4.1. Интеграция функциональных систем организма.

4.4.2. Определение точек максимальной интеграции подсистем, обеспечивающих физическую работоспособность при нагрузочных тестах.

5. Применение метода корреляционной адаптометрии к анализу медико-биологических данных.

5.1. Исследование адаптационного напряжения в экстремальных условиях

Крайнего Севера.

5.1.1. Сравнительный анализ корреляций между показателями липидного обмена эритроцитарных мембран в раннем постнатальном периоде.

5.1.2. Выявление критических возрастных периодов у детей жителей Таймыра и Эвенкии. Оценка влияния витаминизации на снижение антропоэкологического напряжения.

5.1.3. Анализ степени скоррелированности показателей секреции желудочного сока у детей населения Крайнего Севера.

5.1.4. Сравнительный анализ скоррелированности физиологических показателей, влияющих на функциональное состояние желудка коренных народностей и пришлого населения Крайнего Севера

5.1.5. Сравнительный анализ корреляций между физиологическими показателями кардиореспираторной системы

5.2. Корреляционная адаптометрия и патологические процессы разной тяжести.

5.2.1. Сравнительный анализ адаптационного напряжения у жителей Крайнего Севера и средней полосы Сибири, здоровых и часто болеющих ОРЗ.

5.2.2. Сравнительный анализ скоррелированности физиологических показателей на разных стадиях заболеваний бронхолегочной системы.

5.2.3. Сравнительный анализ корреляций между физиологическими показателями у жителей Заполярья и г. Красноярска, страдающих различными формами хронического обструктивного бронхита.

5.3. Применение корреляционной адаптометрии к анализу послеоперационной реабилитации онкологических больных.

5.3.1. Сравнительный анализ послеоперационной реабилитации онкологических больных при различной локализации опухоли. Выявление критических дней послеоперационного периода

5.3.2. Анализ скоррелированности физиологических показателей в группах онкологических больных с летальным исходом послеоперационной реабилитации.

5.3.3. Сравнительный анализ групп онкологических больных с витальным и летальным исходом операции.

5.4. Оценка функциональных резервов по результатам анализа данных нагрузочных проб.

5.4.1. Сравнительный анализ корреляций между физиологическими параметрами функциональных систем здоровых лиц на этапах нагрузочных проб и при восстановлении.

5.4.2. Сравнительный анализ корреляций между физиологическими параметрами функциональных систем у лиц с различной степенью тренированности на этапах нагрузочных проб и при восстановлении.

5.4.3. Метод корреляционной адаптометрии в оценке эффективности проведенного лечения. Взаимосвязь показателей реофтальмограммы при гипотермическом воздействии.

5.4.4. Оценка степени напряжения компенсаторноприспособительных механизмов кардиореспираторной системы при адаптации к гипоксии - гиперкапнии.

6. Немедицинские приложения метода корреляционной адаптометрии

Актуальность проблемы. Здоровье населения представляет собой интегральный показатель качества окружающей среды и систем жизнеобеспечения. Состояние здоровья и болезни людей рассматриваются как индикатор экологического риска территории /352/. Поиск критериев, быстро и адекватно оценивающих состояние здоровья людей, - задача первостепенной важности. Вместе с тем, по общему признанию, проблема критериев оценки здоровья популяций или групп людей еще далека от разрешения /5,6,76,97,98,125,270,296/. Общественное здоровье называют даже «мифом», так как оно не может быть измерено/125/.

Решение этой проблемы особенно актуально в современных условиях, когда жители нашей страны испытывают на себе последствия социально-экономических изменений, экологического кризиса, войн, катастроф. Не теряет значимости эта проблема и в связи с освоением территорий с неадекватными условиями. Остро стоит вопрос об уровне здоровья населения при оценке эффективности деятельности Вооруженных Сил (сохранение работоспособности личного состава в условиях воздействия неблагоприятных антропогенных и природных факторов) /149,174/.

С точки зрения оценки систем жизнедеятельности, человек рассматривается как объект, подвергающийся внешнему воздействию, среда -как источник влияния на его организм различных факторов (источник адаптационной нагрузки), организм - как подвижная саморегулирующаяся система, способная перестраиваться на уровень функционирования, адекватный новым условиям среды, испытывающая состояние адаптационного напряжения. С точки зрения физиологии адаптация - процесс поддержания такого функционального состояния гомеостатических систем и организма в целом, которое обеспечивает его сохранение, развитие, работоспособность, максимальную продолжительность жизни в неадекватных условиях среды /73,98/.

