Скачиваний:
85
Добавлен:
25.12.2019
Размер:
129.02 Кб
Скачать

Надо стараться писать так, чтобы изучающий всегда мог видеть внутреннюю основу изучаемых им вещей, чтобы он мог во всем разобраться так, как если бы он это придумал сам”

Г. Лейбниц

Опыт сначала приносит пользу науке, затем вредит ей, так как обнаруживает и закон, и исключение. Среднее между ними отнюдь не дает истинного.”

В. Гете

Глава 1. Организация и управление медико-биологическими исследованиями

1.1. Задачи медико-биологических исследований

Одним из перспективных и плодотворных направлений приложения инженерных знаний является применение различных методов и технических средств в отраслях народного хозяйства, связанных с биологией, медициной, экологией, агротехническим комплексом, сельским хозяйством. Это обусловлено несколькими причинами. С одной стороны, это связано с расширением области исследований, в которой в качестве изучаемого объекта выступают биологические объекты разных видов и, следовательно, с созданием систем, аппаратов и приборов для этих целей. С другой – с расширением сферы решения прикладных вопросов, связанных с разработкой новых методов, технических средств и технологий:

- в практической медицины - для диагностики, лечения, профилактики и реабилитации;

- в биологии – для проведения биологических исследований: контроля состояния животных, оказания дозированных воздействий, изучения предельных возможностей организмов и их поведения в экстремальных условиях, обработки экспериментальных данных и т.п.;

- в экологии - для контроля состояния Окружающей Среды (ОС), а также прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций и ликвидации их биологических и медицинских последствия;

- в агротехническом комплексе и сельском хозяйстве – для оценки и управления состоянием животных и растений, оценки продуктивности сельскохозяйственных угодий, контроля качества животной и растительной продукции, оценки эффективности продукции биотехнологических производств и т.п.

Хорошо известны также перспективные направления научных исследований в микробиологии, ботанике, зоологии и других биологических науках, прогресс в которых связан с совершенствованием технологий и технических средств их реализации.

Необходимым условием эффективности таких исследований является оснащение лечебных и научных учреждений совершенными методами исследования и современным оборудованием.

В современной медицине и биологии широкое распространение получили специальные методы и технические средства, предназначенные для измерения различных медико-биологических показателей состояния живых организмов, а также для регистрации и анализа физиологических процессов, которые протекают в организме человека и других представителей животного мира. Кроме того, интенсивно развиваются методы управления состоянием биообъектов (в том числе и для лечебных целей), которые используют физические и информационные факторы воздействия, искусственно создаваемые с помощью специальных устройств. Это могут быть генераторы физических факторов (в виде вещества или энергии определенного типа), воздействие которыми осуществляется в особо организованных помещениях, а также средства информационного общения, позволяющие по параметрам поведения в ответ на воздействие судить об эффективности управления состоянием. При этом методы управления используются только при одновременном применении средств регистрации и анализа процессов, управлять которыми они предназначены.

Выбор методов в значительной степени зависит от решаемых медицинских и биологических задач. Список этих задач постоянно расширяется, а, кроме того, они меняют свое содержание. Например, такая хорошо известная задача как “оказание медицинской помощи” за последние годы время претерпела значительные изменения содержания за счет расширения спектра услуг, предоставляемых потенциальным потребителям. В него включаются:

- постановка диагноза и последующее лечение (клиническая и поликлиническая медицина);

- ранняя диагностика патологических состояний (профилактическая медицина);

- оценка работоспособности и утомления (производственная медицина);

- поддержание уровня здоровья и его объективная оценка (физкультурно-оздо­ровительная медицина);

- определение уровня физической тренированности и готовности к спортивному состязанию (спортивная медицина);

- проведение специальных тренировок для выполнения работы в экстремальных условиях (авиационно-космическая и другая медицина);

- контроль физиологической “стоимости” овладения навыками работы в определенной профессии и оценка профессиональной пригодности и т.д.

Сложность оказания медицинских услуг часто превращает процесс их оказание в специфическое исследование индивидуальных особенностей организма конкретного человека, которые проводит медицинский персонал, перед тем как применить ту или иную технологию по выполнению услуги. Среди услуг медицинской помощи к разряду исследовательских процессов можно отнести:

- определение уровня здоровья, который зависит от многочисленных часто не контролируемых факторов и носит индивидуальный характер;

- своевременное выявление патологических изменений, инфекций, генетической или приобретенной предрасположенности к патологиям;

- прогнозирование развития патологических процессов, предсказание возможного состояния через определенный промежуток времени;

- контроль текущего состояния человека, так как оно зависит от выполняемой работы и условий, в которых она выполняется;

- реабилитация человека после выздоровления, связанная с выполнением человеком некоторых физических тестов, результаты выполнения которых могли бы подтвердить это выздоровление

- выбор метода воздействия для лечения и реабилитации пациента, так как часто приходится учитывать индивидуальные особенности организма по чувствительности к тем или иным факторам и др.

