Общие определения и характеристики объекта диагностических исследований в современной медицине

Медицинский диагностический прибор

   Медицинский диагностический прибор - прибор, измеряющий определенную совокупность показателей здоровья.

   Медицинский диагностический прибор позволяет получить информацию о физиологических процессах биологического организма.

Лекция 1

Особенности диагностических исследований в медицине

Общие определения и характеристики объекта диагностических исследований в современной медицине

 

   Биологический организм представляет собой сложно организованную и непрерывно изменяющуюся систему, характеризующуюся множеством своих специфических особенностей. Совокупность этих особенностей характеризуется понятием здоровье, под которым понимают гармоническое единство всевозможных процессов, проявляющееся в относительно устойчивой жизнедеятельности органов и систем организма. Социальная ценность здоровья характеризуется состоянием физиологического и социального благополучия, при котором не только отсутствуют какие-либо заболевания на конкретный момент времени, но и обеспечена возможность осуществления социальных функций.

   Диагностика (от греч. dagnostikos – способный распознавать) представляет собой процесс распознавания заболевания путем целенаправленного медицинского обследования больного, истолкования полученных результатов.

   Диагноз – есть ни что иное, как медицинское заключение о наличии у данного больного определенного заболевания. Установка диагноза имеет кардинальное значение в медицине, так как она всецело определяет тип последующего лечения и рекомендаций для данного больного.

   Как раздел клинической медицины, диагностика включает три основных раздела: семиотику, методы обследования больного, методы установки диагноза.

1. Семиотика – клиническая дисциплина изучающая признаки (симптомы) болезни и их значение в диагностике. Различаем несколько видов симптомов: специфические – характерные для заболеваний определенного типа (кашель при заболеваниях дыхательной системы), неспецифические – возникающие при заболеваниях различного типа (повышение температуры тела, потеря веса и др.) и патогномоничные симптомы – возникающие только при одном определенном заболевании (например диастолический шум на верхушке сердца при стенозе митрального клапана). Как правило, различные заболевания проявляются множеством симптомов. Совокупность симптомов имеющих общую патогенетическую основу, называют синдромом (от греч. syndrome – скопление).

2. Методы диагностического обследования больного. Методы диагностического обследования больного разделяют на основные группы: клинические – осуществляемые непосредственно врачом и дополнительные (параклинические), которые выполняются по назначению врача с использованием специальных методов диагностики.

   Современная параклиническая диагностика складывается из трех направлений: инструментальная диагностика, клинико-лабораторная и экспериментально-психологическая.

3. Установление диагноза осуществляется на основе данных клинического и дополнительного обследований больного, и подразумевает переход от абстрактного предположения о наличии того или иного заболевания, к конкретному диагнозу (для конкретного больного), который включает совокупность анатомических, этиологических, патогенетических, симптоматических и социальных фактов, имеющих место в конкретном случае.

 

Клиническое обследование больного включает сбор анамнеза, общий осмотр больного, пальпацию, перкуссию, аускультацию.

Анамнез (от греч. аnamnesis – воспоминание) – совокупность сведений о больном и истории его болезни, полученных путем целенаправленного расспроса больного или знающих его лиц. Различаем два основных направления в сборе анамнеза: анамнез болезни (anamnesis morbi) и анамнез жизни больного (anamnesis vitae).

Анамнез болезни подразумевает сбор данных о начале и характере течения болезни. В ходе сбора анамнеза болезни выясняются момент возникновения жалоб и их изменение с течением времени, устанавливаются возможные причины возникновения болезни, уточняются методы предпринятого лечения (или самолечения). Короткий анамнез (от нескольких часов до 1-2 недель) говорит о наличии острого патологического процесса, тогда как продолжительный анамнез (недели, месяцы, годы) свидетельствует о хроническом заболевании.

Анамнез жизни предусматривает сбор данных о психическом, физическом и социальном статусе больного. Составными частями анамнеза жизни являются: физическое и психическое развитие больного в детстве и юности, настоящие условия жизни и питания, вредные привычки, место работы и стаж, перенесенные заболевания, травмы или операции, склонность к аллергическим реакциям, наследственность, а так же акушерский анамнез у женщин. Анамнез у детей (до определенного возраста), собирается путем опроса людей заботящихся о ребенке. При сборе анамнеза от больных с психическими расстройствами, существует необходимость отличить субъективный анамнез (искаженное представление самого больного о его болезни) от объективного анамнеза (реальное состояние дел, выясняемое у лиц знающих больного).