Разная степень напряжения физиологических функций в ответ на внешнее воздействие, лежащая в границах физиологической нормы, предшествует развитию в организме патологических состояний. Где граница этого перехода в патологию сказать пока невозможно. «Ничейная зона», лежащая между здоровьем и болезнью, нормой и патологией, и по сей день служит поводом для острых дискуссий. Для установления порогов вредного действия факторов (порогов безопасности) необходимо применять интегральные показатели, направленные на всестороннее изучение реакций организма на различных структурно-функциональнных уровнях.

На сегодня практически единственным надежным признаком предболезни является ее переход в клинически очерченную форму. Но этот признак непригоден для практического использования. Патологические изменения в организме наступают медленно, порой неуловимо даже при плановой диспансеризации. Медицина получает в качестве пациентов людей, которые не смогли адаптироваться к условиям среды. Она решает задачи восстановления здоровья и не может быть звеном обратной связи в системе «человек-среда»: слишком велико запаздывание сигнала неблагополучия - он подается не до, а после выхода системы из строя.

Используемые критерии здоровья населения, такие, как заболеваемость, рождаемость, смертность слишком инертны и характеризуют лишь последствия неблагополучия, и, следовательно, не могут использоваться для оперативного управления организацией систем жизнедеятельности.

Адаптация является сущностью здоровья и болезни, физиологического и патологического в жизнедеятельности организма /48/. Призывы различать адаптационные и предпатологические сдвиги сегодня бесплодны, так как не существует надежных методов для этого, поскольку так называемые патологические нарушения - это в значительной степени именно приспособительные изменения.

Вопрос об оценке здоровья здоровых людей сводится к вопросу об оценке степени адаптационного напряжения организма на индивидуальном уровне и групп людей на популяционном уровне. Невозможно «управлять здоровьем» без наличия его критерия, без возможности сравнительной оценки «более здоровых» и «менее здоровых». Если «более здоровый» - это более адаптированный человек (популяция), то необходимо иметь метод сравнения популяций по степени адаптированности к условиям среды. Именно анализ популяционно-экологических аспектов адаптации ведет к пониманию здоровья через состояние адаптационного напряжения и адаптированности.

Разработка методов оценки здоровья по степени адаптированности к условиям окружающей среды связана с трудностями, обусловленными прежде всего отсутствием в медицине и биологии общепринятой теории адаптации. Несмотря на универсальное использование, понятие «адаптация» до сих пор не имеет общепринятого определения. Существующие подходы к созданию теории адаптации не имеют сколь-нибудь формализованного описания, базируются, в основном, на физиологическом уровне понятий. Существующие модели адаптации, использующие, как правило, методы оценки конкретных физиологических функций представляют собой разрозненное множество.

Для создания унифицированного метода необходимо, во-первых, определить какие показатели позволяют судить об адаптационных возможностях организма, во-вторых, найти способ обработки этих показателей для получения количественной оценки адаптационных возможностей и состояния адаптационного напряжения и построения модели адаптационного процесса. Математические критерии и методы математической обработки данных разработаны в основном для отдельных видов адаптационной нагрузки и для конкретных физиологических систем, крайне мало информации о математическом моделировании неспецифических реакций на изменение условий существования. В то же время имеется хорошо разработанный математический аппарат теории эволюции и математической экологии, который фактически не применяется для анализа физиологических данных, получаемых путем проведения выборочных исследований /300/. Основные закономерности адаптационного процесса удается выявить на уровне статистических показателей. В /27,35,59,65,105,136,164,171,285,304,305/ показано, что наиболее чувствительны к изменению адаптационного напряжения не значения самих показателей, а степень их взаимосвязи.

Таким образом, проблема популяционной оценки состояния здоровья не может быть решена без решения проблемы измерения степени адаптированности популяций. В настоящее время комплексных критериев адаптационного напряжения популяций нет /49,124,199,200/. Необходимо рассматривать общие механизмы адаптации, отвлекаясь от специфики каждого конкретного адаптогенного фактора /140/. Специфика лишь меняет соотношение и выраженность этих механизмов. Задача - формирование интегральных характеристик, позволяющих по данным тестовых испытаний оценить физиологические резервы организма.

Актуальна проблема распознавания патологических состояний на ранних стадиях. Своевременная информация об адаптационных перестройках, которые могут повлечь за собой срыв адаптации (болезнь) необходима для проведения эффективных профилактических мероприятий /2,24,202,150/.

Таким образом, актуальна задача создания количественного индикатора, отражающего меру напряженности адаптивных процессов. Несмотря на применение самых современных способов измерения физических, химических свойств биологических объектов, найти такой параметр для оценки здоровья не удавалось. Идет поиск комплексных интегрированных показателей состояния здоровья, позволяющих ранжированно сравнивать состояние здоровья отдельных коллективов /225,235,241/.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилась разработка, теоретическое обоснование и апробация метода сравнительного анализа популяций и групп людей по степени адаптационного напряжения (корреляционная адаптометрия).

