Artikkelit
Kliinisen fysiologian menetelmät psykofysiologiassa
01.03.1986, Kuopion yliopiston julkaisuja, Lääketiede, tilastot ja selvitykset, 4/1986: 41-45
(ei kuvausta)
Kliinisen fysiologian mentetelmä psykofysiologiassa - metodiset ongelmat
Psykofysiologiassa mitattavista suureista suurin osa on myös kliinisessä fysiologiassa mitattavia suureita. Kliinisen laboratorion tehtäviin kuuluu perusteellinen paneutuminen kunkin mitattavan suureen mittausvirheisiin, yleensä luotettavuuskysymyksiin.
Kun arvioidaan potilaan elimistön tilaa, mahdollisen sairauden vaikutuksia ja hoidon tehokkuutta, on kyettävä luottamaan mittaamaansa suureeseen; onko hoidon aikana ilmaantuva toimintakyvyn muutos seurausta hoidosta vai onko kyseessä normaaliin biologiseen variaatioon kuuluvasta ilmiöstä vai onko kyseessä mittausvirhe?
Biologinen vaihtelu
Hetkittäinen vaihtelu (sekuntien--kymmenien sekuntien jaksolla) on yleensä elimistön normaaliin säätelyyn kuuluva ilmiö. Esimerkiksi verenpaine, syketaajuus ja hengitys vaihtelevat lähes aaltomaisesti ja tällöin on kyseessä autoregulaatiosta ja negatiivisesta takaisinsyötöstä. Verenpaine vaihtelee kullekin tilanteelle sopivimman painetason kahta puolen, kun taso laskee säätörajan alapuolelle, käynnistyvät painetta kohottavat tekijät ja nostavat painetta tavoitearvon yli säätörajalle ja silloin käynnistyvät verenpainetta laskevat heijasteet.
Pitkäjaksoisia vaihteluita esiintyy runsaasti. Vuorokausivaihtelu (sirkaidinen variaatio) on näistä tunnetuin eli päivällä ja yöllä on elinten toiminnoissa maksimeja ja minimejä. Nämä ilmiöt liittyvät yleensä uni-valve-rytmiikaan. Elimen toimintavireys voi muuttua hyvinkin nopeasti esimerkiksi heräämisen jälkeen ja täten psykofysiologisen tutkimuksen toteuttamisen ajankohta on harkittava huolella ja vakioitava, ainakin niin, että samalla tutkittavalla se tapahtuu samaan aikaan (tai satunnaistaen).
Pidempiä kestoja on viikottaiset, kuukausittaiset ja vuodenaikoihin liittyvät syklit. Koko elämän kaarta voidaan pitää hyvin pitkäkestoisena syklinä.
Sukupuolten välinen elintoimintojen ero on selvä ja otettava huomioon koeryhmiä valittaessa ja eri tutkimuksia verrattaessa. Ikään liittyvät muutokset kuuluvat tavallaan biorytmeihin, joista jo edellä oli maininta.
Ravitsemustila ja treenaustumisaste ovat yksilöllisiä eivätkä muuttumattomia. Meillä Suomessa ravinto vaihtelee melkoisesti vuodenaikojen mukaan ja kun aineenvaihdunnan substraattikoostumus muuttuu (hiilihydraatti/rasva-suhde), muuttuu myös hapenkulutus ja sitä kautta esimerkiksi syketaajuustasojen vertailut pitkän koeseurannan aikana ovat epäluotettavia. Myös treenaustaso vaihtelee yksilöllisesti, toisilla kesä on kunnon kohentumisen aikaa, toisilla taas kesällä löhötään ja kunto rapistuu.
Ympäristön fysikaalisten ominaisuuksien vaihtelut on otettava huomioon, lämpötila, ilmanpaine, ilman kosteus, ilmavirtaukset ovat ainakin tekijöitä, jotka vaikuttavat elimistön perustoimintoihin. Huonosti tunnettuja muuttujia on lisäksi matalataajuuksiset sähkömagneettiset ilmiöt ja ei-ionisoiva säteily, jota esiintyy kaikkialla vaihtelevissa määrin. Esimerkiksi syketaajuustaso ja sen vaihtelut näyttöpäätetyöskentelyssä ja videopeleissä voivat olla seurausta muuttuvasta magneettikentästä tai siitä tehtävästä, jota päätteen ääressä tehdään. Täysin yksiselitteistä vastausta ei voida vielä antaa.
