Tóm tắt: Bài viết phân tích lịch sử hình thành thuyết cân bằng nội môi, liên kết khái niệm cân bằng nội môi với ý nghĩa tham số của mô hình Gauss.
TS. Nguyễn Anh Vũ
Chủ nhiệm Bộ môn Toán, Đại học Y Dược TPHCM
Qua đó quan điểm Frequentist và Bayesian về mô hình hóa số liệu được giới thiệu. Trong bài viết có giới thiệu cập nhật kỹ thuật phân tích tín hiệu điện tâm đồ ứng dụng trong sản khoa.
Từ khóa: mô hình, tham số, thống kê, lực sống, nội môi, cân bằng nội môi, điện tâm đồ CTG, biến động nhịp tim.
Parameter: được Latin hóa từgốc Hy Lạp para- “bên cạnh, thêm vào, phụ trợ, phụ thêm” + metron “đo đạc”. Từ năm 1920, dùng như “yếu tố đo được, đặc trưng sốdùng để định nghĩa, phân loại một hệ thống cụ thể hay điều kiện vận hành”. Nghĩa toán học là “biến lượng có giá trị được chọn cho tình huống cụ thể, nhờ đó các lượng có liên quan khác có thể được diễn tả”. Từ 1950, thêm nghĩa “biên giới, giớihạn, yếu tố tiêu biểu định nghĩa phạm vi của một quá trình hay hoạt động”. Nghĩa thống kê học là “đặc tính số của một dân số, phân biệt với các đặc trưng số của mẫu”.
Statistic: ” phân biệt với statistics “thống kê học, khoa học quản lý dữ liệu bất định, không chắc chắn”, có gốc Latin stare “đứng, vững chắc, làm cho vững chắc”. Từ năm 1829 có nghĩa “những gì thu được bằng đo đếm số liệu được thu thập và phân loại về đốitượng nào đó”.Từ 1852 “một đặc trưng số trong thống kê”. Từ 1939 được dùng cho người, như ví dụ về một đại lượng được đo lường. Nghĩa thống kê học “đặc trưng số được tính toán từ số liệu thu thập được”, được dùng song song với nghĩa toán học“hàm số của mẫu”.
Sức khỏe có thể được định nghĩa là sự cân bằng động của cơ thể, trí óc và tâm hồn. Khả năng giữ cân bằng càng cao, trạng thái cân bằng càng vững, sức khỏe càng tốt. Bệnh tật là những rối loạn gây mất cân bằng vượt quá khả năng tự điều chỉnh của cơ thể[12]. Chữa bệnh là thực hiện những tác động thích hợp bên ngoài nhằm trợ giúp cơ thể tìm lại cân bằng bên trong. Trạng thái cân bằng cùng cơ chế điều hòa ổn địnhlà nhân tố chính trong câu chuyện về thuyết cân bằng nội môi và ước lượng tham số của mô hình Gauss.
Quan điểm cơ giới luận vào thế kỷ 16-17 phân lập thể xác và linh hồn, coi cơ thể sống chỉ là cỗ máy tinh vi. Như vậy quan điểm này cho rằng sinh lý học có thể quy giản về cơ học. Để chống lại cơ giới luận, các nhà sinh lý học phải giải quyết vấn đề cốt lõi về lập luận và bằng chứng.Một mặt, tồn tại những tính chất, hoạt động của cơ thể sống không thể giải thích bằng cơ học. Mặt khác, những tính chất như thế được hình thành từchính kết cấu của cơ thể ấy[1,6].
Thuyết sinh lực,dựa vào ý tưởng của Aristotlevề vật thể đang phát triển – dynamis– và khuôn dạng – entelecheia, đã ra đờinhư thế [2].Marie Francois Xavier Bichat (1771-1802) đề ra giả thuyết“thành phần kết cấu của hệ sống liên kết với lực sống, lực sống có cùng loại với linh hồn, là loại lực cơ bản bên cạnh các lực cơ học tạo nên thế giới” [3]. Nhờ đó, hoạt động sống đối lập với lực cơ học và hoạt động cơ học. Kết quả làsinh lý học tránh được sự quy giản thành cơ học.