В связи с этим поставлены следующие задачи:

1. Выявление и доказательство эффекта группового стресса, заключающегося в том, что в ходе процесса адаптации степень скоррелированности между физиологическими показателями выше, чем в адаптированном состоянии

2. Теоретическое объяснение эффекта группового стресса и выявление границ его существования.

3. Развитие системы моделей взаимодействия организма со средой «факторы-ресурсы» с учетом различной организации систем факторов.

4. Построение метода корреляционной адаптометрии для сравнительной оценки адаптационного напряжения популяций или групп людей.

5. Построение простейшей модели адаптационного сдвига параметров, не противоречащей имеющимся данным.

6. Отработка метода корреляционной адаптометрии на конкретных медико-биологических задачах: исследование адаптационного напряжения в экстремальных условиях; исследование патологических процессов разной тяжести.

7. Количественная оценка степени интеграции функциональных систем, резервных возможностей организма при действии дозированных нагрузок. Выявление точек максимальной интеграции подсистем при нагрузочных тестах.

Научная новизна:

1. Выделен как эффект рост скоррелированности физиологических параметров при увеличении адаптационной нагрузки на популяцию и группу людей, названный эффектом группового стресса.

2. Проведен сравнительный анализ процессов микроэволюции, сукцессии, адаптации и на основании их параллелелизма построены теоретические основы моделирования адаптационных процессов с помощью моделей «факторы-ресурсы».

3. Построена система моделей «факторы-ресурсы» для различных способов организации систем факторов.

4. Показано, что эффект группового стресса является адаптационным аналогом (гомологом) проявлений эколого-эволюционного принципа полифакториальности.

5. Разработан метод сравнения популяций (групп людей) по степени адаптированности, названный корреляционной адаптометрией

6. В результате изучения кластерной структуры данных исследован и описан возможный механизм повышения корреляций.

7. С помощью метода корреляционной адаптометрии исследован процесс адаптации к воздействию либиховской и синергичной систем факторов.

8. Предложена последовательность усложняющихся моделей и показано, что непротиворечивой является модель однофакторного сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.

9. Предложен способ количественного исследования интеграции подсистем функциональных систем при выполнении нагрузочных тестов.

10. Рассмотрено влияние заболеваний на структуру факторов и на скоррелированность физиологических параметров. Полученным результатам дано теоретическое объяснение с помощью модификации модели факторы-ресурсы, предложены способы использования результатов в медицинской диагностике и в немедицинских областях.

На защиту выносятся:

1. Выявление эффекта группового стресса, состоящего в повышении скоррелированности физиологических параметров при росте адаптационной нагрузки.

2. Теоретическое объяснение эффекта группового стресса при помощи эколого-эволюционного закона о моно- и полифакториальности: адаптация ведет от монофакториальнности, т.е. лимитирования одним фактором или небольшим их числом, к полифакториальности - к выравниванию большого числа факторов.

3. Система математических моделей «факторы-ресурсы» для различных способов организации систем факторов и моделирование на их основе процесса адаптации.

4. Метод корреляционной адаптометрии для оценки адаптационного напряжения, в основе которого лежит сравнение популяций (групп) по числу действующих факторов.

5. Модель однофакторного сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.

6. Факт отсутствия кластеризации данных при усилении адаптационной нагрузки: увеличение корреляций происходит не за счет образования кластеров, а за счет увеличения эффекта монолимитирования.

7. Результаты применения метода корреляционной адаптометрии к конкретным медико-биологическим проблемам.

Практическая значимость. Метод корреляционной адаптометрии позволяет сравнивать популяции или группы, находящиеся в различных условиях существования или производить анализ одной популяции или группы людей при изменении этих условий. С его помощью можно выявлять критические (пороговые) ситуации, которые могут привести к срывам, а значит, улавливать «пороги безопасности» при изменении внешних факторов.

Возможно производить сравнение не только популяций здоровых людей, но и групп людей, находящихся на разных стадиях патологического процесса. Применение метода корреляционной адаптометрии к оценке эффективности лечения различными лекарственными препаратами, к прогнозированию уже в период срочной адаптации сравнительного уровня заболеваемости в период долгосрочной адаптации может быть рекомендовано к широкому использованию в практических исследованиях.

Эффект группового стресса носит универсальный характер и имеет общенаучное значение, поэтому построенный на его основе метод корреляционной адаптометрии может быть применен и уже начал применяться не только в медицине и физиологии, но также в биологии, психологии, растениеводстве, животноводстве, лесоводстве.

