Teori

Utdrag ur prof. R. M. Baevskijs föredrag
«TEORETISKA OCH TILLÄMPADE ASPEKTER I EVALUERINGEN OCH PROGNOSERINGEN AV KROPPENS FUNKTIONELLA TILLSTÅND UNDER EN RYMDFÄRD”
MOSKVA
OKTOBER 2005

En levande kropp är ett kompext och öppet system som anpassar sig till förändringarna i omgivningen genom att ändra sina parametrar.
Denna grundläggande förmåga hos kroppen kallas adaption.
Adaption karakteriserar all levande materia eftersom denna strävar efter det optimala funktionella tillståndet.
Människans adaptionsmöjligheter definierar hennes uthållighet i förhållande till fysisk och psykisk belastning. Med andra ord, de utgör hennes hållbarhetsresurs, hennes ”hälsoförråd”.
Vad är det som är centralt för människans adaptionsmöjligheter?
I första hand är det kroppens funktionella resurser (FR) och reglersystem (RS).
FR-förrådet utgörs av kroppens informations-, energi- och metaboliska resurser som vars förbrukning avlöses av ständig påfyllning. I varje tidsögonblick befinner sig FR i en positiv eller negativ balans i förhållande till sin genomsnittsnivå. Genomsnittsnivå förändras i sin tur med tiden. Man kan urskilja dygns- och säsongsvariationer men de mest väsentliga förändringarna hos FR är åldersförändringar.
FR förbrukas med syfte att upprätthålla kroppens homeostas.
För att i rätt tid mobilisera FR som svar på påverkan måste RS på ett effektivt sätt omorganisera kroppen.
Om man till exempel går uppför trappan ökar man energiförbrukningen och måste mobilisera ytterligare resurser. En del människor behöver inte i detta fall anstränga sina reglersystem alltför mycket. Deras pulsslag ökar till exempel inte mer än med 3-5 slag när de stiger upp på femte våningen. För andra är det däremot en alldeles för stor belastning. Deras reglersystem blir uppenbarligen ansträngda, pulsen ökar med 15-20 och ännu flera slag.
Kroppens reglersystem (RS) består av det vegetativa nervsystemet och det endokrina systemet som övervakar tillståndet hos kroppens samtliga organ och deras inbördes samverkan, och även balansen mellan kroppen och omgivningen.
Aktiviteten hos RS beror på kroppens funktionella tillstånd. Man skiljer mellan tre aktivitetsnivåer:
1. kontrollnivå,
2. reglernivå,
3. styrnivå
När kroppen fungerar i sin normala regim utan extra belastningar brukar reglermekanismen enbart ägna sig åt sin kontrollfunktion, dvs. den övervakar systemets tillstånd utan att blanda sig i hur det fungerar. Om en extra belastning tillkommer, och kroppens RS måste öka energiförbrukning för att kunna utföra sina funktioner, övergår reglermekanismen till en annan aktivitetsnivå. I detta fall skickas motsvarande signaler genom nerv- och humorala kanaler som syftar till mobilisering av nödvändiga extra FR.
RS ansträngningsnivå är kroppens samlade svar på samtliga faktorer som påverkar den, oberoende på deras ursprung.
Som svar på stresspåverkan uppstår ett samlat adaptionssyndrom (Selye 1960) som är kroppens universella svar på stress av valfri karaktär. Detta syndrom visar sig alltid i form av mobilisering av kroppens FR.
Kroppens adaptionsprocess till påverkan utifrån har ett tydligt syfte. Om den yttre faktorn var svag eller kortvarig kan kroppen bevara en tillfredsställande adaption, dvs. bevara sin optimala inställning till priset av en relativ liten ansträngning från reglermekanismernas sida. Vid starkare eller långvarigare påverkan behövs en viss ansträngning av RS.
