CC BY
2УДК 612.1:612.223.3
Козлова В.В., Филатова Д.Ю., Пахомов А.А., Умаров Б.К., Сорокина Л.С.
Kozlova V.V., Filatova D.Yu., Pakhomov A.A., Umarov B.K., Soroki^ L.S.
ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ПАРАМЕТРОВ КАРДИОИНТЕРВАЛОВ УЧАЩИХСЯ ПРИ ТРАНСШИРОТНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯХ
ASSESSMENT OF DYNAMICS PARAMETERS OF PUPILS' CARDIOINTERVALS UNDER TRANCELATITUDINAL TRANSPORTATION
Показаны различия в оценке динамики поведения параметров сердечно-сосудистой системы девочек, а именно уменьшение объемов квазиаттракторов свидетельствует о хорошем оздоравливающем эффекте двухнедельного пребывания детей в пансионате Юный нефтяник. Метод матриц межаттракторных расстояний установил различия при движении хаотических и стохастических центров КА при широтных перемещениях, что говорит о недостаточной сформированности у них адаптационных механизмов, существенном напряжении регуляторных процессов и некоторой степени рассогласования параметров функциональных систем организма девочек.
The article deals with the differences in the assessment of behavior dynamics of the girls' cardiovascular system parameters; in particular the value decrease in quasi-attractors indicates a beneficial therapeutic effect after children's two-week stay in a boarding house "Yuny Neftyanik". The matrix analysis of interattractor distances shows that the motion of chaotic and stochastic centers in latitudinal shifts among girls differs: interattractor distance decreases while moving of the chaotic centre after arrival to the boarding house; it increases after two weeks of vacation; on returning to the city of Surgut it is similar to the given results on arrival to the place of vacation.
Ключевые слова: квазиаттрактор, параметры порядка.
Key words: quasi-attractor, order parameters.
С развитием авиации человек научился быстро перемещаться на дальние расстояния, которые как выяснилось позднее, вызывают существенные изменения в функциональных системах организма (ФСО), характер и глубина которых зависят от направления, времени, длительности перелета, от индивидуальных особенностей организма, трудовых нагрузок, климатического контраста и т.п. [12]. Между тем быстрые дальние перемещения получили массовое распространение во всем мире. Возникла необходимость изучения нового комплекса экологических факторов и эффектов перемещений, так как в основе всех нарушений ФСО при перемещениях лежит десинхроноз - нарушение структуры биологических ритмов различных физиологических систем. В данной статье изучается трансширотное перемещение с Севера (г. Сургут) на Юг (Туапсинский район, пансионат Юный Нефтяник) и с юга на север с использованием методов классической статистики и методов теории хаоса-самоорганизации [1-3; 6; 10; 11, 17; 18; 20]. В целом мы сейчас пытаемся совместить методы теории хаоса-самоорганизации с традиционными стохастическими подходами. Таким образом, целью настоящей работы является изучение с помощью традиционных статистических методов и методов теории хаоса-самоорганизации особенностей хаотической динамики поведения параметров сердечно-сосудистой системы девочек при трансширотном перемещении.
Объектом для наблюдения были 30 девочек, обучающихся в 1-7-х классах школ г. Сургута и Сургутского района, которые выехали на отдых в пансионат Юный Нефтяник (Туапсинский район). Эксперимент проходил в 4 этапа, было получено 4 кластера данных
(4 группы параметров сердечно-сосудистой системы девочек): 1-я группа - до отъезда из г. Сургута в пансионат Юный Нефтяник; 2-я группа - приезд из г. Сургута в пансионат Юный Нефтяник; 3-я группа - отъезд из пансионата Юный Нефтяник в г. Сургут; 4-я группа - приезд в г. Сургут из пансионата Юный Нефтяник.
Обследование учащихся производилось неинвазивными методами и соответствовало этическим нормам Хельсинской декларации (2000 г.). Работа выполнялась в рамках плана научных исследований лаборатории «Функциональных систем организма человека на Севере» при институте естественных и технических наук ГБОУ ВПО «Сургутский государственный университет ХМАО - Югры» и темы НИОКР «Исследование поведения функциональных систем организма человека на Севере РФ методами многомерных фазовых пространств состояний» (№ 01200965147). Критерии включения: возраст учащихся - 8-12 лет; отсутствие жалоб на состояние здоровья в период проведения обследований; наличие информированного согласия родителей на участие в исследовании. Критерии исключения: болезнь учащегося в период обследования.
