CC BY
6Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Биология. Химия. Том 3 (69). 2017. № 4. С. 149-165.
УДК 612.172/.176.4-073.97
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОБЪЕКТИВИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭТАЛОННОГО КАРДИОЦИКЛА ОДНОКАНАЛЬНОЙ ЭКГ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛГЕБРАИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОНСТРУКТИВНОЙ ЛОГИКИ
Минина Е. Н.
Таврическая академия (структурное подразделение) ФГАОУВО «Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского», Симферополь, Республика Крым, Россия Е-шаИ: сеге-вЩуапйвх. ги
Выявление уровня функциональных резервов миокарда и их количественная оценка имеет важное диагностическое значение в своевременном предотвращении возникновения заболеваний сердца, при оптимальном дозировании физических упражнений, спортивних нагрузок и определении эффективности реабилитационных мероприятий. Показатели эталонного кардиоцикла могут применяться в качестве критерия оценки функциональных резервов миокарда и эффективности коррекционных воздействий, а построение математической модели с использованием алгебраической модели конструктивной логики (АМКЛ) является эффективным методом верификации маркеров изменений у различных категорий населения на примере обучающихся.
Представленный аналитический расчет одновременно является методикой анализа и по мере накопления исходных данных позволяет уточнять полученные результаты. Значения факторов в выявленных диапазонах можно считать критерием отклонения от оптимального функционирования, а показатели, принятые в данном анализе за факторы, характеризовать как индикаторы снижения функциональных резервов регуляции кардиогемодинамики у школьников 10-16 лет. Показатель СКО симметрии зубца Т фазового портрета одноканальной ЭКГ, показатели эталонного кардиоцикла - Т/Я (ед.), смещение 8Т (мс), показатель продолжительности зубца Т эталонного кардиоцикла и показатель вариабельности сердечного ритма СУ (%) можно рассматривать как информативные показатели -индикаторы повышения риска патологии кардогемодинамического функционирования. Ключевые слова: эталонный кардиоцикл, алгебраическая модель конструктивной логики, кардиореспираторная система, диапазон физиологического функционирования.
ВВЕДЕНИЕ
Состояние здоровья обучающихся является актуальной проблемой научных исследований. Данные литературы свидетельствуют о том, что лишь 10 % выпускников школ могут считаться здоровыми, у трети школьников выявлены различные хронические заболевания, и за время обучения в школе число здоровых детей уменьшается в 4-5 раз [1]. Современные способы скрининговой оценки физической, психической и адаптационной составляющих здоровья позволяют отследить влияние на здоровье школьников различных факторов окружения, что дает возможность управлять ими в реальном времени и напрямую связано с донозологическим ранним выявлением и анализом функциональных нарушений в работе различных систем организма.
В связи с этим оценка уровня функционального состояния кардиогемодинамики, в том числе количественное определение функционального состояния миокарда, является важной медико-биологической проблемой, а поиск и разработка диагностических методик, позволяющих в режиме скрининговых исследований и методов не только получать, но и анализировать диагностические показатели, составляют наиболее приоритетные и актуальные вопросы физиологии [2].
Надо отметить, что междисциплинарность в медико-биологических исследованиях получает все большую актуальность и позволяет реализовывать новейшие технологические решения как в изучении физиологических особенностей функционирования, так и в интерпретации и верифицировании полученных результатов [3]. Комбинированное применение инновационных методов получения и обработки физиологических показателей формирует новые методологические подходы анализа функционального состояния организма человека и позволяет реализовывать задачи физиологической науки.
В связи с вышесказанным целью исследования было определить маркеры (и их количественные диапазоны) физиологического функционирования кардиогемодинамики и ее регуляции в различных группах обучающихся по параметрам эталонного кардиоцикла (ЭК) и вариабельности сердечного ритма одноканальной ЭКГ с использованием математического моделирования, применяя алгебраическую модель конструктивной логики.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Регистрацию и анализ ЭКГ в фазовом пространстве с определение параметров эталонного кардиоцикла (ЭК) и вариабельности сердечного ритма проводили с помощью программно-технического комплекса «ФАЗАГРАФ®» [4], в котором реализована оригинальная информационная технология обработки электрокардиосигнала в фазовом пространстве с использованием идей когнитивной компьютерной графики и методов автоматического распознавания образов (МНУЦИТИС НАН и МОН Украины). Регистрация количественных показателей СО2 во время выдоха проводилась с помощью ультразвукового проточного капнометра КП-01 -«ЕЛАМЕД».
Факторный анализ и построение нелинейной математической модели выполняли с помощью математического аппарата алгебраической модели конструктивной логики (АМКЛ), которая является в своей основе моделью интуитивистского исчисления предикатов, отображающей индуктивную часть мышления - формирование небольшого набора кратких качественных выводов из массивов информации большой размерности [5-10]. Особенность модели состоит в ее приспособленности к исследованию динамики сложных объектов, зависящих от так называемых скрытых переменных. Машинный интеллект алгебраической модели позволяет в определенной степени выявить эти раннее не учтенные факторы. С общей точки зрения, систему можно применять как средство, согласующее информационные каналы исследуемого объекта и пользователя. Алгоритм может быть использован в любых областях науки или практики для
доказательства (или опровержения) ряда априорных предположений, например в области доказательной медицины [11-14].