Осмотр больного – является важным этапом на пути успешной диагностики. Различаем общий и специальный осмотр больного. Общий осмотр осуществляется во всех случаях, не зависимо от типа пациента и его жалоб. Специальный осмотр осуществляется специалистами (гинеколог, офтальмолог) с использованием специальных инструментов. Пальпация (лат. рalpatio – поглаживание) – метод клинического обследования основанный на осязательном (мануальном) исследовании больного. Перкуссия (лат. рercussion – простукивание, удар) – метод клинического обследования больного, основанный на простукивании различных частей тела, с последующей интерпретацией изменения звука получаемого при простукивании. Аускультация (лат. аuscultare – слушать, выслушивать) – метод клинической диагностики в основе которого лежит выслушивание и интерпретация звуков, образующихся при работе внутренних органов. Аускультация может быть прямой (если врач прикладывает ухо к поверхности тела больного) и непрямой (с использованием различных инструментов проводящих и усиливающих звук – стетоскоп). В норме работа внутренних органов сопровождается характерными звуками. При вовлечении внутренних органов в тот или иной патологический процесс, звуки сопровождающие их функционирование изменяются. Улавливание и интерпретация этих звуков и составляет принцип перкуссии. Так, например, при различных поражениях легких и бронхов возникают хрипы, при поражении клапанов сердца возникают различные шумы по характеру которых можно предположить конкретный тип заболевания.

   Организм состоит из клеток - элементарных частиц живого, помещенных в определенную среду. Ассоциации клеток образуют биологические ткани - мышечную, соединительную, нервную и т.д., которые входят в состав различных органов. Органы - морфологические образования[1], представляющие собой совокупность нескольких видов биологических тканей, которые при своей жизнедеятельности выполняют определенные функции.

   Системы органов - группы органов, действующие согласованно или (и) взаимосвязанные анатомически. Органы, связанные функционально, т.е. объединенные для выполнения некоторых общих функций, образуют функциональные системы. Функциональные системы тесно взаимодействуют в составе единого органического целого. Однако для удобства изучения выделяют ряд функциональных систем, выполняющих специфические функции жизнеобеспечения: нервную, эндокринную; скелетно-мышечную; сердечнососудистую; дыхательную; выделительную; пищеварительную; репродуктивную.

 

   С целью получения более подробной и точной информации о процессе на практике применяется инструмент декомпозиции процесса - расчленение его на более мелкие функции с целью повышения эффективности управления путем тонкой настройки. Так, например, процесс диагностики может быть подразделен (декомпозирован) на процесс семиотики, диагностического обследования, которое в свою очередь подразделяется на обследование клиническое и параклиническое (дополнительное), установление диагноза на основе совокупности анатомических, этиологических, патогенетических, симптоматических и социальных факторов и т.д. Такие элементы декомпозированных процессов принято называть подпроцессами.

    Наиболее распространенной точкой зрения на биологический организм является представление о нем как о биохимической машине с кибернетическим управлением. В биологических и медицинских системах, как правило, можно выделить множество прямых и обратных связей. Поэтому  в целях упрощения  в системе анализируют лишь главную (иногда рассматриваемую в качестве единственной) цепь обратной связи.

Рисунок 1.1 - Схема отрицательной обратной связи по рассогласованию (замкнутая система управления): Х — входной сигнал; Y — выходной сигнал; V — возмущение; ε — сигнал рассогласования, U — сигнал управления.

Рисунок 1.2 - Схема параметрической обратной связи: X — входной сигнал; Y — выходной сигнал; V — возмущение, U — сигнал управления

 

   Обратная связь может быть положительной (когда поступающий обратно с выхода на вход сигнал увеличивает эффект входного воздействия) или отрицательной (когда этот эффект уменьшается).

     Положительная обратная связь обычно способствует потере устойчивости в системе, а отрицательная повышает устойчивость и обеспечивает поддержание гомеостаза[2].

   В биологических системах, в частности в организме, отрицательная обратная связь встречается в различных формах, а механизмы ее реализации имеют различную природу — гуморальную[3], нервную и др.

   Простейшей формой отрицательной обратной связи в кибернетике является обратная связь по рассогласованию (рис. 1). Прямой канал представлен цепочкой вход — регулятор — объект — выход, обратная связь — передача выходного сигнала V с выхода системы ко входу. Если входной сигнал равен Х (любое постоянное значение входного сигнала называется установкой), а выходной сигнал Y ему не равен, то в системе возникает сигнал рассогласования  ε = Х — Y. Этот сигнал усиливается регулятором и преобразуется в сигнал управления  U, который поступает на вход объекта, изменяя его состояние до тех пор, пока рассогласование не исчезнет. В этом случае достигается желаемое соотношение Y = X. Если на систему действует возмущение V, то это соотношение нарушится, и механизм обратной связи снова заработает, возвращая изменившееся значение к заданному уровню.

