CC BY
23
I/IT и диагностика
www.idmz.ru
гол □, № г
О.Л. НИФОНТОВА,
к.б.н., доцент кафедры медико-биологических дисциплин и безопасности жизнедеятельности Сургутского государственного педагогического университета.е-mail: natural@surgpu.ru О.Е. ФИЛАТОВА,
д.б.н., профессор, заведующая кафедрой экологии Сургутского государственного университета,
Ю.Г. БУРЫКИН,
младший научный сотрудник НИИ биофизики и медицинской кибернетики при Сургутском государственном университете, e-mail: yriig@yandex.ru
системный анализ в сравнительной оценке гемодинамических показателей детей школьного возраста севера россии
УДК 612.019(571.1)+543.21
Нифонтова О.Л., Филатова О.Е., Бурыкин Ю.Г. Системный анализ в сравнительной оценке гемодинамических показателей детей школьного возраста севера России (ГОУ ВПО «Сургутский государственный педагогический университет.»)
Аннотация: В настоящей работе рассматриваются вопросы сравнительной оценки показателей центральной и периферической гемодинамики коренных и некоренных жителей Югры с позиций традиционного детерминистско-стохастического подхода и методов идентификации параметров квазиаттракторов в многомерном фазовом пространстве состояний.
Ключевые слова: системный анализ, гемодинамические показатели, вектор состояния организма человека, квазиаттрактор
UDC 612.019(571.1)+543.21
Nifontova O.L., Filatova O.E., Burykin Y.G. The systems analysis in the comparative assessment of the hemodynamic parameters of the schoolchildren in the North of the Russia («Surgut State University»)
Abstract: The present work concerns questions of a comparative evaluation of parameters of the central and peripheral blood circulation of native and ecdemic population living in the north from positions of traditional statistical approach and methods of quasiattractor identification.
Keywords: systems analysis, hemodynamic parameters, human state vector, quasiattractor
Введение
Изучение возрастных особенностей состояния сердечнососудистой системы растущего организма в различных климатических условиях является одной из важнейших задач экологической физиологии. Центральным звеном сердечнососудистой системы, лимитирующей функциональное состояние организма человека, является сердце, деятельность которого в значительной степени определяется функциональным состоянием миокарда. Сердечно-сосудистая система одной из первых вовлекается в компенсаторно-приспособительную деятельность организма и формирует новое функциональное состояние гемодинамики в целом [1, 2].
© О.Л. Нифонтова, О.Е. Филатова, Ю.Г. Бурыкин, 2010 г.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■■ ! п ■■ ■ ■ ■■■ ■■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■■ ■ ■
ИТ и диагностика
и информационные
технологии
%
> Целью данного исследования являлась сравнительная оценка гемодинамических параметров школьников 7—17 лет коренного населения (ханты) и уроженцев Среднего Приобья (в первом и втором поколениях), проживающих в условиях сельской местности, с позиций системного анализа.
Материалы и методы
Всего были обследованы 735 учащихся муниципальных образовательных учреждений Сургутского района Ханты-Мансийского автономного округа — Югры (ХМАО) и сформированы две генетически между собою не связанные группы детей, живущих в одинаковых климатических условиях: 413 школьников коренной национальности ханты (лесных), приезжающих на период учебного года в школы-интернаты, что составило 36% от числа всех Юганских ханты в возрасте от 0 до 18 дет, проживающих в Сургутском районе, и 322 школьника (контрольная группа), родившихся в 1-2-м поколении от выходцев из различных регионов России, — уроженцы Среднего Приобья, постоянно проживающие в условиях сельской местности. Каждая популяционная группа была разделена по полу и возрасту на подгруппы.
