СРАВНИТЕЛЬНЫЙ БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ КАРДИО-РЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ВЗРОСЛОГО КОРЕННОГО И ПРИШЛОГО НАСЕЛЕНИЯ ЮГРЫ 03.01.09 - математическая биология, биоинформатика (биологические науки) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Сургут

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по биологии

На правах рукописи

СОКОЛОВА АЛЕКСАНДРА АЛЕКСАНДРОВНА

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ БИОИНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ КАРДИО-РЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ВЗРОСЛОГО КОРЕННОГО И ПРИШЛОГО НАСЕЛЕНИЯ ЮГРЫ

03.01.09 Ц математическая биология, биоинформатика

(биологические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Сургут - 2012

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте Биофизики и

медицинской кибернетики при Государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования Сургутский государственный университет Ханты - Мансийского автономного округа - Югры

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

НИФОНТОВА ОКСАНА ЛЬВОВНА

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, доцент

ПОПОВ ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ, профессор кафедры зоологии и анатомии, физиологии, безопасности жизнедеятельности человека

ФГБОУ ВПО Поволжская государственная социально-гуманитарная академия

доктор медицинских наук, профессор

ХАДАРЦЕВАаКЫЗЫЛГУЛЬ АБДУРАХМАНОВНА, профессор кафедры акушерства и гинекологии медицинского института ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет, акушер-гинеколог высшей категории

Ведущая организация: ФГБУН Институт волжского бассейна РАН.

Защита состоится У9Ф декабря 2012 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 800.005.05 при ГБОУ ВПО Сургутский государственный университет Ханты - Мансийского автономного округа - Югры по адресу: 628412, г. Сургут, пр. Ленина ,1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Сургутского государственного университета Ханты - Мансийского автономного округа - Югры по адресу: 628412, г. Сургут, пр. Ленина,1.

Автореферат разослан У_____Ф ноября2012 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат биологических наук

С.Н. Русак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Известно, что экологические факторы Северо-Западной Сибири и конкретно в Югре оказывают негативное влияние на организм человека. Вся совокупность этих факторов скоррелированно оказывает воздействие на основные функциональные системы организма (ФСО) и в конечном итоге определяет его адаптационные возможности и продолжительность жизни.

Коренное население Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО-Югры) за долгие столетия проживая было приспособлено к гипокомфортным климатическим условиям этого региона и, согласно мнению ряда авторов(Агаджанян Н.А., Н.В. Ермакова, 1997; Важенин А.А., 2002; Соколов А.Г., 2002), является хорошей модельной популяцией для исследования механизмов эволюционной адаптации. Изучение основных закономерностей в физиологических механизмах адаптации аборигенов Севера имеет большое значение для сохранения и развития здоровья не только малочисленных народностей, но и переселенцев, т.к сравнение параметров функциональных систем организма коренного и пришлого населения Югры обеспечивает выявление наиболее слабых участков в работе ФСО и обеспечивает корреляцию в нормальной организации функций организма человека на Севере (Пашина Н.А., др. 2007).

Проблема адаптации человека к экстремальным климатогеографическим воздействиям Севера в последние десятилетия дополняется проблемой сохранения здоровья всего и особенно работоспособного населения, проживающего в условиях теперь уже и техногенного загрязнения среды обитания. Проблема сохранения здоровья и высокой работоспособности жителей северных территорий РФ не теряет своей актуальности из-за интенсивной разработки и использования огромных сырьевых ресурсов. Погодно-климатические условия высоких широт отличаются геогелиомагнитной активностью, своеобразием фотопериодичности, резкими и внезапными перепадами атмосферного давления и состава воздуха, отрицательным тепловым балансом, высокой относительной влажностью в летнее время года и низкой относительной влажностью в зимнее время года. Все это совместно с нарастающим техногенным прессингом вызывает серьезное беспокойство как у специалистов, так и властей ХМАО-Югры (В.И. Хаснулин, 1998, Г.С. Козупица и соавт., 2007).

Действие чрезмерно длительных факторов вызывает комплекс значительных изменений гомеостаза. Возникает синдром адаптационного напряжения, т.е. состояния чрезмерного использования функциональных и морфологических резервов организма. Резерв адаптивной изменчивости - реально существующее явление, определяющее адаптивные возможности популяции, лих запас прочности при столкновении с неблагоприятной и, прежде всего, чуждой им средой (В.П. Казначеев 1992-2000, В.А. Карпин 1998-2006, В.М. Еськов). Таким образом, каждая популяция имеет свойственный только ей присущий запас адаптивной изменчивости, определенный строго фиксированный уровень иммунобиологической резистентности и его расширение должно улучшить демографические показатели на этой важной в экологическом отношении территории РФ.

При изучении процессов адаптации кардио-респираторной системы (КРС) у коренного и пришлого населения Севера обнаружена связь развития ишемической болезни сердца (ИБС) и её осложнений (инфаркт миокарда) с характером адаптации. В этой связи проблема выявления на ранних стадиях патологий сердечно-сосудистой деятельности у коренного и пришлого населения ХМАО остается крайне актуальной, а в сравнительном аспекте и крайне необходимой.

Переезд в экстремальные природные условия жителей более мягких климатических зон вызывает состояние предболезни и многочисленные дизадаптивные реакции, например, по типу заболеваний внутренних органов. Манифестация патологии отмечена в неблагоприятные периоды - с января по май и в ноябре-декабре, когда происходят существенные сдвиги в регуляции функций сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других систем организма, что, однако, менее выражено у коренного населения.