Tottuminen tutkimustilanteeseen aiheuttaa hyvin voimakkaita muutoksia mitattaviin perussuureisiin. Esimerkiksi kuormituskokeissa toiston yhteydessä kaikki perustason arvot ovat alemmalla tasolla (verenpaine, syketaajuus) kuin ensimmäisellä tutkimuskerralla ilman että mitään treenausta on toteutettu. Interventiotutkimukset tuleekin toteuttaa riittävän pitkän totuttautumisjakson jälkeen.
Mittausvaihtelu
Kliinis-fysiologisen suureen mittaamiseen liittyvä vaihtelu voi tapahtua itse rekisteröintihetkellä tai sitten rekisteröidyn käyrän tulostamisen yhteydessä.
Rekisteräintitapahtumaan liittyviä virhemahdollisuuksia ovat
- elektrodien sijoittaminen väärään paikkaan tai eri paikkaan kuin aikaisemmin pitkittäismittauksissa
- rekisteröintilaitteen (transducerin) virheellinen tai poikkeava asento
- laitteen vahvistusten väärä kalibraatio, vaihteleva vaimeneminen
- laboratorion olosuhteiden vaikutukset
- muiden muuttujien vakiointi (ks. biologinen variaatio)
- mittausten järjestyksen satunnaistaminen
- mittaajan ja mitattavan henkilön välinen yhteisymmärrys (sympatia, empatia, antipatia)
Mitattujen käyrien tulostamisessa voidaan tehdä virheitä:
- amplitudin ja intervallin mittausvirheet
- hahmon tunnistamisvirheet, reunan tunnistus
Virheet näissä mittauksissa voivat olla kahdenlaisia, toisaalta sama henkilö voi mitata eri kerroilla sanoista käyristä erilaisia arvoja ja toisaalta eri henkilöt voivat mitata samoista käyristä erilaisia arvoja. Intra- ja interindividuelli variaatio täytyy tietää ja tiedostaa. Yleensä yksi henkilö tekee vähemmän virheitä toistomittauksissa kuin useampi henkilö samaa käyrää mitatessaan. Ilmeisesti jonkinlainen psykologinen, yksilökohtainen ominaisuus kysymyksessä, sillä sama henkilö mittaa toistetusti huolellisesti tai huolimattomasti. Ammattiin valikoituminen on jossain määrin näihin korreloituvaa. Hoitohenkilökunta tulostaa toistetusti, lääkärit ovat taipuvaisia hutiloimaan.
Mittaustuloksia voidaan edelleen jatkotulostaa erilaisiksi indekseiksi artimeettisesti esimerkiksi: valtimoissa vallitseva keskipaine = diastolinen paine + syst.p -diast.p./ 3
On itsestään selvää, että jos kukin mainittu suure voi vaihdella niin näiden vaihtelevien tulosten aritmeettinen käsittely tekee virheestä moninkertaisen, yleistäen voi sanoa, että virheprosentit kerrotaan keskenään.
Kolmas virhemahdollisuus on viitearvojen virheellinen käyttö. Jos mitattu ja laskettu tulos suhteutetaan kunkin koehenkilön yksilölliseen viitearvoon, voidaan virheitä tehdä viitearvon laskennassa ja suhteen laskennassa. Lisäksi on muistettava, että viitearvokin voi olla väärä!
Muutoksen muutos
Psykofysiologisissa tutkimuksissa yleinen malli on seuraava:
Kuormitus Kuormitus
Funktio--- Funktio-- INTERVENTIO -- Funktio--- Funktio
1,1 1,2 2,1 2,2
Esimerkiksi mitataan sykevaste levossa (F1,1) ja matemaattisen laskutehtävän yhteydessä (F1,2), tehdään 4 viikon ajan rentoutusharjoituksia ja toistetaan syketaajuusmittaus ennen matemaattista tehtävää (F2,1) ja sen yhteydessä (F2,2).
