Способ прогнозирования неблагоприятных реакций у больных или пожилых людей
METHOD FOR PREDICTING ADVERSE REACTIONS OF THE SICK OR AGED PEOPLE

Изобретение относится к медицине, в частности к функциональной диагностике, и предназначено для прогнозирования неблагоприятных реакций у больных или пожилых людей.
Прогнозирование наступления неблагоприятных состояний здоровья у больных или пожилых людей является одним из ключевых условий для успешности проведения профилактических мероприятий, которые приобретают сейчас первостепенную значимость как для отечественного, так и зарубежного здравоохранения, поскольку болезнь легче предупредить, чем лечить.
Несмотря на то, что попытки прогнозировать ухудшение состояния пожилого человека, а также возникновение неблагоприятных реакций или обострения заболевания предпринимались с давних пор, до настоящего времени так и не найдено работоспособных технических решений, которые бы в автоматическом режиме позволяли бы прогнозировать возможность срыва устойчивости гомеостаза. Основной причиной такой ситуации является, во-первых, то, что все существующие способы прогнозирования неблагоприятных реакций организма человека основаны на уже обнаруженных нарушениях и отклонениях в структуре и функции отдельных органов и систем организма, которые выявляются методами функциональной диагностики, анализом крови и других биологических жидкостей, тепловизорами, рентгеном, УЗИ, и пр. (Персональная телемедицина. Телемедицинские и информационные технологии реабилитации и управления здоровьем. О.Ю. Атьков, Ю.Ю. Кудряшов. - М.: Практика, 2015, с. 109-131, с. 155-206). Оперативно оценить вероятность неблагоприятных реакций в ближайшие 1-2 ч в этом случае у пожилых людей и хронических больных практически невозможно, за исключением уже возникших признаков острой патологии. Во-вторых, для прогнозирования ухудшения состояния человека, как правило, используется анализ какого-либо одного процесса, например, анализ электрокардиосигнала с последующей оценкой вариабельности сердечного ритма, например, по Баевскому (Баевский P.M. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. - М.: Медицина, 1979, с. 168-243). При этом сдвиги и нарушение ритмов вегетативного статуса в сторону ваготонии или симпатикотонии фиксируют с помощью индекса напряжения Баевского, измерением площади скатерограмм пульсовых волн или R-R интервалов, индексом Кердо, индивидуальной минутой или индивидуальным дециметром. Однако каждый человек строго индивидуален и может иметь врожденную брадикардию или тахикардию, что при автоматическом анализе может вызывать значительную погрешность или неправильную интерпретацию результатов анализа. Это приводит к необходимости проведения дополнительной калибровки (обучения) каждого пациента, что неудобно, особенно в домашних условиях. Кроме того, наличие сезонных, лунных, околосуточных и даже околочасовых колебаний вегетативного статуса (Загускина С.С., Загускин С.Л., Гуров Ю.В. Необходимость учета околочасовых ритмов при оценке вариабельности ритма сердца.// Бюлл. экспер. биол. и мед. 2008. Т. 137, №8, с. 161-165) требует для их объективной оценки индивидуального учета диапазона нормы значений регистрируемых показателей. С этим связаны противоречия в оценке нормального значения как показателей частоты сердечных сокращений и частоты дыхания, так и их отношения.
Например, известен способ диагностики вегетативных дисфункций (патент РФ №2242923, МПК А61В 5/0452, 19.2.2002), с помощью которого по результатам кардиоинтервалографии оценивают динамику индекса напряжения (ИН) Баевского три раза с интервалом 5 мин и по направленности изменений ИН судят о состоянии вегетативной нервной системы. Недостатком способа является регистрация и анализ только одного показателя, который зависит от побочных и случайных факторов, невозможность учета биоритмов вегетативного статуса и индивидуальных особенностей вегетативной регуляции, невозможность прогноза негативных реакций в ближайшие часы. Кроме того, недостатком способа является также отсутствие индивидуального учета биоритмов вегетативного статуса и возможное побочное влияние эмоциональных изменений в течение трех измерений с 5-минутным интервалом, а также отсутствие оценки точности измерения ИН.
Снять проблему необходимости использования индивидуальной калибровки результатов измерений для каждого пациента можно путем перехода к применению нормированных показателей, если использовать для прогнозирования одновременно нескольких правильно подобранных физиологических процессов, например частоты сердечных сокращений (ЧСС) в электрокардиосигнале (ЭКС) и частоты дыхания (ЧД), т.е. ЧСС/ЧД или каких-либо других зависимостей.