Результаты исследований использованы в комплексе клинико-диагностических мероприятий в лечебных учреждениях г.Красноярска, г.Норильска, Институте медицинских проблем севера СО РАМН, Краевом онкологическом центре, Краевом гарнизонном госпитале. Кроме того, они использованы при профилактических осмотрах для оценки состояния здоровья в Сибирском государственном технологическом университете (г.Красноярск), Университете дружбы народов (г.Москва), при оценке степени тренированности сборной Красноярского края по лыжным гонкам. Метод корреляционной адаптометрии используется для исследования сельскохозяйственных животных на кафедре хирургии и патанатомии Красноярского государственного аграрного университета.

Апробация работы и публикации: Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции «Бионика и биомедкибернетика» (Ленинград, 1986); Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы развития здоровья и профилактики заболеваний в детском возрасте в условиях Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока» (Красноярск, 1987); Всесоюзном симпозиуме «Особенности липидного обмена в условиях Сибири и Дальнего Востока с учетом бытовых и пищевых факторов» (Чита, 1987); Всесоюзной школе-семинаре «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования» (Ростов-на-Дону, 1987); 2-й Всесоюзной школе-семинаре «Экология развития» (Юрмала, 1988); Всесоюзном семинаре «Информатика и медицинские данные» при Всесоюзном обществе информатики и вычислительной техники (Москва, 1990); Всесоюзной школе «Молекулярно-клеточные механизмы гомеостаза и проблемы математического моделирования» (Шушенское, 1990); Семинарах теор. отдела Института экспериментальной и клинической медицины СО РАМН (Новосибирск, 1991, 1998); Всесоюзном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Красноярск, 1991); 1-ой Региональной научно-практической конференции «Человек и среда» (Красноярск, 1992); Международном конгрессе «Окружающая среда для нас и будущих поколений: экология и бизнес в новых условиях» (Красноярск, 1993); Красноярской городской конференции «Проблемы информатизации города» (Красноярск, 1995); VI, VII, VIII, IX Всероссийских симпозиумах «Гомеостаз и окружающая среда» (Красноярск, 1995, 1996, 1997, 1998); Межрегиональной конференции «Проблемы информатизации региона» (Красноярск, 1996); IV Международной конференции «Математика, компьютер, образование» (Москва-Пущино, 1997); Первом Всероссийском семинаре «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск, 1998); IV Всероссийской конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 1999); Первом Всесибирском конгрессе женщин-математиков (Красноярск, 2000).

Результаты работы использованы при подготовке диссертаций докторов медицинских наук В.Т.Манчука, Р.А.Белоусовой, Г.Н.Светличной.

Под руководством автора подготовлены и защищены 3 кандидатские диссертации:

• Мансуров А.С. "Адаптация человека к воздействию синергичной системы факторов (послеоперационная реабилитация онкологических больных", 1995г.);

• Покидышева Л.И. "Оценка степени интеграции функциональных систем при нагрузочных тестах", 1996г.);

• Чеусова Е.П. "Корреляционные сдвиги при адаптации: моделирование и кластер-анализ", 1997г.).

По материалам диссертации опубликована 61 работа.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 275 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и списка литературы (371 источник, в т.ч. 123 - на иностранных языках), содержит 11 таблиц, иллюстрирована 65 рисунками.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Сравнение популяций и групп людей по числу действующих факторов может служить средством для изучения адаптированности. Основанный на этом подход назван нами корреляционной адаптометрией.

2. Эффект группового стресса является общей неспецифической реакцией групп организмов и популяций на изменение условий существования. Суть эффекта - при усилении адаптационного напряжения одновременно повышаются корреляции между физиологическими показателями и их дисперсии.

3. Источником объяснения эффекта повышения уровня скоррелированности физиологических показателей при росте адаптационного напряжения служит эколого-эволюционный принцип полифакториальности: адаптация ведет от монофакториальности, т.е. от лимитирования одним фактором или небольшим их числом к полифакториальности - к равнозначности большого числа факторов.

4. Математическое моделирование адаптационных процессов для либиховских, синергичных и комбинированных систем факторов построено на основе моделей "факторы-ресурсы".

5. На основе эколого-эволюционной модели «факторы-ресурсы» предложены способы моделирования заболеваний.

6. Предложен способ количественного измерения интеграции подсистем функциональных систем.

7. Предложена система математических моделей сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.

8. Увеличение корреляций при усилении адаптационной нагрузки происходит не за счет образования кластеров, а за счет растяжения облака данных в пространстве состояний в небольшом числе направлений.

9. Применение метода корреляционной адаптометрии к анализу медико-биологической информации позволяет выявлять критические периоды в течение адаптационного процесса и разрабатывать конкретные рекомендации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Организм человека имеет комплекс защитно-приспособительных механизмов и ресурсов, обеспечивающих реакцию на опасные для него воздействия. Когда внешние воздействия настолько сильны, что гомеостатических ресурсов организма не хватает на их компенсацию, могут произойти срывы адаптации, патологические изменения. Срывы адаптации возможны в периоды наибольшего адаптационного напряжения, поэтому проблема адаптометрии актуальна для современной биологии и медицины, для областей деятельности, связанных с организацией и оценкой систем жизнеобеспечения.