Adaptionens pris
Kroppens homeostas bevaras även vid ytterst ogynnsamma förhållanden. Men till vilket pris?
Under adaptionsprocessen förbrukas energi och information. Därför kan vi tala om adaptionens ”pris” som utgörs av reglermekanismernas ansträngningsgrad och mängden av förbrukade FR.
Ju intensivare påverkan är, desto större är FR:s roll.
Ju mindre FR finns, desto starkare måste reglermekanismerna ansträngas.
Överansträngning av reglersystemen kan leda till adaptionshaveri och utmattning av kroppens försvar.
Kroppens adaptionsförmåga kan betraktas i två aspekter: den diagnostiska och den prognostiska. Den diagnostiska återspeglar kroppens nuvarande tillstånd. Den prognostiska karakteriserar dess potentiella förmåga till en eller annan verksamhet. Här är det lämpligt att titta ytterligare på begreppet ”adaptionspris”.
………
Olika individer måste anstränga sig olika mycket vid en och samma påverkan. Detta beror på att deras reglersystem måste anstränga sig olika mycket, vilket i sin tur beror på deras FR. I en del fall utmattas reglersystemen mycket snabbt. I andra fall förmår kroppen under samma påverkan bevara homeostasen under längre tid, utan att anstränga reglersystemens mekanismer alltför mycket. ”Adaptionspriset” som överskrider ”den biosociala budgeten”, som hela tiden fordrar nya ansträngningar, orsakar adaptionsmekanismens haveri. Därför är det viktigt att känna till vilket pris kroppens homeostas bevaras när kroppen måste anpassa sig till nya påverkan eller till ovanliga miljöförhållanden.
Adaptionsnivåer
Minskning av kroppens adaptionsmöjligheter är ett hotfullt tecken. Den framträder långt innan de första sjukdomssymptomen dyker upp.
Man kan alltså betrakta kroppens adaptionsmöjligheter som en hälsoindikator. Följande tillstånd kan urskiljas:
– en tillfredsställande adaption;
– ansträngda adaptionsmekanismer (instabil eller ofullständig adaption);
– adaptionshaveri (uttömning av adaptionsmöjligheterna).
Som avslutning vill jag notera att människans funktionella tillstånd kan karakteriseras med hjälp av tre parametrar:
Funktionell Nivå (FN); Ansträngningsgrad (AG) och Funktionella Resurser (FR).
Dessa parametrar relaterar till varandra enligt en följande ekvation:
FN= AG x FR
Alla dessa parametrar kan mätas med moderna forskningsmetoder.
Beroende på hur parametrarna förhåller sig till varandra graderar man olika funktionella tillstånd.
Modern medicin, trots sin formella deklaration av principer och uppgifter inom sjukdomsprofylax, har i praktiken bara att göra med sjuka som behöver vård. Detta betyder att den varken kan prognosera eller förebygga sjukdomar (med vaccinationer som enda undantag) utan inväntar passivt att en frisk person skall förvandlas till en vårdbehövande patient.
Prognostiken är det viktigaste för bevarande av hälsan. Det är nödvändigt att kunna prognosera den individuella vägen från hälsa till sjukdom och komma med individuellt anpassade program för fysisk och psykisk belastning på arbetsplatser, inom idrotten etc.
Kvantitativa evalueringsmetoder av kroppens adaptionsmöjligheter gör det möjligt att betrakta sjukdomsrisken ur hälsans, och inte sjukdomens, perspektiv. Dessa metoder håller på att bli aktuella.
Att använda sig av hjärt- och kärlsystemet som indikator för hela kroppens adaptionsreaktioner anses i dag vara vetenskapligt grundat.

