История научных исследований в области биотелеметрии и телемедицины в России (1900–1991 гг.)

Антон Вячеславович Владзимирский

Первый обобщающий труд по истории становления, развития и формального структурирования научных исследований в области биотелеметрии в России и СССР. Выявлены предпосылки и причины зарождения биотелеметрии, реконструирована история её развития, показано научно-практическое значение для эволюции биомедицинских наук. Установлен вклад и доказан приоритет российских учёных в развитие научных знаний о биотелеметрии.

ГЛАВА 4. НАУЧНОЕ РАЗВИТИЕ БИОТЕЛЕМЕТРИИ В 1950—1980-е гг.

В глубине человека заложена творческая сила, которая способна создать то, что должно быть, которая не даст нам покоя и отдыха, пока мы не выразим это вне нас тем или иным способом.

И. В. Гете

4.1. Траектории развития исследовательских направлений и формирования научных объединений

В 1950-е — 1970-е гг. биорадиотелеметрия становится объектом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ многочисленных ученых по всему миру. Количество опубликованных в этот период соответствующих научных статей в журналах, индексируемых только биомедицинскими библиографическими системами, насчитывает сотни. Например, биотелеметрией сердечно-сосудистых сокращений (пульса) занимались в СССР И. К. Сибуль с соавт., К. Ч. Шарипов с соавт., И. Р. Тиновский, в США — V. Seliger et al., в ФРГ — H. Bauer; электрокардиограммы: в СССР — С. Х. Татоян с соавт., З. Н. Усманов с соавт., Ю. М. Мисник с соавт., В. М. Тумаков с соавт., в ГДР — M. H. Ellestad, L. Bassan, в США G. Straneo, K. I. Furman, T. Winsor, J. S. Hanson et al., в Великобритании — D. W. Hill, в Японии — T. Nagasaka, в Польше — Tejerina Raygana; функций и параметры дыхания — в СССР Ю. Н. Каменский, в США — L. Lewillie, M. J. Lota. Также велись исследования биотелеметрии электромиографии (W. H. Ko, M. L. Moore, A. Kuck, R. E. George, K. R. Simmons, H. Murooka), энцефалографии (J. R. Hughes et al.), фотоплетизмограммы (J. W. Jones), температуры тела (J. E. Morhardt), реограммы (В. М. Большов), артериального давления (G. A. Bradfute), внутриротового давления (W. L. Kydd), оксигемограммы (В. С. Гангус с соавт., М. С. Ивинский с соавт.).

По мнению выдающегося специалиста в области биотелеметрии, профессора В. В. Розенблата: «За 1948—1965 гг. несколько десятков лабораторий и конструкторских групп, как в СССР, так и за рубежом (США, Англия, Болгария, Чехословакия, Франция, ГДР, ФРГ, Голландия, Венгрия и др.) опубликовали информации о первых разработках миниатюрной аппаратуры для радиотелеметрии физиологической информации у свободно передвигающегося человека или животного»³⁶⁹.

В той или иной мере были разработаны и применены технологии дистанционной фиксации значительного числа физиологических параметров. Вместе с тем следует отметить, что развитие биотелеметрии в 1950-е — 1980-е гг. не было линейным. Невозможно говорить только о «прогрессе» или «неуклонном росте». Траектории деятельности многих научных объединений скорее свидетельствуют о стагнации или даже регрессе. Объективные технические трудности, связанные с фиксацией и качественной трансляцией биомедицинских данных, оказывали различное влияние на группы ученых, приводили как к успехам, так и к неудачам. При этом понятие «неудача» многогранно и относительно. Под ним в ряде случаев можно понимать полный отказ от дальнейших исследований, а в иных ситуациях — отказ от первоначальных гипотез, смену вектора исследований. Невозможно дать исчерпывающие характеристики и изучить историю каждого научного коллектива того времени, однако проанализировав значительное количество источников удалось выделить две основные группы научных исследований в области биотелеметрии в изучаемый период:

1. Исследования без качественного перехода (биотелеметрия как объект).

2. Исследования с качественным переходом (биотелеметрия как объект — биотелеметрия как метод).

