CC BY
29
пространстве. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613212. РОСПАТЕНТ.- М., 2006.
4. Еськов В.М. Введение в компартментную теорию респираторных сетей:. Моногр.- М. Наука, 1994.- С. 156.
5. Еськов В.М.. // ВНМТ.- 2006 - Т. XIII, №3.- С. 14.
6. Информационные технологии в медицине: Моногр. / Ха-дарцев А. А. и др.- Тула, 2006.- 272 с.
7. Системный анализ, управление и обработка информации в биологии и медицине.- Ч. VI. / Под ред. А. А. Хадарцева и В.М. Еськова.- Самара: Офорт (гриф. РАН), 2005.- 157 с.
8. Синергетика и интегративная медицина (Теория и практика восстановительной медицины. Т. V): Моногр./ Хадарцев
А. А. и др.- Тула: ООО РИФ «ИНФРА» - М., 2006.- 264 с.
SYSTEM COMPARTMENTAL-CLUSTER’S ANALYSES AND SYNTHESES OF ANEMIA SYNDROMES INVESTIGATION FOR DIABETES DISEASES WITH TREATMENT CLINIC VARIATION.
I.Y.DOBRININA, Y.V.DOBRININ, V.M. ES’KOV, T. N. KOWALENKO, S.Y. PICULINA, V.V. POLUHIN
Summary
The article presents the possibility of new chaotic methods using for diagnostic of different state of diabetes. It was provide that attractors parameters change according to level of metabolic state of diabetes patients.
Key words: system synthesis, diabetes mellitus
УДК 658.347
ОЦЕНКА ХАОТИЧНОЙ ДИНАМИКИ ПАРАМЕТРОВ ВЕКТОРА СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА С НАРУШЕНИЯМИ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА
В.А. АДАЙКИН, В.М. ЕСЬКОВ, И.Ю. ДОБРЫНИНА, Е.А. ДРОЗДОВИЧ, В.В. ПОЛУХИН*
В настоящее время назрела необходимость разработки био-кибернетических подходов в изучении допустимого диапазона нормы и псевдонормы функциональных систем организма человека в условиях его жизни на Севере РФ [1].
На современном этапе развития клинической кибернетики остается актуальным системный анализ и синтез новых количественных характеристик, адекватно отражающих изменения вариабельности сердечного ритма (ВСР) и имеющих диагностическое значение для различных кардиоваскуляторных автономных нейропатий. Степень активности вегетативной нервной системы (ВНС) может быть определена по результатам контроля вегетативной регуляции важнейших функциональных систем организма человека и, в частности, по реакции кардио-респираторной системы. Наиболее доступным для регистрации параметром, отражающим процессы регуляции, является именно ритм сердечных сокращений, динамические характеристики которого позволяют оценить выраженность симпатических и парасимпатических сдвигов при изменении состояния исследуемого. Анализ кардиоинтервалов (вариабельности сердечного ритма - ВСР) дает возможность выделить признаки сосудистой патологии с дифференциальной оценкой характера многофункциональных нарушений, что позволяет более точно определить адаптивные резервы и стрессовую устойчивость индивида [3]. Системный анализ и синтез параметров ВСР с оценкой регуляции физиологических функций (симпатической и парасимпатической систем) у больных с нарушениями углеводного обмена, проживающих в неблагоприятных условиях Севера, является чрезвычайно актуальным.
Материалы и методы исследования. В данной работе были использованы методы исследования, основанные на применении ЭВМ и специальных авторских программ, разработанных и запатентованных в институте биофизики и медицинской кибернетики при Сургутском государственном университете. Обследовано всего 59 больных в возрасте от 17 до 68 лет, средний возраст
* СурГУ, 628400, г. Сургут, ул. Энергетиков 14, Институт биофизики и медицинской кибернетики, тел. (3462) 524713, e-mail: [email protected]
обследованных составил 47 лет. Все больные были разделены на две группы: 1 группа - пациенты с избыточным весом (с ожирением), общее количество которых составило 32, средний возраст 41 год; 2 группа - больные сахарным диабетом 2 типа, общее число которых составило 27 пациентов, средний возраст 55 лет.
