CC BY
121
УДК 616.006
Н.Ю. Михайлов, Г.В. Жукова, Н.М. Мащенко, С.А. Зинькович,
. . , . .
РИТМОЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕМОТОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СОСТОЯНИЯ ПАЦИЕНТОВ С ЗАБОЛЕВАНИЯМИ ЛЕГКИХ
Исследована связь между частотными характеристиками сигнала пульсовой волны, гематологическими показателями и объемом оперативного вмешательства, обусловленного стадией распространенности злокачественного процесса в легких. Указаны диапазоны частот, в которых эта связь максимальна.
; ; .
N.Yu. Mikhailov, G.V. Zhukova, N.M. Mashenko, S.A. Zinkovich, L.H. Garkavi,
I.E. Shepelev
RHYTHM AND GEMOTOLOGICAL INDICATORS OF THE PATIENTS WITH ONCOLOGY LUNGS DISEASES
High-frequency oscillations in a pulse wave signal in the range of 1-5Q Hz and differential blood count indicators and their relation to volume of a transaction depended on staging of malignant lung tumor have been investigated. The ranges with maximum correlation relation are specified. Pulse wave signal; differential blood count; oncology.
В настоящее время остается актуальной проблема разработки неинвазивных -
различных заболеваний и профилактики возможных осложнений. В силу целого ряда причин в онкологии востребованность таких методов особенно высока. Это связано с травматичностью применяемых при опухолевом процессе оперативных вмешательств и токсичностью традиционных средств противоопухолевого лечения (цитостатики, ионизирующие излучения), а также с высоким риском развития рецидивов и метастазов.
,
, -
ной и иммунной систем, приводящем к ослаблению многоуровневых защитных механизмов. Было показано, что эти процессы проявляются в изменении характера интегральных реакций организма - развитии таких общих неспецифических адап-
,
уровней реактивности [1].
Имеются сведения о ритмическом характере процессов в живом организме и значительном влиянии частотных характеристик на медико-биологические эффекты слабых физических воздействий [1,2]. Это послужило основанием для изучения связи между параметрами биоритмических процессов и характером общих неспецифи-
( ), -гических показателей - лейкоцитарной формулы периферической крови [1]. В результате таких исследований был создан программно-аппаратный комплекс «Пульс-Антистресс», позволяющий по спектральным характеристикам пульсовой волны оценивать адаптационный статус людей без онкологических заболеваний и, в ряде случаев, прогнозировать ухудшение состояния и выявлять патологические изменения в организме до стадии их манифестации [3]. Встал вопрос о разработке ана-
- .
Материалы и методы. В настоящем исследовании была предпринята попытка установления связи между спектральными характеристиками сигнала пульсовой волны в частотном диапазоне 1-50 Гц и состоянием пациентов с различными патологическими процессами в легких. Были изучены результаты 130 измерений сигнала пульсовой волны у 32-х пациентов торакального отделения Ростовского научно-исследовательского онкологического института. Злокачественные опухоли были диагностированы у 22-х больных, доброкачественные опухоли и туберкуломы
- у 10-ти человек. Измерения проводили с 8 до 10 часов утра в день перед операцией, на следующий день после операции, затем 1-3 раза в последующий период пребывания в стационаре, а также через 2 недели после операции - в конце лечения. Одновременно брали периферическую кровь на анализ с подсчетом лейкоцитарной формулы. В качестве информативных частотных параметров в диапазоне 1-50 Гц сигнала пульсовой волны были выбраны 64 коэффициента вариации гармоник и 64 коэффициента корреляции гармоник с ритмом сердца (ритмограммой).
Среди пациентов преобладали мужчины (70 %). Возраст обследованных находился в диапазоне 30-70 лет, большинство пациентов (более 2/3) составляли возрастную группу 45-65 лет. При злокачественных заболеваниях легких (преимущественно, при раке легкого) произведено 100 измерений, при доброкачественных новообразованиях и туберкуломах - 30 измерений. Для оценки стадии злокачественного заболевания были выбраны 95 измерений.
