Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Метрология в биомедицине и спорте
Метрологическое обеспечение спорта неразрывно связано с достижениями метрологии в биомедицине, поскольку состояние параметров человеческого тела — цель биомедицинского обследования как пациента больницы, так и спортсмена. Конечно, предметом спортивной метрологии являются и спортивные результаты — скорость, масса, высота. Здесь измеряют не только физические, но и нефизические величины с помощью шкалы измерений. В последнее время много внимания, особенно на ответственных международных состязаниях, уделяется допинговому контролю, что еще более объединяет тематику метрологии в биомедицине и спо'рте. Поэтому сначала рассмотрим, чем «занимается» метрология в биомедицине. Медицинская метрология возникла на стыке технических и медицинских наук и как самостоятельное научное направление сформировалась в конце 60-х — начале 70-х годов XX в., когда во ВНИИФТРИ был организован специализированный отдел в этой области. Медицинская метрология изучает как общие для всех биологических объектов физические свойства (электрические, тепловые, акустичесие и др.), так и качественно отличные, присущие только организму человека как высокоорганизованной системе (психические, психофизиологические, биохимические и др.). Для метрологического обеспечения измерений физических свойств биологического объекта в принципе применимы общие подходы, используемые в метрологии, т.е. с помощью существующих эталонов физических величин и поверочных схем может быть выполнена градуировка медицинских измерительных приборов в соответствующих единицах и оценка их инструментальных погрешностей. Д.И. Менделеев утверждал, что «в природе мера и вес суть главные орудия познаний». Это же в полной мере относится и к биомедицине. Вспомним, что любая диагностическая процедура в больнице начинается с измерения температуры больного. До нашего времени биомедицина носила эмпирический характер, опираясь на многовековые, иногда случайные наблюдения. И сейчас еще в отношении строгого научного обоснования медицине далеко до физики или химии. Но в наши дни техника оказывает врачу-прак- тику, биологу и медику-исследователю неоценимую помощь. Современные медицинские средства, очень точные и сложные внутри, в эксплуатации просты, надежны и «разумны» благодаря встроенным микропроцессору или микроЭВМ. Биомедицинские установки и приборы в большинстве случаев имеют нормированные метрологические характеристики, т. е. являются средствами измерений. Поэтому сегодня можно говорить о медицинской метрологии со всеми элементами метрологического обеспечения.
Любопытно, что Гильберт, который ввел в науку само понятие «электричество», по профессии был медиком. А сейчас электронная аппаратура не только лечит, выполняет анализы-исследования, но и помогает ставить диагноз заболевания. Чем выше точность меди цинских измерений, тем больше достоверность результатов диагно стики. Сегодня номенклатура измеряемых параметров жизнедея тельности организма чрезвычайно широка. Все это осуществляется специальными медицинскими средствами измерения, точность ко торых постоянно повышается. Одна из сторон деятельности меди цинской метрологии связана с исследованиями специфических свойств организма и его сенсорных систем — восприятием и пере работкой информации, мышлением и памятью, функциональным состоянием, работоспособностью, утомляемостью и др. Для характеристики указанных свойств организма вводят некоторые условные величины и для них устанавливают закономерные связи с физическими величинами биологического объекта, через которые они выражаются. В последние годы в стране изготовлено более 1 ООО наименований медицинских приборов, в основном электронных или лазерных. За рубежом число таких специализированных средств измерений еще больше. Все медицинские средства измерений в зависимости от назначения можно классифицировать по трем группам. Это приборы, используемые: • при диагностике общего состояния организма человека или отдельных его органов; • при терапии, когда на организм в лечебных целях оказывают искусственное воздействие и по фиксируемой реакции (отклику) принимают решение об эффективности лечения; • в гигиене, когда измеряют влияние различных параметров среды обитания на биологический организм (человек, животное, растение).