   Другой распространенной формой отрицательной обратной связи в системах любой природы является параметрическая обратная связь, когда выходной сигнал изменяет какие-либо свойства (параметры) одного из звеньев прямого канала — регулятора (рис.1.2). Примером такого рода отрицательной обратной связи может служить один из механизмов ауторегуляции в биохимических циклах — подавление конечным продуктом реакции синтеза одного из предшественников.

   Все функциональные системы управляются с помощью разнообразных подсистем управления, благодаря работе которых обеспечивается выживание в условиях изменяющейся внешней среды. Принято считать, что они имеют иерархическую организацию. Руководящая роль отводится центральной нервной системе, которая состоит из головного и спинного мозга.

Рисунок 1.3 – Строение нервной системы

   Основной механизм нервной деятельности — прием сигналов из внутренней и внешней сред, их преобразование и передача информации в нервные центры головного мозга. В нем они анализируются, и вырабатывается управляющее воздействие, под влиянием которого "исполнительные" органы создают ответную реакцию. Отделы мозга, отдельные центры и образования в определенной степени отвечают за разные функции, но при патологических изменениях, когда функционирование отдельных нервных центров нарушается, наблюдается частичное перераспределение функций между отдельными зонами головного мозга. Чем выше в иерархической структуре находится тот или иной отдел головного мозга, тем в большей степени ему присущи координирующие, а не непосредственно управляющие функции.

                                  Рисунок 1.4 – ЦНС (строение)

Рисунок 1.5

Рисунок 1.6

Рисунок 1.7

Рисунок 1.8

Рисунок 1.9

Рисунок 1.10

Рисунок 1.11 – Головной мозг

Органы и подсистемы управления организма решают отдельные частные задачи регулирования, в соответствии со своей сложно организованной внутренней структурой. Каждый орган представляет собой совокупность клеток или их групп, имеющих между собой многочисленные разнообразные связи. В свою очередь, каждая клетка сама по себе есть сложная система, в которой можно выделить большое количество разных более или менее автономных подсистем управления.

   Каждый иерархический уровень в какой-то степени характеризуется пространственными размерами. Так элементы клеток имеют размеры менее 10 мкм, размеры клеток составляют 10÷50 мкм, колонии клеток от 200 до 1000 мкм, размеры органов, группы органов и всего организма существенно больше.

   Поэтому при использовании технических методов приходится получать информацию о параметрах объектов, имеющих размеры от нескольких мкм до долей метра, и всего организма в целом.

Рисунок 1.12 - Схема вегетативной нервной системы: слева – парасимпатическая система; справа – симпатическая система; римскими цифрами обозначены порядковые номера черепно-мозговых нервов

 

  Для нормального функционирования организма необходим обмен информацией между всеми уровнями, как с верхних "этажей" на нижние, так и с нижних на верхние. Аналогично, должна существовать распределенная система обмена управляющими воздействиями. Каждый орган имеет двустороннюю связь с центральной нервной системой и, в свою очередь, может влиять на функцию нервной системы.

   Любой организм характеризуется совокупностью показателей, с помощью которых оцениваются физико-химические свойства внутренней среды (концентрации различных веществ, рН, рО₂  и т.д.), а также своими физическими характеристиками (ударный объем сердца, частота сердечных сокращений, артериальное давление, скорость кровотока, сопротивление периферических сосудов, частота и минутный объем дыхания) и т.д. Совокупность этих показателей характеризует функциональный уровень организма, который поддерживается в результате действий функциональных систем. В состав функциональных систем обычно входят объединения управляющих и исполнительных узлов - нервных центров, рабочих органов, систем связей, ответственных за выполнение определенной функции.

  В состоянии физиологического покоя или при очень слабых внешних воздействиях каждая подсистема организма работает по принципу наименьшего взаимодействия, т.е. функционирует так, чтобы взаимодействие с другими подсистемами и с внешней средой было бы минимально. При этом обеспечивается наиболее экономичный (с энергетической точки зрения) режим работы. Незначительные изменения, возникающие внутри той или иной из подсистем, не оказывают заметного влияния на другие подсистемы.

При изменившихся внешних условиях существенные показатели организма количественно изменяются. При этом подсистемы регулирования стремятся обеспечить новые квазиоптимальные условия жизнедеятельности.   Если внешние условия возвращаются к исходным, показатели организма снова изменятся. Но они, как правило, будут отличаться от первоначальных. Это обусловлено тем, что оптимизация каких-либо процессов легко решается на уровне, когда имеется один критерий оптимизации (скалярная оптимизация). Если критериев много (векторная оптимизация), то получить однозначные результаты тяжело даже в простейших технических системах, работа которых характеризуется двумя-тремя критериями. В системе такой сложности, какой является биологический организм, это невозможно даже теоретически.