Статистическую обработку полученных результатов исследований проводили с помощью программного пакета STATISTICA 6.0 (StatSoft, Inc., USA). Оценки расхождения распределений признаков проводились с помощью критерия согласия Колмогорова - Смирнова. Для оценки достоверности различий между одноименными показателями у исследуемых использовали параметрический Т-критерий Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Входные данные представляют собой массив данных - таблицу, в которой каждый столбец XI представлен значениями факторов. Один из столбцов является целевым, поскольку его значения являются результатом воздействия факторов на исследуемый объект. Результат вычислений представлен как дизъюнкция импликант, в которых факторы в сочетанном или несочетанном виде даны с указанием пределов значений и результирующей мощностью, по которой можно судить о степени ее влияния на результат. Аналитические расчеты можно выполнять в режимах достижения цели (прямой расчет) или ее недостижения (расчет от обратного).
Массив верифицированных данных представлен 7440 показателями кардиореспираторной системы 186 условно здоровых обучающихся средней образовательной школы г. Симферополя 9-16 лет.
Показатель рт (ед.) можно охарактеризовать как информативный критерий функционального состояния кардиогемодинамики и количественного определения адаптационных резервов миокарда в скрининг-исследованиях. Из предыдущих исследований известно, что электрокардиографический показатель рт отражает процессы реполяризации и позволяет оценить степень напряжения миокарда, является стабильным и чувствительным индикатором, отражающим интегративную реакцию адаптационных резервов кардиогемодинамики [15-20].
Таким образом, в результате выявленной информативности показатель рт был принят в качестве целевого фактора. Было выявлено 98 целевых и 88 нецелевых случаев.
Целевая группа (Группа рт - 0,75 ед.) была описана несколькими признаками: гендерным, возрастным и признаком двигательной активности. Так, количество мальчиков и девочек, составивших целевую группу, было практически одинаковым. При этом в каждой возрастной группе значения (рт ед.) в целевой группе
достоверно превышали значения данного показателя в нецелевой группе. В таблице 1 отражены возрастные особенности целевой и нецелевой групп.
Таблица 1
Возрастные особенности показателя симметрии зубца Т у школьников целевой
и нецелевой групп, (х±8х), п=197
№ Возраст рт ед.
1 (целевая группа) 0 (не целевая группа)
1 9-10 лет (п=45) 0,77±0,02 0,69±0,02**
2 11-12 лет (п=55) 0,76±0,01 0,68±0,01***
3 13-14 лет (п=42) 0,76±0,02 0,70±0,01**
4 15-16 лет (п=55) 0,78±0,03 0,69±0,01***
Примечание: * - р< 0,05, ** - р< 0,01, *** -р< 0,001 при сравнении целевой и нецелевой групп
Очевидно, ни гендерный, ни возрастной факторы не являлись основополагающим в определении значения показателя ¡5Т ед.
Напротив, при анализе фактора двигательной активности было выявлено преобладание в целевой группе исследуемых школьников со сниженным уровнем двигательной активности (рис. 1).
Рис. 1. Характеристика целевой группы по признаку оптимальности двигательной активности
Исходными данными для построения модели являлась таблица. Каждая строка в этой таблице рассматривается как случай, в котором занесены значения факторов (в факторных столбцах) и результат их воздействия (в целевом столбце) (табл. 2, 3).
Алгоритм АМКЛ позволил:
1. Построить математическую модель с минимальным числом результирующих составляющих, дизъюнктивно объединенных между собой.
2. Определить сочетание факторов (показанных через знак &) и пределы их определения без участия исследователя.
3. Определить мощность каждой результирующей составляющей (W), численно равной числу строк, на которых выполняется условие определения переменных этой
результирующей составляющей, с определением границ наиболее мощных результирующих составляющих (рис. 2-4).
4. Исключить отдельные избыточные факторы, без которых математическая модель может быть построена.
В представленной математической модели показаны результирующие составляющие (пронумерованы). Каждый фактор имеет пределы определения (показаны в скобках), которые алгоритм АМКЛ определил сам из соображений компактного представления модели. Каждая результирующая составляющая влияет на результат (выбранную цель) с мощностью (обозначенной М).
Таблица 2
Результаты математического моделирования достижения цели с использованием АМКЛ
Факторы и обозначения Математическая модель достижения цели с использованием всех факторов Математическая модель достижения цели с оптимизированным пространством факторов
Х1 цель, симметрия зубца Т, > 0,75 усл. ед., что соответствует - 1;< 0,75 усл. ед. - 0. Исходные данные из файла: Б: \АналР асчеты\Минина\Ра счеты\base.txt Переменная цели: Х1. Значение цели: 1.0 Маска: нет Совпало целевых и нецелевых строк: 0. Исходные данные из файла: Б:\АналРасчеты\Минина\Ра счеты\base.txt Переменная цели: Х1. Значение цели: 1.0 Маска: Х6; Х7; Х8; Х10; Х12; Х14; Х16; Х17; Х18; Х20; Х25; Х26; Х27; Х28; Х29; Х30; Х31; Х32; Х33; Х34; Х35. Совпало целевых и нецелевых строк: 0.