Статистическая обработка данных осуществлялась с использованием редактора электронных таблиц MS Excel. Достоверность различий средних значений у коренных жителей и уроженцев Среднего Приобья определяли по критерию Стьюдента. Наряду с использованием традиционного детерминистскостохастического подхода, производилась идентификация параметров квазиаттракторов в рамках теории хаоса и синергетики. Данные, полученные при регистрации артериального давления (по методу Короткова) и расчетным путем (индексы центральной и периферической гемодинамики), представлялись в виде текстовых файлов для обработки с помощью оригинальной программы «Идентификация параметров аттракторов поведения
вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве» [3], предназначенной для научных исследований систем с хаотической организацией. С помощью данной программы были рассчитаны объемы многомерных параллелепипедов, ограничивающих аттрактор движения вектора состояния системы, общий показатель асимметрии стохастического и хаотического центров, показатели асимметрии каждого признака, интервалы (координаты граней параллелепипеда и их длина). При идентификации параметров квазиаттракторов, характеризующих состояние гемодинамики в группах коренного и некоренного детского населения ХМАО-Югры, использовалось 17 диагностических признаков: Х1 — вегетативный индекс Кердо (VIK); Х2 — пульсовое давление (PD); Х3 — среднее артериальное давление (ADsr); Х4 — коэффициент выносливости (KV); Х5 — коэффициент экономичности (KE); Хб — двойное произведение (DP); Х7 — индекс функциональных изменений (AP); Х8 — систолический объем (SO); Х9 — минутный объем крови (MOK); Хю — ударный индекс (UI); Хц — сердечный индекс (SI); Х12 — индекс кровообращения (Ikr); Х13 — общее периферическое сопротивление сосудов (OPSS); Х14 — удельное периферическое сопротивление сосудов (UPSS); Х15 — частота ритма (HR); Х16 — систолическое артериальное давление (SAD); Х17 — диастолическое артериальное давление (DAD). Размерность фазового пространства была равна числу диагностических признаков, являющихся координатами вектора состояния организма человека (ВСОЧ) (m=17).
Результаты исследований и их обсуждение
В рамках традиционно применяемого в медико-биологических исследованиях детерминистско-стохастического подхода было установлено, что частота сердечных сокращений у девочек ханты 7-10 лет достоверно превышала таковую у девочек-уроженок
32 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
I/IT и диагностика
Среднего Приобья (р<0,001) и свидетельствовала о легкой тахикардии. На этот факт указывает в своих исследованиях и А.Г. Соколов [4]. В этнических группах мальчиков обсуждаемый параметр находился в пределах физиологических норм [5] и достоверных различий не имел.
Анализ динамики показателей системного артериального давления показал достоверное превышение как систолического, так и диастолического давления у мальчиков ханты 7-10 лет (р<0,001 и р<0,001), но в 11-14 лет SAD увеличивалось у мальчиков другой этнической группы (р<0,05). В изучаемых группах девочек прослеживалась аналогичная тенденция с преобладанием SAD (р<0,001) и DAD (р<0,05) у школьниц ханты в 7-10 лет и отставанием DAD (р<0,001) в возрасте 15-17 лет.
В обеих половых группах школьников ханты 7-17 лет выявлено некоторое превышение среднего артериального давления возрастных норм: у мальчиков ханты на 11-15%; у девочек ханты на 10-12%. В группах уроженцев Среднего Приобья это превышение составило у мальчиков 11-17%, у девочек 13-19%. Достоверные межпопуляционные различия с преобладанием показателя выявлены в возрасте 7-10 лет у мальчиков и девочек ханты (р<0,001 и р<0,01, соответственно). Достоверно более низкие показатели зарегистрированы у 15-17-летних девочек, уроженок Среднего Приобья (р<0,01). Значения пульсового давления у девочек ханты были достоверно выше в 15-17 лет (р<0,05), чем у девочек-уроженок Среднего Приобья того же возраста. У мальчиков в 7-10 лет выше в группе ханты (р<0,05), а в 11-14 лет — у мальчиков-уро-женцев Среднего Приобья (р<0,05).