В результате обработки многолетних наблюдений при сравнительном анализе популяций и групп, находящихся в различных экологических условиях, получен вывод: наибольшую информацию о степени адаптированности популяции к экстремальным или просто изменившимся условиям несут корреляции между физиологическими параметрами.

В типичной ситуации при увеличении адаптационной нагрузки уровень корреляций повышается, а в результате успешной адаптации - снижается. Этот эффект наблюдается на большом и разнообразном материале (показатели липидного обмена, внешнего дыхания, активности ферментов, транспортной функции крови и т.д.), для разных физиологических параметров. Существование эффекта повышения корреляций между физиологическими параметрами при увеличении адаптационной нагрузки подтверждают литературные данные.

Показано, что этот эффект связан с организацией системы факторов, действующих на группу.

Если система факторов организована в соответствии с принципом Либиха (монолимитирование) то с ростом адаптационного напряжения размерность облака точек, представляющего группу в пространстве физиологических параметров, снижается, растет сумма коэффициентов корреляции и, в то же время, растет разброс этого облака - возрастают дисперсии.

Если происходит взаимное усиление давления различных факторов (синергичные системы), то, напротив, с ростом адаптационного напряжения размерность облака точек, представляющего группу в пространстве физиологических параметров, растет, падает сумма коэффициентов корреляции. Дисперсии в то же время возрастают - так же, как и в предыдущем случае.

Можно искать конкретные механизмы повышения корреляций при увеличении адаптационной нагрузки. Для разных групп параметров такие механизмы могут быть (и наверняка будут) различными. Возникает вопрос: в чем общая причина таких эффектов? При постановке вопроса такой общности, естественно обращаться к эволюционным объяснениям. Адаптация моделируется эволюцией. Соответствующий принцип оптимальности для адаптации естественно искать или конструировать в таком виде: максимум универсального (общего для всех организмов данного вида) функционала при ограничениях, зависящих от состояния организма. Именно эти ограничения и фиксируют количество единого адаптационного ресурса: ищется максимум приспособленности при фиксированных возможностях организма. Возможности и формализуются как количество ресурса.

Объяснение найденному эффекту дается с помощью эколого-эволюционного принципа полифакториальности: отбор и сукцессия ведут от моно- к полифакториальности, от управления небольшим числом факторов к равнозначности многих факторов. Для доказательства этого утверждения используется идея о лимитирующих факторах (принцип Либиха) и представления о ресурсе или ресурсах особи.

Ресурсы могут распределяться на нейтрализацию воздействия вредных факторов или усиление воздействия полезных. В ситуации, когда есть лимитирующий фактор, выгодно такое перераспределение ресурсов, при котором они отвлекаются от борьбы с действием малозначимых вредных факторов или от усиления малозначимых полезных свойств и направляются на компенсацию лимитирующего фактора. В результате значимость разных факторов выравнивается. Полученное утверждение использует микроэволюционный принцип оптимальности Холдейна и потому верно для процессов с характерными временем, на протяжении которого произойдет смена нескольких поколений.

Было сделано предположение, что намного более быстрые процессы адаптации тоже ведут к полифакториальности: адаптация сдвигает фенотипы в том же направлении, что и микроэволюция, только на меньшую величину. Описан класс математических моделей адаптации, иллюстрирующих это утверждение. Адаптация идет в том же направлении, что и отбор, только за эволюционно незначительное время. В работе приводятся формализованные варианты таких рассуждений. Исходя из представления об адаптации как о движении к фенотипу, оптимальному с точки зрения естественного отбора, для разных систем организации факторов (либиховские, синергичные, комбинированные) построены модели "факторы-ресурсы". Согласно такому описанию, внешняя среда представляется набором действующих факторов, способность организма к адаптации - наличием адаптационного ресурса (физиологического резерва), процесс адаптации - перераспределением ресурса с целью компенсации негативного действия факторов.

Чем выше величина корреляций, тем меньше существенных факторов. В предельном случае, когда модуль всех коэффициентов корреляции стремится к 1, все определяется одним фактором, все параметры являются линейными функциями одной величины.

В ходе адаптации растет размерность облака точек, представляющего группу: чем выше адаптированность, тем больше размерность. В линейном приближении и получаем уменьшение корреляций в ходе адаптации: чем выше адаптированность, тем меньше корреляции, и, напротив, чем больше напряжение, тем они выше.

Именно существование единой скалярной (одно число) меры оптимальности позволяет устанавливать линейный порядок на множестве ситуаций и сравнивать факторы - устанавливать, какой из них является "худшим".