Quan điểm của Bichat đã bị Francois Magendie (1783-1855) phản kháng quyết liệt. Học trò của Magendie, Claude Bernard (1813-1878) đề xuất vào năm 1854 khái niệm nội môi thay thế khái niệm lực sống. Ông định nghĩa nội môi gồm môi trường dịch kẽ và ngoại bào cùng năng lực bảo đảm sự ổn định bên trong cơ thể, “Sự ổn định của môi trường bên trong là điều kiện của đời sống tự do và độc lập”[4]. Năm 1926, Walter Bradford Cannon (1871-1945) phát minh thuyết cân bằng nội môi.Ông chỉ ra cơ chế cân bằng nội môi là sản phẩm của một quá trình tiến hóa lâu dài của sinh giới, gọi đó là “sự khôn ngoan của cơ thể”.[5,7]
Bệnh tật sẽ xảy ra khi chỉ cần một trong những cân bằng bị phá vỡ. Nồng độ glucose máu bình thường khoảng 5,5 mml/L. Hệ thống điều hòa glucose trong máu là do các hormone nội tiết, hoạt động tổng hợp hay giáng hóa. Nồng độ glucose cao kích thích tế bào beta tuyến tụy sản sinh insulin, kích thích tăng hấp thu sử dụng glucose, tăng tổng hợp glycogen và lipid. Nồng độ glucose thấp kích thích tế bào alpha tuyến tụy tiết glucagon, tăng giải phóng glycogen. Hai quá trình hồi tiếp nhau tạo vòng kiểm soát mức cân bằng glucose, rối loạn sinh ra bệnh tiểu đường.
Nhờ quá trình cân bằng nội môi, cơ thể tự điều chỉnh nhằm duy trì cân bằng trong và giữa các quá trình sinh lý với nhau. Do đó các tham số quá trình được duy trì trong một giới hạn và tốc độ thay đổi nhất định. Như vậy các tham số quá trình có thể được coi là các biến số do có biến động, cũng có thể được coi là hằng số nếu ít biến động trong khi nghiên cứu. Điều này cung cấp cơ sở đánh giá các tham số của mô hình được dùng trong nghiên cứu.
Các bài viết trước đã đề cập đến mô hình GaussX = µ + σZ, mô hìnhxác định khi biết giá trị cụ thể của các tham số µ và σ. Trong thực tế các tham số này không được biết trước. Đến đây có hai quan điểm thường dùng để giải quyết vấn đề. Quan điểm thứ nhất, theo trường phái tần suất, cho rằng µ và σđược coi là hằng số, do thiếu thông tin nên chưa xác định. Như vậy chỉ cần ước lượng các giá trị hợp lý với mức tin cậy chấp nhận được.
Quan điểm thứ hai, theo trường phái Bayes, cho rằng µ và σlà các biến số không thể biết trước giá trị. Ví dụ, cho X có phân phối Gauss N(µ, σ2): X = µ + σZ , nay đến lượt µ cũng có phân phối Gauss N (µ0,σ02): µ = µ0 + σ0Z và có thể µo lại là biến Gauss, cứ thế tiếp diễn tùy theo sự xây dựng mô hình. Luật phân phối cho các biến ngẫu nhiên này có thể cập nhật, hiệu chỉnh theo định lý Bayes, dựa vào thông tin do mẫu cung cấp.
Mô hình Bayesian phức tạp rườm rà hơn mô hình tần suất rất nhiều, nhưng không thể dùng dao cạo của Ockham cắt bỏ. Điều cần chú ý là lúc này nguyên lý Ockham vô hiệu, bởi vì nguyên lý Ockham không hề ưu tiên chọn mô hình đơn giản hơn. Chỉ là mô hình khởi đầu nên đơn giản, sự phức tạp được tăng dần lên đến khi mô hình đáp ứng mục đích nghiên cứu. Như lời phát biểu củaAlbert Einstein (1879-1955) “Mọi thứ nên được làm cho đơn giản đến mức có thể chứ không quá mức đó được”.
Biến động nhịp tim thai nhi là một hiện tượng rất phức tạp,cũng là một vấn đề được nhiều nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm. Mặc dù năm 1650 Marsac nghe được tiếng tim thai, đến năm 1818 Francois-Issac Mayor (1779-1854) mới mô tả hiện tượngtim thaivà tiêng thổi dạ con. Năm 1821, Jean-Alexandre Le Jumeau de Kergaradec (1787-1877) lần đầu tiên mô tả kỹ thuật thính chẩn tim thai với ống nghe [9]. Đến năm 1833, kỹ thuật thính chẩn mới trở nên thuyết phục, được biên soạn trongObservations on Obstetric Auscultation của Evory Kennedy (1806-1886). Tác phẩm cũng nói về quan hệ giữa sựép dây rốn vàhồi phục nhịp tim thai sau kỳ nhịp chậm[8,10].
