CC BY
45
Влияние внешних факторов среды на уровень хаотичности ЭКГ
УДК 612
A.C. Эйдукайтис, Н.З. Кайгородова
Влияние внешних факторов среды на уровень хаотичности ЭКГ
Статья посвящена исследованию стационарности и нестационарности сердечного ритма в условиях острой адаптации к жаркому климату. В работе были использованы электрокардиограммы, зарегистрированные в условиях жаркого и умеренного климата. При их обработке применялись методы теории детерминированного хаоса.
Введение
Изучение в связи с адаптацией организма к воздействию разнообразных факторов внешней среды ритмов организма на микроуровне не случайно, так как известно, что различия во временной структуре функционирования какой-либо системы могут служить оценкой ее функционального состояния. Изменение ритма сердца является универсальной реакцией целостного организма в ответ на любое воздействие внешней среды. Наиболее перспективными в изучении объективных показателей динамических перестроек кардиоинтервалов являются методы, учитывающие не только стационарные, но и нестационарные компоненты ЭКГ. Актуальность такого подхода обусловлена природой самих этих процессов, которые являются лишь условно периодическими и локально стационарными [1 и др.]. Наиболее информативным для оценки нестационарности и определения ее характера (случайная или детерминированная) является использование методов теории детерминированного хаоса [2, 3 и др.]. Под хаосом подразумевается случайность или нерегулярность, возникающие в детерминированной системе [4].
В связи со сказанным целыо данной работы явилось исследование влияния факторов внешней среды на уровень хаотичности ЭКГ.
Материалы и методы исследования
Были проанализированы кардиоинтервалы следующих кардиограмм:
1) ЭКГ, записанные с 10 испытуемых 6 раз в сутки с 6 повторностями в условиях умеренного климата;
2) ЭКГ, записанные при острой адаптации к жаре на 7 испытуемых б раз в сутки с 9-ю повторностями.
В исследованиях принимали участие практически здоровые испытуемые обоего пола в возрасте 18-21 лет. Регистрировались 100 последовательных кардиоинтервалов на одноканальном кардиографе во втором стандартном отведении и с грудного отведения в положении лежа после 10 мин релаксации. Построение аттракто-
ров осуществлялось в двумерном фазовом пространстве с координатами {ж (Л'); ж(Л'+1)}. Для количественного описания геометрии аттракторов использовался расчет фрактальной размерности (I.)) по алгоритму:
D-
log п{е)
lim-/ д при
МИ)
е ® 0.
где п(е) - минимальное число /¡-мерных кубов со стороной <>. необходимое для того, чтобы покрыть множество [2, 4]. Целые значения d соответствуют стационарным (периодичным) процессам, а дробная часть говорит о наличии нестационарности в исследуемом явлении. Полученные результаты подвергались традиционной статистической обработке. Сравнения осуществлялись по критерию Стыодента.
Результаты и их обсуждение
Известно, что разнообразие ритмов функций в организме дает ему наибольшие возможности приспособления к периодическим изменениям окружающей среды. При этом синхронизация с внешними задатчикамп времени осуществляется преимущественно, например, на уровне ритмов с большими периодами. Суточная и сезонная динамика физиологических процессов в организме человека может рассматриваться как проявление приспособительных реакций организма к тем или иным изменениям внешней или социальной среды. Однако, безусловно, временная структура на макроуровне не может не зависеть в той или иной степени от ритмических особенностей функции организма на его микроуровне. В связи с этим в ходе настоящей работы предстояло выяснить, как влияют на уровень хаотичности ЭКГ внешние факторы природного характера.
Для сравнения уровней хаотичности были рассчитаны средние значения d в разных внешних условиях. Результаты представлены на рис. 1. Анализ полученных данных свидетельствует, что в случае острой адаптации к жаре наблюдалось снижение среднего уровня хаотичности ЭКГ по сравнению с данными, полученными в условиях умеренного климата (с 1,31+0,02 до 1,23+0,02). Согласно закону о перемежающейся активности функциональных структур, сформулированному Г.Н. Крыжановским [по 5], в состоянии относительного покоя ритмы отдельных функциональных частей несинхрони-зированы друг с другом.
БИОЛОГИЯ
<и <и
ч «
а, о
1.40 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00
Красилово Гипертермия Аборигены
Рис. 1. Сравнение средних уровней хатичности в условиях умеренного климата и гипертемии
«
о В V
о
ь >>
о 1» в ч 1» п. о
1.40 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00
т
т
Дни замеров
Рис.3. Динамика уровня хаотичности в умеренном климате
о о В V
о
ь >>
о
о §
о п. о
1.40 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00
Дни замеров
Рис.3. Динамика уровня хаотичности в умеренном климате
При стрессовых воздействиях может наблюдаться взаимная синхронизация ритмов отдельных функциональных структур, вследствие чего создается напряжение в работе органа. Этим можно, по-видимому, объяснить обнаруженное снижение уровня хаотичности при адаптации к исследуемым факторам среды. Принимая во внимание данные, полученные в условиях жары у аборигенок, можно также предположить, что при адаптации система стремится к оптимальному, относительно низкому уровню хаотичности (с 1,23±0,02 — у мигрантов до 1,14±0,04 — у аборигенов). Как известно из литературы.