В первом случае ученые, научные группы (микрообъединения) фокусировались на проблеме фиксации и дистанционной передачи некого конкретного показателя (или их совокупности) сугубо с технологической точки зрения. Фактически, такие работы состояли в изобретении и конструировании неких биотелеметрических приборов и их последующих испытаниях. Причины отсутствия качественного перехода разнообразны и, потенциально, достаточно индивидуальны в каждом отдельном случае. Вместе с тем ключевой причиной мы полагаем техническое несовершенство созданных решений. Биотелеметрическая передача данных — действительно сложная медико-техническая задача. Несмотря на кажущуюся очевидность конструкции (датчик-усилитель-передатчик-приемник), реализовать соответствующую аппаратуру на практике сложно. Множество проблем связано с датчиками, устойчивостью и качеством фиксации данных в процессе физической активности наблюдаемого объекта (интенсивные движения, потоотделение, повышение температуры поверхности тела и т.д.). Существовала проблематика компактности аппаратуры, минимизации веса носимой части. Далеко не все ученые-конструкторы смогли решить перечисленные проблемы. Это подтверждается следующими фактами. Часть научных статей содержит лишь концепции и прототипы, но отсутствуют сведения о дальнейшем создании реальных приборов. Отсутствие этапности научных изысканий нами трактуется как невозможность реализации технического решения. В значительном количестве работ авторы описывают конструкцию своего прибора и приводят плохо структурированные данные о его апробации. При этом выборка наблюдений (обследованных лиц, число сеансов телеметрии и т.д.) чаще всего исчисляется в единицах, реже в десятках. На этом фоне полностью отсутствует внешняя валидация результатов. То есть прибор, созданный в конкретной лаборатории, так и оставался в ее стенах. Заявленные авторами характеристики и возможности прибора никаким образом не проверялись независимыми учеными. В этой ситуации мы вновь видим признаки технического несовершенства большинства решений для биотелеметрии в изучаемый период времени. Авторы радели за свое детище, всячески отстаивая его значимость и качество, но окружающие видели несовершенства и авторских сомнительность результатов апробации, и не спешили перенимать или внедрять технологию.

Примечательно, что проблематика отсутствия качественного перехода в подавляющем большинстве научных исследований в области динамической биорадиотелеметрии отмечалась и современниками в изучаемый период времени³⁷⁰.

В 1967 г. выдающийся ученый и специалист в области биотелеметрии В. В. Розенблат указывал в своей монографии следующее: «Хотя число опубликованных работ в области динамической биотелеметрии уже измеряется сотнями, данная методика находится еще на начальном этапе формирования». В этом автор видел две причины: « <…> появляются большей частью лишь краткие предварительные сообщения без принципиальных схем и описания сущности конструкции <…> Многие из этих работ носят явно рекламный характер»; « <…> в основном публикации являются однократными — за предварительным или первым сообщением не следуют дальнейшие работы. Лишь немногие авторы систематически публикуют результаты своих многолетних конструкторских работ»³⁷¹.

Как показывают наши наблюдения, за последующие десятилетия ситуация не изменилась, а в историческом контексте сам В. В. Розенблат относится к единицам тех самых авторов, систематически публикующих результаты многолетних исследований.

Сложности научного поиска технических решений отражает следующий пример. В 1956—1959 гг. московский инженер Лев Петрович Шуватов (1923—2007) предложил целый набор биотелеметрических приборов для исследований в области физиологии (для изучения состояния различных систем организма в динамических условиях, при спортивных и профессиональных нагрузках), в том числе 1-, 2-, и 6 канальные системы для биотелеметрии температуры тела, частоты дыхания и пульса, биотоков мышца и мозга, степени насыщения крови кислородом. В 1959 г. Л. П. Шуватов опубликовал монографию «Микроаппаратура для регистрации по радио некоторых физиологических функций» о своих разработках в области биотелеметрии, которая содержит детальнейшее описание конструкций, расчетов и методик применения соответствующих систем³⁷². В публицистических материалах есть указания на использование его приборов в медицинских учреждениях г. Москвы — Педиатрическом институте (кандидат медицинских наук А. П. Черникова, профессор Н. Р. Шастин, доктор медицинских наук Н. Е. Озерецкая), Центральном институте врачебно-трудовой экспертизы и трудового устройства инвалидов, «в ряде больниц и клиник столицы»³⁷³. Однако научные публикации о результатах такого использования отсутствуют. В дальнейшем Л. П. Шуватов публикует методические и теоретические работы о биотелеметрии, редактирует сборник тезисов IV Всесоюзного научно-технического семинара «Развитие физиологического приборостроения для научных исследований в биологии и медицине»³⁷⁴. Работу Шуватова высоко оценил академик и выдающийся физиолог Петр Кузьмич Анохин (впрочем, довольно далекий от прикладных вопросов биотелеметрии). Однако со стороны более осведомленных в предметной области специалистов она подверглась критике, в частности, со стороны Тимофеевой Т. Е. (создательницей телеэлектрокардиографа «ТЭК-1») и В. В. Розенблата, который прямо указывал, что «популярная книга» Шуватова способствовала пропаганде возможностей биотелеметрии, но «специальный уровень этой книги недостаточно высок», более того — «по ряду вопросов увлеченный автор принимал желаемое за действительное»³⁷⁵. Тем не менее отдельные идеи Л. П. Шуватова нашли свои воплощение в биотелеметрической системе «Спорт», которая серийно выпускалась промышленностью и использовалась в спортивных учреждениях³⁷⁶.