В нашей работе применялся пульсоксиметр «ЭЛОКС-01С2», разработанный и изготовленный ЗАО ИМЦ Новые Приборы, г. Самара. В устройстве применялся оптический пальцевой датчик (в виде прищепки), с помощью которого происходила регистрации пульсовой волны с одного из пальцев кисти пациента. Прибор снабжен программным продуктом «ELOGRAPH», который в автоматическом режиме позволяет отображать изменение ряда показателей в режиме реального времени с одновременным построением гистограммы распределения длительности кардиоинтервалов (КИ). Анализ ВСР проводился в положении сидя, при ровном дыхании, в тихом помещении. Перед началом исследования пациент проходил период адаптации к окружающим условиям в течение 5-10минут. В период исследования пациенту предлагалось дышать равномерно и спокойно, не делать глубоких вдохов, не кашлять и не сглатывать слюну. Основные 3 области частот (VLF, LF, HF) в настоящее время получили определенную интерпретацию с позиции состояния регуляции ВНС. При спектральном анализе ВСР принято выделять три спектральных компонента: высокочастотную (high frequency - HF, 0,15-
0,40 Гц), отражающую парасимпатическое влияние на сердце; низкочастотную (low frequency - LF, 0,04-0,15 Гц), отражающую, как пара-, так и симпатическое влияние; очень низкочастотную (very low frequency - VLF, 0,003-0,04 Гц), отражающую, как полагают, в основном активность симпатического звена регуляции. По рекомендациям отечественных и зарубежных авторов, отношение нормализованных спектральных мощностей низкочастотной компоненты к высокочастотной (LF/HF) надо рассматривать как показатель симпатовагального баланса [2].
Статистическая обработка данных по поведению ВСОЧ в m-мерном пространстве для обеих групп производилась с использованием оригинальной зарегистрированной программы «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве», предназначенной для использования в научных исследованиях систем с хаотической организацией [1]. Программа позволяет рассчитать в фазовом пространстве с выбранными фазовыми координатами параметры аттрактора состояния динамической системы. Исходные параметры (координаты в m-мерном пространстве) вводятся вручную или из текстового файла. Производится расчет координат граней, их длины и объема m-мерного параллелепипеда, ограничивающего аттрактор, хаотического и статистического центров, а также показатель асимметрии стохастического и хаотического центров. Можно проследить изменение фазовых характеристик во времени и скорость изменения состояний системы.
Полученные данные подвергли также математической обработке методом вариационной статистики до доверительного интервала с помощью пакета прикладных программ по статистической обработке информации на языке Qbasic реализуемый на базе IBM РС/Pentium IV. Достоверность выявляемых различий определяли по методу Фишера-Стьюдента, анализируя среднюю величину вариационного ряда (М), среднее квадратическое отклонение вариационного ряда (а), среднюю ошибку среднего квадратического отклонения (m); уровень значимости различий проанализирован с использованием непараметрического критерия Манна - Уитни. Достоверными считали различия при р<0,05. Результаты исследования обработаны методом парного корреляционного анализа (коэффициент корреляции Пирсона).
Результаты. При сравнении спектральных характеристик ВСР у больных с нарушением углеводного обмена (табл.1) выявлены следующие особенности: у больных СД 2 типа среднее 5минутное отклонение по всей записи кардиоинтервалов R-R (SDNN) (30,17±11,38 мс) ниже показателей пациентов с избыточным весом (37,98±11,97 мс, рст= 0,01 / рм-у= 0,01) и референтных значений (SDNN= 40-80 мс). Снижение SDNN кардиоинтервалов R-R указывает на усиленное влияние симпатической регуляции.
