Пользовательский поиск

Некоторые вопросы биометрических подходов к изучению морфологии человека

В последние десятилетия биология и медицина входят в но­вую фазу развития, связанную с постепенной математизацией отдельных разделов этих наук, так как традиционные описа­тельные подходы к новым данным, получаемым благодаря ус­пехам гистохимии, электронной микроскопии и молекулярной биологии, не могут полностью удовлетворить запросы совре­менной медицины, в частности патологии.

Продолжение ниже

Медицинская морфометрия

Развитию количественных подходов к изучению нормальной и патологической морфологии человека и животных во многом способствовало использование принципов биометрии и морфо­метрии. Расширение и углубление технических ...

Читать дальше...

всё на эту тему


В большинстве наук можно выделить несколько этапов раз­вития, связанных с преобладающей логикой и уровнями познания:

  1. Эмпирический — основанный на накоплении и описании фактов, сравнениях, первичной систематизации, создании пред­ставлений об изучаемых явлениях. Этот этап в морфологии имеет многовековую историю и остается базовым в настоящее время.
  2. Теоретический — проявляющийся в систематизации и син­тезе знаний в виде теорий, объединяющих накопленные поня­тия в целостные идеи. Теоретический этап характерен для ис­следований последних столетий и продолжает являться фунда­ментальным направлением морфологических наук.
  3. Математический — связанный с современной компьютери­зацией знаний и требующий создания математических моделей изучаемых систем, в том числе морфологической природы. Математические модели используются для доказательств зако­номерностей и законов, превращают обширную информацию, получаемую морфологом, в стройную систему знаний.

Количественная (математическая) морфология по существу только начинает серьезно развиваться, отражая тесные и разно­сторонние взаимодействия экспериментальных и теоретических методов различных наук. Особенно интенсивно в эти области внедряются математические, количественные методы исследова­ния в связи с ростом сложности теоретических построений, ос­нованных на огромной информации.

Применение точных методов исследования в биологии нача­лось еще в прошлом веке. L. Quetelet (1835) впервые в антро­пологии использовал математическую статистику. Для обозна­чения комплекса количественных оценок в биологии F. Galton (1889) ввел термин «биометрия». По определению В. В. Алпато­ва (1957), биометрия — это совокупность приемов математиче­ской обработки данных массового измерения различных приз­наков организма. Н. А. Плохинский (1970) понимает под биометрией науку о статистическом анализе групповых свойств в биологии, приложение методов теории вероятностей и мате­матической статистики к изучению биологических объектов. Г. Ф. Лакин (1968) определяет биометрию как совокупность методов математической статистики, применяемых в биологиче­ских исследованиях. П. Ф. Рокицкий (1967) ввел название «био­логическая статистика», N. Rachevsky (1966)—«математиче­ская биология».

Разделы современного естествознания в своем развитии про­ходят этап, когда получаемые факты необходимо выражать чис­ловыми показателями. С целью обработки собранных данных привлекают математику [Thompson W., 1942]. Математический анализ позволяет формулировать гипотезы о зависимости одних явлений от других и проверять на контрольном материале вы­текающие из этих гипотез следствия. Поскольку часто причины тех или иных явлений точно учесть невозможно, их называют явлениями случайного характера. Для их изучения применяют методы математической статистики, основывающейся на теории вероятностей [Алпатов В. В., 1957; Автандилов Г. Г., 1968, 1978, 1980].

Роль математики и математической статистики в биологии и медицине особенно возросла в последние годы в связи с раз­витием теории информации, кибернетики и многих связанных с ними областей математики, среди которых главное место занимают теория вероятностей, математическая статистика и математическая логика.

Использование математики в современной биологии не ог­раничивается только статистическими методами. При изучении вопросов патологии человека на морфологическом и клиниче­ском материале широко использовались не только биометри­ческие подходы, но и приемы и методы других областей мате­матики или комбинация этих двух направлений [Автанди­лов Г. Г., 1963, 1970, 1980, 1981; Эмануэль Н. М., Евсеенко Л. С., 1970; Weibel Е„ 1973, и др.].

Биологические, в частности патологические, процессы и их морфологические проявления имеют ряд неразрывно связанных признаков качественного и количественного характера. Особен­ности явления мы воспринимаем с помощью органов чувств, различных приборов и методов — так исследователь уточняет субъективную оценку изучаемых процессов и состояний. Количе­ственная характеристика тех же процессов выражается числом при помощи счета или меры. Единство качественных и количе­ственных характеристик предмета составляет его меру. Мера имеет количественные характеристики — изменения размеров, порядка связи элементов, степени и скорости развития и т. д. Мера характеризует предел, за которым следует изменение ка­чества явления или предмета.