В изучаемый период времени небольшая часть исследователей смогла преодолеть технические проблемы и создать эффективные биотелеметрические приборы. Результаты деятельности научных групп, в которых произошел качественный переход, очень четко выделяются на общем фоне десятков и сотен публикаций о биотелеметрии в изучаемый период времени. Их основные отличительные черты — объемность и последовательность. Прежде всего, в таких случаях дело не ограничивается одной или двумя публикациями, напротив — деятельность научной группы отражается в серии научных работ, опубликованных в течение нескольких лет (то есть временного периода, достаточного и резонного для решения сложной научно-конструкторской задачи). Опубликованные научные результаты явным образом отражают качественный переход: вначале биотелеметрия изучается как объект, затем она становится методом исследований. Более того, в некоторых случаях этап опытно-конструкторской работы (биотелеметрия как объект) вовсе представлен очень кратко, а авторы максимально фокусируются на биомедицинских результатах, полученных благодаря биотелеметрии.

В качестве примера можно привести научную работу Владимира Станиславовича Келлера. В второй половине 1960-х гг. на базе Львовского государственного института физической культуры (Украинская CCР) функционировала научная группа в составе Л. Г. Пеленского, Т. И. Синявского, Г. Б. Сафроновой под руководством профессора (и одновременно руководителя сборной команды СССР по фехтованию) В. С. Келлера³⁷⁷. Примечательно, то В. С. Келлер был не врачом или инженером, а педагогом, организатором и методологом подготовки профессиональных спортсменов. В биотелеметрии он увидел инструмент для контроля и оптимальной организации процесса тренировок.

Сам В. С. Келлер указывал, что при создании биотелеметрической системы в 1966—1968 гг. он «осуществлял научное консультирование и участвовал в разработке многоканальных радиотелеметрических систем типа „Опыт“ и „Спорт“», а в дальнейшем — он разработал методику «применения этих многоканальных радиотелеметрических систем в естественных условиях жизнедеятельности человека <…>»³⁷⁸. Итак, указанным выше коллективом была разработана четырехканальная биорадиотелеметрическая система «Опыт»³⁷⁹. Аппаратура обеспечивала телеметрию электрокардиограммы, электромиограммы, частоты дыхания и температуры кожи; визуальную индикацию дыхательного процесса по стрелочному прибору; звуковую и визуальную индикацию пульса; измерения суммарного числа пульсовых ударов за время работы и текущего значения частоты пульса. Прибор пациента весом 0,8 кг и приемно-регистрирующий комплекс обеспечивали устойчивый обмен данными на расстоянии 150—200 м. После опытно-конструкторских работ, результат которых описан выше, проведена апробация системы, а также выполнено очень ценное и редкое в изучаемый период времени исследование — сравнительно изучена диагностическая ценность информации, переданной телеметрически и полученной на аналогичных стационарных медицинских приборах. То есть научно доказана идентичность качества физиологических данных, получаемых на стандартных и телеметрических приборах. Далее последовал качественный переход: биотелеметрическая система стала инструментом научных исследований самого С. В. Келлера: «Биотелеметрические исследования проводились для определения соревновательных и тренировочных нагрузок спортсменов в вариативных конфликтных ситуациях <…> Радиотелеметрическая регистрация деятельности сердечно-сосудистой системы в процессе ответственных официальных соревнований по фехтованию, горнолыжному спорту и футболу проводилась автором работы впервые в мировой практике»³⁸⁰. Используя биотелеметрию как метод В. С. Келлер разработал новые подходы к оптимальным тренировкам спортсменов-фехтовальщиков, футболистов и боксеров, а также — создал систему научно-методического обеспечения подготовки национальных сборных команд. Соответствующая докторская диссертация была защищена в 1975 г.³⁸¹