Следует отметить, что более низкие значения систолического объема были характерны для школьников ханты 7-10 и 11-14 лет обеих половых групп. В 15-17 лет SO достоверно превышал в группе девочек-уроженок Среднего Приобья (р<0,001). Минутный
www.idmz.ru
гая а, № г
объем крови также с возрастом увеличивался у мальчиков и девочек ханты и к 15-17 годам достигал физиологических значений взрослого человека, что, вероятно, может быть связано с усилением симпатического тонуса [6]. Нами отмечены более высокие показатели МОК в возрастных группах мальчиков-уро-женцев Среднего Приобья, а в 11-14 лет это превышение носило достоверный характер (р<0,05). В группах девочек МОК преобладал у школьниц ханты и достоверно различался в 15-17 лет (р<0,05).
Общее и удельное периферическое сопротивление сосудов несколько различалось в половых группах обследованных школьников. Так в группах девочек более высокие показатели OPSS и UPSS были зарегистрированы у школьниц ханты во все изучаемые периоды онтогенеза (OPSS у 7-10-летних девочек ханты — р<0,05; UPSS — р<0,01; р<0,001; р<0,05, соответственно возрастам), в то время как у мальчиков ханты эти же показатели были ниже своих сверстников-уроженцев Среднего Приобья 7-10 и 15-17 лет (OPSS у 15-17-летних — р<0,01).
Показатели коэффициента выносливости выявили достоверные межпопуляционные различия лишь в группе 15-17-летних девочек-уроженок Среднего Приобья (р<0,05). Коэффициент экономичности кровообращения имел различные значения и был достоверно выше в хантыйских группах мальчиков и девочек 7-10 лет (р<0,01 и р<0,001, соответственно) и ниже у мальчиков 11-14 лет (р<0,01), что может свидетельствовать о различных функциональных возможностях системы кровообращения у школьников ханты в разных возрастных периодах.
Обращает на себя внимание тот факт, что для всех возрастно-половых групп школьников ханты были характерны более высокие значения индекса кровообращения. Так, в возрастных группах школьниц Ikr был выше у 7-10-летних девочек ханты на 24,93 мл/кпмин (р<0,01); у 11-14-летних — на 22,03 мл/кпмин (р<0,001);
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 33 ■
ИТ и диагностика
1 и информационные
технологии
Таблица 1
Параметры аттракторов ВСОЧ девочек (координаты вектора — параметры гемодинамики)
Параметры Уроженки Среднего Приобья Ханты
7-10 лет
General asymmetry value rX = 1924.82 General asymmetry value rX = 1159.59
General V value : 4.76e+033 General V value : 4.28e+032
Интегральные параметры аттракторов 11-14 лет
General asymmetry value rX = 930.16 General V value : 6.69e+031 General asymmetry value rX = 962.10 General V value : 3.38e+031
15-17 лет
General asymmetry value rX = 195.01 General asymmetry value rX = 1349.29
General V value : 3.53e+029 General V value : 2.44e+030
у 15-17-летних — на 24,58 мл/кг-мин (р<0,001). В возрастных группах мальчиков Ikr преобладал у школьников ханты 7-10лет — на 17,48 мл/кг-мин; 11-14 лет — на 24,60 мл/кг-мин (р<0,001); 15-17 лет — на 15,10 мл/кг-мин (р<0,01). Аналогичная картина была характерна и для показателей сердечного индекса. В этнических группах SI характеризовался достоверно более высокими значениями у девочек ханты (7-10 лет — р<0,01; 11-14 лет — р<0,01; 15-17 лет — р<0,001) и мальчиков ханты (11-14 лет — р<0,01; 15-17 лет — р<0,05).