(Bild 1. Priset för adaption beror på nivån av kroppens resurser, vilka ständigt förbrukas och fylls på.)
(Bild 2. Priset för adaption höjs med reglersystemens ansträngning och sänkning av FR.)

   Pulsdiagnostik.  
Hjärtat och Blodcirkulationssystemet är en ytterst känslig indikator på alla händelser inom kroppen. Hjärtrytmen och sammandragningarnas styrka reagerar mycket lyhört på all stresspåverkan. Det är ingen tillfällighet att pulsdignostiken upptar en så viktig plats inom traditionell kinesisk medicin. Den gamla tidens läkare i Kina och Tibet kunde ställa en diagnos genom att känna på pulsen, och även välja behandling och prognosera sjukdomsförloppet.
Hjärtsammandragningarnas styrka och rytm levererar information inte enbart om hjärtat, utan också om tillståndet hos hjärtats reglersystem.
Varför talar vi om tillståndet hos hela kroppens reglersystem när vi analyserar enbart hjärt- och kärlsystemets parametrar? Hjärt- och kärlsystemet är ett av kroppens fundamentala livsuppehållande system. Därför måste dess parametrar kunna snabbt förändras under inflytande av processer som äger rum i kroppen för att upprätthålla den allmänna homeostasen.

I dag, tack vare moderna teknologier har vi redan lärt oss, med elekronikens och kalkyleringsprogrammens hjälp, att med hjärtrytmanalysen som utgångspunkt erhålla objektiva data om tillståndet hos olika avdelningar av det autonoma nervsystemet (ANS), och även hos högre reglernivåer i subcortex och hjärnbarken.
Man kan bedöma hur mycket reglersystemen måste anstränga sig med hjälp av många biokemiska metoder. Man kan mäta adrenalin- och noradrenalinhalten i blodet, kortikosteroider i urinen, studera förändringar av pupilldiametern, svettutsöndringen etc. Men den enklaste och mest lättillgängliga metoden, och, viktigast av allt, en metod som tillåter oavbruten dynamisk kontroll, är hjärtrytmens matematiska analys.
Hjärtats elektriska signal är för det första kroppens kraftfullaste signal som har det bästa förhållandet mellan signal och brus vilket underlättar registrering.
För det andra, förändring i hjärtrytmen är hela kroppens universella reaktion på påverkan ut- och inifrån.
Den traditionellt registrerade medelpulsfrekvensen visar enbart ett slutresultat av många reglerande inverkan på blodcirkulationen och karakteriserar en redan befintlig homeostatisk mekanism. Samma pulsfrekvens kan motsvaras av olika aktivitetskombinationer inom systemets länkar vilka styr den vegetativa homeostasen.

Hjärtrytmens reglermekanism
Hjärt- och kärlsystemet är ett tydligt exempel på ett unikt styrsystem, uppbyggt enligt en hierarkisk princip, där varje lägre nivå under normala förhållanden fungerar självständigt. Förändringar i omgivningen eller en patologisk process i kroppen aktiverar högre styrnivåer med syfte att bevara kroppens homeostas.
Hjärtrytmens homeostasreglering är ett komplicerat system med många nivåer som inkluderar många länkar, från subcortikala centra i den förlängda märgen, till hypotalamus-hypofysnivån inom den vegetativa regleringen och hjärnbarken.

Hjärtat innerveras som bekant av ANS (autonomt nervsystem) som består av en sympatisk och en parasympatisk avdelning. De påverkar hjärtat i ständig samverkan med varandra.

Hjärtcykeln består av omväxlande sammandragningar av två förmak och två hjärtkammare. En cykel (ett hjärtslag) kan presenteras som ett komplex av alternerande intervaller, av vilka var och en karakteriseras av en egen, specifik innervation.
Matematisk analys är en superexakt metod för evaluering av EKG. Man extraherar fragment R-R, Р-R, R-Т, R/Т som innehåller fullständig information om den rytmiska processens karaktär.
Den moderna modellen för hjärtrytmens reglering bygger på cybernetiskt tillvägagångssätt där sinusknutans reglersystem kan presenteras i form av två inbördes sammanbundna nivåer (konturer): den centrala och den autonoma med verkan och återverkan.

1. Den autonoma konturen, dvs. den parasympatiska regleringen, förfogar över följande arbetsverktyg: sinusknutan, vagusnerverna och deras kärnor inne i den förlängda märgen. Andningssystemet betraktas i detta sammanhang som ett element i återverkan inom den autonoma konturen inom hjärtrytmens reglering.
2. Den centrala konturen hos hjärtrytmens reglering består av samtliga ”våningsplan” inom den neurohumorala styrningen av fysiologiska funktioner, som är lika med sympatoadrenala inflytanden på hjärtrytmen.
Det framgår ur EKG:s komplicerade cykel att de gängse accepterade metoderna, som enbart beräknar hjärtslagens frekvens (HSF), är i själva verket ganska abstrakta och säger lite om hur hjärtregleringen äger rum konkret.
Alla kända analyser ignorerar dessutom faktumet att man först måste fastställa den individuella HSF innan man börjar evaluera löpande HSF, för att inte evaluering skall bli ofullständig och ytlig.
En maximalt djupgående analys av elektrokardiosignalens vågstruktur kommer att inte bara leda oss fram till hjärtrytmens högre reglercentra, utan även möjliggöra en helhetlig evaluering av hela den endokrina sfärens tillstånd.