Количество разнообразных методик, достаточно обеспеченных на сегодня необходимым оборудованием (приспособлениями, приборами, комплексами и системами, снабженными расходными материалами и методическими рекомендациями по их использованию) и позволяющих быстро и эффективно решать перечисленные выше задачи, постоянно растет. Здесь прослеживается несколько тенденций, когда широко известные и зарекомендовавшие себя на практике методы диагностики и лечения дополняются новыми методами, реализация которых невозможна без специального методического и технического обеспечения.

Еще Гиппократ утверждал, что “надежные диагностические суждения делаются посредством глаз, ушей, носа, рук и других известных способов, т.е. взглядом, осязанием, слухом, обонянием и вкусом”. И сегодня методы, использующие органы чувств человека, сохранили свое значение в медицинской практике. Такие врачебные методики проведения диагностических исследований как внешний осмотр и фиксация жалоб (анамнез), аускультация (прослушивание), перкуссия (простукивание) и пальпация (прощупывание), визуальный анализ крови, мочи и других выделений широко применяются в повседневной практике для оценки состояния организма. Сохранили свое значение и рекомендации по лечению, такие как постельный режим для больного, использование в качестве терапевтических воздействий тепла или холода, кровопускания, процедур с применением медицинских пиявок, лекарственные методы терапии. В то же время за счет освоения новых технологий электронной схемотехники, алгоритмов обработки сигналов и методических приемов появились и интенсивно развиваются технические методы исследования сосудисто-сердечной системы и гемодинамических показателей, дыхательного аппарата и желудочно-кишечного тракта, центральной нервной системы и системы анализаторов. Без стетафонендоскопа, методов механо- и электрокардиографии, методов косвенного изменения артериального давления и насыщения крови кислородом, рентгеновского или ультразвукового исследования, физиотерапевтических установок и другого многочисленного оборудования нельзя представить современное лечебно-профилактическое учреждение – клинику, поликлинику, амбулаторию и др.

Развитие биомедицинского приборостроения и внедрение достижений физико-математических и инженерно-технических наук в медицинскую практику позволили открыть совершенно новые возможности для исследования организма. Методы рентгеновской и ультразвуковой интроскопии (и томографии), тепловидение, радиоизотопная диагностика, современные газо-метрические методы, методы, основанные на введении в организм различных вещественных индикаторов, методы оптической и электронной микроскопии, биохимические исследования и многие другие направления значительно расширили диагностические возможности современной медицины. Широко используются методы исследования импульсной активности нейронов и техника внутриклеточных отведений, позволившие получать более точные заключения о состояния центрального нервной системы и головного мозга, а также методов изучения нарушений генетических закономерностей, которые могут быть причиной многих тяжелых заболеваний. Инструментальные методы проникли в психологию и психиатрию для исследования личностных свойств и характеристик эмоциональной сферы человека, оценки уровня его интеллекта, профессиональной пригодности, степени обученности. Известны их применения при решении медико-социальных задач, например, средства реабилитации инвалидов, исследовательские комплексы, предназначенные для выявления и развития интеллектуальных способностей, и т.п.

Подобные изменения, связанные с развитием и совершенствованием лечебно-терапевтических методов и технических средств для их применения, можно зафиксировать и в лечебной практике. Кроме аппаратов направленного воздействия физическими полями различной природы, медико-технические разработки предлагают врачам принципиально новые методы и средства лечебно-диагностического назначения. Это и одновременное воздействие на пациента несколькими физическими полями (например, тепловым, магнитным и оптическим полями), а также воздействия на активные биологические точки. Широко используются аппараты временного или постоянного замещения органов, утративших (или имеющих функциональные ограничения) естественные функции (аппарат искусственного кровообращения, искусственная почка, системы принудительной вентиляции легких, кардиостимуляторы, биоуправляемые протезы конечностей и многое другое).