Х2 ЧСС, уд/мин 1.М= 29. ( 0.84 < Х19 < 1.31 ) Строки: 1; 8; 23; 26; 31; 40; 41; 44; 65; 75; 80; 93; 99; 103; 105; 109; 117; 118; 120; 121; 132; 133; 141; 147; 149; 153; 162; 169; 184; 2.М= 21.( 0.1 <= Х9 < 0.18 ) Строки: 5; 23; 26; 41; 44; 46; 49; 80; 92; 93; 97; 100; 101; 103; 106; 108; 113;149; 154; 166; 184 3.М= 13.( 0.18 < Х9 < 0.2 ) Строки: 8; 21; 27; 67; 68; 90; 102; 105; 133; 153; 159; 169; 182 4.М= 13.( 0.16 < Х4 < 0.42 ) Строки: 1; 20; 23; 88; 92; 93; 1.М= 29. ( 0.84 < Х19 < 1.31 ) Строки: 1; 8; 23; 26; 31; 40; 41; 44; 65; 75; 80; 93; 99; 103; 105; 109; 117; 118; 120; 121; 132; 133; 141; 147; 149; 153; 162; 169; 184; 2.М= 21. ( 0.1 <= Х9 < 0.18 ) Строки: 5; 23; 26; 41; 44; 46; 49; 80; 92; 93; 97; 100; 101; 103; 106; 108; 113;149; 154; 166;184 3.М= 13. ( 0.18 < Х9 < 0.2 ) Строки: 8; 21; 27; 67; 68; 90; 102; 105; 133; 153; 159; 169; 182 4.М= 13. ( 0.16 < Х4 < 0.42 ) Строки: 1; 20; 23; 88; 92; 93;
Х3 вариабельность ЧСС,
Х4 среднее квадратическое отклонение симметрии зубца Т, мс
Х5 смещение сегмента БТ эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х6 продолжительность Р эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х7 продолжительность сегмента Р^ эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х8 продолжительность зубца R эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х9 продолжительность зубца Т эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х10 амплитуда зубца Р эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х11 амплитуда зубца Q эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х12 амплитуда зубца R эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х13 амплитуда зубца S эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х14 амплитуда зубца T эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х15 интервал P-Q эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х16 интервал Q-T эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х17 комплекс QRS эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Х18 амплитуда Q/R эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, ед.
Х19 соотношение площадей T/R эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, ед.
120; 126; 140; 154; 162; 181; 184
5.M= 13. ( -3.e-002 <= X5 < -2.e-002 )
Строки: 23; 26; 41; 46; 49; 61; 97; 101; 105; 113; 135; 159; 184
6.M= 12.( 8.11 < X24 < 8.92 )
Строки: 5; 7; 23; 39; 67; 76; 115; 147; 153; 166; 168; 184
7.М= 10.(30.92 < Х22 < 32.73)
Строки: 9; 10; 31; 103; 104; 135; 154; 155; 170; 171;
8.М= 9. ( -5.69е-003 < Х11 < -3.14е-003 )
Строки: 1; 9; 74; 75; 96; 129; 161; 162; 170;
9.М= 9.( 115 < Х2 <= 129 ) Строки: 26; 27; 30; 45; 49; 53; 72; 97; 106
10.М= 8. ( -1.е-002 < Х5 < -7.88е-003 )
Строки: 5; 21; 37; 67; 76; 88; 166; 182
11.М= 8. ( -4.е-002 < Х13 < -2.е-002 )
Строки: 13; 67; 75; 120; 152; 153; 156; 174
12.М= 8. ( -7.е-002 < Х13 < -4.е-002 )
Строки: 7; 8; 41; 44; 124; 140; 168; 169
13.М= 8.( 7.84 < Х23 < 9.73 ) Строки: 9; 31; 41; 64; 65; 104; 135; 170
14.М= 7.( 27.5 < Х3 < 29.3 ) Строки: 16; 40; 75; 126; 142; 143;177
15.М= 7. ( -4.65е-003 < Х5 < -1.69е-003 )
Строки: 7; 27; 28; 31; 87; 90; 168
16.М= 7.( 76 < Х21 < 82 ) Строки: 6; 75; 86; 114; 155; 156; 167
17.М= 6.( 7.81 < Х24 < 8.03 )
120; 126; 140; 154; 162; 181; 184
5.M= 13. ( -3.e-002 <= X5 < -2.e-002 )
Строки: 23; 26; 41; 46; 49; 61; 97; 101; 105; 113; 135; 159; 184
6.M= 12. ( 8.11 < X24 < 8.92 )
Строки: 5; 7; 23; 39; 67; 76; 115; 147; 153; 166; 168; 184
7.М= 10. ( 30.92 < Х22 < 32.73)
Строки: 9; 10; 31; 103; 104; 135; 154; 155; 170; 171
8.М= 10. ( 0.85 < Х36 < 0.96 ) Строки: 5; 7; 23; 26; 83; 106; 156; 166; 168; 184
9.М= 9. ( 115. < Х2 <= 129. ) Строки: 26; 27; 30; 45; 49; 53; 72; 97; 106
10.М= 9. ( -5.69е-003 < Х11 < -3.14е-003 )
Строки: 1; 9; 74; 75; 96; 129; 161; 162; 170
11.М= 8. ( -4.е-002 < Х13 < -2.е-002 )
Строки: 13; 67; 75; 120; 152; 153; 156; 174
12.М= 8. ( -7.е-002 < Х13 < -4.е-002 )
Строки: 7; 8; 41; 44; 124; 140; 168; 169
13.М= 8. ( 7.84 < Х23 < 9.73 ) Строки: 9; 31; 41; 64; 65; 104; 135; 170
14.М= 7. ( 27.5 < Х3 < 29.3 ) Строки: 16; 40; 75; 126; 142; 143;177
15.М= 7. ( -4.65е-003 < Х5 < -1.69е-003 )
Строки: 7; 27; 28; 31; 87; 90; 168
16.М= 7. ( 76. < Х21 < 82. ) Строки: 6; 75; 86; 114; 155; 156;167
17.М= 6. ( 7.81 < Х24 < 8.03 ) Строки: 13; 41; 58; 127; 135;
Х20 продолжительность цикла, NN, мс Строки: 13; 41; 58; 127; 135; 174 174 18.М= 6. ( 0.3 <= X15 < 0.31 )
Х21 SDNN, мс 18.М= 6.( 10.1 < X25 < 10.4 ) Строки: 26; 27; 46; 49; 50;
Строки: 39; 80; 83; 110; 120; 141 92 19.М= 5. ( 9.58 < X24 < 10.28 )
Х22 RMSSD, мс
Х23 pNN50, % 19.М= 6. ( 0.3 <= X15 < 0.31 )
Х24 коэффициент вариации, CV, % Строки: 26; 27; 46; 49; 50; 92 Строки: 37; 110; 113; 118; 133
Х25 HRVtr.index
Х26 Мода, Mo, мс
Х27 Амплитуда моды, АМо, %
Х28 MxDMn, мс
Х29 индекс напряжения ИН по Баевскому, ед.
