Изучение и математическое моделирование реакции сердечно-сосудистой системы на воздействие шума

Киевский НИИ обшей и коммунальной гигиены им. А- Н. Маозеева

 

В индустриально развитых странах шум является одним из наиболее распространенных физических факторов окружающей среды. Влияние шума на человека характеризуется многообразно. Достаточно глубоко изучено действие производственного шума на различные системы организма и состояние здоровья работающих. Влияние шума низких и средних уровней, имеющегося на территории жилой застройки, исследовано недостаточно. Вместе с тем результаты изучения заболеваемости населения, подвергающегося воздействию различной шумовой нагрузки на производстве и в быту, показали, что степень влияния шума на здоровье в значительной мере определяется акустическими условиями быта [5]. Коммунальный шум является фактором риска возникновения сердечно-сосудистых заболеваний [10]. Это позволяет предположить, что степень негативного влияния коммунального шума в силу его низкого уровня зависит прежде всего от продолжительности воздействия.

Цель настоящей работы — изучение зависимости влияния коммунального шума на состояние сердечно-сосудистой системы от его интенсивности и длительности, определение характера адаптационной реакции на шум путем построения ее математической модели.

Исследование включало 3 экспериментальные серии: I серия была контрольной (оценка состояния сердечно-сосудистой системы при отсутствии акустического воздействия), во II и III сериях изучено влияние транспортного шума г-дэкв соответственно 55 и 75 дБ А в течение 2 ч.

Влияние шума на сердечно-сосудистую систему оценивали по показателям ЭКГ и артериальному давлению (АД). ЭКГ регистрировали во II стандартном отведении. Определяли длительность интервала R—R, по которому рассчитывали частоту сердечных сокращений (ЧСС), амплитуду зубцов Р и Т, отношение Р/Т [I]. АД измеряли по методу Короткова. Показатели регистрировали на 15-й минуте после включения шума и через каждые 30 мин воздействия. Функциональные сдвиги оценивали в сравнении с фоном. Эффект воз- действия шума устанавливали путем сопоставле-ния результатов экспериментальных исследований.

 

 

Каждую серию экспериментов проводили с об- следуемыми индивидуально в звукоизолированной камере. Шум заданных параметров подавал- ся через акустический тракт. Испытуемые (11 женщин и 9 мужчин в возрасте 21—30 лет) в своей практической деятельности не были связаны с воздействием шума.

Результаты экспериментальных исследований представлены в табл. 1. При воздействии шума обоих уровней происходит постепенное снижение ЧСС, достигая значимых различий после 90 мин воздействия. Наблюдается также тенденция к снижению зубца Р и незначительное увеличение амплитуды зубца Т на ЭК.Г, что приводит к статистически достоверному изменению отношения pit на 60—90-й минуте.

Наряду с замедлением ритмической активности сердца отмечены разнонаправленные колебания систолического и диастолического АД, более выраженные при воздействии шума 55 дБ А. На 90-й минуте экспозиции выявлено значимое повышение диастолического (Р<;0,01) и близкое к значимому снижение систолического (Р<0,1) АД, что приводит к достоверному уменьшению пульсового давления. При шуме 75 дБ А изменение гемодинамических показателей носит аналогичный характер, но значимые сдвиги отмечены только по ПД (Р<0,05).

Следует отметить, что выявленные тенденции в изменении сердечно-сосудистых показателей в той или иной мере имелись у всех испытуемых. Существенных различий в реакции на шум в зависимости от пола не обнаружено.