Известны способы и устройства мониторирования состояния пациента (пат. США №8216136, МПК А61В 5/00; пат. США №9259183, МПК А61В 5/00; пат. США №9332941, МПК А61В 5/00), в которых регистрируются значения артериального давления и ЧСС (допускается возможность использования сочетания и других физиологических сигналов, включая, например и ЧД) и вычисляются коэффициенты корреляции по Пирсону между регистрируемыми электрическими сигналами, которые сравниваются с пороговой базой данных, заранее накопленных для пациента в компьютере. Принципиальным недостатком перечисленных способов является не прогнозирование, а лишь кратковременное сравнение двух нелинейных процессов со слабой корреляцией между ними. Линейная связь между процессами, имеющими значительную разницу по длительностям переходных процессов и постоянным времени регуляции в контурах обратной связи, возможна лишь на коротком интервале, в результате чего оцениваемый корреляционный результат носит случайный характер и не может быть эффективного использован для прогнозирования, тем более с учетом влияния различных биоритмов пациента.
Лучшую прогностическую эффективность имеет способ определения общего состояния организма (патент РФ №2142733, МПК А61В 5/02, 20.12.1999), при котором по вычисляемому отношению ЧСС/ЧД и его величине в интервале от 4,5 до 5,4 делают заключение о нормальном общем состоянии организма. Недостатком способа является визуальный подсчет числа вдохов и определение частоты пульса пальпацией за 15 с, отсутствие анализа динамики этих показателей и их отношения. Кроме того, кратковременность анализа результатов без учета влияния биоритмов приводит к значительной вероятности получения случайного результата.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля и ограничения внешних нагрузок (патент РФ №2186516, МПК А61В 5/02, 10.08.2002). Данным способом во время действия нагрузок регистрируют частоту пульса ƒn и частоту дыхания ƒd и на интервале более 20 дыхательных циклов контролируют отношение ƒn/ƒd и оценивают дисперсию этого отношения. При значении ƒn/ƒd меньше 3 или больше 5 относительно исходного отношения нагрузку уменьшают или прекращают.
Недостатками данного способа являются:
- оценка показателей прогнозирования негативных реакций, связанных только с внешней нагрузкой организма человека, без учета влияния внутренних причин его состояния,
- отсутствие учета длительной динамики указанных показателей, что не исключает влияния случайных, в том числе кратковременных эмоциональных изменений, которые могут ошибочно быть приняты за предикты негативной реакции организма,
- отсутствие учета фаз собственных биоритмов вегетативного статуса организма (доминирование симпатической или парасимпатической регуляции с околочасовым, околосуточным, околомесячным (лунным) и сезонным (окологодовым) биоритмами),
- отсутствие учета индивидуальных особенностей пациента с выраженной симпатикотонией или доминированием ваготонии.
Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего прогнозировать неблагоприятные реакции организма пациента вне зависимости от наличия внешней нагрузки с исходно любым состоянием вегетативного статуса и индивидуальными особенностями биоритмов доминирования симпатической или парасимпатической регуляции при одновременном повышении достоверности прогноза.
Задача достигается тем, что в предлагаемом способе периодически проводят оценку наступления системного десинхронизма в организме. Для этого осуществляют непрерывное мониторирование отношения частоты сердечных сокращений к частоте дыхания (ЧСС/ЧД) на интервале времени более длительности переходных процессов в контурах сердечной и легочной регуляции. После этого строят гистограмму отношений ЧСС/ЧД и выполняют статистический анализ величины ее асимметрии относительно индивидуальной нормы с помощью показателя асимметрии Пирсона и коэффициента асимметрии в центре и по краям гистограмм. По значениям этих показателей прогнозируют возможность наступления или отсутствия неблагоприятной реакции организма.
Если значение отклонений показателя асимметрии Пирсона и коэффициента асимметрии относительно индивидуальной нормы составляют величину не менее чем 20%, то прогнозируют возможность наступления неблагоприятных реакций организма, если отклонения составляют величину менее чем 20%, то прогнозируют отсутствие неблагоприятных реакций организма человека.
В случае увеличения коэффициента асимметрии больше чем на 20%, но без увеличения показателя асимметрии Пирсона больше 20%, дополнительно проверяют их изменения через 20-30 мин, чтобы исключить чисто эмоциональные реакции. В случае повторения результата или превышения обоих показателей от индивидуальной нормы колебаний по типу симпатикотонии (увеличение) или ваготонии (уменьшение) не менее чем на 20%, делают вывод о вероятности негативной реакции в ближайшие часы и проводят профилактику (прекращение физических нагрузок, прием рекомендованных врачом лекарств в соответствии с заболеванием и состоянием больного или пожилого человека).