Статистическая обработка данных осуществлялась при помощи следующих программных пакетов: Excel MS 0ffice-2003 и Statistica 6.1. Соответствие структуры данных закону нормального распределения оценивалось на основе вычисления критерия Шапиро - Уилка (для выборок n < 50). Производилась идентификация параметров ССС девочек на соответствие закону нормального распределения. Закон Гаусса не подтвердился, поэтому дальнейшие исследования зависимостей производились методами непараметрической статистики. Сравнение групп осуществлялось с использованием критерия Фридмана (при сравнении 3 и более зависимых групп) для оценки наличия различий между группами. Выявление различий между конкретными группами (парное сравнение групп) выполнялись при помощи непараметрического критерия Вилкоксона с поправкой Бонферрони (для оценки справедливости нулевой гипотезы) [15].
Количество возможных попарных сравнений было рассчитано по следующей формуле: n = 0,5N(N - 1), где N - количество изучаемых групп. В нашем случае отмечено 4 группы, тогда максимальное количество возможных сравнений составит n = 0,5 • 4(4 - 1) = 6. Если оставить критический уровень значимости без изменений (0,05), то вероятность случайного обнаружения статистически значимых различий составит 1 - 0,956 = 0,26, или 26,0 %. Критический уровень значимости для данного примера при проведении всех 6 сравнений должен быть установлен на уровне 1 - 0,951/10 = 0,0085, т.е. статистически значимыми могут считаться только те различия, для которыхp < 0,0085 [8].
Исследование параметров движения вектора х = x(t) = (x1, Х2,..., Xm) организма человека в фазовом пространстве состояний производилось методами теории хаоса и самоорганизации (ТХС) [2; 3; 17; 18; 20]. В рамках такого подхода идентифицировались параметры квазиаттракторов сердечно-сосудистой системы девочек, которые существенно отличаются при переезде с севера на юг и с юга на север (при трансширотном перемещении). Для идентификации компонент Xi в наших исследованиях применялся пульсоксиметр «ЭЛОКС-01С», разработанный и изготовленный ЗАО ИМЦ «Новые Приборы», г. Самара (Калакутский Л.И., Еськов В.М., 2003-2009).
Использование данной методики и аппаратуры для исследования показателей пульсоинтервалографии производилось в положении испытуемого сидя в относительно комфортных условиях. С целью исключения артефактов и нивелировки влияния отрицательных обратных связей на съем информации, регистрировался пятиминутный интервал измерений кардиоинтервалов (КИ), т.е. Nra > 500. В качестве Xi выступали: Х0 -СИМ - показатель активности симпатического отдела ВНС (у. е.), X1 - ПАР - показатель активности парасимпатического отдела ВНС (у. е.), X2 - ЧСС - частота сердечных сокращений (уд./мин.), X3 - SDNN- стандартное отклонение R-R-интервалов (мс), X4 -ИНБ - показатель индекса напряжения по Р.М. Баевскому (у. е.), X5 - Sp02 - содержание оксигемоглобина в крови испытуемых (%).
Расчет параметров квазиаттракторов производился по программам для ЭВМ, зарегистрированным в Федеральном агентстве по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (свидетельства № 2006613212 и 2010108496).
Исследование параметров движения вектора состояния организма человека в фазовом пространстве состояний (ФПС) производилось методом многомерных фазовых пространств с расчетом матриц межаттракторных расстояний [4; 5]. Максимальные различия в расстояниях между хаотическими Zj или стохастическими центрами квазиаттракторов Zf движения ВСОЧ разных групп испытуемых (до и после
определенного воздействия) представляют степень влияния фактора при трансширотном перемещении. Уменьшение расстояний характеризует максимальное действие фактора на параметры ФСО организма девочек [1; 4; 5; 10; 16; 18; 19].
Работа выполнена в сравнении двух методов: классической статистики и теории хаоса-самоорганизации (расчета параметров квазиаттракторов и построения матриц межаттракторных расстояний). Первоначально представим данные статистического анализа. При применении критерия Шапиро - Уилка (Shapiro - Wilk) - W установлено, что изучаемое распределение отличается от нормального, значит, если достигнутый уровень значимости при проверке гипотезы будет меньше, чем критический уровень значимости (р < 0,05), то нулевая гипотеза о сходстве распределений отвергается, значит, распределение отличается от нормального. Соответственно, если p > 0,05, то распределение не отличается от нормального [15].