При воздействии экстремальных факторов могут возникнуть срывы адаптации, проявляющиеся в виде заболеваний. Существующие методы не позволяют поймать систему в переходный момент. В работе проведено исследование этой переходной области. Используя в качестве критерия оценки состояния степень скоррелированности физиологических показателей, показано, что корреляции увеличиваются при легких формах заболевания или если заболевание находится между обострениями или в стадии выздоровления (факторы организованы по Либиху, происходит сдвиг в сторону монофакториальности); корреляции уменьшаются при тяжелых формах или при обострениях заболевания (система факторов синергична). Если кроме основного заболевания имеется в наличии сопутствующее, корреляции уменьшаются еще сильнее. В работе предложены два способа моделирования тяжелых заболеваний.

Построена динамическая модель, описывающая динамику перераспределения ресурса и показана связь числа действующих факторов и степени скоррелированности показателей.

Для ответа на вопрос о том, сопровождается ли эффект повышения корреляций кластерообразованием, был проведен кластерный анализ данных. Гипотеза об отсутствии кластерообразования при повышении корреляций не противоречит имеющимся данным.

При рассмотрении данных нагрузочных тестов с помощью модификации метода корреляционной адаптометрии предложен способ количественной оценки интеграции подсистем функциональной системы, обеспечивающей физическую работоспособность. Выявлены точки максимальной интеграции подсистем при физической нагрузке. Разработан алгоритм для определения степени интеграции к подсистем на т этапах нагрузочных тестов. Создан программный комплекс, реализующий метод и алгоритм, описанные в п.4.4., созданы базы данных, разработана схема диалога с пользователем.

Выявленный эффект и проводимая с его помощью оценка адаптационного напряжения могут позволить решить основную задачу профилактической медицины - оценить степень здоровья групп здоровых людей, заблаговременно прогнозировать неблагоприятные изменения здоровья, связанные с перенапряжением адаптационных механизмов. Поскольку адаптационный потенциал может служить мерой здоровья популяций и групп людей, предложенный метод сравнительной оценки групп по степени адаптационного напряжения (корреляционная адаптометрия) является существенным вкладом в решение проблемы поиска нетрудоемких и информативных способов количественного определения адаптированности. В отличие от многих количественных критериев он обладает такими достоинствами, как универсальность применения, безотносительность к конкретной системе показателей, виду адаптационной нагрузки и типу заболевания, адаптивность к новым задачам и условиям. С помощью корреляционной адаптометрии можно не только выявлять необходимость проведения профилактических мероприятий еще до возникновения симптомов болезни у членов какой-либо группы людей, но и оценивать их эффект по снижению адаптационного напряжения. С помощью разработанного метода можно было бы проводить экологическое картирование (по критерию здоровья) городов, крупных предприятий, он может быть использован как индикаторный в системах биомониторинга окружающей среды.

1. Абакумов А.И. Моделирование адаптивных механизмов в биологических сообществах // Дальневост. мат. сб. - 1997. - №3. - С.96-102.

2. Авцын А.П. Адаптация и дизадаптация с позиции патолога. // Клин. мед. -1974-№5.-с. 3-15.

3. Авцын А.П., Жаворонков A.A., Марачев А.Г. и др. Патология человека на Севере. М.: Медицина, 1985. - 416с.

4. Авцын А.П., Марачев А.Г. Проявление адаптации и дизадаптации у жителей Крайнего Севера // Физиология человека. 1975. - №4. - С.58-87.

5. Агаджанян H.A. Проблемы адаптации и экологии человека// Экология человека. Основные проблемы. М.: Наука, 1988.-С. 93-103.

6. Агаджанян H.A., Сорокин Л.В., Тамбовцев Е.П., Торшин В.И. Критерии индивидуальной и популяционной устойчивости к острой гипоксии // Бл. Эксперим. биол. и мед. 1995. - 120, №9. - С.239-241.

7. Адамович Б.А., Баевский P.M., Берсенева А.П., Фунтова И.И. Проблема автоматизированной оценки функционального состояния организма в космонавтике и профилактической медицине на современном этапе // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1990.

8. Айдаралиев A.A. Физиологические механизмы адаптации и пути повышения резистентности организма к гипоксии. Фрунзе, 1978. - 190с.

9. Айдаралиев A.A., Баевский P.M., Берсенева А.П. Комплексная оценка функциональных резервов организма. Фрунзе: Илим, 1988. - 195с.

10. Айдаралиев A.A., Максимов А.Л. Адаптация человека к экстремальным условиям: опыт прогнозирования. Л.: Наука, 1988. - 126с.

11. Айдаралиев A.A., Максимов А. Л. Дисперсия физиологических показателей как характеристика состояния адаптированности коллектива// Физиология человека. 1980. - Т.6, №1. - С. 121-126.