Во ВНИИФТРИ функционирует специальный отдел медицинской метрологии. Эти же вопросы изучают и в Международном бюро мер и весов. Здоровье человека серьезно зависит от проведения точной диагностики и правильного лечения, а для этого необходимы достоверные измерения. «Человек есть мера всех вещей», — говорили древние греки. Это применимо и к процессам, протекающим в человеческом организме, которые могут заполнить собой довольно обширный интервал на шкале скоростей. Одно из самых наглядных движений человека — ходьба. Скорость размеренного, неторопливого шага около 1 м/с. В силу своей привычности именно эта величина и взята за единицу шкалы измерения. Скорость бега приближается к 10 м/с. При этом интенсивно движутся все части тела. Требуется взаимосогласованность их движений. Нервные сигналы, управляющие этими движениями, должны быть очень точными и быстрыми. Неудивительно, что скорость распространения нервных импульсов по нейроволокнам достигает 120 м/с. И конечно, очень «проворен» должен быть ток крови, снабжающей кислородом все органы человеческого тела. Со скоростью 0,2 м/с кровь выталкивается в аорту. По мере продвижения по сосудам ее течение замедляется: в тончайших капиллярах она составляет всего лишь 3-Ю"4 м/с (0,3 мм/с). Медленно перемещается
пища в кишечнике (5 • Ю-3 м/с = 0,5 см/с). Понятно, процессы созидания организма весьма ответственны и должны совершаться неторопливо. В первый год жизни, когда человек растет быстрее всего, он прибавляет в росте четверть метра — иными словами, скорость его роста измеряется величиной порядка 10~8 м/с. С каждым последующим годом рост замедляется и к совершеннолетию прекращается вовсе. Впрочем, о созидательных процессах, непрерывно идущих в организме, нам постоянно напоминает рост ногтей (10~9 м/с = 2 мм/мес.) и волос (4 • 10~9 м/с = 0,35 мм/сут.). В табл. 10.2 приведены диапазон и погрешность измерений различных биомедицинских параметров организма человека.
Все эти параметры сегодня регистрируются приборами, которые, безусловно, проходят метрологическое обслуживание. Классификация биомедицинских средств измерений приведена в табл. 10.3.
По мнению ведущего специалиста в области биомедицинской метрологии Р.С. Дадашева, необходимость в создании специальных образцовых мер и средств измерений для метрологических медицинских измерений продиктована: > несовпадением диапазонов общетехнических и биомедицинских измерений (например, средства измерений биопотенциалов в диапазоне инфранизких частот); > невозможностью оценки существующими образцовыми средствами динамической погрешности рабочих средств измерений (например, диагностические приборы, предназначенные для измерения динамических величин, в том числе средства измерения переменных давлений крови, переменных расходов крови и воздуха при дыхании и др.); > отсутствием образцовых средств для оценки погрешностей средств измерений, связанных с условиями измерений на биологическом объекте. Это относится к диагностической и физиотерапевтической аппаратуре, где возникает необходимость в создании образцовых средств с учетом свойств объекта исследования, тканеэк- вивалентных фантомов для измерения поглощенной энергии доз при физиотерапии; > отсутствием методов и образцовых средств измерений в определенном диапазоне той или иной физической величины. Остановимся на техническом обеспечении кардиологии — области медицины, которая привлекает сегодня повышенное внимание во всем мире. В России создан комплекс кардиологической аппаратуры — не отдельные устройства, а именно целый комплекс. Одни из этих приборов стимулируют работу сердца. С помощью других исследуются кровообращение, работа сердечно-сосудистой системы, включая кровообращение мелких сосудов и локальный кровоток, кровообращение в сочетании с дыханием. Третьи измеряют и анализируют параметры органов дыхания, ударный объем сердца, систолическое, диастолическое и среднее артериальное давление, частоту сердечных сокращений, частоту дыхания и т. д. В ряде приборов заложены специальные программы для выявления скрытой патологии, проявляющей себя только при дозированной нагрузке. В состав комплекса входят и ритмокардиометры, и электрокардиоскопы, и ритмокардиосигнализаторы индивидуального пользования. Последние программируются врачом применительно к каждому больному, позволяют точно дозировать нагрузку в период выздоровления.