Analysen av hjärtrytmens variabilitet (HRV) en modern metod för utforskning och evaluering av tillståndet hos människans och djurens reglersystem, bland annat:
reglermekanismernas allmänna aktivitet;
hjärtats neurohumorala reglering;
förhållandet mellan det vegetativa nervsystemets sympatiska och parasympatiska avdelningar.
Den sympatiska och den parasympatiska avdelningarnas löpande aktivitet är ett resultat av komplicerade reaktioner som består av flera nivåer. De syftar till att uppnå en för kroppen optimal adaption genom ändringar i blodförsörjningsreglering.
Kännetecknande för metoden är dess ospecifika karaktär i förhållande till sjukdomar och dess höga känslighet för all möjlig inre och yttre påverkan. Metoden bygger på urskiljning och mätning av tidscyklar mellan EKG:s RR-intervaller, konstruktion av dynamiska sekvenser av hjärtintervaller med en påföljande analys av de erhållna talen med hjälp av olika matematiska metoder..
Den mest utbredda metoden inom klinisk praxis är statistisk och spektral analys av HRV, med uträkning av diverse koefficienter. Metoden går ut på att man tydliggör kardiointervallsekvensens dolda periodicitet. Man får fram indikatorer som låter evaluera det vegetativa systemets vigör genom att analysera både rytmogrammet, histogrammet och spridningsdiagrammet.
HRV-analysens vetenskapliga och tillämpade betydelse är idag allmänt erkänd. För varje år sprids metoden ytterligare. HRV-analyserna startade i Sovjetunionen redan i början av 1960-talet samtidigt inom rymdmedicinen och klinisk praxis.
Man anser att låga HRV-indikatorerna vittnar om störningar inom hjärtfunktionens vegetativa kontroll och betyder en ogynnsam prognos. De högsta HRV indikatorer påträffas hos friska unga personer, idrottsmän, de medelhöga registreras hos människor som håller på att utveckla en sjukdom. De lägsta finner man hos patienter med olika typer av organiska sjukdomar.
I dag erkänns HRV som den mest informativa icke-invasiva metod för kvantitativ evaluering av hjärtrytmens vegetativa reglering. För att åstadkomma ett enhetligt tillvägagångssätt för evaluering av resultat har man antagit en del rekommendationer, däribland mätnings-och interpretationsstandarden för data, förordade av Society of Cardiology и North American Society of Pacing and Electrophysiology.

Huvudtanken bakom den föreslagna metoden är att alla vegetativa funktioner (t ex hjärtats rytmiska aktivitet, eller förändringarna i blodets sockerhalt) inkluderar fullständig information om de givna processerna på samtliga styrnivåer. Ännu viktigare är att kroppens funktion i sin helhet återspeglas i dessa.
Neurodynamisk analys är en ny metod för matematisk modellering av bioelektriska signaler, på vars grund man konstruerade nya algoritmer för analys av människokroppens biologiska rytmer.
Kroppens högre matematik

Det är känt att kroppens fysiologiska processer karakteriseras av rytm och svängningar. När man analyserar kroppens olika indikatorer, t ex hjärnans elektriska aktivitet, hjärtats rytmiska aktivitet, andningsfrekvensen, förändringar i blodtrycket och kroppstemperaturen, svängningar av blodets socker- och hormonhalt, kan man göra kurvor som återspeglar dessa förändringar. Dessa kurvor återspeglar processernas kvalitet och struktur. Kurvornas analys visar på likformig dynamik inom alla processer. Detta betyder att kroppens samtliga fysiologiska processer har en liknande dynamisk struktur inom olika tidsskalor, och är dessutom successivt ”inbäddade” i varandra (enligt ”fraktalitetsprincipen”).
Kroppen reagerar på yttre påverkan genom att ändra hjärnans elektriska aktivitet under delar av sekund. Att ändra hjärtats aktivitet tar dock sekunder. Blodtrycket kommer att ändras tiotals sekunder senare. De andra kroppssystemens anpassning fordrar ännu längre tid.
Varje fysiologisk process har sin egen unika rytm. Dessa rytmer är likformiga och återspeglas i hjärtats rytmer. Detta innebär att man, genom att analysera en av rytmerna, kan med hjälp av neurodynamiska metoder klargöra de andra rytmernas struktur och dynamik, samt dra slutsatser om de motsvarande reglersystemens tillstånd.
Reglersystemens hierarkitrappa
Varje reglersystem har sin egen tidsskala. Ju högre reglernivån är, desto längre svängningsperioderna blir, och desto lägre är frekvensen hos processerna som det bestämmer över. I matematisk bemärkelse är det hjärt- och kärlreglersystemet som har den kortaste svängningsperioden. Hjärt- och kärlssystemets svängningar är beroende av det vegetativa systemets mer långvariga svängningar. Det endokrina systemet, som sörjer för neurohumoral reglering, står på en högre nivå i förhållande till det vegetativa systemet. Det endokrina systemet befinner sig i sin tur under inflytande från det centrala nervsystemet.