Принципиально новым в заявляемом способе является оценка асимметрии гистограмм ЧСС/ЧД, причем чтобы отделить эмоциональные кратковременные изменения ЧСС/ЧД, к которым чувствителен коэффициент асимметрии, от устойчивых вегетативных сдвигов при неблагоприятной реакции, используются оба показателя.
Для прогнозирования неблагоприятных реакций по любой внешней или внутренней для организма причине оценивают изменения обоих показателей. Показатель асимметрии Пирсона практически не чувствителен к чисто эмоциональным реакциям, а коэффициент асимметрии зависит от возникающего системного десинхроноза как по причине будущей неблагоприятной реакции, так и от эмоциональной реакции. Использование коэффициента асимметрии увеличивает чувствительность способа прогнозирования, а использование показателя асимметрии Пирсона позволяет отличить вероятность неблагоприятной реакции от чисто временной эмоциональной реакции, не опасной для состояния организма. Оба показателя расширяют оценку состояния вегетативного статуса как по типу ваготонии, так и симпатикотонии и обеспечивают именно прогностические возможности оценки системного десинхроноза.
Поскольку типовое значение возможных переходных процессов в контурах сердечной и легочной кислородно-транспортной регуляции составляет величину не менее 2 мин, длительность интервала мониторирования отношения ЧСС/ЧД выбирается не менее 100 дыхательных интервалов, при этом число отсчетов внутренних интервалов в гистограмме выбирается не менее 8.
Индивидуальную норму определяют по гистограмме отношения ЧСС/ЧД в спокойном состоянии пациента в положении сидя без неблагоприятных реакций организма в течение последующих нескольких часов.
При определении индивидуальной нормы вводят поправки, учитывающие влияние биоритмов вегетативного статуса организма человека, для чего определяют амплитуды отклонений отношения ЧСС/ЧД несколько раз: в течение часа - для учета околочасового биоритма, в утреннее и вечернее время суток - для учета околосуточных биоритмов, в разные сезоны годы - для учета окологодовых сезонных биоритмов.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - гистограмма ЧСС/ЧД пациента К. (сверху - норма, снизу - неблагоприятный прогноз);
фиг. 2 - гистограмма ЧСС/ЧД пациента Б. (сверху - норма, снизу - неблагоприятный прогноз).
Способ осуществляется следующим образом.
С помощью стандартных датчиков пульса (или ЭКГ) и датчиков дыхания непрерывно регистрируются ЧСС и ЧД на интервале времени длительностью не менее 100 дыхательных интервалов. Данное значение выбрано как компромисс между необходимостью соблюдения требований к постоянной времени переходных процессов в сердечном и легочном контурах регуляции и требований достаточной оперативности оценки состояния человека. Затем с помощью стандартных АЦП и цифровых процессоров вычисляют отношение ЧСС/ЧД. Далее строят гистограмму, выбирая оптимальное число интервалов группирования экспериментальных данных. Необходимость оптимизации числа интервалов, которые должны быть равной длины (исключением могут быть первый и последний) связана, с одной стороны, с требованием построения гистограммы, наиболее близкой к действительной кривой плотности распределения вероятности, с другой стороны, с необходимостью уменьшения числа необходимых математических операций и снижения энергопотребления мобильных устройств. Рекомендуемое число интервалов при числе отсчетов 100 составляет 7-9, при числе отсчетов 101-500 - 8-12. Для расчета величины отклонений показателя асимметрии Пирсона А, который характеризует асимметрию в средней части гистограммы, и коэффициента асимметрии As, который характеризует асимметрию крайних значений и необходим для отделения кратковременных эмоциональных реакций от устойчивых сдвигов вегетативной регуляции в сторону симпатикотонии (отрицательная асимметрия) или ваготонии (положительная асимметрия), используют стандартные выражения:
Показатель асимметрии Пирсона
А=(х-Мо)/σ,
где x - среднее значение,
Мо - значение моды,
σ - среднеквадратическое отклонение.
Коэффициент асимметрии Пирсона
3
3
As=M/σ,
3
где М - центральный момент 3 порядка,
3
i
i
*
i
i ni
3
М=(Σ(x-x)n)/Σ.
Для реализации данного способа могут использоваться различные устройства хронодиагностики с датчиками пульса и дыхания, сигналы которых записываются и анализируются по известным алгоритмам с прошивкой программы в микропроцессоре, в смартфоне и других видах компьютеров.