С позиций системного подхода явление изучается на уровнях популяции, организма, органа (системы), ткани, клеток, ультра­структуры, полимеров. Предметом морфометрии являются ко­личественные закономерности формообразования на разных уровнях организации.

Известно, что большинство качественных, биологических явлений не могут быть неколичественными, поэтому так назы­ваемая квантификация изучаемых процессов, другими словами, метрический (численный) подход к изучению качественных признаков, вполне оправдана, хотя часть этих явлений нужда­ется в применении методов неметрической математики.

Сложность строения и функций человеческого организма, его взаимодействия с социальной и внешней средой усугубляет труд­ности вскрытия закономерностей нормальных и патологических процессов.

При исследовании проблем нормы и патологии в зависимости' от задач работы пользуются как качественными, так и количе­ственными показателями, представляющими диалектическое единство. Сущность явления познается наиболее широко и глу­боко при целенаправленном изучении качественных и количе­ственных показателей.

Количественные методы как более объективные и точные, чем качественные, базируются не только на инструментальной оценке признака, но и на данных регистрирующей аппаратуры, полностью исключающей субъективизм исследователя.

Результаты счета или измерений — это первый этап коли­чественной характеристики явления или объекта, накопления цифрового материала. Второй основной этап работы заключает­ся в упорядочении и систематизации числовых данных, в их математической обработке и создании математической модели изучаемого процесса. Этот этап по существу является единст­венным способом осмыслить и выразить в краткой математиче­ской форме результаты взаимодействия множества фактов, характеризующих биологические и патологические процессы в различных условиях среды, на всех уровнях их организации: популяционном, организменном, органном, тканевом, клеточном, субклеточном и молекулярном. Математические понятия вносят уточнения в идеи, классификации, описание закономерностей пато- и морфогенеза, передачи информации и ряд других важ­ных понятий медицины и патологии.

Накопление и описание фактов с помощью наблюдения или специально поставленного эксперимента — наиболее распростра­ненный в медицине способ познания. Однако без превращения в систему этот набор фактов не всегда можно целесообразно использовать. С развитием наук растет роль анализа фактов и их превращения в теоретические представления. Известно, что математика является наиболее совершенным инструментом этого периода познания явлений, так как дает возможность упорядочить получаемую информацию, оценить достоверность полученных выводов и закономерностей, чего иногда трудно достичь одними логическими умозаключениями.

Уместно подчеркнуть, что математика — не только инстру­мент для количественных оценок, как многие неверно пред­ставляют, но и мощный аппарат для изучения качества явления, его сущности. Математика создала удивительную культуру мышления и язык абстракций, дающий возможность единооб­разно описывать разные по природе процессы. Издавна счита­ется, что уровень развития любой специальности характеризу­ется, в частности, способностью дисциплины поставить себе на службу математические методы анализа. Пророческое предвиде­ние Леонардо да Винчи о том, что «ни одно человеческое исследование не может называться истинной наукой, если оно не прошло через математические доказательства», становится требованием современного естествознания. Это в равной мере относится к биологическим и медицинским дисциплинам, в частности и к морфологии. Как утверждал Д. И. Менделеев, «наука начинается с тех пор, как начинают измерять»; «в руках врачей с одними практическими значениями, — по утверждению Г. Ф. Ланга, — медицина сойдет на степень ремесла...».

И. П. Павлов (1909) прозорливо видел в математических методах анализа медицинских и физиологических явлений весь­ма важный подход к познанию жизни:

«Вся жизнь от простей­ших до сложнейших организмов, включая, конечно, и человека, есть длинный ряд все усложняющихся до высочайшей степени уравновешиваний с внешней средой. Придет время — пусть от­даленное,— когда математический анализ, опираясь на естест­веннонаучный, охватит величественными формулами уравнений все эти уравновешивания, включая в них, наконец, и самого себя»

Несмотря на сложность и подвижность параметров, характе­ризующих морфологические изменения, и далеко не всегда яс­ную роль отдельных компонентов исследуемого процесса, мы все чаще становимся свидетелями успешности математических подходов к решению и этих задач.

Значительно возросло применение методов исследования, свя­занных с теорией вероятностей. Она изучает в абстрактной фор­ме закономерности, присущие случайным событиям массового характера, и нашла широкое применение в изучении природы явлений, возникающих в совокупности большого числа взаимо­действующих элементов. Отвлекаясь от несущественных подроб­ностей и связей, теория вероятностей дает возможность предста­вить в целом сложный процесс и с определенным приближени­ем разобраться в его закономерностях, чему способствует также использование теории алгоритмов, информации, игр и графиков.

Применение математических подходов к изучению биологи­ческих и медицинских проблем идет по двум направлениям.

Во-первых, математический анализ позволяет формулировать гипотезы о зависимости одних явлений от других и проверять на экспериментальном материале их достоверность и характер вытекающих из гипотезы следствий. Во-вторых, при изучении причин случайных явлений привлекаются методы теории вероятностей, так как биологу и врачу приходится изучать общие закономерности, имея в своем распоряжении данные об отдель­ных признаках большого количества индивидуумов. Результат опыта или наблюдения зависит от столь большого числа факто­ров, что их учет иногда практически почти невозможен. Напро­тив, методы теории вероятностей дают возможность предска­зать средний исход или среднее значение показателей из массы аналогичных опытов или наблюдений. Модифицированный в соответствии со спецификой биологических объектов статистиче­ский анализ проводится на любых не единичных явлениях, объединенных в группы любой численности, начиная с двух. Достоверные результаты могут быть получены как на достаточ­но больших совокупностях, так и на малых с учетом возмож­ной ошибки.-----------

Заметим, что описание одного типичного случая может иметь большую научную ценность, но единичное наблюдение не может быть объектом биометрии и морфометрии. Следует четко пред­ставлять, что во множестве сходных явлений действуют свои, присущие им законы, которые только в общих чертах характе­ризуют единичные наблюдения. В то же время законы, прису­щие единичным событиям или величинам, не отражают в полной мере общих закономерностей, справедливых лишь для массовых явлений.

Групповые свойства подразделяются на основные и сопря­женные. В морфометрии к основным свойствам относят:

  1. средний уровень изучаемого признака, характерный для всей группы в целом;
  2. разнообразие (вариабельность) признака — различие исследуемых объектов в группе;
  3. распределение признака — количественные соотношения объектов, характери­зующихся определенной величиной (структура, типология, про­филь процесса);
  4. представительность (репрезентативность), типичность выборочных групп, изучение которых дает достаточ­но точную характеристику всей генеральной совокупности объ­ектов. Весьма важно знать порог вероятности безошибочного суждения.

Указанные основные свойства полностью распространяются на биометрическое исследование групп, создаваемых с целью изучения патологии человека, начиная от группировки больных теми или иными заболеваниями, секционного материала и кон­чая морфометрическим исследованием патоморфологических объектов, органов, тканей, клеток, ультраструктур, а также интенсивности гистохимических реакций.

К сопряженным свойствам относят такие групповые свойст­ва, которые появляются вследствие связи, сочетания или сопряжения в развитии указанных основных свойств. Например, со­пряжение средних показателей двух изучаемых признаков проявляется в том, что изменение одного признака влечет за собой изменение другого. Это явление обозначено как корреля­ция. Особый вид сопряженного разнообразия выражается в форме и силе влияния различных факторов. Эти понятия осо­бенно важны для изучения явлений морфогенеза и патологии человека, так как большинство процессов и их взаимодействия сопряжены по топике, времени, пато- и морфогенезу. Следует особо подчеркнуть важность положения о том, что любые мор­фологические методы могут быть применены только в опреде­ленной ситуации, когда каждый этап исследования и их резуль­таты имеют биологический (физиологический, морфологический) смысл, т. е. отражают суть явления. Это положение, естественно, вполне справедливо и для изучения патологии человека.

Неумелое и неадекватное использование биометрических принципов без соответствующего теоретического обоснования может привести к ошибочным, малообоснованным заключениям и к отказу от применения математики. Напротив, разумный подход к этим вопросам обеспечивает большую информатив­ность и достоверность получаемых данных, создает предпосылки для уточнения отдельных дискуссионных положений, обосновы­вает закономерность патогенеза заболеваний, дает возможность прогнозирования течения патологических процессов.

Биометрические подходы лежат по существу и в основе ме­дицинской статистики. Основой любого научного исследования, в том числе медицинского, является наблюдение. Результаты учета конкретных наблюдений, например частоты заболеваний, всегда отличаются друг от друга, но в основе этих колебаний признаков всегда лежат особые закономерности, которые опре­деляют так называемую статистическую устойчивость, другими словами, устойчивость частоты изучаемого явления или его вероятность. При изучении закономерностей, лежащих в основе развития заболеваний или летальных исходов у определенных групп населения, с математической точки зрения можно произ­вести замену каждого изучаемого предмета значениями его свойств, а в общей совокупности предметов — значениями соответствующей им случайной величины.

Важнейшей задачей патологии является изучение закономер­ностей развития заболеваний и приспособительных реакций у населения в различных социально-природных условиях среды. Материалом для этих исследований обычно служит большое количество сведений об отдельных больных. Эти данные отра­жают индивидуальные варианты болезненного процесса, имею­щего своеобразные эволюционно-исторические особенности и экологические черты [Давыдовский И. В., 1962]. Разнообразие и изменчивость патологических явлений у представителей раз­личных возрастно-половых, профессиональных, этнических и других групп населения, а также отсутствие единообразной методики сбора и обработки материала, способов демонстрации и сравнительного анализа серьезно затрудняют оценку данных, нередко противоречивых, получаемых отдельными исследовате­лями.

Учитывая сказанное и исходя из математических предпосы­лок, каждый вариант болезни, возникающий в определенной группе населения, очевидно, можно рассматривать как «собы­тие» и отнести к категории «случайных» явлений в математиче­ском значении. Последние, как известно, подчиняются вероят­ностным закономерностям. Однако этот вопрос выходит за рамки поставленной нами задачи, и мы его специально не затрагиваем. Укажем только, что математический подход, как нам кажет­ся, необходим при решении многих проблем морфологии и патологии не только для характеристики частоты событий и оценки надежности результатов, а главным образом для глубо­кого проникновения в связи между изучаемыми процессами. Эти связи подчас не могут быть раскрыты и доказаны другими методами исследования.

Количественный учет «событий» в этих работах требует от латолога как точной и полной диагностики заболеваний, так и хорошей качественной характеристики каждого «случая», что во многом связано с унификацией понятий, терминов, методов регистрации, сбора и способов обработки накопленного мате­риала.

Таким образом, основными требованиями при решении от­дельных задач патологии, в частности, являются:

  1. объективи­зация учета и достаточный объем накапливаемых сведений;
  2. сопоставимость результатов исследования, полученных раз­ными авторами;
  3. изучение основных закономерностей патоло­гических процессов с привлечением аппаратов биометрии и биоматематики.

Необходимо подчеркнуть, что отобранная часть наблюдений должна быть представительной и включать все виды изучаемого явления почти в таких же соотношениях, как и в исследуемой генеральной совокупности.

Этот этап работы, пожалуй, является наиболее важным, так как от состава отобранных в различных коллективах, географи­ческих районах и лечебных учреждениях групп во многом зави­сит качество статистических показателей. При изучении секци­онного материала (экстенсивные показатели) нужно также иметь в виду и структуру летальных исходов в сравниваемых совокупностях.

Интенсивные показатели заболеваемости, основанные на учете одних клинических проявлений заболеваний, нуждаются в так называемой секционной поправке [Автандилов Г. Г., 1964], выражающей наиболее вероятную ошибку прижизненной диагностики заболеваний в соответствующих лечебно-профилак­тических учреждениях. Для этого число нераспознанных случаев заболеваний, уточненных на аутопсиях, уменьшают на число наблюдений с гипердиагностикой и получают действительные сведения о частоте определенной нозологической единицы. Взяв отношение числа уточненных диагнозов к начальному их числу, вычисляют относительную поправку, в соответствии с которой следует изменить первоначальный статистический по­казатель.

В заключение необходимо подчеркнуть большую роль мате­матического моделирования в изучении патологических процес­сов, т. е. описания изучаемого явления с помощью системы ма­тематических выражений. Каждая модель должна характеризо­вать определенную взаимосвязь параметров исследуемого патологического процесса, отдельные его свойства и основные условия, в которых развивается заболевание. Другими словами, построение модели всегда начинается с формального мате­матического описания исследуемого явления. Формализация дает основу для последующего количественного анализа, описа­ния совокупности взаимосвязанных процессов в упрощенном виде. Математические модели, несмотря на «огрубление» в от­ражении действительного «образа», позволяют испытать всевозможные варианты развития процесса в различных условиях, оценивая значение одних параметров состояния организма в за­висимости от изменения уровня и структуры других, провести проверку выдвинутых предпосылок и обосновать правильность рекомендаций.

При математическом изучении патологических процессов особое внимание должно уделяться представительности, точно­сти и достоверности исходной информации, поэтому получаемые с помощью модели результаты следует рассматривать только в рамках учтенных условий и принятых допущений. Окончатель­ным критерием качества модели является практическая оценка получаемых результатов. Субъективная оценка различных качественных и количественных признаков затрудняет проведе­ние математического анализа. В связи с этим целесообразна в содержании биометрии усилить значение объективизации измерений и счета изучаемых свойств.

Высшим этапом биометрического и морфометрического ана­лиза является теоретическое обобщение в виде закона, облечен­ного в математическую форму. Несомненно, эти данные будут использованы при создании основ количественной (математиче­ской) патологии и патологической анатомии человека [Автан­дилов Г. Г., 1973, 1980, 1984]. Учитывая единство функции и структуры, для удобства изу­чения физиологических и морфологических признаков в биомет­рии можно, очевидно, выделить два самостоятельных раздела: физиометрию — науку, изучающую групповые функциональные особенности организма и их связи, и морфометрию — науку, основной задачей которой является исследование групповых свойств морфологических структур и их связей.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".