Прогнозирование состояния здоровья ребенка

Статья является результатом научных исследований сотрудников кафедры Прикладной математики Томского политехнического университета, работающих в коллективе научной школы «Разработка физических основ программного обеспечения энерго- информационного представления функциональных особенностей организма в задачах лечебно- профилактической медицины» и посвящена применению математических методов для прогнозирования здоровья детей. Дан краткий обзор использующихся для этих целей методов. Изложены основные этапы разработки комплексного прогноза с определением степени риска наиболее частых заболеваний у детей раннего возраста. Особое внимание уделено: разработке прогностических моделей состояния здоровья детей с использованием методов выявления: скрытых закономерностей; типов магистрального поведения организма ребенка на основе построения и анализа магистральных траекторий, определяющих для каждой однородной группы прогноз развития; исследованию видов адаптации с учетом индивидуальных особенностей.

Большое значение имеет прогностический подход в педиатрии, главной задачей которой является не только охрана жизни ребенка, но и поддержание его здоровья на высоком уровне. Ежегодно до 38 % детей рождаются больными или заболевают в период новорождённости. При этом общая заболеваемость новорождённых снизилась с 6020,6 (2006 г.) до 5396,9 (2012 г.) на 10000 новорождённых [3].

В настоящее время наибольшее число исследований в сфере биомедицинского прогнозирования посвящено исходу течения заболевания. Значительно меньше изучены вопросы прогнозирования состояния здоровых новорожденных детей при воздействии тех или иных факторов. Однако решение данных задач представляет собой наиболее актуальную часть проблемы, поскольку открывается возможность профилактики не только заболеваний, но и состояний на гране нормы и патологии, что особенно актуально для детей раннего возраста, когда малейшие изменения оказывают огромное влияние на состояние здоровья новорожденных.

В статье показан комплексный подход оценки состояния здоровья ребенка в будущем. Для решения поставленных прогностических задач предполагается использовать разработанные и реализованные авторами подходы и методы:

1) комплексного прогнозирования функционального состояния ребенка;

2) получения адаптационных характеристик на основе интегрально-информационных критериев;

3) выявления закономерностей в структуре данных.

Статистическая обработка исходных данных. Для того чтобы получить достаточно надежную оценку и прогноз здоровья детей, необходимо выбрать признаки, которые не только описывали бы состояние организма в прошлом и настоящем, но и отражали особенности его реактивности и адаптационные возможности. В качестве таких признаков авторами исследуются анамнестические данные, позволяющие выявить наследственно-генетический фон, дающие представление о действии неблагоприятных факторов во антенатальном, интра- и перинатальном периодах; данные лабораторных и инструментальных исследований (показатели крови, кариометрии, кардиоинтервалографии), позволяющие проводить оценку состояния организма ребенка и выявить взаимосвязь систем организма. Для успешного решения задачи прогнозирования на первом этапе исследований выявлены и удалены аномальные наблюдения в данных. Для решения этой задачи использовался метод Ирвина. При использовании этого метода вычисляется величина λt:

где

Если полученное λt превышает табличное значение (находимое в зависимости от числа наблюдений во временном ряде и уровня значимости), то элемент yt считается аномальным наблюдением. Аномальные наблюдения необходимо исключить из временного ряда, заменив на расчетные значения (например, на среднее из двух соседних значений). Результаты для показателя «Васкулоэндотелиальный ростовой фактор VEGF» приведены на рис. 1.

Рис. 1. Результат применения метода Ирвина на временном ряде показателя VEGF

На втором этапе исследований все полученные данные были ранжированы по информативности и степени влияния на результирующие показатели с помощью построения диаграммы Парето [4]. Основными достоинствами данного метода являются: визуальное представление результатов; хорошая достоверность выделения информативных показателей; сохранение исходных данных в неизменном виде, что ускоряет и облегчает интерпретирование полученных результатов. Согласно правилу построения диаграммы Парето, по исходным данным определяется частота отклонений каждого показателя от нормы [4]:

где bi – число отклонений i-го показателя; хi – значение i-го показателя конкретного пациента; (xiн, xiв) – нижняя и верхняя граница нормы i-го показателя; n – количество показателей.

Полученные отклонения располагаются в порядке их значимости и вычисляется кумулятивный процент.

Диаграмма Парето, построенная по показателям исследования, представлена на рис. 2.

Большинство решающих правил используют методы статистики, основанные на применении прогностических коэффициентов и обучающих выборок, составленных из группы детей с известным состоянием здоровья. Для формирования прогностических коэффициентов была произведена оценка степени тесноты связей: для количественных признаков с помощью выборочного коэффициента корреляции, а для качественных признаков – рангового коэффициента парной корреляции [5].

Рис. 2. Диаграмма Парето

Комплексное прогнозирование здоровья детей

Естественно-научной основой предвидения является способность организма опережающе отражать действительность, как механизм адаптации к изменяющимся условиям жизнедеятельности. Одним из принципов, который необходимо реализовать при построении математической модели прогноза состояния здоровья детей, является оценка адаптационных возможностей организма, формирование характера напряжения и декомпенсации всех систем организма, возникших в неонатальном периоде у детей с различным сроком гестации, опираясь на данные исследований.