Нами отмечен тот факт, что в группах школьников на всех этапах онтогенеза явно доминировал гиперкинетический тип кровообращения (ГрТК), однако в межэтническом сравнении картины явно различалась. Если у школьниц ханты 7-10 лет данный тип кровообращения встречался в 90% случаев, то с началом периода полового созревания этот процент снижался до 75% в 11-14 лет и оставался относительно высоким в 15-17 лет (68%). У мальчиков ханты такое снижение общего числа детей с ГрТК наблюдалось только к 15-17 годам (75% в 7-10 лет, 71% в 11-14 лет и 51% в 15-17 лет). В группах уроженцев Среднего Приобья нами отмечена
общая тенденция для обеих половых групп. Лиц с ГрТК в возрасте 7-10 лет значительно меньше (73% у девочек и 61% у мальчиков), и с возрастом этот процент снижался: 51% в 11-14 лет и 35% в 15-17 лет — у девочек, 49 и 35% — у мальчиков. В обеих популяционных группах с возрастом увеличивалось число детей с более благоприятным эукинети-ческим типом кровообращения, а количество школьников, имеющих гипокинетический тип кровообращения, оставалось относительно стабильным в обеих изучаемых популяциях и не выходило за рамки 11% в группе ханты и 20% у уроженцев Среднего Приобья.
Системный анализ состояния гемодинамики в группах школьников позволил выявить различия параметров многомерных параллелепипедов, ограничивающих квазиаттракторы движения вектора состояния системы. Для всех возрастных групп девочек эти различия менее выражены, чем при сравнении популяционных групп мальчиков (табл. 1, рис. 1—3).
В младших группах школьниц больший объем квазиаттрактора и показатель асимметрии имели девочки-уроженки Среднего Приобья: General V value: 4.76E +033, General asymmetry value rX = 1924.
34 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
I/IT и диагностика
www.idmz.ru
гол □, № г
а — уроженки Среднего Приобья, б — ханты.
Рис. 2. ВСОЧ девочек 11-14 лет в трехмерном фазовом подпространстве: а — уроженки Среднего Приобья, б — ханты.
Рис. 3. ВСОЧ девочек 15-17 лет в трехмерном фазовом подпространстве: а — уроженки Среднего Приобья, б — ханты.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 35 ■
ИТ и диагностика
1 и информационные
технологии
Таблица 2
Параметры аттракторов ВСОЧ мальчиков (координаты вектора — параметры гемодинамики)
Параметры Уроженцы Среднего Приобья Ханты
7-10 лет
General asymmetry value rX = 976.40 General asymmetry value rX = 3643.40
General V value : 1.73e+031 General V value : 1.15e+034
Интегральные параметры аттракторов 11-14 лет
General asymmetry value rX = 669.20 General V value : 7.55e+031 General asymmetry value rX = 1260.68 General V value : 1.10e+032
15-17 лет
General asymmetry value rX = 547.22 General asymmetry value rX = 123.91
General V value : 3.69e+031 General V value : 2.03e+028
В группах девочек среднего школьного возраста различия были еще менее выражены: в группе уроженок Среднего Приобья объем многомерного параллелепипеда, ограничивающего аттрактор движения ВСОЧ, 6.69E+031, в группе девочек ханты — 3.38E+031; показатель асимметрии у девочек-уроженок Среднего Приобья rX = 930.16, у девочек ханты rX = 962.10.
У 15-17-летних девочек-уроженок Среднего Приобья объем параллелепипеда составлял 3.53E+029, а в группе девочек ханты объем параллелепипеда был на порядок больше и составлял 2.44e+030. Наиболее выраженные различия по показателю асимметрии установлены нами в старшем школьном возрасте: у девочек-уроженок Среднего Приобья rX = 195.01, у девочек ханты он практически в 7 раз больше (rX = 1349.29).
При сравнении параметров аттракторов состояния организма человека по гемодинамическим показателям, идентифицированных для мальчиков-уроженцев Среднего Приобья и мальчиков ханты в изучаемых возрастных группах, установлено, что наибольшие различия имели школьники 15-17 и 7-10 лет. В популяционных группах мальчиков старшего школьно-
го возраста общий объем параллелепипеда, ограничивающего аттрактор ВСОЧ уроженцев Среднего Приобья составлял 3.69E+031, что на 3 порядка превышало таковой для мальчиков ханты (2.03E+028). Показатель асимметрии в группе мальчиков, уроженцев Среднего Приобья более чем в 4 раза превышал таковой для группы ханты (rX = 547.22 — у мальчиков-уроженцев и rX = 123.91 — у мальчиков ханты) (табл. 2, рис. 4-6).