Результаты проверки гипотез о соответствии распределения параметров ССС девочек представлены на рис 1. установлено, что параметры СИМ, ИНБ, SpO2 имеют непараметрический тип распределения данных, параметр ПАР имеет нормальное распределение, а ЧСС и SDNN вообще варьируют в разных группах. Поэтому при описании полученных результатов использовались медианы и интерпроцентильный размах.
Значение параметра СИМ в выборке варьировало от 0 до 11 у. е. при перемещении девочек с севера на юг (Ме = 2 у. е.), а при перемещении с юга на север интервал составлял от 0 до 15 у. е. (Ме изменялась от 2 до 4,5 у. е.). Наибольшее значение медианы отмечено при отъезде из пансионата ЮН (3 группа Ме = 4,5 у. е.) (рис. 1). Параметр ПАР изменяется в пределах от 3 до 24 у. е., т.е. индекс активности парасимпатического отдела ВНС имеет среднюю активность. Наименьшее значение медианы отмечается в 3-й группе у девочек при отъезде из пансионата ЮН (Ме = 10 у. е.), а наибольшее при отъезде из Сургута на отдых (Ме = 17 у. е.) (рис. 1).
1 группа 2 группа 3 группа 4 группа
Рис. 1. Диаграмма результатов статистической обработки (медианных значений) интегрально-временных параметров девочек при трансширотных перемещениях
Индекс напряжения (по Р.М. Баевскому) (ИНБ) характеризует состояние адаптационных реакций организма в целом, у девочек он колеблется в интервале от 10 до 236 у. е. Причем при отъезде из г. Сургута и при возвращении в г. Сургут он не превышает 190 у. е., а при нахождении на отдыхе этот показатель всегда больше 200 у. е., что говорит о преобладании симпатической активности ВНС (рис. 1).
Анализ в четырех связанных выборках показал, что для параметра СИМ статистически значимыми были различия при сравнении 3-й группы (отъезд из пансионата в г. Сургут) Ме = 4,5 у. е., 5, % = 1 у. е., 95, % = 15 у. е. и 4 группы (приезд в г. Сургут) Ме = 2,0 у. е., 5, % = 0 у. е., 95, % = 10 у. е., так как значения критерия Вилкоксона составляют: Т = 55,500, 2 = 3,207 и р = 0,001. В остальных группах по этому показателю статистически значимых различий обнаружено не было. Параметр ПАР статистически значимо отличается при сравнении 1-й группы (Ме = 17,0 у. е., 5, % = 3 у. е., 95, % = 24 у. е.) и 3-й группы (Ме = 10,0 у. е., 5, % = 3 у. е., 95, % = 21 у. е.), так как критерий Вилкоксона составляет Т = 73,500, 2 = 3,270 и р = 0,001.
Наибольшее различие между группами получено для параметра стандартного отклонения Я-Я-интервалов ББКК: между 1-й (Ме = 63,5 мс 5, % = 21 мс, 95, % = 106 мс) и 3-й группами (Ме = 41,0 мс, 5, % = 21 мс, 95, % = 73 мс) и между 3-й (Ме = 41,0 мс, 5, % = 21 мс, 95, % = 73 мс) и 4-й группами (Ме = 53,0 мс, 5, % = 23 мс, 95, % = 90 мс). Критерии Вилкоксона равны: в первом сравнении Т = 64,000, 2 = 3,466, р = 0,001 и во 2-м сравнении Т = 88,000, 2 = 2,8, р = 0,005 соответственно.
По показателю ИНБ, статистически значимые различия были получены также при сравнении 1-й группы (Ме = 29,0 у. е., 5, % = 10 у. е., 95, % = 190 у. е.) и 3-й группы (Ме = 54,0 у. е., 5, % = 18 у. е., 95, % = 212 у. е.), о чем свидетельствуют значения критерия Вилкоксона Т = 89,500, 2 = 2,768 и р = 0,006. По параметрам ЧСС и БР02 статистически значимых различий получено не было. Практически во всех сравнениях были получены статистически значимые различия при сравнении с 3-й группой (отъезд из пансионата Юный Нефтяник в г. Сургут), что говорит о влиянии смены часовых поясов на параметры вегетативного статуса девочек (растет влияние симпатического отдела ВНС), а также о благотворном влиянии отдыха на параметры ФСО человека [2; 4; 8-10; 15; 16].