Năm 1858, Schwartz đếm nhịp tim thai trong và giữa những cơn gò dạ con, dùng làm chỉ số đánh giá tình trạng sức khỏe thai nhi. Ông cũng liên hệ cơn nhịp chậm tim thai với sự nén ép đầu thai nhi và suy giảm chức năng màng nhau, có nguyên nhân là sự giảm tưới máu dạ con trong quá trình chuyển dạ. Năm 1849, Killian phát hiện nhịp tim thai dưới 100 nhịp/phút hay trên 180 nhịp /phút là dấu hiệu nguy hiểm cần chỉ định can thiệp bằng forceps. Năm 1893,Franz Karl Ludwig Wilhem Von Winckel (1837-1911) thiết lập bộ tiêu chuẩn xác định tình trạng nguy cơ cao của thai nhi bằng kỹ thuật thính chẩn, được sử dụng suốt 75 năm sau[8].
Sau muôn vàn nỗ lực, Cremer ghi được điện tâm đồ thai nhi đầu tiên vào năm 1906. Từ đó kỹ thuật điện tâm đồ được sử dụng mạnh trong nghiên cứu và phát triển phương pháp phân loại biến động nhịp tim thai nhi. Năm 1938, Bell ghi được sóng P và những tiến bộ chính yếu đạt được trong những năm 1960- thập kỷ của y học thai nhi. Chính trong thời kỳ này, năm 1965, Edward Hon (1917-2006) thực hiện đo điện tâm đồ với điện cực tiếp trực tiếp với thai nhi trong quá trình chuyển dạ. Chất lượng điện tâm đồ nhờ đó được cải tiến rõ rệt báo hiệu thời kỳ ứng dụng của thiết bị điện tử, vi tính, số hóa trong phân tích nhịp tim thai[11,15].
Mỗi nhịp tim thai là kết quả của quá trình tương tác rất phức tạp giữa các yếu tố trong cơ thể thai nhi và môi trường xung quanh. Biểu đồ nhịp tim thu được thường có dạng đặc biệt phức tạp, vì vậy cần được phân tích bằng kỹ thuật đặc biệt. Phân tích hỗn mang là một kỹ thuật phân tích những biến động phức tạp có cơ sở toán học là hình học phân hình. Hình học phân hình, do Benoit Maldenbrot đặt nền móng, chuyên nghiên cứu những hình thể không đều đặn, không theo quy cách của hình học Euclide. Tính chất phân hình và các đặc trưng số của tính chất phân hình được uớc lượng từ số liệu lấy mẫu bằng phương pháp thống kê phân hình[14].
Tài liệu tham khảo
[1] Aristotle (350 BC)History of animals, in ten books . Published by George Bell, London, 1883.
[2] Aristotle (350 BC), The Metaphysics. Translated by W.D.Ross. Edited by Roger Bíhop Jones, 2013
[3]Bechtel W., R.C.Richardson (1998). “Vitalism”,Routledge Encyc. Philo. London: Routledge.
[4] Bernard, C. (1974)Lectures on the phenomena common to animals and plants.Trans Hoff HE, Guillemin R, Guillemin L, Springfield (IL): Charles C Thomas
[5] Brown T.M., E. Fee (2002) “Walter Bradford Cannon pioneer physiologist of human emotion”, Amer. J Pub .Health 92 (10):1594-1595
[6] Cannon W.B. (1929) “Organization for physiological homeostasis”, Physiol. Reviews IX (3): 399-421
[7] Cannon W.B. (1932) The wisdom of the body, New York, W.W. Norton
[8] Freeman R. K.,T. J. Garite,M. P. Nageotte,L. A. Miller (2012) Fetal Heart Rate Monitoring, Lippincot Williams & Wilkins, Kluwer Ed.
[9] Kergaradec J. A. (1822) Memoire sur lauscultation appliqué à létude de la grossesse, Mevignon Marvis, Paris
[10] Sassi R., S. Cerutti, F. Lombardi, M. Malik, H. V. Huikuri, C.K Peng, G. Schmidt and Y. Yamamoto (2015). “Advances in heart rate variability signal analysis: joint position statement by the e-Cardiology ESC Working Group and the European Heart Rhythm Association co-endorsed by the Asia Pacific Heart Rhythm Society”, E-Cardiology, European Society of Cardiology
[11] Rocha F.C.(2011) Study of heart rate variability as a marker of asphyxia/hypoxia. Doctor Thesis. University of Leicester.
[12] Schulkin J. (2004) Allostasis, homeostasis and the cost of physical adaptation, Cambridge Univ. Press
[13] West B.J.(2010) “The wisdom of the body, a contemporary view”, Front Physiol 1:10
[14] West B.J. (2010) “Fractal physiology and the fractional calculus: A perspective”, Front Physiol 1:12
[15] West B.J (2010) “Homeostasis and Gaussian statistics: barriers to understanding of natural variability”, J. Eval. Clinic. Prac.16: 403-408