Впрочем, в разных ситуациях качественный переход тоже носил различный характер. В ряде ситуаций успешное решение технических и методических проблем позволяло получить надежный биотелеметрический инструмент, посредством которого осуществлялось конкретное научное исследование в области биомедицины (чаще всего — физиологии). После чего, увы, разработка оказывалась «на полке»; наглядная иллюстрация нередкой ситуации, когда защита диссертации обрывает ход научного исследования.

В качестве примера можно привести научную работу Дмитрия Михайловича Цверавы³⁸², выполненную во второй половине 1970-х гг. в лаборатории спортивной кардиологии Государственного университета физической культуры, спорта и туризм г. Тбилиси (Грузинская ССР). Была разработана и успешно апробирована система для одновременного динамического телеметрического контроля деятельности сердца всадника и сердца лошади в условиях спортивной тренировки. В результате получены новые интересные знания о взаимосвязи деятельности сердца всадника и сердца лошади с качеством преодоления препятствий, выполнения тех или иных упражнений. Опубликованы соответствующие статьи, защищена диссертация, результаты предложены к внедрению в форме методических рекомендаций³⁸³. Это завершенное, но и завершившееся научное исследование в области биотелеметрии.

Также примером может служить научная работа, выполненная под руководством заведующего научно-исследовательской лабораторией кафедры физического воспитания Брянского технологического институте Анатолия Николаевича Грукаленко (коллектив Б. В. Никончук, А. М. Зайцев, В. М. Байков, Л. П. Грукаленко, И. В. Сильченко, И. В. Михайлов). В начале 1980-х гг. данная научная группа сконструировала оригинальную «пульсорадиотелеметрическую систему», отличающуюся высокой помехоустойчивостью и радиусом действия до 3 километров. Затем система была использована в качестве метода исследования в спортивной медицине; в том числе на основе биотелеметрического подхода и указанно системы были созданы системы педагогических наблюдений за технико-тактическим мастерством футболистов в тренировках и соревнованиях, комплексной оценки подготовленности игроков. Результаты научных исследований отражены в публикациях указанного выше коллектива и диссертации А. Н. Грукаленко³⁸⁴. Однако продолжения данной работы не было.

Вместе с тем наблюдалась и принципиально иная картина. Активные исследования обуславливали интенсивные процессы формального структурирования научной работы, смену микрообъединений макрообъединениями, формирование научных школ. наиболее значимым в этом контексте является научная школа В. В. Розенблата, известная под наименованием «Свердловская биотелеметрическая группа». Безусловно, именно такие исторические процессы и являются наиболее интересными в рамках нашей работы.

Таким образом, можно выделить траектории развития научных исследований в области биотелеметрии (в приложении к физиологии и биомедицине) в 1950-е — 1970-е гг.:

1. Научная задача — концепция — изобретательство и прототип — конструирование — остановка из-за технических барьеров.

2. Научная задача — концепция — изобретательство и прототип — конструирование — апробация — остановка из-за технических и методических барьеров (низкое качество передаваемых данных).

3. Научная задача — концепция — изобретательство и прототип — конструирование — апробация — технические улучшения и развитие методики применения — качественный переход.

4. Научная задача — концепция — изобретательство и прототип — конструирование — апробация — технические и методические барьеры — смена концепция и переход в иное научное направление.

Первые две траектории мы разобрали выше. Третья, как самая важная и успешная для развития биотелеметрии как отдельного научного направления, будет изучена на конкретных примерах далее. Четвертая — крайне редкое явление; в такой ситуации исследователи находили принципиально иной подход к решению научной задачи, основываясь на своих реальных возможностях, не преодолевая технические барьеры, но находя «обходные пути». Успешная четвертая траектория четко выявлена нами однократно; речь идет о научных исследованиях под руководством Нормана Холтера, которые подробно тоже будут изучены далее.

Конец ознакомительного фрагмента.

Примечания

369

Розенблат В. В. Радиотелеметрические исследования в спортивной медицине. С. 18—19.