Простота в обращении и удобное отображение информации делают указанные приборы доступными персоналу, даже не имеющему специальной подготовки. Следует подчеркнуть еще одну особенность аппаратуры: способность анализировать информацию — это ценнейшее достоинство обеспечивают встроенные микропроцессоры. Сбывшаяся мечта медиков — томограф в нейродиагностике. Этот измерительный комплекс не только увеличивает достоверность диагноза, но и имеет большое специальное значение — повышается доверие пациента к результатам обследования, что само по себе благотворно сказывается на здоровье, сокращаются время ожидания пациента в очереди на прием к специалистам и, соответственно, непроизводительные потери времени. Но особенно интересен и перспективен «машинный диагноз», который ставит медицинская диагностическая экспертная информационно-измерительная система (ИИС) на основании результатов исследований лучших медиков, чьи знания о болезнях хранятся в памяти ЭВМ. Сегодня медики и психологи уже умеют измерять интеллектуальные способности человека путем определения так называемого коэффициента IQ. Для нормального человека он определен на уровне 110—120 ед. Чем выше IQ, тем выше интеллект человека. Интересно исследование, проведенное компаниями «Fauna Communication» и ENDEVCO (Дания) и связанное с биологией братьев наших меньших. Речь идет о кошке, ее мурлыканье и вообще о семействе кошачьих. Принято считать, что кошка мурлычет, когда она довольна. Однако мурлычут также тяжелораненые, испуганные и даже рожающие кошки. Если бы кошки мурлыкали только от счастья, раненые кошки, несомненно, не делали бы этого, особенно если учесть, что мурлыканье требует определенных затрат энергии, а раненое животное не станет тратить на действия, не связанные напрямую с выживанием, драгоценную энергию, необходимую для выздоровления. Значит, мурлыканье вызывается каким-то жизненно важным механизмом, а не только удовольствием. Говорят: «Положите рядом с кошкой мешок переломанных костей — и кости заживут». Многие ветеринары-ортопеды знают, насколько легче срастаются сломанные кости у кошек. Существуют также публикации, сообщающие, что у кошек, как правило, реже возникают послеоперационные осложнения. Ортопедические заболевания и повреждения мускулов или связок, характерные для собак, у кошек встречаются гораздо реже; также нетипичны для них и случаи несрастания переломов. Многочисленные исследования подтверждают, что низкочастотные вибрации малой интенсивности обладают терапевтическим действием. Такие вибрации способствуют росту костей, заживлению переломов, ослаблению болей, излечению мускулов и сухожилий, увеличению подвижности суставов, уменьшению опухолей и снижению одышки и опасности удушья. Для измерения частоты мурлыканья и распространения вибрации по телу кошек их клали на коврики и периодически гладили, чтобы вызвать мурлыканье. Миниатюрные и легкие акселерометры «Model 22» были помещены непосредственно на кожу кошек и зафиксированы при помощи смывающегося косметического клея и медицинской клейкой ленты. Каждый сеанс измерений продолжался от 6 до 10 мин. Данные записывали на цифровые магнитные ленты. Анализ результатов измерений показал, что, несмотря на различие в размерах и генетических данных, все кошки имеют выраженные частоты мурлыканья в диапазоне терапевтических частот, а также определенные уровни громкости. Частоты, равные 25 и 50 Гц, наиболее действенно способствуют увеличению прочности костей; за ними следуют частоты, равные 100 и 200 Гц. Воздействие этих частот повышает прочность костей примерно на 30%, а также увеличивает скорость заживления переломов. Исследовалось мурлыканье животных пяти видов семейства кошачьих: гепардов, пум, сервалов, оцелотов и домашних кошек. Мурлыканье всех кошачьих имело частоту в диапазоне от 20 до 200 Гц. За исключением гепарда, частота мурлыканья которого на ±2 Гц отличалась от остальных, у всех видов были обнаружены характерные частоты мурлыканья: 25, 50, 100, 125 и 150 Гц, точно совпадающие с оптимальными значениями частот, полученными в