Индивидуальная норма асимметрии (нормальные отклонения вегетативной регуляции) определяется в спокойном сидячем положении пациента путем гистограммного анализа динамики ЧСС/ЧД в утреннее и вечернее время (учет амплитуды околосуточного биоритма вегетативного статуса) в течение часа (учет околочасового биоритма). По мере использования пациентом данного способа учитываются вклад в асимметрию околомесячного (лунного) и сезонного биоритмов вегетативного статуса путем измерения амплитуды изменений показателей асимметрии в фазах новолуния и в полнолуние, а также в разные сезоны года. Из эксперимента известно, что, несмотря на увеличение асимметрии за счет указанных биоритмов, это увеличение не превышает 20%. Однако учет индивидуальных биоритмов вегетативного статуса, амплитуды которых могут влиять на величину показателя асимметрии Пирсона и коэффициент асимметрии, позволяет более точно и надежно прогнозировать вероятность негативных реакций по типу симпатикотонии или ваготонии относительно диапазона изменений, являющегося нормой для конкретного пациента с учетом естественных биоритмов его вегетативной регуляции.
Поскольку величина индивидуальной нормы асимметрии зависит от вида хронического заболевания и возраста пациента, от фазы околочасового, околосуточного, лунного и сезонного биоритма и месяца рождения пациента, использование обоих показателей асимметрии гистограммы ЧСС/ЧД за время не менее 100 дыхательных циклов позволяет использовать данный способ прогнозирования неблагоприятных реакций для пациентов как при симпатикотонии, так и ваготонии в любое время и при различных хронических заболеваниях. Такая возможность объясняется оценкой рассогласования обеих кислородтранспортных систем организма (сердечной и легочной) с разными постоянными времени обратных связей и длительностью переходных процессов в этих контурах регуляции.
Хронобиологический анализ позволяет косвенно как со стойкой ваготонией, так и симпатикотонией, оценить гомеостатическую мощность организма пациента, общий уровень здоровья или соответственно существующей патологии для планирования периодичности прогнозирования неблагоприятных реакций. Например, для больных, перенесших инфаркт миокарда, анализ для прогнозирования неблагоприятных реакций оказался целесообразным несколько раз в день, тогда как для пожилых относительно здоровых людей достаточно было проводить измерения один раз в несколько суток и только при магнитных бурях и погодных аномалиях увеличивать частоту измерения с целью прогнозирования вероятности негативных реакций.
Предлагаемый способ основан на оценке системного десинхроноза, рассогласовании биоритмов одного системного уровня (органов), но разных периодов - ритмов сердечных сокращений и ритмов дыхания. Способ впервые позволяет различать нормальные колебания ЧСС/ЧД в пределах гомеостатической мощности организма конкретного больного или пожилого человека и предикты выхода за пределы допустимых изменений (нормы регуляции), которые предшествуют негативным неблагоприятным реакциям организма конкретного пациента.
Проведенные клинические испытания на пожилых и больных людях позволяют судить о возможностях широкого использования данного способа для прогнозирования неблагоприятных реакций у данных пациентов. Полезность предлагаемого способа заключается в возможности прогнозирования неблагоприятных реакций пожилых людей и больных вне зависимости от нарушений регуляции вегетативного статуса при разных заболеваниях, в том числе прогнозирование неблагоприятных реакций на доклинической стадии заболевания при возникновении еще только функциональных, а не структурных десинхронозов по сравнению с нормальным диапазоном гомеостатического регулирования основных систем энергообеспечения жизнедеятельности организма человека.
Пример 1. Пациент К., 69 лет, практически здоров. Измерение динамики ЧСС/ЧД в течение 100 дыхательных циклов показало, что изменения по гистограмме ЧСС/ЧД показателя асимметрии Пирсона и коэффициента асимметрии в течение часа регистрации утром и вечером, а также в дни молодой Луны (эволюционирующей) и в полнолуние, а также в разные сезоны года не превышают 0,4 и не выходят из диапазона ЧСС/ЧД от 3 до 5. Однако в нескольких случаях резкого изменения атмосферного давления и погодных аномалий возникала достаточно стойкая симпатикотония с увеличением ЧСС/ЧД до 6-7. При этом у пациента фиксировали увеличение артериального давления до 160/85 и ухудшение самочувствия. Показатель асимметрии Пирсона был увеличен до 0,6 (больше, чем на 20%). Для профилактики неблагоприятных реакций пациент по рекомендации врача принимал капотен 25 мг и в последующие дни до нормализации артериального давления моноприл 10 мг. Уже на 3 сутки показатель асимметрии Пирсона снизился до 0,2 (индивидуальной нормы).