Для сравнения представленности различных АР у пациентов со злокачественными опухолями легких использовали предложенную ранее балльную шкалу, учитывающую характер АР и выраженность признаков напряженности (уровни ) -тологическим показателям [1]. При этом самый низкий балл соответствует стрессу низких уровней реактивности, сопровождающемуся наиболее глубокими нарушениями в регуляторных системах организма. Такому состоянию на уровне параметров лейкоцитарной формулы, в частности, соответствует наиболее выраженная относительная лимфопения. Баллы возрастают по мере улучшения характера АР, а также по мере повышения уровня реактивности, на котором эти АР развиваются, отражающемся, в частности, на выраженности признаков напряженности в параметрах лейкоцитарной формулы. Наиболее высокий балл имеет АР повышенной активации высоких уровней реактивности, которая характеризуется наиболее высоким в границах нормальных значений относительным содержанием лимфоцитов крови и отсутствием признаков напряженности. В настоящем исследовании при анализе результатов использовали не только конкретные характеристики каждой идентифицированной по лейкоцитарной формуле АР каждого пациента, но ещё и усредненную характеристику в баллах тех АР, которые развивались в течение послеоперационного периода.
Исследование гематологических показателей. Изве стно, что адаптационная реакция на стресс и напряженные антистрессорные реакции являются неспецифическим фоном развития злокачественных опухолей и отражают значительные нарушения в состоянии нейроэндокринной и иммунной систем [1,4,5]. В то же время было показано, что у больных со злокачественными опухолями различных локализаций активизация антистрессорных процессов способствует повышению противоопухолевой резистентности [1]. Это проявляется в двух вариантах: противоопухолевых эффектах неспецифических антистрессорных воздействий и антистрессорном влиянии некоторых специфических факторов противо-. , - -ком легкого применение интраоперационной аутогемохимиотерапии способствовало более выраженному снижению частоты послеоперационных и иных ос-
ложнений и увеличению продолжительности жизни больных по сравнению с результатами только оперативного лечения. При этом отмечено развитие антистрес-сорных адаптационных реакций без признаков напряженности и снижение отношения числа случаев развития стресса к числу случаев развития физиологичных антистрессорных реакций более чем в 6 раз, что сопровождалось нормализацией корковой активности мозга, восстановлением активности медиаторного звена симпатоадреналовой системы, повышением активности Т- и В-клеточного звеньев иммунной системы [6].
В ходе настоящего исследования было показано, что соотношение оценок адаптационного статуса по параметрам лейкоцитарной формулы крови и по выбранному диапазону сигнала пульсовой волны у больных со злокачественными опухолями было сходным с отмеченным для группы больных с доброкачественными опухолями или туберкуломами. При этом в 30 % случаев наблюдалось хорошее соответствие оценок, полученных разными методами. Случаи явного несовпадения характера и напряженности АР составляли 39-41 %, частичного несовпадения (значительная разница в оценке либо характера, либо напряженности АР) - 28-29 %. Таким образом, у больных со злокачественными и доброкачественными опухолями легких, а также у пациентов с туберкуломами имеется выраженное расхождение между выбранными ритмологическими и гематологическими , .
Дальнейший анализ исследованных показателей осуществлялся только в отношении пациентов со злокачественными опухолями легких после операции в тече-2- , .
1
Распределение усредненных показателей адаптационного статуса по параметрам лейкоцитарной формулы в баллах у 22 больных при разных стадиях злокачественного процесса в легких
Стадия распространенности процесса Диапазон в баллах Значения ниже 100 баллов, % Значения в диапазоне 100-1000 , % , превышающие 1000 , %
I 54-1125 28 43 28
II 21-823 25 75 0
III 15-1200 40 40 20
В таблице представлены обобщенные данные о характере и напряженности общих неспецифических адаптационных реакций (АР) у пациентов с разными стадиями злокачественного процесса, а, следовательно, и с разным объемом опера. -ных различий в структуре адаптационного статуса у сравниваемых категорий .
По нашему мнению, данное обстоятельство, а также отмеченное выше выраженное расхождение между выбранными ритмологическими и гематологическими показателями адаптационного статуса могли отражать существенные изменения регуляторных взаимоотношений в организме при наличии опухолевого процесса в легких или развитии туберкулёза. Кроме того, и то, и другое могло быть обусловлено также и наличием разнообразных осложнений у исследованных пациентов, непосредственно связанных, например, с различными сопутствующими заболева,
вмешательства. Таким образом, при рассматриваемых патологических процессах в
легких параметры лейкоцитарной формулы крови могут не всегда оставаться достаточно информативными для оценки состояния пациентов.
Статистическое исследование параметров пульсовой волны. С учетом вышеизложенного анализ ритмологических характеристик представляет особый интерес. В отличие от итогов исследования гематологических показателей, спектральные характеристики сигнала пульсовой волны в выбранном диапазоне 1-50 Гц (коэффициент вариации, коэффициент корреляции), измерявшегося в послеопераци-, -мом оперативного вмешательства, коррелировавшим со стадией распространенности процесса. Количество примеров в группе по стадиям заболевания составило: I - 35, II - 35, III - 25. С помощью линейного дискриминантного анализа Фишера была исследована возможность разделения предложенных параметров пульсовой волны по классам внутри группы результатов и их информативность. Рассмотрены: коэффициент вариации (диапазоны 1-12,5 Гц и 1-25 Гц), коэффициент корреляции (диапазоны 1-12,5 Гц и 1-25 Гц) и их комбинации. Критерием для оценки информативности для выбранного набора параметров служили: матрица класси-,
группе и значение Лямбды Уилкса. Набор параметров считался информативным, если значения точности в матрице классификации для каждого класса в исследуемой группе превышали 70 %, а Лямбда Уилкса была не более 0,3.
, , 1-12,5 ,
1-25 Г ц для коэффициента вариации и коэффициента корреляции, содержащие по 16 и 32 гармоник соответственно, не позволяют в полной мере говорить об их информативности с точки зрения исследуемой группы по стадиям онкологического заболевания (Лямбда Уилкса превышала 0,6, точность менялась от 0 до 60 %).
Использование одновременно коэффициента вариации и коэффициента корреляции в частотном диапазоне 1-12,5 Гц позволило значительно улучшить результаты. Была получена приемлемая точность (78 %) и Лямбда Уилкса (0,29), что подтвердилось после применения канонического анализа (рис. 1).
Root 1 vs. Root 2
А □ > > >
□ □п □ □ 1 п лд Д □ □□ А Д Д ^
□ □ □ Р ар Д А П HfA д rf Oj* И ^ • * #v • * А
□ □ о А Д А д
• •
•
•
А
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 11
Root 1
. 1. ,
вариации гармоник в диапазоне 1-12,5 Гц по стадиям заболевания по результатам канонического анализа (I, II, III - стадии заболевания)
Нейросетевое исследование информативности параметров пульсовой
волны. С целью дальнейшего изучения воз можности осуществления классификации трех стадий злокачественного онкологического заболевания по пульсовой волне индивидуума и исследования их информативности были применены нейро-. -чае ставится таким образом, чтобы определить целостный набор значимых признаков из множества заданных. В качестве заданных являются 64 коэффициента вариации и 64 коэффициента корреляции гармоник пульсовой волны, полученные для частотного диапазона 1-50 Гц. Для оценки значимости данных параметров каждый из наборов коэффициентов вариации и корреляции был разбит на 4 не перекрывающиеся группы по 16 параметров в каждой группе. Первая группа содержала коэффициенты для первых 16 гармоник, вторая группа - для последующих 16 . . , 8 , каждый из которых имеет 16 входных признаков и 3 выходных признака по числу трех стадий заболевания. Наборы с большим количеством входных параметров не рассматривались исходя из ограниченности обучающей выборки, объем которой
95 .
В качестве классификатора мы использовали многослойную нейронную сеть, обучаемую алгоритмом обратного распространения ошибки [7]. Анализировались результаты обучения многослойной нейронной сети для каждого из обучающих . , -
,
параметров. Известно, что в многослойной нейронной сети достигаемая точность классификации при обучении находится в зависимости от количества нейронов в скрытом нейронном слое. Поэтому для осуществления исследования заранее было
100-
классификации при обучении, затем полученное число было уменьшено на треть и установлено в качестве заданного размера многослойной нейронной сети для всех . -лучаемых процентов точности классификации от количества нейронов, а связывать её лишь со значимостью параметров пульсовой волны соответствующей группы. На рис. 2 показаны результаты экспериментов. Результаты для четырех
. 2, ), -. 2, ). , для определения стадии заболевания с использованием коэффициентов вариации
16 64 ,
а наибольшей значимостью с использованием коэффициентов корреляции гармоник пульсовой волны обладают первые 16 параметров из 64 заданных.
Группы коэффициентов вариации Группы коэффициентов корреляции
а б
Рис. 2. Зависимость точности классификации при обучении от группы параметров пульсовой волны
Заключение. Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о перспективности выбранных спектральных характеристик сигнала пульсовой волны у больных со злокачественнымт процессом в легких как показателей, отражающих изменения состояния под влиянием различных объемов хирургического вмешательства, обусловленных стадией распространенности опухолевого процесса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гаркави Л.Х. Активационная терапия. - Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 2006. - 256 с.