последних исследованиях в различных областях медицины (рост костей, срастание переломов, ослабление боли, снятие удушья и воспаления). Все кошки, включая гепардов, мурлыкали на частотах, отличающих ся на ±4 Гц от всех известных низких частот, имеющих терапевтический эффект при любых болезнях. То, что кошки производят вибрации на частотах, известных своим исцеляющим и укрепляющим действием, возможно, объясняет сохранение мурлыканья в процессе естественного отбора. После долгой дневной или ночной охоты мурлыканье, видимо, действует как внутренняя вибрационная терапевтическая система, своего рода «кошачий массаж», который поддерживает мускулы и связки в рабочей форме и предохраняет их от повреждений. Кроме того, мурлыканье может укреплять кости и предупреждать костные заболевания. Таким образом, основные направления работ по метрологическому обеспечению биологических и медицинских измерений сводятся к разработке: > методов оценки для диагностических приборов основной погрешности измерения динамических величин (процессов) электрической и неэлектрической природы и созданию образцовых мер и средств их воспроизведения и контроля преимущественно в диапазоне инфранизких частот; > методов оценки для физиотерапевтических аппаратов поглощенной биологическим объектом энергии (доз) при различных физических воздействиях в широком диапазоне частот; > методов и средств измерения гигиенических параметров среды; > стандартных образцов состава и свойств различных биосубстратов и проб среды для приборов лабораторного анализа. В антропологии сформулировано научное направление антропометрия — наука об измерениях линейно-угловых размеров человеческого тела. В зависимости от того, какие кости измеряются, различают: > остеометрию — науку об измерении размеров костей; > краниометрию — науку об измерении размеров черепа; > пельвиметрию — науку об измерении размеров таза. Разработаны и актуальные измерительные средства — антропо- меры. Сегодня трудно представить спорт без метрологии, регистрации скоростей, высот и очков. J1.H. Брянский и А.С. Дойников считают, что все виды спорта (или, по крайней мере, большинство из них) можно условно разделить на три группы: в первой превалируют объективные методы оценки результатов, во второй объективные и субъективные методы оценки играют примерно одинаковую роль, в третьей превалируют субъективные оценки. К первой группе относятся виды, где результат фиксируется по факту. «Быстрее, выше, сильнее!» — таков девиз спорта. Вопрос, кто быстрее, решается в спортивных состязаниях по бегу, плаванию, спуску по снежной трассе и т. д. Своеобразное состязание можно было бы устроить и между всеми другими видами спорта, связанными с перемещениями. Вот результаты подобного сравнения: бегун на короткие дистанции развивает скорость 10 м/с, бегун на длинные — 7 м/с, прыгун в длину — 9,5 м/с, прыгун в высоту — 6,7 м/с, пловец - 2 м/с. Сравним теперь скорости, которые получают спортивные снаряды в соревнованиях по метанию. Все они лежат в довольно узком интервале около отметки 30 м/с. Человек существенно расширил этот интервал, используя им же изобретенные орудия: стрела из лука — 70 м/с, пуля из спортивного ружья - до 800 м/с. Техника помогла повысить скорости в спорте: велосипед — 14 м/с, мотоцикл — 140 м/с. Наглядным примером вида спорта первой группы является и тяжелая атлетика. Атлеты по массе тела разбиваются на весовые категории, а затем результаты фиксируются в килограммах (раздельно или в сумме движений) — применяется шкала отношений. Фиксируются рекорды всех уровней. К этой же группе относятся все прыжковые (высота, длина) дисциплины, кроме акробатических прыжков, прыжков на батуте и с трамплина. Также объективно в шкалах разностей оцениваются результаты в бобслее, санном и гребном спорте. То же можно сказать и о большинстве заплывов в бассейне. Исключение — эстафеты, где фиксируется дополнительно очередность финиширования — шкала порядка. Рекорды также фиксируются (кроме гребли, где влияют волнение, глубина канала и т. п.). Достаточно сложен подсчет очков