370

Розенблат В. В. Состояние и пути развития динамической радиотелеметрии в физиологических исследованиях // II Всесоюзная конференция по применению радиоэлектроники в биологии и медицине: тез. докл. / Науч.-техн. о-во радиотехники и электросвязи им. А. С. Попова. М.: НИИТЭИР, 1962. С. 59—61.

371

Розенблат В. В. Радиотелеметрические исследования в спортивной медицине. С. 23—24.

372

Шуватов Л. П. Микроаппаратура для регистрации по радио некоторых физиологических функций. М.: Медгиз, 1959. 124 с.

373

Борисова И. Приборы, созданные радиолюбителями столицы // Радио. 1958. №11. С. 6.

374

Шуватов Л. П. Развитие техники биологической телеметрии и ее применение в биологии и медицине // Техника биологической телеметрии и ее применение в биологии и медицине: тезисы IV Всесоюз. науч.-техн. семинара «Развитие физиологического приборостроения для науч. исследований в биологии и медицине». Москва, 27 ноября — 1 декабря 1972 г. / под ред. Л. П. Шуватова. М., 1972. С. 10—18.

375

Розенблат В. В. Радиотелеметрические исследования в спортивной медицине. С. 19.

376

Шуватов Л. П., Ермаков В. В. Биотелеметрическая система «Спорт» // Кибернетика и спорт: мат. науч. конф. М., 1965. С. 109—111.

377

Келлер В. С. (1928—1998) — канд. пед. наук (1959), д-р пед. наук (1975), Заслуженный тренер СССР; окончил Львовский государственный институт физической культуры, в alma mater прошел путь от преподавателя до заведующего кафедрой; 1962—1976 гг. — руководитель сборной команды СССР по фехтованию; сформировал научное направление подготовки фехтовальщиков; автор более 150 научных публикаций и 3 книг, награжден золотой медалью «За научные достижения»; примерно в 1989 г. переехал в Болгарию, где работал в Совете экономической взаимопомощи. Фотография из архива кафедры фехтования, бокса и национальных единоборств Львовского государственного университета физической культуры (биографический материал и фотография предоставлены О. Н. Стадник).

378

Келлер В. С. Исследование деятельности спортсменов в вариативных конфликтных ситуациях: автореф. дис.… д-ра пед. наук:13.00.04 / Гос. центр. ин-т физ. культуры. М., 1975. 32 с.

379

Келлер В. С., Пеленский Л. Г., Синявский Т. И., Сафронова Г. Б. Четырехканальная радиотелеметрическая система для физиологических исследований человека в процессе его двигательной активности // Электроника и спорт: матер. науч.-техн. конф. (Ленинград, 16—19 апреля 1968 г.). Л., 1968. С. 85—86.

380

Келлер В. С. Исследование деятельности спортсменов в вариативных конфликтных ситуациях: автореф. дис.… д-ра пед. наук: 13.00.04 / Гос. центр. ин-т физ. культуры. М., 1975. 32 с.

381

Там же.

382

Цверава Д. М. (г. р. — 1927) — д-р мед. наук (1988), профессор, академик Грузинской академии наук, основоположник иппотерапии, райдинг-терапии; получил диплом врача в Тбилисском государственном медицинском институте (1951); работал в Тбилисском ГИДУВ на кафедре спортивной медицины, пройдя путь от ассистента до заведующего; со-основатель и ректор (1999—2009) Тбилисской Медицинской академии последипломного образования, позднее — заведующий кафедрой ЛФК и райттерапии; член сборной команды СССР по конному спорту, судья Всесоюзной категории; автор свыше 200 научных статей и монографий (Источник биографической информации: The Georgian Academy of Medical Science. URL: http://amsg.ge).

383

Одновременные телеметрические исследования деятельности сердца всадника и лошади в условиях спортивной тренировки: метод. рекомендации. Тбилиси, 1979. 18 с.

384

Грукаленко А. Н. Оптимальное соотношение тренировочных и соревновательных нагрузок в процессе подготовки футболистов высокой квалификации: дис.… канд. пед. наук: 13.00.04. М., 1982. 178 с.; Грукаленко А. Н., Грукаленко Л. П., Никончук Б. В. Пульсорадиотелеметрическая система // Электроника и спорт — V»: матер. Всесоюз. конф. М., 1978. С. 182.