12. Алдашева A.A. Стратегия психической адаптации в условиях Антарктиды // Физиология человека. 1984. - Т. 10, №1. - С. 16-22.

13. Алексеев В.П. Очерки экологии человека. М.: Наука, 1993. - 191с.

14. Алексеева Т.И. Методы исследования биологической адаптации человеческих популяций в условиях естественной и урбанизированной среды // Экология человека. Основные проблемы. М.: Наука, 1988. -С.159-170.

15. Алиев В.А. Корреляционная связь ферментов лейкоцитов в норме и при действии токсических факторов // Лаб. дело. 1984. - №8. - С.465.

16. Амвросьев П.А., Науменко Т.Е., Решетин В.П., Першин И.Г. Применение компьтерной информационно-моделирующей системы по оценке риска для здоровья человека воздействий формальдегида // Гигиена и санитария. 1999. - №4. - С.53-57.

17. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. М.: Наука, 1980. - 197с.

18. Антомонов .Г. Биологические механизмы надежности // Надежность и гомеостаз биологических систем. Киев, 1987. - С.35-39

19. Антомонов М.Ю. Исследование приспособительных реакций с помощью "математического рентгена" // Адаптация человека в различных климато-географических и производственных условиях. Новосибирск, 1986. -Т.5. - С.8-9.

20. Антомонов М.Ю., Русакова Л.Г. Использование программно-алгоритмического комплекса МАГ для анализа влияния факторов среды на здоровье населения // Гигиена и санитария. 1994. - №2. - С.52-53.

21. Баевский P.M. Вегетативный гомеостаз и оценка адаптационных возможностей организма // Надежность и гомеостаз биологических систем. Киев, 1987. - С. 19-25.

22. Баевский P.M. Оценка и классификация уровней здоровья с точки зрения теории адаптации // Вестн. АМН СССР. 1989. - №8. - С.73-78.

23. Баевский P.M. Принципы построения автоматизированных комплексов для оценки состояния здоровья в системе общей диспансеризациинаселения // Вопросы медицинской электроники (Таганрог). 1986. - №6.- С.12-16.

24. Баевский P.M. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. -М.: Медицина, 1979. 295с.

25. Бать О.Г., Ханин М.А. Адаптация гомойотермных к условиям низкой температуры окружающей среды (мат. модель) // ПЭМ и МЭС. Л., 1985.- № 8 с. 272-281.

26. Бахур А.Б. Некоторые положения теории гомеостатических систем, используемые для анализа сложных управляемых комплексов // Сб. тр. / РАН. Ин-т пробл. упр. 1996. - №3. - С. 15-29.

27. Белоусова М.А., Смирнова Е.В., Покидышева Л.И. Метод корреляционной адаптометрии в оценке секреторной функции желудка. -Рук. деп. во ВНИИМИ, МЗ СССР; №22041 от 27.12.1991г.

28. Белоусова М.А., Смирнова Е.В., Покидышева Л.И. Сравнительный анализ физиологических параметров пищеварительной системы у детей в условиях Крайнего Севера Красноярск, 1994. 22с. (Препринт / Ин-т биофизики СО РАН № 215-Б).

29. Биосистемы в экстремальных условиях / Ред. Шакин В.В. М.: ВЦ РАН, 1996.-84с.

30. Богатушин И.Я. Моделирование процессов адаптации человека к окружающей среде и динамика его психофизиологических состояний //

31. Ноол. Экол. Ноосферы, здоровье и образ жизни: Матер. Междунар. Науч. Конф., Санкт-Петербург, 23-24 марта, 1996. Санкт-Петербург

32. Богданов A.A., Шлендов В.Д. Метод анализа зависимости "доза-эффект" в многофакторных медико-биологических экспериментах // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. М.: Медицина, 1994. - №3, Т.117. - С.382-331.

33. Болотин A.C. Математическое моделирование в распознавании состояний физиологических систем (на примерах эндокринной системы и мозгового кровообращения). : Дисс. канд. физ.-мат. наук. Фрунзе, 1987. - 90с.

34. Большаков В.Н. Принципы экологических адаптаций // Физиологические основы адаптации организма к экстремальным факторам среды. Уфа, 1986.-С.З-11.

35. Булыгин Г.В., Мансуров A.C., Мансурова Т.П., Машанов A.A., Смирнова Е.В. Влияние состояния здоровья на общую динамику антропоэкологического напряжения в процессе адаптации. Красноярск. 1992. - 20с. (Препринт / Ин-т биофизики СО РАН: №185Б).

36. Булыгин Г.В., Мансуров A.C., Мансурова Т.П., Смирнова Е.В. Исследование динамики параметров метаболических систем организма человека в период краткосрочной адаптации // Красноярск. 1992. 12с. (Препринт / Ин-т биофизики СО РАН: № 180Б).