Изменяется и техника хирургического вмешательства. На смену металлическому скальпелю приходят принципиально новые методы разрезания биологических тканей – лазерные и ультразвуковые “скальпели”, электрохирургический инструмент, другие виды режущих устройств, обеспечивающих высокое качество разрезания тканей: обеззараживание разреза, высокую точность, контролируемую глубину и обработку краев разреза. Уникальным является так называемый “водяной скальпель”, в котором в качестве режущего инструмента выступает струя воды малого диаметра под давлением более 100 атм.

Необходимо отметить, что по мере совершенствования медицинской техники, повышения ее надежности значительно ослабли требования к условиям, в которых возможно применение медицинской техники. Поэтому методы медико-биологических исследований широко используются не только в клинических и амбулаторных условиях, но и в курортно-санаторной практике и центрах реабилитации, оздоровительно-восста­новительных центрах, непосредственно на производстве.

Кроме традиционных медицинских применений, они оказываются необходимыми при оценке влияния среды, в которой живет человек, на его здоровье, изучении условий труда и связанных с ними профессиональных заболеваний, в инженерной психологии и эргономике, спортивной медицине. Без специального методического и технического обеспечения медико-биологических исследований невозможно проводить космические и подводные исследования; изучать работу водителя любого транспортного средства – пилота, машиниста, шофера; решать многие другие задачи, в которых решающая роль отводится человеку. В этих исследованиях эргономическая и инженерно-психологическая экспертиза автоматизированных информационных комплексов непосредственно связана с текущей диагностикой состояния человека-оператора, определением степени напряженности его труда и уровнем утомления. Системы контроля состояния работающего человека проникли и в сферу производства, где позволяют правильно организовать режим труда и отдыха, разработать рекомендации по безопасным приемам выполнения производственных функций, т.е. способствуют повышению производительности труда с сохранением высокой работоспособности трудящегося.

Следует иметь в виде еще одну особенность, характерную для сегодняшнего состояния медико-биологических исследований. Даже в традиционных медицинских применениях приемы выполнения исследований для одного и того же метода могут различаться, если учесть условия проведения этих исследований. Так значительно отличаются методические приемы работы с однотипной медицинской техникой в условиях поликлиник, амбулаторий, в домашних условиях, с одной стороны, и в больницах и медицинских центров, с другой. Во время хирургических операций и в послеоперационный период, при выполнении человеком работы в наземных условиях и условиях космического полета и т.п. изменяется не только тип используемой медицинской техники, но и способы выполнения исследования одного и того же вида.

Существенные отличия имеют и образцы медицинской техники, использующиеся для однотипных процедур в разных условиях. К аппаратуре, предназначенной для выполнения диагностических исследований в условиях специализированных медицинских центров, предъявляются повышенные требования к точности, надежности и достоверности получения диагностической информации, удобству эксплуатации и обслуживания. В них должны быть хорошо развиты средства обработки и представления информации, информационные базы данных по различным аспектам проведения лечебно-диагностических мероприятий. Эти требования значительно ослаблены для технических средств, применяемых в иных условиях. Например, в производственных условиях достаточно отображать интегральный показатель состояния, для повседневного контроля состояния можно ограничиться небольшим набором показателей, характеризующих состояния наиболее важных систем организма. Аналогичная ситуация возникает и при медицинских обследованиях пострадавших людей в условиях военных конфликтов и катастроф техногенного или природного происхождения. В этих условиях основными критериями применения тех или иных медицинских технологий являются оценка текущего состояния человека и прогнозирование скорости ухудшения этого состояния за время перемещения пострадавшего в клиническое учреждение.

Столь же разнообразна сфера применения биологических исследований и технических средств их выполнения, которые близки по принципам построения и методическим приемам работы к медицинской технике. Важными для развития биологической науки являются задачи:

- оценка процессов жизнедеятельности в разных условиях существования организма;

- изучение предельных возможностей живого организма различного уровня сложности; особенно важным это становится для организма человека в связи с ростом нагрузок и усложнением условий его работы (космические, подводные, высокогорные исследования, работа в “горячих” цехах, в условиях монотонии и др.);

- поиск оптимальных условий для жизнедеятельности и ускоренного развития различных организмов;

- разработка методов выявления интеллектуальных способностей у человека и методик их быстрого развития, связанных с профессиональной подготовкой;

- исследование влияния факторов внешней среды на состояние организма человека, животных, представителей растительного мира;

- разработка и исследования последствий использования новых перспективных методов диагностики и лечения, а также лекарственных препаратов и пищевых добавок и т.п.

