Диссертация на соискание учёной степени доктора
физико-математических наук : 05.13.16 Применение вычислительной
техники, математического моделирования и математических методов в
научных исследованиях (по отраслям наук). — Красноярск, 2000. — 273
с.
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:
Выявление и доказательство эффекта группового стресса, заключающегося в том, что в ходе процесса адаптации степень скоррелированности между физиологическими показателями выше, чем в адаптированном состоянии
Теоретическое объяснение эффекта группового стресса и выявление границ его существования.
Развитие системы моделей взаимодействия организма со средой «факторы-ресурсы» с учетом различной организации систем факторов.
Построение метода корреляционной адаптометрии для сравнительной оценки адаптационного напряжения популяций или групп людей.
Построение простейшей модели адаптационного сдвига параметров, не противоречащей имеющимся данным.
Отработка метода корреляционной адаптометрии на конкретных медико-биологических задачах: исследование адаптационного напряжения в экстремальных условиях; исследование патологических процессов разной тяжести.
Количественная оценка степени интеграции функциональных систем, резервных возможностей организма при действии дозированных нагрузок. Выявление точек максимальной интеграции подсистем при нагрузочных тестах.
Научная новизна:
Выделен как эффект рост скоррелированности физиологических параметров при увеличении адаптационной нагрузки на популяцию и группу людей, названный эффектом группового стресса.
Проведен сравнительный анализ процессов микроэволюции, сукцессии, адаптации и на основании их параллелелизма построены теоретические основы моделирования адаптационных процессов с помощью моделей «факторы-ресурсы».
Построена система моделей «факторы-ресурсы» для различных способов организации систем факторов.
Показано, что эффект группового стресса является адаптационным аналогом (гомологом) проявлений эколого-эволюционного принципа полифакториальности.
Разработан метод сравнения популяций (групп людей) по степени адаптированности, названный корреляционной адаптометрией
В результате изучения кластерной структуры данных исследован и описан возможный механизм повышения корреляций.
С помощью метода корреляционной адаптометрии исследован процесс адаптации к воздействию либиховской и синергичной систем факторов.
Предложена последовательность усложняющихся моделей и показано, что непротиворечивой является модель однофакторного сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.
Предложен способ количественного исследования интеграции подсистем функциональных систем при выполнении нагрузочных тестов.
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:
Выявление эффекта группового стресса, состоящего в повышении скоррелированности физиологических параметров при росте адаптационной нагрузки.
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.
Система математических моделей «факторы-ресурсы» для различных способов организации систем факторов и моделирование на их основе процесса адаптации.
Метод корреляционной адаптометрии для оценки адаптационного напряжения, в основе которого лежит сравнение популяций (групп) по числу действующих факторов.
Модель однофакторного сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.
Факт отсутствия кластеризации данных при усилении адаптационной нагрузки: увеличение корреляций происходит не за счет образования кластеров, а за счет увеличения эффекта монолимитирования.
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. Введение.
Адаптация и проблема адаптометрии.
Общие закономерности адаптации
Адаптогенные факторы.
Патология сточки зрения теории адаптации.
Методы адаптометрии.
Эффект группового стресса.
Выявление эффекта.
Суть эффекта.
Примеры, подтверждающие существование эффекта.
Сравнительный анализ корреляций между показателями липидного обмена у рожениц и новорожденных детей.
Анализ корреляций между показателями активности ферментов при различной степени адаптационного напряжения.
Сравнительный анализ скоррелированности показателей ферментного статуса у младших школьников с различным уровнем тренированности.
Примеры из литературы, подтверждающие существование эффекта.
Теоретическое объяснение эффекта группового стресса.
Моно и полифакториальные теории лимитирования.
Эволюция - сукцессия - адаптация. Правомерность использования модели «факторы-ресурсы» и использование принципа Холдейна для описания адаптации.
Принцип Либиха и полифакториальность. Адаптация для либиховской системы факторов.
Адаптация для синергичной системы факторов.
Моделирование результата адаптации с помощью моделей отбора для факторов различных типов.
Учет заболеваний в рамках модели «факторы-ресурсы».
Два способа учета «легких» заболеваний в рамках модели факторы-ресурсы.
«Тяжелые» заболевания и модель «факторы-ресурсы».
Связь между числом значимых факторов и степенью скоррелированности параметров.
Альтернативные гипотезы объяснения эффекта.
Кибернетическое объяснение.
Рост адаптационного напряжения приближает организмы к 100 границе "области жизни".
Метод корреляционной адаптометрии, его модификации, модели адаптационного сдвига, отсутствие достоверной связи с кластеризацией.
Суть метода корреляционной адаптометрии.
Математические модели сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.
Критерии согласования моделей с эмпирическими данными
Модель независимых управляющих параметров.
Модель существенно одномерных сдвигов.
Однофакторная модель.
Анализ применимости различных моделей адаптационного сдвига в практических исследованиях.
Механизм повышения корреляций: отсутствие достоверной связи с кластеризацией.