Х30 LFn, %
Х31 HFn, %
коэффициент
Х32 вагосимпатического баланса, LF/HF, ед.
Х33 угол наклона фазового
портрета, гр.
показатель
Х34 вариабельности фазового портрета, ед.
Х35 соотношение T/R, ед
частота дыхательных
Х36 движений, цикл/мин. ед.
показатель
Х37 неравномерности дыхания, ед.
Х38 показатель ТД по ЧД,
ед.
напряжение СО2 в
Х39 последней фракции
выдыхаемого воздуха, мм рт. ст.
Х40 мертвое пространство, %
Таблица 3
Результаты математического моделирования недостижения цели с
использованием АМКЛ
Факторы и обозначения
Математическая модель недостижения цели с использованием всех _факторов_
Математическая модель недостижения цели с оптимизированным пространством факторов
Х1
цель, симметрия зубца Т, > 0,75 усл. ед., что соответствует - 1; < 0,75 усл. ед. - 0.
Исходные данные из файла:
Б:\АналРасчеты\Минина\ Расчеты\base.txt Переменная цели:Х1. Значение цели:1.0 Маска: нет Совпало целевых и нецелевых строк: 0.
Исходные данные из файла:
Б: \АналР асчеты\Минина\Р асчеты\base.txt Переменная цели :Х1; Значение цели :1.0 Маска :Х6; Х7; Х8; Х10; Х12; Х14; Х16; Х17; Х18; Х20; Х25; Х26; Х27; Х28; Х29; Х30; Х31; Х32; Х33; Х34; Х35. Совпало целевых и нецелевых строк: 0._
Х2
Х3
Х4
Х5
Х6
Х7
Х8
Х9
Х10
ЧСС, уд/мин
вариабельность ЧСС,
среднее квадратическое отклонение симметрии зубца Т, мс_
смещение сегмента БТ эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
продолжительность Р эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
продолжительность сегмента Р^ эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
продолжительность зубца Я эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
продолжительность зубца Т эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
амплитуда зубца Р эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
1.М= 13. ( 0.27 < Х9 < 0.33 )
Строки: 2; 17; 22; 51; 69; 73; 79; 84; 116; 139; 163; 178; 183
2.М= 9. ( 6.е-002 < Х35 < 0.11 )
Строки: 35; 63; 66; 71; 77; 84; 95; 123; 160
3.М= 9. ( 11.09 < Х25 < 11.44 )
Строки: 2; 3; 18; 55; 73; 139; 163; 164; 179
4.М= 9. ( 54.8 < Х30 < 58.6 )
Строки: 22; 47; 59; 69; 70; 122; 139; 151; 183
5.М= 8. ( 45.51 < Х22 < 47.08 )
Строки: 17; 18; 43; 73; 78; 94; 178; 179
6.М= 8. ( 9.24 < Х24 < 9.72 )
Строки: 4; 12; 42; 43; 57; 111; 165; 173
7.М= 7. ( 181. < Х33 <
1.М= 13.( 0.27 < Х9 < 0.33
)
Строки: 2; 17; 22; 51; 69; 73; 79; 84; 116; 139; 163; 178; 183.
2.М= 10.( 2.е-002 < Х5 <= 6.26 )
Строки: 2; 35; 38; 43; 63; 84; 89; 122; 151; 163.
3.М= 9.( 74.13 < Х22 < 87.35 )
Строки: 11; 22; 24; 81; 98; 137; 146; 172; 183.
4.М= 8.( 9.24 < Х24 < 9.72
)
Строки: 4; 12; 42; 43; 57; 111; 165; 173.
5.М= 7.( 41.75 < Х23 < 46.24 )
Строки: 11; 22; 82; 98; 138; 172; 183.
6.М= 6.( 33.87 < Х22 < 34.61 )
Строки: 3; 35; 71; 85; 91; 164.
7.М= 6.( 91.8 < Х2 < 92.8 )
Х11
Х12
Х13
Х14
Х15
Х16
Х17
Х18
Х19
Х20
Х21
Х22
Х23
Х24
Х25
Х26
Х27
Х28
Х29
Х30
Х31
Х32
амплитуда зубца Q эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
амплитуда зубца Я эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
амплитуда зубца Б эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
амплитуда зубца Т эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
интервал Р^ эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
интервал Q-T эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
комплекс QRS эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
амплитуда Q/R эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, ед.
соотношение площадей Т/Я эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, ед.
продолжительность цикла, МЫ, мс
ББСД мс
ЯМБББ, мс
рЫЫ50, %
коэффициент вариации, СУ, %
ЫЯУ&тёех
Мода, Мо, мс
Амплитуда моды, АМо, %
МхБМп, мс
индекс напряжения ИН по Баевскому, ед._
ЬГп, %
ЫРп, %
коэффициент вагосимпатического баланса, ЬГ/ЫГ, ед.