Поскольку в контрольном 2-часовом исследовании значительных колебаний сердечно-сосудистых показателей не обнаружено, полагаем, что указанные изменения ЧСС, показателя PIT, диастолического и пульсового давления связаны с воздействием шума. Это предположение подтверждают результаты дисперсионного анализа. По фактору «интенсивность» (3 уровня: контроль, 55 и 75дБЛ) Fрасч=7,74 (Р<0,001), 7,39 (Р<0,001) и 21,83 (Р< 0,001) соответственно для ЧСС, Р/Т и ПД. Последующее применение метода множественных сравнений Тьюки [2] показало, что значимо различаются только результаты экспериментальных серий с данными контроля (Р< <0,01). Различий средних в зависимости от уровня шума не выявлено, что свидетельствует об однотипном действии шума обоих уровней и полностью согласуется с изменениями изученных показателей в каждой экспериментальной серии.

По данным дисперсионного анализа, влияние шума на сердечно-сосудистую систему зависит от длительности воздействия. Fрасч составляет 18,66 (Р<0,001), 5,9 (Р<0,001) и 2,33 (Р<0,05) соответственно для ЧСС, Р/Т и ПД. Методом множественных сравнений существенные изменения указанных показателей выявлены на 90-й минуте воздействия шума, что совпадает с результатами оценки по t-критерию Стьюдента.

Полученные нами данные согласуются с материалами других исследований [3, 6, 7, 9]. Поданным Л. Цаневой и соавт. [8], шум в наибольшей мере влияет на диастолическое и пульсовое давление, причем после его воздействия диастолическое АД долго не восстанавливается, что способствует развитию гипертензивных состояний. В нашем исследовании только в одной серии после прекращения шума диастолическое АД оказалось выше фонового (Р<0,05), что может быть объяснено средним уровнем и непродолжительностью. воздействия.

 

Для построения математической модели адаптационной реакции на воздействие шума пульсовое давление выбрано по следующим причинам:

во-первых, оно принадлежит к наиболее чувствительным показателям влияния шума [8]; во-вторых, выраженность изменений ПД (по t-критерию Стьюдента) при действии шума обоих уровней наибольшая; в-третьих, изменения ПД достоверно коррелируют с динамикой других показателей.

Первичная обработка данных для построения математической модели заключалась в определении средней разницы () между показателями ПД при воздействии шума и фоновыми значениями и расчете ее статистической ошибки

 

Дисперсионный анализ вариабельности статистической ошибки в динамике эксперимента показал недостоверность этих различий, что позволило в качестве текущей ошибки использовать ее среднее значение по всему времени эксперимента. Исходными данными (уi) при построении математической модели динамики воздействия шума были приняты средние значения (табл. 2).

 

Математическое моделирование выполнено с использованием аппарата теорий дифференциальных уравнений, поскольку в настоящее время такой подход считается наиболее адекватным при построении динамических процессов в биологических системах [4]. Графики функций y(t) для обоих исследованных уровней шума имели вид горбообразных кривых с одним максимумом на 60—90-й минуте воздействия. Модель, описывающая поведение экспериментального графика, была выбрана в виде разницы (уз) двух функций — экспоненциальной (yi) и S-образной (y2).

 

Соответствующая этой модели структурно-функциональная блок-схема процесса представляла собой соединение трех блоков. Первый блок (с выходной функцией у1), по нашему мнению, моделировал передачу и обработку импульсации в подкорковых центрах автономной регуляции сердечно-сосудистой деятельности. На второй блок (с функцией y2) информация поступала опосредованно через первый по афферентным путям, его действие отражало гомеостатическое регулирование на уровне ЦНС и вегетативных отделов нервной системы (в гипоталамусе). Третий блок, имеющий выходную функцию уз, воспринимал возбуждение с предыдущих двух блоков и характеризовал работу выходных уровней исследуемого процесса, т. е. деятельность сердечно-сосудистой системы. Поступление в этот блок воздействий y1 по коллатеральным путям и y2 через ЦНС с разными знаками отражало направленность сдвигов, происходящих в предыдущих блоках: восприятие шума увеличивало изменения в сердечно-сосудистой системе, деятельность регу-ляторного блока была направлена на уменьшение этих изменений.