Биологические исследования также имеют разное методическое обеспечение, если они проводятся в лабораторных или полевых условиях, различных климатических зонах, на популяциях одних и тех же представителях биологического мира, но выращенных на разных биологических станциях.

Особое место в практике медико-биологических исследований занимают аналитические исследования. Общим для этого вида исследований в медико-биологической практике является изучение веществ, так или иначе вовлеченных в биологические процессы. Эти вещества либо непосредственно связаны с функционированием организмов, т. е. являются продуктами их жизнедеятельности (так называемая Внутренняя Среда организма - ВС), либо являются внешними по отношению к организму, но способствующими поддержанию в нем физиологических процессов (эта среда воспринимается как Окружающая организм Среда - ОС).

Само исследование выполняется с относительно небольшим количеством исходного материала, взятого из исследуемой среды, которое называется биологической пробой (биопроба, БП). Для того чтобы исследование было репрезентативным, компоненты, содержащиеся в пробе, должны отражать в полной мере все особенности основной массы изучаемого материала, поэтому выбор оптимального объема БП - одна из сложных задач таких исследований. Часто для получения достоверных результатов приходится исследовать несколько биопроб, взятых из различных областей исходного материала, т. е. проводить “серийный” эксперимент, или по специальной методике готовить так называемую “усредненную биопробу”.

Основными типами решаемых в лабораторных условиях задач являются:

- анализ химического состава БП;

- определение концентрации компонентов в БП;

- изучение структурного состояния самого широкого спектра компонентов, содержащихся в разнообразных биоматериалах;

- оценка ряда физических и физико-химических характеристик БП.

В связи с этим в аналитических исследованиях различают: элементный, функциональный, молекулярный и фазовый анализы вещества. Решения этих задач осуществляется путем проведения качественного или количественного анализа. Решив в комплексе задачи указанных типов, можно получить полное представление о любой биопробе при данных условиях.

Проводятся подобные исследования в аналитических лабораториях (поэтому часто такие исследования называют лабораторным анализом (ЛА)) различного профиля, в которых создаются оптимальные условия для экспериментов с БП - они обеспечены специальной аналитической техникой и оборудованием. Разработаны стационарные лаборатории и подвижные комплексы, исследования в которых можно проводить в полевых условиях. Значительную часть аналитических исследований составляют исследования, проводимые в здравоохранении, медицинской промышленности, микробиологии, для научно-исследовательских учреждений биологического и медицинского профилей, лабораторий судебно-медицинской экспертизы.

Много общего с задачами, характерными для медико-биологических клинических исследований, имеют задачи, решаемые в аптечном деле и фармацевтической и косметической промышленности, в биотехнологическом производстве и экологических центрах.

В аптечном деле при подготовке лекарств приходится смешивать исходные компоненты в точных пропорциях и оценивать качество получаемых смесей. В фармацевтическом и косметическом производстве важно определять качество исходного сырья, давать оценку биологической ценности тех или других продуктов, прогнозировать дальние последствия их применения. Для биотехнологического производства важно оценивать качество белка, витаминов, аминокислот и других синтезируемых веществ. Во всех этих задачах приходится иметь дело с пробами соответствующих веществ и их лабораторным анализом.

Развитие индустриальных государств привело к значительному влиянию промышленных производств на природную среду, загрязняя атмосферный воздух, воду, почву. Это, в свою очередь, приводит к нарушениям природного баланса, возникновению вредных для живых организмов условий жизнедеятельности и, как следствие, появлению новых патологических факторов, влияющих на их здоровье. Поэтому появились представления о медико-экологических причинах возникновения многих заболеваний человека и необходимости тщательного изучения состояния ОС. Необходимость экологической экспертизы промышленных районов, изучение влияния ОС на здоровье населения Земли, анализ демографических факторы и ряд других причин заставляют разрабатывать специальные методы контроля состояния самой ОС. Исследования, проводимые для определения концентраций вредных веществ и последующего сопоставления их с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), являются наиболее эффективными для подобной экспертизы. Эти исследования также проводятся с небольшим объемом вещества – пробой, взятой из ОС, поэтому все проблемы, связанные с ее выбором и сохранением свойств, аналогичны проблем БП.

Приведенный анализ возможных задач медико-биологических исследований убедительно показывает широту и разнообразие методов, методик и технических средств, необходимых для их выполнения. Грамотное и эффективное применение всего арсенала средств возможно только при глубоком понимании особенностей биологических объектов как объектов исследования, учете условий выполнения исследований, решаемых задач и ясном представлении того, для чего такое исследование поставлено.

Соседние файлы в папке Пособие