Tästä saadaan seuraavia muutoksia:
* (F1,1 - Fl,2) (syketaajuusvaste laskutehtävän yhteydessä ennen interventiota)
* (F1,1 - F2,1) (leposyketaajuuden muutos intervention aikana)
* (F1,2 - F2,2) (kuormitussyketaajuuden muutos intervention aikana)
* (F2,1 - F2,2) (syketaajuusvaste intervention jälkeen)
* ((F1,1 - Fl,2)-(F2,1 - F2,2)) (syketaajuusvasteen muutos intervention aikana)
Kun jokainen vaste voi olla positiivinen tai negatiivinen (syketaajuus suurenee tai pienenee), muutos voi samoin olla suureneva tai pienenevä ja vasteen muutos suureneva tai pienenevä, niin ymmärretään, että matemaattinen hallinta on vaikeaa. Jos mitattava (ja siis myös muuttuva) suure on useamman eri tekijän yhteistulos, voi fysiologinen muutos jäädä havaitsematta. Sydämen minuuttitilavuus on syketaajuuden ja iskutilavuuden tulo.
Jos mitataan vain minuuttitilavuutta levossa ja kuormituksen aikana, voidaan saada sama tilavuus, vaikka molemmat minuuttitilavuuden determinantit muuttuvatkin, ne muuttuvat vastakkaisiin suuntiin ja niiden tulo ei muutu.
Fysiologiassa tunnetaan "the law of initial value" eli jonkin kuormituksen aiheuttama vaste on riippuvainen mitattavan suureen lepoarvosta. Esimerkiksi syketaajuuden ollessa suuri voi mentaalisen testin aiheuttama vaste olla syketaajuuden lasku vaikka leposykkeen ollessa matala sama mentaalinen kuormitus aiheuttaa syketaajuuden kasvun.
Yhteenveto
Elimistön toimintojen tutkiminen erilaisten kuormitusten yhteydessä on ollut kliinistä arkipäivää jo hyvin kauan. Keskushermoston vaikutus näihin vasteisiin on melkoinen, mutta tämä psyyken ja soman välisen yhteyden tutkiminen yksinkertaisella verenkierron ja sydämen toiminnan tasollakaan ei ole helppoa. Mittaaminen sinällään vaikuttaa funktioon ja placebokokeen järjestäminen on huomattavasti vaikeampi kuin farmakologiassa.
Järjestelmällinen, monitieteellinen ongelmien ratkaisu on kuitenkin välttämätöntä, sillä elämme nykyisin maailmassa, jossa ihminen on enempi henkisen kuorman kuin fyysisen kuorman alaisena.
Esko Länsimies,
Kliinisen fysiologian osasto,
KYKS
Psykofysiologiassa mitattavista suureista suurin osa on myös kliinisessä fysiologiassa mitattavia suureita. Kliinisen laboratorion tehtäviin kuuluu perusteellinen paneutuminen kunkin mitattavan suureen mittausvirheisiin, yleensä luotettavuuskysymyksiin.
Kun arvioidaan potilaan elimistön tilaa, mahdollisen sairauden vaikutuksia ja hoidon tehokkuutta, on kyettävä luottamaan mittaamaansa suureeseen; onko hoidon aikana ilmaantuva toimintakyvyn muutos seurausta hoidosta vai onko kyseessä normaaliin biologiseen variaatioon kuuluvasta ilmiöstä vai onko kyseessä mittausvirhe?
Biologinen vaihtelu
Hetkittäinen vaihtelu (sekuntien--kymmenien sekuntien jaksolla) on yleensä elimistön normaaliin säätelyyn kuuluva ilmiö. Esimerkiksi verenpaine, syketaajuus ja hengitys vaihtelevat lähes aaltomaisesti ja tällöin on kyseessä autoregulaatiosta ja negatiivisesta takaisinsyötöstä. Verenpaine vaihtelee kullekin tilanteelle sopivimman painetason kahta puolen, kun taso laskee säätörajan alapuolelle, käynnistyvät painetta kohottavat tekijät ja nostavat painetta tavoitearvon yli säätörajalle ja silloin käynnistyvät verenpainetta laskevat heijasteet.
Pitkäjaksoisia vaihteluita esiintyy runsaasti. Vuorokausivaihtelu (sirkaidinen variaatio) on näistä tunnetuin eli päivällä ja yöllä on elinten toiminnoissa maksimeja ja minimejä. Nämä ilmiöt liittyvät yleensä uni-valve-rytmiikaan. Elimen toimintavireys voi muuttua hyvinkin nopeasti esimerkiksi heräämisen jälkeen ja täten psykofysiologisen tutkimuksen toteuttamisen ajankohta on harkittava huolella ja vakioitava, ainakin niin, että samalla tutkittavalla se tapahtuu samaan aikaan (tai satunnaistaen).