211. )
Строки: 32; 43; 52; 84; 89; 119; 146
8.М= 7. ( 11.4 < Х34 <
12.7 )
Строки: 11; 38; 63; 81; 128; 138; 172
9.М= 7. ( 37.5 < Х31 < 41.4 )
Строки: 4; 24; 62; 111; 134; 137; 165
10.М= 7. ( 41.75 < Х23 < 46.24 )
Строки: 11; 22; 82; 98; 138; 172; 183
11.М= 6. ( 51.1 < Х30 < 52.6 )
Строки: 17; 29; 35; 57; 158; 178
12.М= 6. ( 13.71 < Х25 < 14.71 )
Строки: 17; 136; 137; 148; 151; 178
13.М= 6. ( 33.87 < Х22 < 34.61 )
Строки: 3; 35; 71; 85; 91; 164;
14.М= 6. ( 91.8 < Х2 <
92.8 )
Строки: 14; 18; 24; 112; 175; 179
15.М= 6. ( 62. <= Х2 <
71.9 )
Строки: 22; 51; 125; 145; 146;183
16.М= 6. ( 72.8 < Х2 < 74.2 )
Строки: 2; 116; 131; 148; 160;163
17.М= 5. ( 1.97 < Х19 < 2.14 )
Строки: 11; 34; 38; 125; 172
18.М= 5. ( 2.09е-003 < Х5 < 3.71е-003 )
Строки: 51; 54; 85; 138; 144
19.М= 5. ( 4.81 < Х19 <
Строки: 14; 18; 24; 112; 175; 179.
8.М= 6.( 72.8 < Х2 < 74.2 ) Строки: 2; 116; 131; 148; 160; 163.
9.М= 5.( 4.28 < Х24 < 4.81 ) Строки: 14; 29; 84; 150; 175.
10.М= 5.( -0.4 < Х13 < -0.35 )
Строки: 43; 54; 84; 119; 128.
11.М= 5.( -0.84 <= Х13 < -0.55 )
Строки: 32; 33; 47; 57; 79.
12.М= 5.( 1.97 < Х19 < 2.14 )
Строки: 11; 34; 38; 125; 172.
13.М= 5.( 4.81 < Х19 < 5.58 )
Строки: 35; 57; 69; 130; 160.
14.М= 5.( 18.8 < Х3 < 20. ) Строки: 54; 66; 69; 81; 89.
15.М= 5.( 2.4 < Х19 < 2.51 ) Строки: 2; 94; 136; 148; 163.
16.М= 4.( 12.64 < Х24 < 13.52 ) Строки: 34; 94; 145; 158.
17.М= 4.( 6.08е-003 < Х5 < 8.36е-003 )
Строки: 15; 42; 55; 176.
18.М= 4.( 8.36е-003 < Х5 < 8.87е-003 )
Строки: 18; 56; 107; 179.
Х33 угол наклона фазового портрета, гр._
Х34 показатель
вариабельности фазового портрета, ед.
Х35
соотношение Т/Я, ед.
Х36 частота дыхательных
движений, цикл/мин. ед.
Х37 показатель
неравномерности дыхания, ед.
Х38 показатель ТД по ЧД, ед.
Х39 напряжение СО2 в последней фракции выдыхаемого воздуха, мм рт. ст._
Х40 мертвое пространство,
%
5.58 )
Строки: 35; 57; 69; 130; 160
20.М= 5. ( 591. < Х20 < 602. )
Строки: 36; 42; 43; 48; 57
21.М= 5. ( 25.4 < Х34 < 28.7 )
Строки: 24; 29; 33; 35; 85
22.М= 5. ( 4.28 < Х24 < 4.81 )
Строки: 14; 29; 84; 150;
175
23.М= 5. ( 25. < Х40 < 26.67 )
Строки: 15; 25; 57; 111;
176
24.М= 5. ( 0.76 < Х12 < 0.81 )
Строки: 18; 62; 116; 157; 179
25.М= 4. ( 90.1 < Х2 < 90.9 )
Строки: 19; 52; 89; 180
26.М= 4. ( 8.36е-003 < Х5 < 8.87е-003 )
Строки: 18; 56; 107; 179
27.М= 4. ( 14.5 < Х3 < 15.4 )
Строки: 38; 60; 71; 138
Так как параметры ЭК изучаются впервые, диапазоны нормального функционирования не верифицированы. Полученные результаты математического моделирования можно представить графически, что упрощает понимание физиологической значимости параметров ЭК. На рис. 2 отображен наиболее простой случай, когда целевые значения сосредоточенны в одном диапазоне значений (от 0,16 до 0,42 мс), характеризующие отклонение от физиологического функционирования. Нецелевых случаев данный фактор не имеет. Это позволяет принять данный диапазон целевых значений как одно из условий достижения цели.
В следующем случае целевые и нецелевые случаи разграничены различными областями их определения. В этом случае необходимо провести линию разграничения по середине этих областей определения (рис. 3). В результате линия разграничения со значением равным (0,0087-(-0,017))/2=0,012585 отделяет область целевых и нецелевых значений, тем самым в некоторой степени компенсируя ограниченный объем анализируемых случаев. При этом физиологическому функционированию будет соответствовать диапазон значений слева от вертикальной оси, а отклонение от физиологического функционировании - справа.
Мах =0,42
0,16 Мт=0,0;
Рис. 2. Фактор Х4 - среднее квадратическое отклонение (СКО) симметрии зубца Т эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Рис. 3. Фактор Х5 - смещение сегмента БТ эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс
Аналогичная ситуация наблюдается с факторами Х9 и Х19 со значениями линии разграничения 0,021 и 1,64 соответственно (рис. 4).
Более сложная и противоречивая ситуация наблюдается с фактором Х24— СУ -коэффициент вариации (КВ), КВ=СКО / М х 100, по физиологическому смыслу не отличается от среднего квадратического отклонения, но является показателем, нормированным по частоте пульса. Нормальные значения СУ находятся в интервале 3-12 %. Усиление симпатической регуляции - при значениях меньше 3 %. Снижение значений СУ обычно происходит при росте психоэмоционального напряжения. Напротив, увеличение этого показателя характеризует рост парасимпатического влияния. В данном случае целевые (Г, Б) и нецелевые (А, В, Д) области чередуются друг с другом и накладываются друг на друга (В и Г) (рис. 5). В этой ситуации мы обязаны из результирующей составляющей (область Г) удалить пересекающуюся часть (показано штрихом). В результате область определения (9.58< Х24 <10.28) уменьшается до величины (9.72< Х24 <10.28).