Расчет параметров ССС квазиаттракторов девочек при трансширотных перемещениях показал, что изменения параметров квазиаттракторов ВСОЧ в 6-мерном фазовом пространстве состояний более существенны, чем результаты статистической обработки их первичных данных: объем КА - Уо = 5,92 • 109 у. е. при отъезде из г. Сургута (1-я группа). При приезде в пансионат Юный Нефтяник (2-я группа) объем КА уменьшается в 4,5 раза и составляет Уо = 1,3 • 109 у. е. После двухнедельного отдыха в пансионате объем КА девочек продолжает снижаться (в 2 раза по сравнению с приездом в пансионат) и составляет Уо = 0,64 • 109 у. е. (3-я группа). Перед отъездом в г. Сургут (4-я группа) объем КА составляет Уо = 0,46 • 109 у. е., т.е. также снижается (в 1,4 раза) по сравнению с результатами 3-й группы (перед отъездом из пансионата ЮН в г. Сургут) (рис. 2). Уменьшение объема КА свидетельствует о хорошем оздоравливающем эффекте двухнедельного пребывания детей в пансионате Юный Нефтяник, а также о напряжении регуляторных механизмов параметров ССС. В целом на рис. 2 мы представляем новые результаты по объемам квазиаттракторов ССС девочек.
Рис. 2. Результаты расчета объемов квазиаттракторов интегрально-временных параметров ССС девочек (п = 30) при трансширотных перемещениях
Анализ матриц межаттракторных расстояний показал, что движение хаотических и стохастических центров при широтных перемещениях девочек несколько различается: расстояние при движении хаотического центра при приезде на отдых снижается (составляет 39,87 у. е. по сравнению с результатами до отъезда 67,76 у. е.), а после двухнедельного отдыха оно становится еще больше 87,04 у. е., по возвращению в г. Сургут аналогично результатам по приезду на отдых 39,95 у. е.
Полученный результат говорит о недостаточной сформированности у девочек адаптационных механизмов, а также о существенном напряжении регуляторных процессов и степени рассогласования параметров функциональных систем организма при трансширотных перемещениях. Межаттракторные расстояния при движении стохастического центра, наоборот, снижаются при трансширотном перемещении, а по возвращении в г. Сургут находятся ближе к исходному (до отъезда - 100,17 у. е., по возвращению в г. Сургут 69,64 у. е.), что также свидетельствует о напряжении функциональных резервов организма девочек, возникающих при трансширотных перемещениях.
Таким образом выполнено сравнение двух методов: классической статистики и теории хаоса-самоорганизации (расчета параметров квазиаттракторов и построения матриц межаттракторных расстояний). Установлено, что параметры СИМ, ИНБ, SpO2 имеют непараметрический тип распределения данных, параметр ПАР имеет нормальное распределение, а ЧСС и SDNN вообще варьируют в разных группах. Поэтому полученные результаты представлены с помощью медианы и интерпроцентильного размаха.
По параметрам ЧСС и SpO2 статистически значимых различий получено не было. Практически во всех сравнениях были получены статистически значимые различия при сравнении с третьей группой (отъезд из пансионата Юный Нефтяник в г. Сургут), что говорит о влиянии смены часовых поясов на параметры вегетативного статуса девочек (растет влияние симпатического отдела ВНС), а также о благотворном влиянии отдыха на параметры ФСО человека.
Методом многомерных фазовых пространств установлены особенности в динамике поведения ВСО девочек при трансширотных перемещениях. Уменьшение объема КА свидетельствует о хорошем оздоравливающем эффекте двухнедельного пребывания детей в пансионате Юный Нефтяник, а также о напряжении регуляторных механизмов параметров ССС.
Анализ матриц межаттракторных расстояний показал, что движение хаотических и стохастических центров при трансширотных перемещениях девочек несколько различается: межаттракторное расстояние при движении хаотического центра при приезде на отдых снижается, после двухнедельного отдыха оно становится еще больше, по возвращению в г. Сургут - аналогично результатам по приезду на отдых.
Литература
1. Гавриленко Т. В., Еськов В. М., Хадарцев А. А., Химикова О. И., Соколова А. А. Новые методы для геронтологии в прогнозах долгожительства коренного населения Югры // Успехи геронтологии. 2014. Т. 27, № 1. С. 30-36.
2. Еськов В. М., Еськов В. В., Гавриленко Т. В., Вохмина Ю. В. Кинематика биосистем как эволюция: стационарные режимы и скорость движения сложных систем -complexity // Вестн. Моск. ун-та. 2015. № 2. С. 62-73 (Сер. 3: Физика. Астрономия).