37. Бурбакин Н. Элементы математики. Кн.6. М.: Мир, 1970. - 420 с.

38. В.М. Крылов, Ю.Е. Вельтищев, А.Д. Петрушнина, В.М. Чимаров. Липидный обмен у детей. Красноярск, 1985. - 128 с.

39. Валов Р.П., Данилова Р.П., Чухрова А.П. И др. Некоторые показатели здоровья в динамике 3-х месячного вахтового цикла // Физиология человека. 1988. - №4. - С.672-678.

40. Везель B.C. и др. Экологическое нормирование антропогенных нагрузок. II Методология // Экология. 1993. №1. - С.36-47.

41. Викторов Г. А. Трофическая и синтетическая теория динамики численности насекомых // Зоол. Журнал. 1971. - Т.50, вып.З. - С.361-372.

42. Власов В.В. Реакция организма на внешние воздействия: общие закономерности развития и методические проблемы исследования. -Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1994. 344с.

43. Вовси-Колштейн А.Л., Чучудеев Д.Н. О возможности анализа процесса адаптации системы крови к высокогорью с помощью методов РО // Адаптация человека в различных климато-географических и производственных условиях. Новосибирск, 1981. - Т.5. - С. 13-14.

44. Волков В.Г., Машкова В.М. Методы и устройства для оценки функционального состояния и уровня работоспособности человека-оператора. М.: Наука, 1993. - 208с.

45. Волович В.Г. Человек в экстремальных условиях природной среды. М.: Мысль, 1983.-221 с.

46. Воложин А.И., Субботин .К. Адаптация и компенсация универсальный биологический механизм приспособления. - М.: Медицина, 197. - 176с.

47. Воложин А.И., Субботин Ю.К. Болезнь и здоровье: две стороны приспособления. М.: Медицина, 1998. - 479с.

48. Воробьев Е.И., Резниченко В.Ю. Оценка степени напряжения адаптационных механизмов организма по степени связанности его физиологических параметров // Адаптация человека к климато-географическим условиям и первичная профилактика. Новосибирск, 1986.-С.

49. Воробьева Т.Н. Диннамический гомеостаз: равновесие, стационарное состояние, хаос? // Изв. вузов, прикл. нелинейн. динам. 1996. - 4, №1. -С.102-108.

50. Воронцов А.И., Семевский Ф.М. Некоторый колебания численности лесных насекомых// Вопросы лесозащиты: Матер. II Межвуз. конф по защите леса. М., 1963. - Т.2 - с. 18-22.

51. Георгиевский А.Б. Эволюция адаптации: историко-методологическое исследование. JL: Наука, 1989. - 188с.

52. Гичев Ю.П. Печень: адаптация, экология. Новосибирск: ВО "Наука". Сибирская издательская фирма, 1993, 1993. - 152с.

53. Голуб В.Б. Количественный метод выявления ведущих факторов внешней среды // Экология. 1990. - №1. - С16-20.

54. Голышенков С.П. Значение исходного состояния в адаптации системы гемостаза к мышечной деятельности // Вопр. мед.-биол. наук. 1998. -№3. - С.7-18.

55. Горбань А.Н. Обход равновесия. Новосибирск, 1984. - 226с.

56. Горбань А.Н., Полонская М.Г., Смирнова Е.В., Мисюль Т.А., Бахарева И.К. Изменгение корреляций между физиологическими параметрами на различных стадиях бронхолегочных заболеваний в условиях Крайнего

57. Севера. Красноярск, 1991. - 42с. (Препринт, Ин-т биофизики СО АН СССР: №165Б).

58. Горбань А.Н., Смирнова Е.В. Динамика корреляций при адаптации и организация систем экологических факторов // Труды IV Всерос. Конф. С междунар. Участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности». СПб., 1999. - С.233-236.

59. Горбань А.Н., Смирнова Е.В. Метод корреляционной адаптометрии // В сб. "Метод корреляционной адаптометрии в оценке антропоэкологического напряжения популяций" г. Красноярск, 1996 г.-с. 3-11

60. Горбань А.Н., Смирнова Е.В., Чеусова Е.П. Динамика корреляций при адаптации и организация систем экологических факторов // Моделирование неравновесных систем 98. Первый всероссийский семинар, 16-18 октября 1998г., Красноярск, 1998. - с.51-52.

61. Горстко А.Б., Лебединская E.H. Имитационная система моделей взаимодействующих систем органнизма для прогнозированния адаптивных реакций. Рост. гос. ун-т. Ростов н/Д., 1996. - 23с. - Деп. В ВИНИТИ 02.08.96., №2597-В96.

62. Гримальский В. И. Устойчивость сосновых насаждений против хвоегрызущих вредителей. М.: Лесн. Пром-ть, 1971. - 136 с.68.