Рис. 4. Х9 - продолжительность зубца Т эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, мс (А), Х19 - соотношение площадей T/R эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ, ед. (Б)
Рис. 5. Х24 - коэффициент вариации, CV, %
Наряду с этим на рис. 5 показаны области неопределенности Е (как сверху, так и снизу), которые не анализировались из-за отсутствия данных в указанных
диапазонах. Вероятно, данный показатель, вошедший в результирующие показатели математической модели различий исследуемых обучающихся, информативен, однако требует дальнейшего изучения и уточнения его количественных диапазонов, характеризующих физиологическое функционирование.
Таким образом, было выявлено, что показатели ЭК, характеризующие зубцы Т и Я, а также показатель суммарного эффекта вегетативной регуляции в определенных диапазонах могут являться маркерами нарушения кардиогемодинамического функционирования у обучающихся при их выявлении в условиях скрининг-исследования, а АМКЛ может явиться эффективным инструментом верифицирования инновационных параметров функционирования и их физиологической интерпретации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Главные результирующие составляющие полученной математической модели характеризуют сниженные резервы сердечно-сосудистой системы и ее регуляции при скрининг-исследований у школьников.
2. Графическое представление полной математической модели позволяет наглядно представить результат и внести коррективы в количественные диапазоны определения факторов и в определенной степени компенсировать недостаточное количество анализируемых случаев.
3. Данная математическая модель представлена несочетанными факторами, что упрощает интерпретацию результата.
4. Представленный аналитический расчет одновременно является методикой анализа и по мере накопления исходных данных позволяет уточнять полученные результаты.
5. Значения факторов в выявленных диапазонах можно считать критерием отклонения от оптимального функционирования, а показатели, принятые в данном анализе за факторы, характеризовать как индикаторы снижения функциональных резервов регуляции кардиогемодинамики у школьников 10-16 лет.
6. Показатель СКО симметрии зубца Т фазового портрета одноканальной ЭКГ, показатели эталонного кардиоцикла - Т/Я (ед.), смещение БТ (мс), показатель продолжительности зубца Т эталонного кардиоцикла и показатель вариабельности сердечного ритма СУ (%) можно рассматривать как информативные показатели - индикаторы повышения риска патологии кардогемодинамического функционирования.
Результаты получены в рамках проекта «Программы развития ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского» на 2015-2024 годы «Поддержка академической мобильности работников университета на заявительной основе - ПМР» ГСУ/2016/7» на базе Медицинского института Тульского Государственного Университета
Список литературы
1. Yong people's health in context. Health behavior in school aged Children BSC) study: international report from 2001/2002 survey/ [Ed / Candace Currie et al.] - Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2007. - 270 р.
2. Гайдашев А. Э. Возможности, значение и роль скрининговых исследований в Центрах Здоровья для снижения уровня преждевременной заболеваемости и смертности от кардиоваскулярных заболеваний / А. Э. Гайдашев, Ю. Ф. Сахно, И. С. Решетников // Функциональная диагностика. -2010. - № 3 - С. 1-7.
3. Агаджанян Н. А. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний / Н. А. Агаджанян, P. M. Баевский, А. П. Берсенева - М.: Изд-во РУДН, 2006. - 284 с.
4. Файнзильберг Л. С. Компьютерная диагностика по фазовому портрету электрокардиограммы / Л. С. Файнзильберг. - К.: Образование Украины, 2013. - 190 с.
5. Хромушин В. А. Оптимизация алгебраической модели конструктивной логики / В. А. Хромушин, В. Ф. Бучель, А. С. Дзасохов, О. В. Хромушин // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. - 2014. - № 1. Публикация 1-1. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2014-1/4710.pdf (Дата обращения: 15.07.2017). DOI: 10.12737/2691
6. Хромушин В. А. Программа построения алгебраических моделей конструктивной логики в биофизике, биологии и медицине / В. А. Хромушин, В. Ф. Бучель, В. А. Жеребцова, Т. В. Честнова // Вестник новых медицинских технологий. - 2008. - № 4. - С. 173-174.
7. Хромушин В. А. Алгоритм и программа анализа результирующих импликант алгебраической модели конструктивной логики // XXXXVI научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ТулГУ «Общественное здоровье и здравоохранение: профилактическая и клиническая медицина» / В. А. Хромушин, О. В. Хромушин, Е. И. Минаков // Сборник статей. - Тула, 2010. - С. 138-148.
8. Хромушин В. А. Методология обработки информации медицинских регистров / В. А. Хромушин. - Тула. - 2005. - 120 с.
9. Хромушин В. А. Информатизация здравоохранения / В. А. Хромушин, А. В. Черешнев, Т. В. Честнова. - Уч.пос.Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - 207 с.
10. Минина Е. Н. Оптимизация скрининг-оценки кардиогемодинамики с использованием алгебраической модели конструктивной логики / Е. Н. Минина; под ред. проф. А. А. Хадарцева, В. А. Хромушина. - М.: Русайнс, 2017. - 144 с.
11. Китанина К. Ю. Разработка методики углубленного многофакторного анализа первичной инвалидности с использованием усовершенствованной методики обобщенной оценки показателей здравоохранения и алгебраической модели конструктивной логики / К. Ю. Китанина, В. А. Хромушин, О. И. Литвяк, Е. Н. Овсянникова // Медико-социальные проблемы инвалидности. - 2012. - №4. - С. 40-45.