3. Еськов В. М., Еськов В. В., Гавриленко Т. В., Зимин М. И. Неопределенность в квантовой механике и биофизике сложных систем // Вестник Моск. ун-та. 2014. № 5. С. 41-46 (Сер. 3: Физика. Астрономия).
4. Еськов В. М., Еськов В. В., Козлова В. В., Филатов М. А. Пат. 2432895 МПК А61В5/00 Российская Федерация. Способ корректировки лечебного или физкультурно-спортивного воздействия на организм человека в фазовом пространстве состояний с
помощью матриц расстояний / заявитель и патентообладатель Еськов В. М. (RU). 2010108496/14 заявл. от 09.03.2010; опубл. 10.11.2011.
5. Еськов В. М., Еськов В. В., Филатова О. Е. Пат. 2433788 МПК А61В10/00 Российская Федерация. Способ корректировки лечебного или лечебно-оздоровительного воздействия на пациента / заявитель и патентообладатель Еськов В.М. (RU). 2010103229/14 заявл. от 01.02.2010, опубл. 20.11.2011.
6. Карпин В. А., Гудков А. Б., Катюхин В. Н. Мониторинг заболеваемости коренного населения Ханты-Мансийского автономного округа // Экология человека. 2003. № 3. С. 10-13.
7. Карпин В. А., Филатов М. А. Самоорганизация как онтологическое основание биологической эволюции // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2013. № 2. С. 21-28.
8. Литовченко О. Г., Апокин В. В., Семенова А. А., Нифонтова О. Л. Состояние сердечно-сосудистой системы студентов // Теория и практика физической культуры. 2014. № 9. С. 90-93.
9. Литовченко О. Г., Нифонтова О. Л. Некоторые показатели сердечно-сосудистой системы уроженцев Среднего Приобья 7-20 лет // Вестник Оренбургского государственного университета. 2010. № 1(107). С. 115-119.
10. Майстренко Е. В. Оценка функционального состояния организма в условиях физических нагрузок методом расчета матриц межаттракторных расстояний // Фундаментальные исследования. 2011. № 8-2. С. 389-392.
11. Майстренко Е. В., Еськов В. М., Майстренко В. И., Берестовая А. Ф. Сравнительный анализ параметров функциональной асимметрии полушарий и вегетативной нервной системы учащихся // Информатика и системы управления. 2009. № 4. С. 63-65.
12. Матюхин В. А., Разумов А. Н. Экологическая физиология человека и восстановительная медицина / под ред. И. Н. Денисова. М. : ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 1999. 336 с.
13. Нифонтова О. Л., Литовченко О. Л., Гудков А. Б. Показатели центральной и периферической гемодинамики детей коренной народности Севера // Экология человека. 2010. № 1. С. 15-19.
14. Нифонтова О. Л., Привалова А. Г., Малинкин С. В., Химикова О. И. Биоинформационный анализ функционального состояния сердечно-сосудистой системы у школьников - коренных жителей Югры // Вестник новых медицинских технологий. 2012. Т. XIX, № 2. С. 422-423.
15. Унгуряну Т. Н., Гржибовский А. М. Краткие рекомендации по описанию, статистическому анализу и представлению данных в научных публикациях // Экология человека. 2011. № 5. С. 55-60.
16. Филатова О. Е., Проворова О. В., Волохова М. А. Оценка вегетативного статуса работников нефтегазодобывающей промышленности с позиции теории хаоса и самоорганизации // Экология человека. 2014. № 6. С. 4-8.
17. Eskov V. M. Evolution of the emergent properties of three types of societies: The basic law of human development // Emergence: Complexity and Self-organization. 2014. Vol. 16, № 2. Р. 107-115.
18. Eskov V. M., Filatova O. E. Compartmental approach to modeling of neural networks: role of inhibitory and excitatory processes // Byophysics. 1999. T. 44, № 3. P. 510.
19. Eskov V. M., Filatova O. E. Respiratory rhythm generation in rats: the importance of inhibition // Neurophysiology. 1993. Т. 25, № 6. С. 420.
20. Eskov V. M., Gavrilenko T. V., Kozlova V. V., Filatov M. A. Measurement of the dynamic parameters of microchaos in the behavior of living biosystems // Measurement Techniques. 2012. Т. 55, № 9. С. 1096-1101.