Обзор используемых методов и алгоритмов кластер-анализа
Результаты анализа экспериментальных данных.
Определение точек максимальной интеграции подсистем, обеспечивающих физическую работоспособность при нагрузочных тестах.
Интеграция функциональных систем организма.
Определение точек максимальной интеграции подсистем, обеспечивающих физическую работоспособность при нагрузочных тестах.
Применение метода корреляционной адаптометрии к анализу медико-биологических данных.
Исследование адаптационного напряжения в экстремальных условиях
Крайнего Севера.
Сравнительный анализ корреляций между показателями липидного обмена эритроцитарных мембран в раннем постнатальном периоде.
Выявление критических возрастных периодов у детей жителей Таймыра и Эвенкии. Оценка влияния витаминизации на снижение антропоэкологического напряжения.
Анализ степени скоррелированности показателей секреции желудочного сока у детей населения Крайнего Севера.
Сравнительный анализ скоррелированности физиологических показателей, влияющих на функциональное состояние желудка коренных народностей и пришлого населения Крайнего Севера
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими показателями кардиореспираторной системы
Корреляционная адаптометрия и патологические процессы разной тяжести.
Сравнительный анализ адаптационного напряжения у жителей Крайнего Севера и средней полосы Сибири, здоровых и часто болеющих ОРЗ.
Сравнительный анализ скоррелированности физиологических показателей на разных стадиях заболеваний бронхолегочной системы.
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими показателями у жителей Заполярья и г. Красноярска, страдающих различными формами хронического обструктивного бронхита.
Применение корреляционной адаптометрии к анализу послеоперационной реабилитации онкологических больных.
Сравнительный анализ послеоперационной реабилитации онкологических больных при различной локализации опухоли. Выявление критических дней послеоперационного периода
Анализ скоррелированности физиологических показателей в группах онкологических больных с летальным исходом послеоперационной реабилитации.
Сравнительный анализ групп онкологических больных с витальным и летальным исходом операции.
Оценка функциональных резервов по результатам анализа данных нагрузочных проб.
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими параметрами функциональных систем здоровых лиц на этапах нагрузочных проб и при восстановлении.
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими параметрами функциональных систем у лиц с различной степенью тренированности на этапах нагрузочных проб и при восстановлении.
Метод корреляционной адаптометрии в оценке эффективности проведенного лечения. Взаимосвязь показателей реофтальмограммы при гипотермическом воздействии.
Оценка степени напряжения компенсаторноприспособительных механизмов кардиореспираторной системы при адаптации к гипоксии - гиперкапнии.
Немедицинские приложения метода корреляционной адаптометрии.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
Выявление и доказательство эффекта группового стресса, заключающегося в том, что в ходе процесса адаптации степень скоррелированности между физиологическими показателями выше, чем в адаптированном состоянии
Теоретическое объяснение эффекта группового стресса и выявление границ его существования.
Развитие системы моделей взаимодействия организма со средой «факторы-ресурсы» с учетом различной организации систем факторов.
Построение метода корреляционной адаптометрии для сравнительной оценки адаптационного напряжения популяций или групп людей.
Построение простейшей модели адаптационного сдвига параметров, не противоречащей имеющимся данным.
Отработка метода корреляционной адаптометрии на конкретных медико-биологических задачах: исследование адаптационного напряжения в экстремальных условиях; исследование патологических процессов разной тяжести.
Количественная оценка степени интеграции функциональных систем, резервных возможностей организма при действии дозированных нагрузок. Выявление точек максимальной интеграции подсистем при нагрузочных тестах.
Научная новизна:
Выделен как эффект рост скоррелированности физиологических параметров при увеличении адаптационной нагрузки на популяцию и группу людей, названный эффектом группового стресса.
Проведен сравнительный анализ процессов микроэволюции, сукцессии, адаптации и на основании их параллелелизма построены теоретические основы моделирования адаптационных процессов с помощью моделей «факторы-ресурсы».
Построена система моделей «факторы-ресурсы» для различных способов организации систем факторов.
Показано, что эффект группового стресса является адаптационным аналогом (гомологом) проявлений эколого-эволюционного принципа полифакториальности.
Разработан метод сравнения популяций (групп людей) по степени адаптированности, названный корреляционной адаптометрией
В результате изучения кластерной структуры данных исследован и описан возможный механизм повышения корреляций.
С помощью метода корреляционной адаптометрии исследован процесс адаптации к воздействию либиховской и синергичной систем факторов.
Предложена последовательность усложняющихся моделей и показано, что непротиворечивой является модель однофакторного сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.
Предложен способ количественного исследования интеграции подсистем функциональных систем при выполнении нагрузочных тестов.
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:
Выявление эффекта группового стресса, состоящего в повышении скоррелированности физиологических параметров при росте адаптационной нагрузки.
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.
Система математических моделей «факторы-ресурсы» для различных способов организации систем факторов и моделирование на их основе процесса адаптации.
Метод корреляционной адаптометрии для оценки адаптационного напряжения, в основе которого лежит сравнение популяций (групп) по числу действующих факторов.