в легкоатлетическом многоборье (десяти-, семи-, пятиборье). Здесь метры и секунды переводятся в очки, которые суммируются. Такие суммы можно интерпретировать как значения в своеобразной дискретной шкале порядка. В лыжном спорте рекорды не фиксируются — разные трассы, разная погода. В гонках с раздельным стартом (это относится и к биатлону) фиксируется время прохождения дистанции. В остальных случаях — порядок прихода на финиш. То есть применяются шкалы разностей и порядка. К первой группе можно отнести и спортивные игры — футбол, гандбол, хоккей, волейбол, баскетбол, водное поло. Подсчет забитых голов, шайб, набранных очков каждой командой ведется по абсолютной дискретной (счетной) неограниченной шкале, а окончательный результат определяется по шкале порядка по соотношению засчитанных голов, шайб, очков. Ко второй группе можно отнести, например, прыжки в воду. С одной стороны, для каждого рисунка прыжка устанавливается коэффициент трудности, исходя из которого определяется потолок оценки. С другой стороны, снятие баллов и их долей зависит от впечатления судей. Похожая ситуация в спортивной гимнастике, в прыжках на батуте. В обоих случаях работают шкалы порядка (с последующим суммированием полученных баллов). В прыжках с трамплина кроме дальности прыжка оценивается и стиль его выполнения (появляется субъективная оценка). Фиксируются «рекорды трамплина». Как ни странно, близка к этому ситуация в спортивной ходьбе. Мало закончить дистанцию, еще нужно избежать дисквалификации за пробежку. А тут не обойтись без субъективности. Очень сложная ситуация в современном пятиборье (езда на лошади, фехтование, стрельба, плавание, кросс). Здесь и секунды, и очки, и баллы, и еще такой фактор, как взаимоотношение между всадником и лошадью, которые встречаются впервые. К третьей группе следует отнести художественную гимнастику, фигурное катание, синхронное плавание. В них, безусловно, присутствуют количественные оценки, но основную роль играют субъективные впечатления судей, т. е. шкалы порядка. Из сказанного очевидно, что в спорте используют почти все типы шкал. Предварительные квалификационные забеги (заплывы) можно считать тестированием с целью определения способности человека в данный момент времени. Для повышения точности измерений в спорте применяют новинки радиотелеметрии, лазерной, ультразвуковой и инфракрасной техники, радиоизотопы, фотограмметрию и оптико-электронные системы, которые в эксплуатации должны проходить обязательное метрологическое обслуживание. Говоря о связи медицины с метрологией, нельзя упускать из виду и фармакологию. Ведь методы точного взвешивания и дозирования совершенствовались не только в лабораториях физиков и химиков, но и в медицинских учреждениях, аптеках — «точно, как в аптеке». Правда, сегодня готовые лекарства (таблетки, капсулы, ампулы и т. п.) вытесняют приготовляемые прямо в аптеках. Но это означает только то, что точные измерения выполняются в основном на фармацевтических фабриках. Все средства измерений, применяемые при изготовлении лекарств, поверялись и поверяются органами Государственной метрологической службы. Союз медицины, спорта, измерительной и вычислительной техники стал возможен благодаря объединению разных специалистов: медиков, кибернетиков, электронщиков, математиков, метрологов, психологов, социологов. Стандартизация и унификация методов работы медицинских служб и спортивных организаций приводят также к тесному международному сотрудничеству. Международные спортивные связи очевидны и установлены давно. С 2000 г. МБМВ совместно с Международной федерацией клинической химии, Международным сотрудничеством по аккредитации лабораторий и Всемирной организацией здравоохранения работает по созданию инфраструктуры совместимых и прослеживаемых к эталонам измерений в лабораторной медицине. Эта работа будет иметь решающее значение для точной диагностики и контроля здоровья.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-28; просмотров: 783; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.133.130.136 (0.048 с.) |