Спектральная мощность очень низких частот (VLF) сердечного ритма (СР) имеет тенденцию к доминированию у больных с избыточным весом - 1995±1526 мс2, больных с СД 2 типа -1549±2147 мс2, что выше референтных значений (1000-1400 мс2). Доминирование спектральной мощности очень низких частот
(УЬР) СР является чувствительным индикатором управления метаболическими процессами и отражает энергодефицитное состояние у больных с нарушением углеводного обмена, и отражает активность симпатического отдела вегетативной нервной системы. У больных СД 2 типа спектральная мощность низких частот (ЬБ) - 733,7±663,1 мс2 достоверно ниже показателей больных с избыточным весом - 1314±931,4 мс2 (рст= 0,01 / рм-у= 0,01) и референтных значений (1300-1600 мс2). Снижение ЬБ свидетельствует о нарушении реактивной способности регуляции артериального давления у больных с нарушением углеводного обмена и отражает действие сосудистого центра продолговатого мозга на гладкую мускулатуру сосудов. Спектральная мощность высоких частот (НБ) КИ у больных СД 2 типа (236,5±193,3 мс2) имеет тенденцию к снижению относительно показателей пациентов с избыточным весом (567,4±764,4 мс2; рст= 0,04 / рм-у= 0,07) и референтных значений (НР > 1000 мс2). Изменение мощности спектра сердечного ритма, анализируемого по снижению спектральной мощности высоких частот (НР) КИ у пациентов обеих групп, говорит о преобладании влияний симпатического отдела ВНС.
Индекс симпатической активности (СИМ) у больных СД 2 типа (13,67±9,29 Ед.) достоверно выше показателей пациентов с избыточным весом (8,52±4,95 Ед.; рст= 0,01 / рм-у= 0,01). Индекс парасимпатической активности (ПАР) у больных СД 2 типа (4,48±4,04 Ед.) достоверно ниже показателей пациентов с избыточным весом (7,40±4,32 Ед.; рст= 0,01 / рм-у= 0,01). Преобладание индекса симпатической активности, наряду со снижением индекса парасимпатической активности у больных СД 2 типа, свидетельствует о большем функциональном напряжении в сравнении с показателями пациентов с избыточным весом. У больных СД 2 типа парциальное давление кислорода артериальной крови (8Р02) - 95,85±1,97 %, что достоверно ниже показателей пациентов с избыточным весом - 97,33±1,88 % (рст= 0,01 / рм-у= 0,000).
Снижение парциальное давление кислорода артериальной крови (8Р02) у больных II группы по сравнению с показателями больных I группы говорят о некоторой степени гипоксии.
Сильная корреляция выявлена между показателями индекса активности СИМ и УЬР у лиц с избыточным весом, кроме того, связь средней силы имеется между индексом активности ПАР и НР у пациентов I группы, и СИМ и УЬР, ПАР и НР у пациентов II группы, что соответствует данным других исследователей [3,4]. Также была выявлена слабая связь между показателями 8Р02 артериальной крови и УЬР у пациентов I группы (табл.2).
Таблица 2.
Корреляция между показателями ВСР
Группы пациентов Показатели ВСР СИМ ПАР SPO2
I - ожирение VLF -0,72 - 0,32
HF - 0,51 -
II- СД 2 типа VLF 0,43 - 0,00
HF - 0,65 -
Здесь под символами (Х1 ... Х8) понимаются следующие показатели: Х1 -УЬБ (тс2); Х2 - ЬБ (тс2); Х3 - НБ (тс2)); X, - ЬБ/НБ; Х5 - СИМ (Ед.); Х -ПАР (Ед.); Х7 - Я-Я (тс); Х8 - Зр02 (%).