Den neurodynamiska analysens principer
Inom alla ”Dinamika” komplex finns en unik algoritmmodul som genomför en sifferanalys av hjärtats rytmer. På vilket sätt fungerar den?
Ett speciellt datorprogram överför ett rytmogram i det binära talsystemet. Sedan analyserar programmet den binära koden och tar fram kodsekvenser som motsvarar olika tidsintervaller.
Mikrokoderna, som motsvarar korta tidsintervaller, bildar en sekvens som formar makrokoder av första ordning. Sekvenser av dessa makrokoder formar, i sin tur, makrokoder av andra ordning, och så vidare. Dessa makrokoder kallas för neurodynamiska koder. Vad innehåller de för information?
Samtliga dynamiska processer i den levande naturen har exponentkaraktär. Det betyder att processer som alstring/hämning, ansamling/förbrukning av energi, elektrisk laddning/urladdning, lyder en och samma universella lag enligt vilken den levande naturen fungerar – lagen om två exponenter. In-utandning, hjärtats sammandragning/avslappning, en nervimpuls etc. kan framställas grafiskt som en uppåtgående och en neråtgående exponent. ”Idealexponentens” parametrar lyder lagen om ”gyllne snittet”.
Eftersom vi känner till parametrarna för ”idealexponenten” som måste motsvara det s. k. ”gyllne snittet”, kan vi dra slutsatser om reglersystemens funktionella kvalitetsavvikelse från idealen genom att analysera exponentens avvikelse från ”idealexponenten” med hjälp av matematisk analys.

BILD

Den neurodynamiska metoden för bearbetning av rytmogram är ett sätt att omvandla signaler f1(t), f2(t), f3(t), f4(t och f5(t) till en kombination av koder bestående av impulssekvenser, enligt en binär bas.
Varje makrokod bär i sig en bit information om hur reglersystemet fungerar på dess nivå. När vi erhåller en exponent som motsvarar makrokoden efter dynamiska parametrar, har vi fått en möjlighet att bygga upp en sekvens av exponenter som återspeglar dynamiken i reglersystemets funktion. I dessa exponenters mätbara parametrar finns information om reglerprocessernas kvalitet i kroppen.
Know-how
Eftersom originalrytmen som varje reglersystem utsänder återspeglar kvaliteten i dess funktion och inflytande på kroppen, måste man tydliggöra dessa rytmer och dechiffrera information som de innehåller. För att kunna utföra detta gjorde forskarna och konstruktörerna av kardioanalysatorn ”Dinamika” följande:

1.Man utarbetade dynamiska modeller för formande av bioelektriska signaler på olika nivåer av nervsystemets informationsutbyte.
2.Man visade att objektiv information om funktionella och patologiska förändringar i människans kropp kan inhämtas vid en analys av moduleringskarakteristika hos de registrerade bioelektriska signalerna.
3.Man har utarbetat metod och algoritmer för neurodynamisk analys av hjärtfunktionens rytmogram.
4.Man har utarbetat metod och algoritmer för mapping av hjärnans biorytmer med hjälp av spline-interpolation.
5.Man har även utarbetat metod och algoritmer för fraktalanalys an kroppens biorytmer.

Styrsignalernas organisationsstruktur karakteriserar tillståndet hos ett valfritt biologiskt objekt och utgörs av samtliga neurodynamiska koder av olika modaliteter. Neurodynamisk kodning är ett nytt sätt att bearbeta bioelektriska signaler.
Neurodynamisk kodning
Neurodynamisk kodning skiljer sig principiellt från befintliga metoder för signalbearbetning genom att signalanalysen genomförs genom att man finner samma lagbundenheter i den samtliga strömmen av inkommande signaler. Detta gör möjligt att modellera objektets dynamiska organisationsstruktur.
Neurodynamisk kodning som används för analys av olika bioelektriska signaler gör det möjligt att:
1. upptäcka neurodynamiska koder inom registrerade bioelektriska signaler som karakteriserar objektets funktionella tillstånd och som är tillräckligt stabila i fråga om olika transformationer;
2. bestämma optimal duration för signalens registrering som är nödvändig för erhållande av fullständig information om dess parametrar.

Neurodynamisk analys, jämfört med traditionella statistiska bearbetningsmetoder har fördelen att den inte bara evaluerar tillståndet för själva hjärt/kärl- och vegetativa systemet utan även kontrollerar funktionen hos kroppens reglersystem på högre nivåer i fråga om samordning och kvalitet.