Математическая модель позволяет рассчитать параметры функций у1, y2, yз и проанализировать характер протекающих процессов. Определение параметров модели К1, K2, T1, Т2 по 5 экспериментальным точкам выполнено численными методами Ньютона — Гаусса — Зейделя по специально разработанной программе на языке BASIC- на мини-ЭВМ СМ-1. Получены следующие значения параметров (средние для обоих уровней воздействия): /K1=0,16, T1=25,11 мин; K2=0.65, Т2= =111,3 мин. Значение функций у1, у2, у3 представлены в табл. 2.

Рассчитанные параметры математической модели воздействия шума на сердечно-сосудистую систему по показателю ПД дают информацию о количественных соотношениях в системах, обеспечивающих реакцию. Так, К1=0,16 свидетельствует о значительном ослаблении сигнала уже на входе, т. е. при первичной рецепции. Это вполне понятно, так как слуховой анализатор имеет физиологические механизмы защиты от избыточных воздействий, что в известной мере обеспечивает сохранность физиологически более молодых образований (прежде всего центральных).

Передача возбуждения из слухового анализатора в регуляторные отделы ЦНС происходит с значительно меньшим ослаблением (K2=0,65). Соотношение постоянных времени (Т2>>Т1) позволяет считать, что регуляторные процессы включаются не мгновенно, в порядке экстренного реагирования на возбуждение под действием шума, а с определенной инерцией, определяемой уровнем возбуждения. Оценить соотношение этих двух процессов на произвольный период времени позволяет вводимый коэффициент адаптации (Kа), который рассчитывается по формуле

Коэффициент адаптации показывает, что степень адаптированности системы постоянно растет, достигая к 120-й минуте воздействия 36 и 37 % соответственно для шума уровнем 55 и 75 дБ Л (см. табл. 2).

Исследованиями установлено, что степень воздействия шума коммунальных уровней (55— 75 дБ Л) на состояние сердечно-сосудистой системы зависит от длительности воздействия. Изменения показателей сердечно-сосудистой системы под влиянием шума носят ваготонический характер.

Построенная математическая модель позволяет обнаружить основные структурно-функциональные блоки в реакции на шумовое воздействие, представить динамику происходящего процесса, выявить и охарактеризовать адаптационный процесс.

 

Литература

1. Бобер С., Домбровская Б., Домбровский А. Практическая электрокардиография. Варшава, 1974.

2. Гласе Дж; Стэнли Дж. Статистические методы в педагогике и психологии: Пер. с англ. М., 1976.

3. Карагодина И. Л., Токарев В. А. — Гиг. и сан., 1976, № 2,с. 23—27.

4. Методы математической биологии. Кн. 1. Киев, 1980.

5. Олешкевич Л. А. — В кн.: Борьба с шумом и вибрацией в городах. Днепропетровск, 1982, с. 14—17.

6. Путилина А. П. и др. — В кн.: Изучение действия факторов внешней среды на состояние сердечно-сосудистой системы. М., 1976, с. 67—72.

7. Соколов Е. И., Подачин В. Н., Белова Е. В. Эмоцио-:

нальное напряжение и реакции сердечно-сосудистой системы. М., 1980.

8. Цанева Л., Дипсикова С; Москов Я. — Гиг. и сан., 1981, № 10, с. 31—34.

9. Язбурскис Б. И., Пальцев Ю. Г., Могильная Г. В. — В кн.: Всероссийская конф. на тему «Шум и шумовая болезнь, вопросы профилактики». Краткие тезисы докладов. Л., 1973, с. 161—162.

10 Schuize В., Ullmann R., Morstedt R. — Dtsch. Gesundh.-Wes., 1983, Bd 38, S. 596—600.

 

Поступила 03.01.86

 

S u m m a r у. The impact of transport noise on the cardiovascular system was studied by determining ECG and arterial pressure indices. The impact produced by noise of medium levels was found to depend on exposure duration. The mathematical model of noise reaction was developed; the model makes it possible to assess the degree of adaptation to noise exposure.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: