О ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ СТРЕССА
Русанова О.А.1, Савицкая М.В.2
1Кандидат технических наук, 2инженер-программист, Сибирский федеральный университет
При поддержке гранта РФФИ 13-07-00814 А
О ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ СТРЕССА
Аннотация
В статье дается обзор работ, в которых метод корреляционной адаптометрии был применен для анализа систем объектов в кризисных ситуациях. Показана необходимость создания программного обеспечения для экспресс-оценки таких ситуаций.
Ключевые слова: адаптация, метод корреляционной адаптометрии, функциональные системы, экономические системы.
Rusanova O.A.1, Savitskaya M.V.2
1 PhD, 2engeneer-programmer, Siberian Federal University
ABOUT THE RELATIONSHIP OF PARAMETERS OF OBJECTS IN STRESS
Abstract
The article provides an overview of works where the method of correlation adaptometry was applied to analyze the systems of objects in crisis situations. It was shown the need to create software for the rapid assessment of such situations.
Keywords: adaptation, the method of correlation adaptometry, functional systems, economic systems.
При исследовании групп, систем, популяций, находящихся в некомфортных для себя условиях существования учеными был обнаружен поразительный эффект: при воздействии комплекса факторов экстремального характера возникает общий адаптационный синдром – ответ системы на стрессорные воздействия любой природы [1,5]. Для многих таких экстремальных ситуаций было выявлено, что корреляции между индивидуальными системами – лучшие индикаторы, чем значения атрибутов (показателей). На большом количестве экспериментов показано, что в условиях стресса, обычно, даже перед появлением очевидных признаков стресса, корреляция между признаками увеличивается, и, в то же самое время, дисперсия увеличивается тоже [2,4,11,12]. После того, как кризис достигает пика, он может развиваться в двух направлениях: восстановление (успешная адаптация, уменьшение корреляции и дисперсии) или неизбежная катастрофа (уменьшение корреляций, но дисперсия продолжает увеличиваться).
Эффект позволяет увидеть, в каком состоянии находится исследуемая система (комфортном для себя или наоборот), а так же выяснить какие ситуации являются стрессовыми.
Для каждой исследуемой системы, находящейся по воздействием неблагоприятных факторов, мы фиксируем набор параметров и измеряем значения этих параметров в различных условиях, в различные периоды времени. Таким образом, каждый из исследуемых объектов характеризуется вектором значений этих параметров в конкретный момент времени. Проводится анализ коэффициентов парной корреляции для показателей
x1,…,xn, характеризующих систему. Коэффициенты корреляции вычисляются по формуле:
, где k,l = 1,...,n,
где 
- среднее значение по xk, 
– вероятность 
,
- стандартное отклонение по xk, - стандартное отклонение по xl.
Определяется количество достоверных корреляционных связей в общем числе рассмотренных коэффициентов корреляции и степень выраженности этих связей. Степень связности параметров оценивается с помощью веса корреляционного графа, рассчитываемого как сумма весов его ребер [2,4,6] (сумма соответствующих коэффициентов парной корреляции):
где rij - коэффициент корреляции между i-м и j-м параметрами, a - число, определяемое уровнем достоверности коэффициентов корреляции. Чаще всего принимаются во внимание только достоверные коэффициенты корреляции, значения которых больше или равны а.
При внешнем неблагоприятном воздействии на систему объектов возможны два исхода: либо система адаптируется к новым условиям, либо происходит дизадаптация системы и наступает смерть. Это два типа скоррелированности признаков. Первому исходу соответствует случай, когда корреляции между выделенными параметрами продолжают расти, но дисперсии не увеличиваются, это так называемая, комфортная скоррелированность. Во втором же случае корреляции растут, величина дисперсии увеличиваются, происходит развал системы.
Проводились многочисленные исследования с целью выявить границы эффекта. Было установлено, что этот эффект универсален. Он имеет место не только для биологических систем (человека, животных, растений), но и для других, например, экономических. Эффект составляет основу метода корреляционной адаптометрии.
Этот эффект наблюдается на большом разнообразном материале, для разных физиологических параметров организма. Можно сказать, что изменение корреляций между параметрами функциональных систем в результате возникновения внешней нагрузки – это достоверный научный факт, подтвержденный эмпирическим путем.
Обширным полем исследования систем с помощью корреляционной адаптометрии стала физиология человека. В работах [6,7] метод корреляционной адаптометрии использовался как метод оценки кардиоваскулярного и респираторного взаимодействия у народов Крайнего Севера. Были исследованы адаптационные изменения функциональных систем организма при выполнении физических нагрузок в зависимости от возраста и периода года. В результате исследований был выявлен наиболее напряженный период работы функциональных систем – период полярного дня.
В работе [8] весной и осенью были обследованы более 500 детей в возрасте от 8 до 16 лет, проживающих в районах Крайнего Севера. При оценке уровня корреляции физиологических показателей был выявлен ряд закономерностей. Например, в течение зимы дети народностей Севера проживали в школе-интернате, где у них был «европейский» тип питания, иными словами не типичный для этих детей. Это привело к дизадаптации пищеварительной системы, что и отразилось на уровне корреляции исследования физиологических показателей.
Метод корреляционной адаптометрии был использован для выяснения зависимостей между показателями напряжённости иммунной системы по параметрам клеток венозной крови, CD-клеток, общих иммуноглобулинов у жителей Восточной Сибири в группах c различными патогенетическими формами аллергической риносинусопатии, осложнённой хламидиозом и без него, в периоды обострения и ремиссии [3,13].
Отоларингологические заболевания являются большой социально-экономической проблемой, связанной не только со стремительным ростом распространенности, но и тяжестью течения этих заболеваний. Были проанализированы данные по тугоухости у мигрантов Севера [9].
Как говорилось выше, эффект группового стресса проявляется не только для биологических систем, но и для других. Так, в работе [11] исследовано экономическое состояние 30 крупнейших компаний Британии в период с 03.01.2006 по 20.11.2008.
Позднее, для Российской экономической системы этот метод был применен для оценки ситуации в банковской системе во время кризиса. Анализировались данные крупнейших банков России за период 2007-2010 год [10].
Доказано, что в период экономических кризисов корреляции между выделенными признаками компаний увеличивались. Что объяснимо, так как кризис – это некомфортное, неестественное состояние для экономических объектов.
Таким образом, для многих экстремальных ситуаций было выявлено, что взаимосвязь параметров системы объектов может служить наилучшей оценкой напряженности системы. Далее встает вопрос о необходимости разработки программного обеспечения для реализации этого метода. Такая программная экспресс-оценка наглядно показала бы, как протекает процесс адаптированности к воздействию неблагоприятных факторов, можно проанализировать поведение системы в условиях стресса.
Список литературы
Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. – М.: Наука, 1980. – 197 с.
Горбань А.Н., Манчук В.Т., Петушкова Е.В. Динамика корреляций между физиологическими параметрами при адптации и эколого-эволюционный принцип полифакториальности // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. – Л., 1987. – С. 187-198.
Игнатова И.А., Смирнова С.В., Покидышева Л.И., Манчук В.Т. Аллергическая риносинусопатия у жителей Крайнего Севера и средних широт Восточной Сибири (вопросы распространенности, этиологии, патогенеза). Математическое моделирование. // Красноярск: Изд-во КГПУ им. В.П. Астафьева, 2005. – 206 с.
Седов К.Р., Горбань А.Н., Петушкова Е.В., Манчук В.Т., Шаламова Е.Н. Корреляционная адаптометрия как метод диспансеризации населения. // Вестн. АМН СССР. – 1988.–N10.– C. 69-75.
Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. – М: Медгиз, 1960. – 255 с.
Светличная Г.Н., Смирнова Е.В., Покидышева Л.И. Корреляционная адаптометрия как метод оценки кардиоваскулярного и респираторного взаимодействия // Физиология человека. –1997. – Т.23. – №3. – С.58-62.
Светличная Г.Н., Смирнова Е.В., Покидышева Л.И. Оценка физической работоспособности и функциональной системы, обеспечивающей ее, методом корреляционной адаптометрии // Красноярск: ИФ СО РАН. – Препринт. – 1995. – 36 с.
Покидышева Л.И., Белоусова Р.А., Смирнова Е.В. Метод корреляционной адаптометрии в оценке секреторной функции желудка у детей в условиях Севера // Вестник Российской Академии медицинских наук. – 1996. – №5. – С. 42-45.
Покидышева Л.И., Игнатова И.А. Корреляционная адаптометрия и метод главных компонент в оценке адаптационных возможностей иммунной системы // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. – 2011. – Т.10. –№1. –С. 152-157.
Покидышева Е.В., Покидышева Л.И., Янкина И.А. Метод корреляционной адаптометрии в оценке сопряженности денежно-кредитной и банковской политик в период кризиса // Интеграл. – 2010. – №3. – С. 44-46.
А.N. Gorban, E. V. Smirnova, T. A. Tyukina, General Laws of Adaptation to Environmental Factors: From Ecological Stress to Financial Crisis. // Math. Nat. Phenom. – 2009, Vol. 4 No. 6. – PP. 1-53.
N. Gorban, L. I Pokidysheva, E.V. Smirnova, T.A. Tyukina Law of the Minimum Paradoxes / Bull. Math. Biology, Springer, V.73, №9, Sept.2011, pp2013-2045.
Pokidysheva L., Ignatova I. Principal Component Analysis Used in Estimation of Human’s Immune System, Suffered from Allergic Rhinosinusopathy Complicated with Clamidiosis or without It / Advances in Intelligent Analysis of Medical Data and Decision Support Systems // Springer International Publishing. P.147-156.