Pidempiä kestoja on viikottaiset, kuukausittaiset ja vuodenaikoihin liittyvät syklit. Koko elämän kaarta voidaan pitää hyvin pitkäkestoisena syklinä.
Sukupuolten välinen elintoimintojen ero on selvä ja otettava huomioon koeryhmiä valittaessa ja eri tutkimuksia verrattaessa. Ikään liittyvät muutokset kuuluvat tavallaan biorytmeihin, joista jo edellä oli maininta.
Ravitsemustila ja treenaustumisaste ovat yksilöllisiä eivätkä muuttumattomia. Meillä Suomessa ravinto vaihtelee melkoisesti vuodenaikojen mukaan ja kun aineenvaihdunnan substraattikoostumus muuttuu (hiilihydraatti/rasva-suhde), muuttuu myös hapenkulutus ja sitä kautta esimerkiksi syketaajuustasojen vertailut pitkän koeseurannan aikana ovat epäluotettavia. Myös treenaustaso vaihtelee yksilöllisesti, toisilla kesä on kunnon kohentumisen aikaa, toisilla taas kesällä löhötään ja kunto rapistuu.
Ympäristön fysikaalisten ominaisuuksien vaihtelut on otettava huomioon, lämpötila, ilmanpaine, ilman kosteus, ilmavirtaukset ovat ainakin tekijöitä, jotka vaikuttavat elimistön perustoimintoihin. Huonosti tunnettuja muuttujia on lisäksi matalataajuuksiset sähkömagneettiset ilmiöt ja ei-ionisoiva säteily, jota esiintyy kaikkialla vaihtelevissa määrin. Esimerkiksi syketaajuustaso ja sen vaihtelut näyttöpäätetyöskentelyssä ja videopeleissä voivat olla seurausta muuttuvasta magneettikentästä tai siitä tehtävästä, jota päätteen ääressä tehdään. Täysin yksiselitteistä vastausta ei voida vielä antaa.
Tottuminen tutkimustilanteeseen aiheuttaa hyvin voimakkaita muutoksia mitattaviin perussuureisiin. Esimerkiksi kuormituskokeissa toiston yhteydessä kaikki perustason arvot ovat alemmalla tasolla (verenpaine, syketaajuus) kuin ensimmäisellä tutkimuskerralla ilman että mitään treenausta on toteutettu. Interventiotutkimukset tuleekin toteuttaa riittävän pitkän totuttautumisjakson jälkeen.
Mittausvaihtelu
Kliinis-fysiologisen suureen mittaamiseen liittyvä vaihtelu voi tapahtua itse rekisteröintihetkellä tai sitten rekisteröidyn käyrän tulostamisen yhteydessä.
Rekisteräintitapahtumaan liittyviä virhemahdollisuuksia ovat
- elektrodien sijoittaminen väärään paikkaan tai eri paikkaan kuin aikaisemmin pitkittäismittauksissa
- rekisteröintilaitteen (transducerin) virheellinen tai poikkeava asento
- laitteen vahvistusten väärä kalibraatio, vaihteleva vaimeneminen
- laboratorion olosuhteiden vaikutukset
- muiden muuttujien vakiointi (ks. biologinen variaatio)
- mittausten järjestyksen satunnaistaminen
- mittaajan ja mitattavan henkilön välinen yhteisymmärrys (sympatia, empatia, antipatia)
Mitattujen käyrien tulostamisessa voidaan tehdä virheitä:
- amplitudin ja intervallin mittausvirheet
- hahmon tunnistamisvirheet, reunan tunnistus
Virheet näissä mittauksissa voivat olla kahdenlaisia, toisaalta sama henkilö voi mitata eri kerroilla sanoista käyristä erilaisia arvoja ja toisaalta eri henkilöt voivat mitata samoista käyristä erilaisia arvoja. Intra- ja interindividuelli variaatio täytyy tietää ja tiedostaa. Yleensä yksi henkilö tekee vähemmän virheitä toistomittauksissa kuin useampi henkilö samaa käyrää mitatessaan. Ilmeisesti jonkinlainen psykologinen, yksilökohtainen ominaisuus kysymyksessä, sillä sama henkilö mittaa toistetusti huolellisesti tai huolimattomasti. Ammattiin valikoituminen on jossain määrin näihin korreloituvaa. Hoitohenkilökunta tulostaa toistetusti, lääkärit ovat taipuvaisia hutiloimaan.