12. Ранцева Л. К. Алгоритм обобщенной оценки отклонений от значения медицинских факторов в норме / Л. К. Раннева, К. А. Хадарцева, К. Ю. Китанина, В. А. Хромушин // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. - 2016. - № 3. Публикация 1-4. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2016-3/1-4.pdf (дата обращения: 24.08.2016). D0I:10.12737/ 21276.
13. Ранцева Л. К. Алгоритм и программа расчета обобщенной оценки отклонений от значения факторов в норме / Л. К. Раннева, К. А. Хадарцева, К. Ю. Китанина, В. А. Хромушин // Инновации в науке: сб. ст. по матер. LVIII междунар. науч.-практ. конф. - № 6 (55). - Новосибирск: СибАК, 2016. - С. 58-68.
14. Ранцева Л. К. Способ сравнительного многофакторного анализа в медицине с использованием алгебраической модели конструктивной логики / Л. К. Раннева, К. А Хадарцева, К. Ю. Китанина, В. А. Хромушин // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. - 2016. - № 2. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2016-2/1-4.pdf.
15. Минина Е. Н. Анализ волны Т ЭКГ в фазовом пространстве в определении функциональных резервов миокарда / Е. Н. Минина // Ученые записки Таврического национального университета имени В. И. Вернадского. - 2013. - Т. 26 (65), № 2. - С.148-153.
16. Минина Е. Н. Фазовый портрет одноканальной ЭКГ в оценке функциональных резервов сердечнососудистой системы / Е. Н. Минина, Л. С. Файнзильберг // Вестник новых медицинских технологий. - 2014. - Т. 21-3. - С. - 22-27.
17. Файнзильберг Л. С. Исследование диагностической ценности угла ориентации фазового портрета одноканальной ЭКГ как индикатора функционального состояния миокарда / Л. С. Файнзильберг, Е. Н. Минина // Клиническая информатика и телемедицина. - 2013. - Т. 9, № 10. - С. 33-42.
18. Файнзильберг Л. С. Оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы по величине разброса фазовых траекторий одноканальной ЭКГ / Л. С. Файнзильберг, Е. Н. Минина // Кибернетика и вычислительная техника. - 2014. - № 1. - С. 5-19.
19. Минина Е. Н. Анализ функционального состояния сердечно-сосудистой системы по совокупности признаков фазового портрета одноканальной ЭКГ // Е. Н. Минина, Л. С. Файнзильберг // Российский кардиологический журнал. - 2015. - Т. 12 (128). - С. 7-13.
20. Минина Е. Н. Фазовый портрет одноканальной ЭКГ в оценке функциональных резервов сердечнососудистой системы // Е. Н. Минина, Л. С. Файнзильберг // Вестник новых медицинских технологий. - 2014. - Т. 21, №3. - С. 22-26.
PHYSIOLOGICAL OBJECTIFICATION OF THE REFERENCE CARDIAC
CYCLE OF A SINGLE-CHANNEL ECG's PARAMETERS USING THE ALGEBRAIC MODEL OF CONSTRUCTIVE LOGIC
Minina E. N.
V. I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Russian Federation
E-mail: cere-el@yandex. ru
Identify the level of functional reserves of the myocardium and quantitative assessment has important diagnostic value in the timely prevention of heart disease, with optimal dosing of physical exercise, sports tensions and determining the effectiveness of rehabilitation measures. The indicators of the reference cardiac cycle can be used as a estimation criterion of the functional reserves of the myocardium and efficiency of correction influences, and the construction of a mathematical model using algebraic models of constructive logic (AMCL) is an effective method of change markers verification.
Multivariate analysis, including algebraic model of constructive logic, is often used in medical practice and biological research. To carry out such studies, it is necessary a array of source information (analyzed cases) and purpose, which is most often selected one of the values of the factors. At the same time, in the practice of analytical calculations there are cases when the target value cannot be set explicitly. The proposed method is based on counting the number of instances of each value of each factor and their share in the total number of cases. The product of the assessed values of each involved factor, compared with the set of the threshold value, determines a value corresponding to the achievement of the goal. To confirm the proposed method on the array of 7440 indicators, the authors built a mathematical model using algebraic model of constructive logic. Evaluation of a mathematical model confirmed the performance of the proposed method of calculating the target value, since the simulation results are most consistent with known estimates obtained by other methods.
At the same time, the presented analytical calculation is an analysis technique and, as the initial data accumulates, allows us to refine the results. The values of the factors identified in the bands can be considered as the criterion of deviation from the optimal functioning, and the indicators adopted in this analysis as factors, characterized as a decrease in indicators of functional reserves cardiohemodynamics regulation among students of 10-16 years old. The indicator of the RMS of the phase portrait of the single-channel ECG , the parameters of the reference cardiac cycle - T / R (unit), ST offset (ms), duration of the T wave of the reference cardiac cycle and heart rate variability CV (%) can be considered as informative indicators of increased the risk of cardio-hemodynamic functioning's pathology.
Keywords: reference cardiocycle, algebraic model of constructive logic, cardiorespiratory system, the range of physiological functioning.
References
1. Yongpeople's health in context. Health behavior in school aged Children BSC) study: international report from 2001/2002 survey/ [Ed / Candace Currie et al.], 270 (Copenhagen: WHO Regional Office for Europe, 2007).
2. Gajdashev A. HE., Sahno YU. F., Reshetnikov I. S. Vozmozhnosti, znachenie i rol' skriningovyh issledovanij v Centrah Zdorov'ya dlya snizheniya urovnya prezhdevremennoj zabolevaemosti i smertnosti ot kardiovaskulyarnyh zabolevanij, Funkcional'naya diagnostika, 3, 1 (2010).