Модель однофакторного сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.
Факт отсутствия кластеризации данных при усилении адаптационной нагрузки: увеличение корреляций происходит не за счет образования кластеров, а за счет увеличения эффекта монолимитирования.
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. Введение.
Адаптация и проблема адаптометрии.
Общие закономерности адаптации
Адаптогенные факторы.
Патология сточки зрения теории адаптации.
Методы адаптометрии.
Эффект группового стресса.
Выявление эффекта.
Суть эффекта.
Примеры, подтверждающие существование эффекта.
Сравнительный анализ корреляций между показателями липидного обмена у рожениц и новорожденных детей.
Анализ корреляций между показателями активности ферментов при различной степени адаптационного напряжения.
Сравнительный анализ скоррелированности показателей ферментного статуса у младших школьников с различным уровнем тренированности.
Примеры из литературы, подтверждающие существование эффекта.
Теоретическое объяснение эффекта группового стресса.
Моно и полифакториальные теории лимитирования.
Эволюция - сукцессия - адаптация. Правомерность использования модели «факторы-ресурсы» и использование принципа Холдейна для описания адаптации.
Принцип Либиха и полифакториальность. Адаптация для либиховской системы факторов.
Адаптация для синергичной системы факторов.
Моделирование результата адаптации с помощью моделей отбора для факторов различных типов.
Учет заболеваний в рамках модели «факторы-ресурсы».
Два способа учета «легких» заболеваний в рамках модели факторы-ресурсы.
«Тяжелые» заболевания и модель «факторы-ресурсы».
Связь между числом значимых факторов и степенью скоррелированности параметров.
Альтернативные гипотезы объяснения эффекта.
Кибернетическое объяснение.
Рост адаптационного напряжения приближает организмы к 100 границе "области жизни".
Метод корреляционной адаптометрии, его модификации, модели адаптационного сдвига, отсутствие достоверной связи с кластеризацией.
Суть метода корреляционной адаптометрии.
Математические модели сдвига параметров в результате увеличения адаптационной нагрузки.
Критерии согласования моделей с эмпирическими данными
Модель независимых управляющих параметров.
Модель существенно одномерных сдвигов.
Однофакторная модель.
Анализ применимости различных моделей адаптационного сдвига в практических исследованиях.
Механизм повышения корреляций: отсутствие достоверной связи с кластеризацией.
Обзор используемых методов и алгоритмов кластер-анализа
Результаты анализа экспериментальных данных.
Определение точек максимальной интеграции подсистем, обеспечивающих физическую работоспособность при нагрузочных тестах.
Интеграция функциональных систем организма.
Определение точек максимальной интеграции подсистем, обеспечивающих физическую работоспособность при нагрузочных тестах.
Применение метода корреляционной адаптометрии к анализу медико-биологических данных.
Исследование адаптационного напряжения в экстремальных условиях
Крайнего Севера.
Сравнительный анализ корреляций между показателями липидного обмена эритроцитарных мембран в раннем постнатальном периоде.
Выявление критических возрастных периодов у детей жителей Таймыра и Эвенкии. Оценка влияния витаминизации на снижение антропоэкологического напряжения.
Анализ степени скоррелированности показателей секреции желудочного сока у детей населения Крайнего Севера.
Сравнительный анализ скоррелированности физиологических показателей, влияющих на функциональное состояние желудка коренных народностей и пришлого населения Крайнего Севера
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими показателями кардиореспираторной системы
Корреляционная адаптометрия и патологические процессы разной тяжести.
Сравнительный анализ адаптационного напряжения у жителей Крайнего Севера и средней полосы Сибири, здоровых и часто болеющих ОРЗ.
Сравнительный анализ скоррелированности физиологических показателей на разных стадиях заболеваний бронхолегочной системы.
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими показателями у жителей Заполярья и г. Красноярска, страдающих различными формами хронического обструктивного бронхита.
Применение корреляционной адаптометрии к анализу послеоперационной реабилитации онкологических больных.
Сравнительный анализ послеоперационной реабилитации онкологических больных при различной локализации опухоли. Выявление критических дней послеоперационного периода
Анализ скоррелированности физиологических показателей в группах онкологических больных с летальным исходом послеоперационной реабилитации.
Сравнительный анализ групп онкологических больных с витальным и летальным исходом операции.
Оценка функциональных резервов по результатам анализа данных нагрузочных проб.
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими параметрами функциональных систем здоровых лиц на этапах нагрузочных проб и при восстановлении.
Сравнительный анализ корреляций между физиологическими параметрами функциональных систем у лиц с различной степенью тренированности на этапах нагрузочных проб и при восстановлении.
Метод корреляционной адаптометрии в оценке эффективности проведенного лечения. Взаимосвязь показателей реофтальмограммы при гипотермическом воздействии.
Оценка степени напряжения компенсаторноприспособительных механизмов кардиореспираторной системы при адаптации к гипоксии - гиперкапнии.
Немедицинские приложения метода корреляционной адаптометрии.