Результаты обработки данных аттрактора ВСР больных с ожирением в 8мерном фазовом пространстве Number of measures: 32 Number of Phase plane dimension m = 8 General asymmetry value rX = 2273.086 Interval X1 = 46 Asymmetry rX1 = 0.0435 Interval X2 = 5226 Asymmetry rX2 = 0.1699 Interval X3 = 5989 Asymmetry rX3 = 0.2859 Interval X4 = 3460 Asymmetry rX4 =0.3465 Interval X5 = 20 Asymmetry rX5 = 0.1500 Interval X6 = 16 Asymmetry rX6 = 0.0000 Interval X7 = 520 Asymmetry rX7 = 0.1731 Interval X8 = 9 Asymmetry rX7 = 0.2778 General V value = 7.46E+0018
Результаты обработки данных аттрактора ВСР больных с СД 2 типа в 8мерном фазовом пространстве Number of measures: 27 Number of Phase plane dimension m = 8 General asymmetry value rX = 4335.047 Interval X1 = 46 Asymmetry rX1 = 0.1739 Interval X2 = 11399 Asymmetry rX2 = 0.3774 Interval X3 = 2372 Asymmetry rX3 = 0.2142 Interval X4 = 747 Asymmetry rX4 =0.2015 Interval X5 = 43 Asymmetry rX5 = 0.2442 Interval X6 = 15 Asymmetry rX6 = 0.2333 Interval X7 = 430 Asymmetry rX7 = 0.0349 Interval X8 = 8 Asymmetry rX7 = 0.2500 General V value = 2.06E+0018
Сравнительный анализ параметров аттракторов у пациентов с избыточным весом и больных сахарным диабетом 2 типа, характеризующих динамику фазового пространства, выявил существенную модификацию параметров аттракторов абстрактного пространства, в котором координатами служат компоненты состояния ВСР в зависимости от градации нарушений углеводного обмена (табл. 3, 4). General V value - общий объем параллелепипеда, ограничи-
вающий аттрактор параллелепипеда у пациентов с избыточным весом -7,46Е+0018, что больше General V value - 2,06Е+0018, чем у больных СД 2 типа. General asymmetry value rX у больных СД 2 типа - 4335,047, что существенно выше показателя General asymmetry value rX пациентов с избыточным весом - 2273,086. Снижение общего объема параллелепипеда, внутри которого находится аттрактор ВСОЧ, сопровождается увеличением общего показателя ассиметрии у больных СД 2 типа, в сравнении с показателями пациентов с избыточным весом. Это следует рассматривать, как характеристику неблагоприятной тенденции поведения ВСОЧ с нарушением углеводного обмена в анализируемом аттракторе (ВСР), так как, чем больше расстояния между геометрическим и среднестатистическим стохастическим центрами в фазовом m-мерном пространстве, тем ярче выражена мера хаотичности в динамике поведения ВСОЧ. Такое количественное различие может характеризовать тяжесть протекания обменных нарушений при ранжировании исследуемой нозологии в зависимости от степени нарушений углеводного обмена (ожирение и СД 2 типа). Система кровообращения может рассматриваться как чувствительный индикатор адаптационных реакций целостного организма, а вариабельность сердечного ритма хорошо отражает степень напряжения регуляторных систем, обусловленную возникающей в ответ на любое стрессорное воздействие активацией системы гипофиз-надпочечники и реакцией симпатоадреналовой системы. В рамках разработанных подходов, оперируя понятиями фазовых пространств и аттракторов, параметров порядка, а в перспективе и идентификацией областей джокеров и кластеров устойчивости, получаем принци-
Таблица 1
Показатели ВСР больных с нарушениями углеводного обмена
SDNN mc VLF mc2 LF mc2 HF mc2 LF/HF СИМ Ед. ПАР Ед. R-R mc SpO2 %
I группа 37,98±11,97 1995±1526 1314±931,4 567,4±764,4 4,576±4,362 8,52±4,95 7,40±4,32 763±133,7 97,33±1,88
M± m Рс=0,01 Рс=0,01 Рс=0,04 Рс=0,01 Рс=0,01 Рс=0,01
РМ-У=0,01 РМ-У=0,01 РМ-У=0,07 Рм-=0,01 РМ-=0,01 РМ-У=0,00
M± 0 37,98±12,61 1995±1529,93 1314±1253,56 567,4±725,16 4,576±4,01 8,52±5,26 7,40±4,55 763± 124,06 97,33±1,73
(<x>+dx) (34,07; (1463,93; (994,21; (317,98; (2,92; (6,92; (5,96; (715,12; (96,82;
43,13) 2563,07) 1894,79) 838,95) 5,80) 10,70) 9,23) 804,25) 98,06)
dx 4,53 549,57 450,29 260,49 1,44 4,53 549,57 450,29 260,49
II группа 30,17± 1549± 733,7± 236,5± 3,817± 13,67± 4,48± 740,4± 95,85±
M± m 11,38 2147 663,1 193,3 2,93 9,29 4,04 107,9 1,97
M± 0 30,17± 1549± 733,7± 236,5± 3,817± 13,67± 4,48± 740,4± 95,85±
11,17 2107,19 650,69 189,74 2,88 9,12 3,97 105,88 1,94
(<x>+dx) (25,66; (697,81; (470,79; (159,87; (2,66; (9,98; (2,88; (697,59; (95,07;
34,68) 2400,41) 996,54) 313,17) 4,98) 17,35) 6,08) 783,15) 96,63)
dx 4,51 851,30 262,88 76,65 1,16 3,68 1,6 42,78 0,78
Примечания: I группа - лица с избыточным весом; II группа - больные сахарным диабетом 2 типа; М - среднее арифметическое значение; т - средняя ошибка среднего квадратического отклонения; о - среднее квадратическое отклонение вариационного ряда; (<х>+ёх) - доверительный интервал; ёх - средняя погрешность
пиально новые методы исследований, используемых при оценке закономерностей динамики поведения ВСОЧ с заданными условиями существования (ранжировании по степени дисметаболиче-ских адаптивных реакций).