Mittaustuloksia voidaan edelleen jatkotulostaa erilaisiksi indekseiksi artimeettisesti esimerkiksi: valtimoissa vallitseva keskipaine = diastolinen paine + syst.p -diast.p./ 3
On itsestään selvää, että jos kukin mainittu suure voi vaihdella niin näiden vaihtelevien tulosten aritmeettinen käsittely tekee virheestä moninkertaisen, yleistäen voi sanoa, että virheprosentit kerrotaan keskenään.
Kolmas virhemahdollisuus on viitearvojen virheellinen käyttö. Jos mitattu ja laskettu tulos suhteutetaan kunkin koehenkilön yksilölliseen viitearvoon, voidaan virheitä tehdä viitearvon laskennassa ja suhteen laskennassa. Lisäksi on muistettava, että viitearvokin voi olla väärä!
Muutoksen muutos
Psykofysiologisissa tutkimuksissa yleinen malli on seuraava:
Kuormitus Kuormitus
Funktio--- Funktio-- INTERVENTIO -- Funktio--- Funktio
1,1 1,2 2,1 2,2
Esimerkiksi mitataan sykevaste levossa (F1,1) ja matemaattisen laskutehtävän yhteydessä (F1,2), tehdään 4 viikon ajan rentoutusharjoituksia ja toistetaan syketaajuusmittaus ennen matemaattista tehtävää (F2,1) ja sen yhteydessä (F2,2).
Tästä saadaan seuraavia muutoksia:
* (F1,1 - Fl,2) (syketaajuusvaste laskutehtävän yhteydessä ennen interventiota)
* (F1,1 - F2,1) (leposyketaajuuden muutos intervention aikana)
* (F1,2 - F2,2) (kuormitussyketaajuuden muutos intervention aikana)
* (F2,1 - F2,2) (syketaajuusvaste intervention jälkeen)
* ((F1,1 - Fl,2)-(F2,1 - F2,2)) (syketaajuusvasteen muutos intervention aikana)
Kun jokainen vaste voi olla positiivinen tai negatiivinen (syketaajuus suurenee tai pienenee), muutos voi samoin olla suureneva tai pienenevä ja vasteen muutos suureneva tai pienenevä, niin ymmärretään, että matemaattinen hallinta on vaikeaa. Jos mitattava (ja siis myös muuttuva) suure on useamman eri tekijän yhteistulos, voi fysiologinen muutos jäädä havaitsematta. Sydämen minuuttitilavuus on syketaajuuden ja iskutilavuuden tulo.
Jos mitataan vain minuuttitilavuutta levossa ja kuormituksen aikana, voidaan saada sama tilavuus, vaikka molemmat minuuttitilavuuden determinantit muuttuvatkin, ne muuttuvat vastakkaisiin suuntiin ja niiden tulo ei muutu.
Fysiologiassa tunnetaan "the law of initial value" eli jonkin kuormituksen aiheuttama vaste on riippuvainen mitattavan suureen lepoarvosta. Esimerkiksi syketaajuuden ollessa suuri voi mentaalisen testin aiheuttama vaste olla syketaajuuden lasku vaikka leposykkeen ollessa matala sama mentaalinen kuormitus aiheuttaa syketaajuuden kasvun.
Yhteenveto
Elimistön toimintojen tutkiminen erilaisten kuormitusten yhteydessä on ollut kliinistä arkipäivää jo hyvin kauan. Keskushermoston vaikutus näihin vasteisiin on melkoinen, mutta tämä psyyken ja soman välisen yhteyden tutkiminen yksinkertaisella verenkierron ja sydämen toiminnan tasollakaan ei ole helppoa. Mittaaminen sinällään vaikuttaa funktioon ja placebokokeen järjestäminen on huomattavasti vaikeampi kuin farmakologiassa.
Järjestelmällinen, monitieteellinen ongelmien ratkaisu on kuitenkin välttämätöntä, sillä elämme nykyisin maailmassa, jossa ihminen on enempi henkisen kuorman kuin fyysisen kuorman alaisena.
Esko Länsimies,
Kliinisen fysiologian osasto,
KYKS