в период острой адаптации к какому-либо воздействию внешней среды происходит перестройка работы имеющихся функциональных систем, и в конечном итоге их выход на новый, адекватный для данных условий уровень функционирования [6]. В связи с этим была предпринята попытка анализа динамики уровня хаотичности в ходе острой адаптации. На рис. 2 представлены данные, полученные в условиях жаркого климата. Как можно видеть на графике, динамика изменения хаотичности кардиоин-тервалов носит выраженный волнообразный характер, что соответствует традиционным
Влияние внешних факторов среды на уровень хаотичности ЭКГ
представлениям об адаптационной перестройке систем и механизмов организма [5]. Со второго на третий, а также с четвертого на шестой дни замеров происходит достоверное повышение среднесуточного уровня г! (с 1,18±0,05 до 1,27±0,"05 и с 1,12±0,07 до 1,25±0,05 соответственно, р<0,05), а с третьего на четвертый дни — его достоверное понижение (с 1,27±0,05 до 1,12±0,07 соответственно, р<0,05). Далее на пятый день пребывания в данных условиях происходит выравнивание динамики уровня хаотичности (1,22±0,06, 1,25±0,05, *1,24±0,06 и 1,29±0,04 соответственно в 5, 6, 7 и 8 дни), что позволяет предположить наличие некой первичной "приспособленности" функциональных систем организма к изменившимся условиям среды. Хотя это и согласуется с данными литературы, возникает вопрос: а не связана ли данная особенность с естественной подвижностью исследуемого параметра? Особенно это актуально в связи с природой самого явления — хаотичностью.
В связи со сказанным на следующем этапе была предпринята попытка анализа данных, полученных в условиях умеренного климата. Как можно видеть из рис. 3, достоверных изменений среднесуточных значений уровня хаотичности на протяжении пяти дней замеров не наблюдалось, за исключением первого дня, где уровень й был достоверно ниже, чем в остальных замерах (1,22±0,05 и 1,35±0,04, соответственно), что можно объяснить новизной ситуации для испытуемых.
Исходя из вышеописанных результатов исследований динамики уровня хаотичности ЭКГ в разных климатических условиях, можно сделать заключение о том, что в период острой адаптации динамика й носит волнообразный характер, что согласуется с литературными данными.
Биоритмы отражают механизмы регуляции функций организма, направленные на поддержание динамического гомеостазиса. Причем разнообразие ритмов функций в организме даст ему наибольшие возможности приспособления к периодическим изменениям окружающей среды. Процесс адаптации к изменившимся условиям среды всегда осуществляется в колебательном или волнообразном режиме [5].
По прошествии определенного промежутка времени колебания выравниваются, из чего можно сделать предположение о достижении некоего оптимального уровня хаотичности ЭКГ, а следовательно, и режима работы соответствующей функциональной системы. Отсюда делаем предположение о том, что наблюдаемые достоверные изменения среднесуточного значения й в процессе острой адаптации обусловлены перестройкой функциональных систем в ответ па стресс-фактор.
Выводы
1. Анализ естественной подвижности уровня хаотичности ЭКГ при повторных замерах в умеренном климате не выявил достоверных колебаний фрактальной размерности аттрактора.
2. Факторы внешней среды разной природы (жаркий климат, новизна ситуации) приводят к снижению уровня хаотичности ЭКГ. При этом степень снижения определяется, по-видимому, качеством раздражителя.
3. В период острой адаптации к жаре происходит достоверное колебание среднесуточного уровня хаотичности ЭКГ в первые дни с последующим выравниванием, что отражает волнообразный характер перестройки функциональных систем организма при длительном действии внешних факторов.
1. Valiquelle В., Torres G.L., Mukhedkar I). Cardiac disrhyllim as a phenomenon of eliaos//Images 21st Century: Proe. 11th Annu. Int. Conf. I. EEC and Med. and Biol. Soe., Seattle, Wash. Nov. 9-12, 1989, pt 6/6. N.Y., 1989. P. 1948. 1950.
2. Николис Г., Пригожий И. Познание сложного. М.: Мир, 1990. 342 с.
3. Kaplan D.T. Geometrical techniques for analizing ECG dynamics: [Pap.] 16tli Annu. JSCE Conf. "Сотри!. Appl. Eleclrocardiol.", Santa Barbara, Calif., Apr. 21-26, 1991//Journal of
Е1ес1гоеа^ю1о§у. 1991. 24, 8ирр1. Р. 77-82.
4. Гласе Л., Мзки М. От часов к хаосу: Ритмы жизни. М.: Мир, 1991. 248 с.
5. Степанова С.И. Стресс и биологические ритмы Космическая биология. М.. 1982. N 1. С. 16-20.
б.Меерсои Ф.З. Основные закономерности индивидуальной адаптации//Физиология адаптационных процессов: Руководство по физиологии. М.: Наука, 1986. С* 10-69.