Теория адаптации является одним из фундаментальных направлений современной биологии и физиологии. Теория Г. Селье
об общем адаптационном синдроме описывает фазовый характер адаптационных реакций и обосновывает ведущую роль истощения регуляторных систем при острых и хронических стрессорных воздействиях в развитии патологических состояний и заболеваний. Система кровообращения рассматривается как чувствительный индикатор адаптационных реакций целостного организма, а ВСР хорошо отражает степень напряжения регуляторных систем, обусловленную возникающей в ответ на любое стрессорное воздействие активацией системы гипофиз-надпочечники и реакцией симпатоадреналовой системы [3].
Выводы. У больных с нарушением углеводного обмена выявлено доминирование низкочастотных характеристик показателей мощности спектра ВСР, что указывает на снижение сано-генного потенциала адаптационных резервов и стрессовой устойчивости организма, более выраженное у больных СД 2 типа в сравнении с показателями больных с ожирением [3, 4]. В балансе вегетативной нервной системы выявлено преобладание симпатических влияний, выраженность которых превалирует у больных СД 2 типа в сравнении с показателями лиц с ожирением. Вегетативный дисбаланс в виде активации симпатического звена рассматриваются как неспецифический компонент адаптационной реакции организма в условиях метаболического стресса.
Нейродинамический механизм соматовегетативного регулирования на организменном уровне у лиц обеих групп характеризующийся преобладанием влияния симпатической вегетативной нервной системы (СИМ) и пониженными показателями парасимпатической нервной системы (ПАР), сопровождается уменьшением общего объема параллелепипеда - General V value и увеличением общего показателя ассиметрии - General asymmetry value rX у больных СД 2 типа, в сравнении с показателями больных с ожирением. Такое количественное различие может характеризовать тяжесть протекания заболевания при ранжировании исследуемой нозологии в зависимости от степени нарушений углеводного обмена (ожирение и СД 2 типа).
Литература
1. Еськов В.М. и др. Программа идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном пространстве. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006613212. РОСПАТЕНТ.- М., 2006.
2. Нестеров С.В. // Экология человека.- 2005.- Т. 1.- С.82.
3. Синергетика и интегративная медицина (Теория и практика восстановительной медицины.- Т. V): Монография / Хадар-цев А. А и др.- Тула: ИНФРА - М., 2006.- 264 с.
4. Системный анализ, управление и обработка информации в биологии и медицине: Монография.-Ч. VI. Системный анализ и синтез в изучении явлений синергизма при управление гомеостазом организма в условиях саногенеза и патогенеза / Под ред. В.М. Еськова. А.А. Хадарцева.- Самара: Офорт (гриф РАН), 2005.153 с.
ESTIMATION OF CHAOTIC DYNAMICS OF PARAMETERS OF THE VECTOR OF THE CONDITION OF THE ORGANISM IN THE PERSON WITH INFRINGEMENTS OF THE CARBOHYDRATE EXCHANGE
V.A. ADAYKIN, V.M. ESKOV, I. Y.DOBRININA, E.A. DROZDOVICH, V.V. POLUHIN
Summary
The system analysis and synthesis has revealed domination of sympathetic nervous system in patients diabetes 2 types and adiposity. The new method of research of parameters attractor in phase space is presented.
Key words: system synthesis, diabetes mellitus, adiposity.