3. Agadzhanyan N. A., Baevskij P. M., Berseneva A. P. Ocenka adaptacionnyh vozmozhnostej organizma i risk razvitiya zabolevanij, 284 (M.: Izd-vo RUDN, 2006).
4. Fajnzil'berg L. S. Komp'yuternaya diagnostika po fazovomu portretu ehlektrokardiogrammy, 190 (K. Osvita Ukrainy, 2013).
5. Hromushin V. A., Buchel' V. F., Dzasohov A. S., Hromushin O. V. Optimizaciya algebraicheskoj modeli konstruktivnoj logiki, Vestnik novyh medicinskih tekhnologij. EHlektronnoe izdanie, 2014, 1. Publikaciya 11. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2014-1/4710.pdf (Data obrashcheniya: 15.07.2017). DOI: 10.12737/2691
6. Hromushin V. A., Buchel' V. F., Zherebcova V. A., Chestnova T. V. Programma postroeniya algebraicheskih modelej konstruktivnoj logiki v biofizike, biologii i medicine, Vestnik novyh medicinskih tekhnologij, 4, 173 (2008).
7. Hromushin V. A., Hromushin O. V., Minakov E. I. Algoritm i programma analiza rezul'tiruyushchih implikant algebraicheskoj modeli konstruktivnoj logiki, XXXXVI nauchno-prakticheskaya konferenciya professorsko-prepodavatel'skogo sostava TulGU «Obshchestvennoe zdorov'e i zdravoohranenie: profilakticheskaya i klinicheskaya medicina», 138 (Sbornik statej. Tula, 2010).
8. Hromushin V. A. Metodologiya obrabotki informacii medicinskih registrov, 120 (Tula. 2005).
9. Hromushin V. A., Chereshnev A. V., Chestnova T. V. Informatizaciya zdravoohraneniya, 207 (Uch.pos.Tula: Izd-vo TulGU, 2007).
10. Minina E. N. Optimizaciya skrining-ocenki kardiogemodinamiki s ispol'zovaniem algebraicheskoj modeli konstruktivnoj logiki», pod red. prof. A. A. Hadarceva, V. A. Hromushina, 144 (Moskva : RUSAJNS, 2017).
11. Kitanina K. YU., Hromushin V. A., Litvyak O. I., Ovsyannikova E. N. Razrabotka metodiki uglublennogo mnogofaktornogo analiza pervichnoj invalidnosti, s ispol'zovaniem usovershenstvovannoj metodiki obobshchennoj ocenki pokazatelej zdravoohraneniya i algebraicheskoj modeli konstruktivnoj logiki, Mediko-social'nyeproblemy invalidnosti, 4, 40 (2012).
12. Ranneva L. K., Hadarceva K. A, Kitanina K. YU., Hromushin V. A. Algoritm obobshchennoj ocenki otklonenij ot znacheniya medicinskih faktorov v norme, Vestnik novyh medicinskih tekhnologij. EHlektronnoe izdanie, 3, 2016. Publikaciya 1-4. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2016-3/1-4.pdf (data obrashcheniya: 24.08.2016). DOI:10.12737/ 21276.
13. Ranneva L. K., Hadarceva K. A, Kitanina K. YU., Hromushin V. A. Algoritm i programma raschyota obobshchyonnoj ocenki otklonenij ot znacheniya faktorov v norme, Innovacii v nauke: sb. st. po mater. LVIIImezhdunar. nauch.-prakt. konf., 6(55), 58 (Novosibirsk: SibAK, 2016).
14. Ranneva L. K., Hadarceva K. A., Kitanina K. YU., Hromushin V. A. Sposob sravnitel'nogo mnogofaktornogo analiza v medicine s ispol'zovaniem algebraicheskoj modeli konstruktivnoj logiki, Vestnik novyh medicinskih tekhnologij. EHlektronnoe izdanie, 2, 2016. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2016-2/1-4.pdf.
15. Minina E.N. Analiz volny T EHKG v fazovom prostranstve v opredelenii funkcional'nyh rezervov miokarda, Uchenye zapiski Tavricheskogo nacional'nogo universiteta imeni V.I. Vernadskogo, 26 (65), 2, 148 (2013).
16. Minina E. N., Fajnzil'berg L. S. Fazovyj portret odnokanal'noj EHKG v ocenke funkcional'nyh rezervov serdechno-sosudistoj sistemy, Vestnik novyh medicinskih tekhnologij, 21-3, 22 (2014).
17. Fajnzil'berg L. S., Minina E. N. Issledovanie diagnosticheskoj cennosti ugla orientacii fazovogo portreta odnokanal'noj EHKG kak indikatora funkcional'nogo sostoyaniya miokarda, Klinicheskaya informatika i telemedicina., 9, 10, 33 (2013).
18. Fajnzil'berg L. S., Minina E. N. Ocenka funkcional'nogo sostoyaniya serdechno-sosudistoj sistemy po velichine razbrosa fazovyh traektorij odnokanal'noj EHKG, Kibernetika i vychislitel'naya tekhnika, 1, 5 (2014).
19. Minina E. N., Fajnzil'berg L. S. Analiz funkcional'nogo sostoyaniya serdechno-sosudistoj sistemy po sovokupnosti priznakov fazovogo portreta odnokanal'noj EHKG, Rossijskij kardiologicheskij zhurnal., 12 (128), 7 (2015).
20. Minina E. N., Fajnzil'berg L. S. Fazovyj portret odnokanal'noj EHKG v ocenke funkcional'nyh rezervov serdechno-sosudistoj sistemy, Vestnik novyh medicinskih tekhnologij., 21-3, 22 (2014).