В младшей группе школьников (7-10 лет) прослеживалась обратная тенденция: у мальчиков-уроженцев Среднего Приобья параметры аттракторов имели меньшие численные значения по сравнению с группой ханты: общий объем многомерного параллелепипеда в группе мальчиков-уроженцев Среднего Приобья составлял 1.73E+031, а в группе мальчиков ханты 1.15E+034. Показатель асимметрии также преобладал в группе уроженцев Среднего Приобья (rX = 976.40 и rX = 3643.40, соответственно).
В группах школьников 11-14 лет параметры аттракторов различались незначительно: в группе уроженцев Среднего Приобья объем многомерного параллелепипеда составлял 7.55E+031, а в группе ханты — 1.10E+032;
36 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
I/IT и диагностика
www.idmz.ru
гол □, № г
вектора — адаптационный потенциал (AP), сердечный индекс (SI), общее периферическое сопротивление сосудов (OPSS)): а — уроженцы Среднего Приобья, б — ханты
Рис. 5. ВСОЧ мальчиков 11-14 лет в трехмерном фазовом подпространстве (координаты вектора — адаптационный потенциал (AP), сердечный индекс (SI), общее периферическое сопротивление сосудов (OPSS)): а — уроженцы Среднего Приобья, б — ханты
Рис. 6. ВСОЧ мальчиков 15-17 лет в трехмерном фазовом подпространстве (координаты вектора — адаптационный потенциал (AP), сердечный индекс (SI), общее периферическое сопротивление сосудов (OPSS)): а — уроженцы Среднего Приобья, б — ханты
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 37 ■
ИТ и диагностика
и информационные
технологии
%
> показатель асимметрии в группе уроженцев составлял rX = 669.20, а в группе мальчиков ханты был почти в 2 раза больше.
Таким образом, у подростков ханты 15-17 лет обоего пола установлены наибольшие адаптивные перестройки в гемодинамических показателях, что объясняется снижением оптимизации механизмов регуляции кровообращения. Можно сказать, что адаптивные возможности организма мальчиков ханты развиты несколько лучше, чем у девочек данной популяции, поскольку у них с возрастом было зафиксировано увеличение пульсового давления за счет минимального прироста диастолического давления, а также увеличение минут-
ного объема крови преимущественно за счет возрастания систолического объема крови и более низкая частота встречаемости гиперкинетического типа кровообращения на всех этапах онтогенеза. В группе уроженцев Среднего Приобья наибольшие адаптивные перестройки были характерны для учащихся среднего и старшего школьного возраста обоего пола. Более благоприятные гипо- и эукинети-ческие типы кровообращения составили 51% всех случаев у мальчиков и 48% у девочек, значительно снижая общее число детей с гиперкинетическим типом кровообращения, при котором имеет место высокая активность симпато-адреналовой системы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Буганов А.А., Уманская Е.Л., Саламатина Л. В. Вопросы профилактической кардиологии в экологически нестабильном районе Крайнего Севера. — Надым, 2000. — 204 с.
2. Синергетика и интегральная медицина (Теория и практика восстановительной медицины. ТомУ): Монография/Ред. А.А. Хадарцев [и др.]; [науч. ред. А.А. Хадар-цева и В.М. Еськова]. — Тула: ООО «ИНФРА» — Москва, 2006. — 264 с.
3. Еськов В.М. Программа идентификации параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве/Ред. В.М. Еськов, М.Я. Брагинский, С.Н. Русак и др. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006613212 от 13 сентября 2006 г. РОСПАТЕНТ].
4. Соколов А.Г. Эколого-физиологические механизмы развития организма детей Среднего Приобья: Дисс. ... докт. мед. наук — Тюмень, Ханты-Мансийск, 2002. — 322 с.
5. Осколкова М.К., Куприянова О.О. Электрокардиография у детей. — М.: МЕДпресс, 2001. — 352 с.
6. ВейнА.М. Вегетативные расстройства: клиника, лечение, диагностика. — М.: Медицинское информационное агентство, 1998. — 752 с.
38 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