УДК 658.347
ХРОНОТИПИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗДОРОВЫХ ЖЕНЩИН,
ПРОЖИВАЮЩИХ НА СЕВЕРЕ
В.М. ЕСЬКОВ, Е.А. МИШИНА*
Ритмичность - одна из кардинальных основ мироздания. Ритм есть характерная особенность движения материи. В том числе в живой природе присутствует неотъемлемо. Ритмы пронизывают и упорядочивают все проявление жизни. Биологические ритмы многообразны и вездесущи, охватывают все уровни организации жизни, от клеточного до популяционного. Так называемые физиологические ритмы - рабочие циклы функционирования клеток, органов и систем организма - представляют собой способ реализации соответствующих физиологических функций. Между тем существует особый класс биологических ритмов -циркаритмы, и, прежде всего, наиболее изученные из них циркадианные ритмы - природа которых совершенна иная. Циркадианные ритмы не являются простым пассивным ответом организма на суточные колебания внешних условий, но представляют собой эндогенные активные самоподдерживающие колебания, порождаемые в самой живой системе. Не являются они и простым следствием поддержания гомеостаза. Циркадианные ритмы столь же эндогенны, как и ритмы дыхания и сердцебиения, как митотические циклы и спонтанные разряды нейронов. Подобно всем этим колебаниям, они способны менять частоту, подстраиваясь под внешние периодические воздействия. Главная особенность, отличие от циркадианных ритмов - исключительная стабильность периода, постоянства фазы. В это смысле циркадианные ритмы являются по истине биологическими часами [4, 5].
Циркадианные ритм представляет собой суммарный результат действия эндогенного осциллятора и экзогенных влияний (маскирования), подобно тому, как фенотип есть «сплав» генотипа и среды. Важнейший параметр циркадианного осциллятора -его собственный, эндогенный период. Естественные условия дня и ночи навязывают осциллятору принудительный период и стабилизируют его фазу. В отсутствие внешних задатчиков времени циркадианные колебания, как правило, сохраняются на протяжении длительного времени, что доказывает их эндогенность (автономность). Однако период ритма при этом существенно отличаться от 24 ч, вследствие чего фаза ритма неуклонно смещается «дрейфует» относительно астрономического времени. Для человека самый эффективный синхронизатор - яркий свет (свыше 2500х). Как задатчик времени естественное освещение на разных широтах неравноценно. По этому показателю особенно контрастны тропическая (от 23,5° с. ш. до 23,5° ю. ш.) и две полярные зоны (выше 66,6° с. ш. и ю. ш.). Первая характеризуется относительным постоянством режима свет — темнота во все сезоны года, последние — полярной ночью и полярным днем. Средние широты, ограниченные полярными кругами и тропиками, неоднородны по фотопериодическим условиям. Их можно разделить на субполярные (выше 45° с. ш. и ю. ш.) и субтропические (ниже 45° с. ш. и ю. ш.) зоны. В субтропических зонах режим освещения можно считать комфортным: фотопериод не бывает короче 8,5 ч, а минимальная продолжительность ночи — меньше 7 ч (ночь составляет промежуток между концом вечерних и началом утренних сумерек). В этих зонах ритм трудовой деятельности человека может во все сезоны соответствовать режиму освещения [3]. В республиках Средней Азии и Закавказья минимальный фотопериод не превышает 8 ч. На остальной территории России, в то числе на территории Югры в период летнего солнцестояния ночь короче времени, необходимого для сна, а в период зимнего солнцестояния время бодрствования продолжительнее фотопериода. В субполярных зонах в периоды солнцестояний строгое соответствие деятельности человека режиму естественной освещенности вряд ли возможно. Особенно это относится к 60-м широтам, где летом вечерние сумерки переходят в утренние (белая ночь). Поэтому для нас жителей Югры желательно согласовать нашу деятельность с естественной фотопериодичностью, особенно в зимнее время. Поэтому наибольшим изменениям подвержены суточные ритмы у людей находящихся в экстремальных условиях жизни и работы (районы Севера). Важную роль для оценки веге-
* СурГУ 628400, г. Сургут, ул. Энергетиков 14, Институт биофизики и медицинской кибернетики, тел. (3462) 524713, e-mail: [email protected]