Оценивая адаптационные возможности детей, можно установить уровень функционирования и функциональные резервы организма, выявить пограничные состояния, т.е. состояние здоровья на гране нормы и патологии (например, при слабой адаптации организм ребенка не справляется с воздействием изменяющихся факторов внутренней и внешней среды, что приводит к срыву и как следствие к заболеваниям). При этом использовался обобщенный интегральный критерий, основанный на использовании информационной меры Кульбака, в рассмотрении меры Кульбака, как меры «предпочтительности» поведения биообъекта:

где n – количество информативных признаков; P0(хj) – вероятность, характеризующая «предпочтительную» вероятность состояния объекта, т.е. случай, когда отклонения j переменной от «нормы» равно 0. В работе при оценке адаптационных возможностей организма ребенка за «норму» («эталонное» состояние) принято считать состояние, при котором значения всех переменных равны среднестатистическим значениям (для однородных групп обследуемых).

P1(хj) – вероятность того, что значение признака хj соответствует «норме».

В качестве «предпочтительного» поведения в интегральном критерии выбираются фоновые значения показателей крови, соответствующие индивидуальной норме. Полученная интегральная мера, позволяет оценить только суммарное отклонение всех количественных признаков, измеренных однократно в некоторый момент времени. Поскольку исследования проводятся в некоторый период времени, то полученная дискретная функция рассматривается как некоторая адаптационная характеристика (адаптационная стратегия). Выделение эталонных типов функций (адаптационных стратегий) осуществлялось при помощи кластерного анализа. В результате было получено 5 эталонных типов [1].

Распределение типов адаптационных стратегий, полученных при обследовании детей, представлено в табл. 1. На рис. 3 представлен график адаптивно-компенсаторного типа адаптационной кривой.

Распределение типов адаптационных стратегий в зависимости от однородной группы

Источник

Прогнозирование состояния здоровья ребенка

По мнению Европейского сообщества, профилактика на всех этапах жизни является самым эффективным подходом (с экономической и медицинской точек зрения) к инвестиции в здоровье и развитие гармоничного общества [1, с. 2]. Безусловно, индивидуальные характеристики ребенка во многом определяют степень воздействия на него факторов риска (гендерная и этническая принадлежности; генетическая предрасположенность; эмоциональная устойчивость), на первое место среди которых в дальнейшем выходят социальные, экономические и экологические детерминанты (уровень доходов и образования семьи, условия жизни и труда) [1, с. 7].

Именно социальные детерминанты, по мнению экспертов ВОЗ, играют ведущую роль в формировании популяционного здоровья. При снижении адаптационно-компенсаторных возможностей организма на фоне высокой агрессивности факторов окружающей среды и неблагополучного социального портрета матери (алкоголизм, табакокурение, бедность) социальные предикторы способствуют увеличению заболеваемости и инвалидизации детей в критические периоды роста и развития [2].

В перинатальном периоде закладывается фундамент здоровья взрослого населения, определяя дальнейшее развитие организма. Согласно исследованиям ВОЗ, у юных матерей с неблагополучным социальным статусом чаще рождаются дети с низкой массой тела, которая, в свою очередь, является предиктором многих возрастных патологий и напрямую связана с повышенным риском развития ишемической болезни сердца, инсульта, артериальной гипертензии и инсулинозависимого сахарного диабета. На самых ранних этапах жизни важная роль в формировании физического и психического здоровья ребенка принадлежит семье. Так, по данным Европейского сообщества, у лиц, испытавших в детстве жестокое обращение, в последующей жизни наблюдается более высокий риск табакокурения, абдоминального ожирения и алкоголизма на более поздних стадиях жизни [1, с. 7-8].

Современное состояние здоровья детей в Европейском регионе характеризуется высокой детской смертностью в возрасте до пяти лет, особенно в первый месяц жизни, на долю которого приходится 50,0% случаев. Ведущими причинами при этом являются неонатальные патологические состояния (недоношенность, сепсис, асфиксия при рождении), травмы, пневмония и диарея. В возрасте 5–19 лет на первое место выходит дорожно-транспортный травматизм. В структуре непреднамеренных травм дорожные аварии занимают 39,0%, утопления — 14,0%, отравления – 7,0%, пожары и падения — по 4,0%. Непреднамеренные травмы являются причиной 42 000 смертей в возрасте от 0 до 19 лет. Наряду с этим более 10,0% подростков имеют психические нарушения, нервно-психические расстройства являются доминирующей причиной инвалидности среди данной возрастной группы. По частоте распространения среди детей 0-17 лет на первой позиции находятся тяжелые депрессивные расстройства, затем по нисходящей — тревожные расстройства, поведенческие расстройства и расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ [3, с. 2-3].

Проведенное исследование показало, что каждый третий ребенок в возрасте 6–9 лет страдает от избыточной массы тела или от ожирения. В группе 11-13-летних детей аналогичные показатели составляют от 5,0 до 25,0%. Согласно прогнозам, более 60,0% детей, имеющих излишнюю массу тела до наступления пубертатного периода, сохраняют подобную тенденцию и в раннем трудоспособном возрасте, что способствует развитию опосредованных взаимозависимых патологий — сердечно-сосудистых заболеваний и инсулинозависимого сахарного диабета [3, с. 3].

Состояние здоровья детей разных возрастных групп и факторы, его определяющие, являются предметом изучения и отечественных авторов. Так, В.С. Меренковой с соавт. исследовались 50 пар «мать-ребенок первого года жизни» со средним возрастом матери 24,46±5,57 года и 50 пар «мать-ребенок второго года жизни» со средним возрастом матери 25,54±4,9 года. В ходе работы выявлено, что ухудшение здоровья детей напрямую связано с материнскими факторами: на первом году жизни — с фетоплацентарной недостаточностью, угрозой прерывания беременности и наличием гестоза (r = 0,44; 0,38 и 0,35 при p

Источник

Прогнозирование состояния здоровья ребенка

Источник