   Из сказанного следует вывод о том, что равновесное состояние организма может существовать при разных значениях существенных показателей. При сильных внешних воздействиях на организм принцип наименьшего взаимодействия нарушается. Возникают эффекты непосредственного воздействия одних подсистем на другие - эффекты иерархических влияний, доминирования и конкурентных отношений. Попадая в экстремальные условия, организм стремится поддержать постоянство наиболее важных показателей, в ущерб менее ответственным, производит их изменение в сторону, обеспечивающую восстановление исходного состояния организма. Действует принцип поддержания постоянства внутренней среды - гомеостазис организма.

   Разделение существенных показателей по важности свидетельствует о доминировании одних систем регуляции над другими и определяется их значимостью для выживания организма в целом.

   Установлено наличие определенной связи между существенными показателями организма. Это свидетельствует о том, что каждый показатель прямо или косвенно является входным сигналом для других систем организма.

   При описании работы единого комплекса систем регулирования, используются разные подходы.

1. С точки зрения концепции гомеостаза организм может находиться в равновесии только тогда, когда каждая из подсистем, входящих в его состав, находится в равновесном состоянии. При этом величины выходных сигналов каждой из подсистем определяются величинами выходных сигналов всех остальных. Следовательно, обнаруженное отклонение от норм одного из показателей не всегда свидетельствует о нарушении в той системе, которая им управляет.

2. Существует и получила определенное признание концепция, объясняющая постоянство показателей на основе представления о совокупности подсистем организма как о системе нелинейных колебательных структур (осцилляторов) различной природы. В обеих концепциях предполагается, что формирование установок для работы отдельных физиологических систем и их изменение являются результатом деятельности всех подсистем организма.

   Любая подсистема обеспечивает выполнение функций с помощью некоторого набора механизмов регуляции. Выделяют центральные и локальные (местные) механизмы. Центральные механизмы начинают работать в ответ на обобщенные сигналы всего организма. Локальные учитывают потребности отдельных органов и подсистем. Центральные и локальные механизмы действуют совместно и согласованно. Хотя основная роль в управлении той или иной функцией принадлежит центральным механизмам, деятельность локальных механизмов может быть определяющей для всего организма. Право "выбора" способа управления часто остается за "локальными механизмами регуляции". В реальном организме в выполнении определенных функций всегда задействовано несколько уровней управления.

   Регулирующий фактор может передаваться разными путями - нервным, гормональным, гидродинамическим, биохимическим и т.д. На низких уровнях используются биохимический и гидродинамический пути; на высших появляются гормональный и нервный (нейрогормональные механизмы). Пути передачи сигналов тесно связаны между собой как функционально (по назначению), так и анатомически, часто имеют общий материальный переносчик, используют одни и те же анатомические структуры.

   Скорость протекания процессов при разных способах передачи сигналов различная. Так, время запаздывания в передаче управляющих сигналов нервным путем достигает 0,3 с, химическим - 3 с, у нейрогормональных и гормональных - соответственно 3 и 7 минут. Элементы поведения и погрешности созревания составляют 10-30 дней, а жизненные процессы и процессы деградации - 15-70 лет.

   Считается, что в подсистемах регулирования используются все известные на сегодняшний день принципы управления: управление по отклонению; управление по возмущению; прогностическое (форпостное) управление. При этом широко используется обратная связь и различные комбинации методов управления.

   Физиологи отмечают наличие у организма моторных  синергий[4].  Под этим термином понимается четкая согласованность движений частей тела при решении моторных задач, например, дыхательная синергия, согласованное движение рук и ног при ходьбе, плавании. Одни синергии относятся к числу врожденных. Другие вырабатываются в процессе обучения. Группировка параметров системы, имеющей много степеней свободы, в специализированные блоки (ансамбли) является одним из общих и эффективных методов управления такими системами. Это приводит к уменьшению числа независимых параметров и делает управление более экономичным.

   Для организма присуща способность к преднастройке и к прогнозированию ситуации. Благодаря этому ему удается решать сложные задачи в ограниченное время при малой скорости биологических процессов. При организации управления в живых системах существенную роль, по-видимому, играет способность организма к обучению (обучаемость). Она выражается в выработке условных рефлексов на раздражители и в формировании различных умений и приемов выполнения задач.