Гистограмма ЧСС/ЧД индивидуальной нормы:
8 диапазонов ЧСС/ЧД для 100 дыхательных интервалов
от 1 до 2 - 1 значение,
от 2 до 3 - 10 значений,
от 3 до 4 - 35 значений,
от 4 до 5 - 40 значений,
от 5 до 6 - 15 значений,
от 6 до 7 - 2 значения,
от 7 до 8 - 1 значение,
от 8 до 9 - 1 значение.
Гистограмма ЧСС/ЧД прогнозирование неблагоприятной реакции:
8 диапазонов ЧСС/ЧД для 100 дыхательных интервалов
от 1 до 2 - 1 значение,
от 2 до 3 - 1 значение,
от 3 до 4 - 4 значения,
от 4 до 5 - 6 значений,
от 5 до 6 - 45 значений,
от 6 до 7 - 30 значений,
от 7 до 8 - 10 значений,
от 8 до 9 - 3 значения.
Пример 2. Пациент Б., 73 года. Перенес более года назад инфаркт миокарда. Индивидуальный диапазон фоновых изменений ЧСС/ЧД с учетом биоритмов околочасового, околосуточного, месячного и сезонного равен 2,1-2,9. За время мониторирования в течение месяца наблюдений 5 раз показатель асимметрии Пирсона превышал значение 0,5 и больше чем на 20% превышал нормальные колебания, установленные для данного пациента. В этих случаях пациенту оказывали профилактические мероприятия медикаментозной терапии, ограничивали физические и психические нагрузки, после которых асимметрия распределения ЧСС/ЧД снижалась до персональной нормы данного пациента.
Гистограмма ЧСС/ЧД индивидуальной нормы:
8 диапазонов ЧСС/ЧД для 100 дыхательных интервалов
от 1 до 2 - 10 значений,
от 2 до 3 - 58 значений,
от 3 до 4 - 17 значений,
от 4 до 5 - 7 значений,
от 5 до 6 - 4 значения,
от 6 до 7 - 2 значения,
от 7 до 8 - 1 значение,
от 8 до 9 - 1 значение.
Гистограмма ЧСС/ЧД прогнозирование неблагоприятной реакции:
8 диапазонов ЧСС/ЧД для 100 дыхательных интервалов
от 1 до 2 - 40 значений,
от 2 до 3 - 44 значения,
от 3 до 4 - 8 значений,
от 4 до 5 - 3 значения,
от 5 до 6 - 2 значения,
от 6 до 7 - 1 значение,
от 7 до 8 - 1 значение,
от 8 до 9 - 1 значение.
Для пожилых и больных людей важен кратковременный прогноз, который позволил бы своевременно принять профилактические меры, прекратить физические или иные нагрузки. Технический результат созданного способа заключается в получении достоверного и своевременного прогноза. Показатель асимметрии Пирсона и коэффициент асимметрии, взаимно дополняя друг друга, обеспечивают именно кратковременный прогноз на десятки минут, что позволяет своевременно предпринять меры к недопущению неблагоприятных для состояния организма реакций.
С долгосрочным прогнозированием предлагаемый способ согласован тем, что определяется в спокойном нормальном состоянии индивидуальная норма коэффициента асимметрии и показателя асимметрии Пирсона, которая учитывает индивидуальные особенности вегетативного статуса. Например, у всех пациентов, перенесших инфаркт миокарда, отношение ЧСС/ЧД было всегда меньше 3, а прогноз неблагоприятной реакции мог происходить как при еще меньшем среднем значении и еще большей положительной асимметрии в сторону ваготонии, так и противоположным образом в сторону резкого усиления симпатикотонии больше 5. Другие показатели долгосрочного прогнозирования у больных язвой желудка или пиелонефритом также могли по изученным показателям краткосрочного прогнозирования отличаться как по индивидуальной норме гистограмм ЧСС/ЧД, так и по прогнозированию неблагоприятных реакций. Иначе, предлагаемые показатели краткосрочного (десятки минут) прогнозирования неблагоприятных реакций касаются не только больных с сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями, но и пожилых людей с другой органной патологией.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков является новой, практически применимой в медицинской диагностике и позволяет оперативно и достоверно прогнозировать наступление неблагоприятных реакций организма человека.