2. Холодов Ю.Л. Магнитобиологические основы магнитотерапии // Миллиметровые волны в биологии и медицине. - 1995. - № 6. - С. 5-11.
3. Михашов НМ., Толмачев Г.Н., Шепелев НЕ., Пляка П.С. Высокочастотные колебания в сигнале пульсовой волны и их связь с адаптационными реакциями // Биофизика. - 2008. - Т. 53. - Вып. 3. - С. 482-487.
4. Selye H. Correlation stress and cancer // Amer. J. Proctol. - 1979. - Vol. 30, № 4. - P. 18-28.
5. . . -
ном лечении неходжкинских лимфом: Дис. ... канд. мед. наук. - Ростов-на-Дону, 2002.
6. . . : -тореф. дис. ... докт. мед. наук. - Ростов-на-Дону, 2005.
7. Rumelhart, D.E., Hinton, G.E., and Williams R.J. Learning Internal Representations by Error Propagation. In Parallel distributed processing: Explorations in the Microstructure of Congni-tion,, Vol. 1. Cambridge, MA: MIT Press (1986). - P. 318-362.
Михайлов Назар Юрьевич
Южный научный центр Российской академии наук.
E-mail: [email protected].
344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194.
.: 88632433858.
Жукова Галина Витальевна
ФГУ «Ростовский научно-исследовательский онкологический институт Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи» (РНИОИ).
E-mail [email protected]. г. Ростов-на-Дону, 14-я линия, 63.
.: 88632519633.
Мащенко Наталья Михайловна E-mail: [email protected].
Зинькович Сергей Анатольевич
E-mail: [email protected].
Гаркави Любовь Хаимовна
E-mail: [email protected].
Шепелев Игорь Евгеньевич
НИИ нейрокибернетики им. А.Б. Когана Южного федерального университета.
E-mail: [email protected].
344090, г. Ростов-на-Дону, просп. Стачки, 194/1.
.: 88632433088.
Mikhailov Nazar Yurievich
South Science Centre of Russian Academy of Science.
E-mail: [email protected].
194, Stachki av., Rostov-on-Don, 344090, Russia.
Phone: +78632433858.
Zhukova Galina Vitalievna
FGA «Federal agency of the high-tech medical support Rostov oncology research institute». E-mail: [email protected].
13В
63, 14 line street, Rostov-on-Don, Russia.
Phone: +78632519633.
Maschenko Natalia Mihailovna
E-mail: [email protected].
Zinkovich Sergey Anatolievich
E-mail: [email protected].
Garkavi Lubov Haimovna
E-mail: [email protected].
Shepelev Igor Evgenievich
Research Institute of Neurocybernetics Southern Federal University. E-mail: [email protected].
194/1, pr. Stachki, Rostov-na-Donu, 344090, Russia.
Phone: +78632433088.
УДК 616.054.4:616
В.П. Омельченко, АЛ. Демидова, К.С. Караханян
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ
ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОБАХ
Изменения вариабельности ритма сердца наряду с электрической нестабильностью кардиомиоцитов являются признаками диабетического сердца при артериальной гипертензии и нарушениях углеводного обмена.
; ; .
V.P. Omel’chenko, A.A. Demidova, K.S. Karahanjan
APPLICATION OF METHODS OF NONLINEAR DYNAMICS FOR AN ESTIMATION OF A FUNCTIONAL CONDITION OF
CARDIOVASCULAR SYSTEM AT VARIOUS FUNCTIONAL ASSAYS
Infringements of variability of an intimate rhythm in a combination to attributes of electric instability of a myocardium are one of factors of diabetic heart.
Arterial hypertensia; diabetic heart; variability of an intimate rhythm.
Отклонения, возникающие в регулирующих системах сердца, как правило, предшествуют гемодинамическим, метаболическим, энергетическим нарушениям , , -
. -ний, а потому исследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) у больных с такой сложной патологией, как артериальная гипертензия (АГ) на фоне нарушений , . Одним из осложнений сахарного диабета (СД) является автономная кардиальная нейропатия (АКН), которая значительно повышает риск развития коронарного атеросклероза, инфаркта миокарда и внезапной смерти больных [1]. Развитие диабетической кардиомиопатии и нейропатии опосредовано прямым воздействием метаболических нарушений на нервную ткань, усилением неферментного глико-