В этой связи установление различий в показателях сердечно-сосудистой системы организма человека на примере коренного и пришлого населения территории Ханты-Мансийского автономного округа - Югры с помощью методов теории хаоса и самоорганизации является весьма важной задачей физиологии и экологии человека на Севере и для биоинформатики это является поводом для создания и развития новых методов обработки информации и поведения сложных биосистем, которыми является ФСО человека на Севере.

Цель исследования. Установить закономерности поведения вектора состояния кардио-респираторной системы (КРС) взрослого коренного и пришлого населения Югры в сравнительном аспекте и на этой основе выработать рекомендации в области изучения динамики ФСО.

Данная цель определила постановку и решение следующих задач исследования:

Установить закономерности в поведении вектора состояния кардио-респираторной системы взрослого коренного населения Югры в рамках стохастического анализа и теории хаоса.
Установить закономерности в поведении вектора состояния кардио-респираторной системы взрослого пришлого населения Югры на основе анализа параметров квазиаттрактора и стохастических результатов обработки данных.
Выявить особенности в состояниях КРС коренного и пришлого населения в сравнительном аспекте, на основе анализа матриц межаттракторных расстояний с позиции теории хаоса и стохастики.

Научная новизна работы.

Показана эффективность с помощью методов биоинформационного анализа при изучении динамики поведения вектора состояния организма коренного и пришлого населения Югры в многомерном фазовом пространстве состояний (ФПС).
Впервые установлены взаимосвязь и различия между половыми и возрастными изменениями параметров кардио-респираторной системы взрослого коренного и пришлого населения Югры.
Диагностированы параметры порядка в показателях кардио-респираторной системы (КРС) при сравнении коренного и пришлого населения Югры, а также с позиций компартментно-кластерного подхода разработаны математические критерии для оценки состояния кардио-респираторной системы исследуемых групп.

Теоретическое и практическое значение работы:

Апробированный алгоритм идентификации параметров квазиаттракторов в ФПС целесообразно применять в практической медицине с целью научно обоснованной организации мероприятий по адаптации организма жителейЮгры, а также для визуализации возрастных и экологических особенностей в состоянии организма коренного и пришлого населения округа.
Новые методы диагностики параметров квазиаттракторов движения вектора состояния организма человека (ВСОЧ) в фазовом пространстве состояний обеспечивают возможности выполнения ранжирования признаков, т.е. отыскания наиболее важных диагностических признаков, существенно изменяющихся в суровых климатических условиях Югры. Это позволяет внедрять их в практику работы органов государственного управления при решении медико-экологических вопросов повышения качества жизни на северных территориях и сохранения здоровья населения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Используя современный метод биоинформационного анализа параметров организма коренного и пришлого населения Югры с позиций стохастического подхода, установлена тенденция преобладания тонуса парасимпатической вегетативной нервной системы у представителей пришлого населения Югры, что может быть прямой причиной развития ранней патологии сердечно-сосудистой системы.

2. Выполненные исследования, с позиций биоинформационного анализа динамики поведения параметров квазиаттракторов вектора состояния организма мужчин пришлого населения в возрастной группе после 40 лет, показывают наибольший разброс параметров квазиаттракторов, именно в той возрастной группе, что количественно характеризует особенности вегетативной регуляции в данном возрастном диапазоне. В возрастной группе мужчин после 40 лет у представителей коренного населения ханты наблюдаются наибольшие показатели расстояния асимметрии и объемов квазиаттракторов, указывающие на существенные изменения в состояниях в вегетативной нервной системы обследуемых. Значительное увеличение объемов квазиаттракторов установлено также и у женщин пришлого населения в возрастной группе до 40 лет и у представительниц коренного населения ханты после 40 лет.

3. Анализ матриц межаттракторных расстояний параметров квазиаттракторов исследуемых групп населения Югры показал существенные информационные различия, связанные с особенностями климатических условий, в частности, установлены наибольшие межаттракторные расстояния для групп коренного и пришлого населения Югры.

Внедрение результатов работы. Разработанные методы и программные продукты прошли апробацию и внедрены в ряде ВУЗов и лечебных учреждений городов Самары, Сургута, Тулы. Результаты исследований используются при подготовке студентов в Поволжской государственной социально-гуманитарной академии, Сургутском государственном университете, а также в лекционных курсах и практических занятиях по биофизике, экологии человека и медицинской кибернетики, о чем свидетельствуют акты о внедрении.

Декларация личного участия автора. Автор лично принимал участие в получении первичных материалов при обследовании коренного и пришлого населения Югры, а также проводил анализ полученных результатов исследования. Автором самостоятельно выполнены: статистическая обработка материалов, расчет параметров квазиаттракторов, межаттракторных расстояний и их интерпретация.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на ряде Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: на Международной научной конференции Синергетика природных, технических и социально-экономических систем (Тольятти, 2010); IX Международной научно-практической конференции Медицинская экология (Пенза, 2010); Международной научно-практической конференции Физиологические механизмы адаптации человека (Тюмень, 2010); Международной научной конференции Наука и образование в современной России (Москва, 2010); Всероссийской научной конференции Современные проблемы биологических исследований в Западной Сибири и на сопредельных территориях (Сургут, 2011); IX окружной конференции молодых ученых Наука и инновации 21 века (Сургут, 2009-2011); Окружной научно-практической конференции Этнокультурные и экологические аспекты оптимизации и здоровья коренного населения ХМАО-Югры (Ханты-Мансийск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе: 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, для соискания ученой степени кандидата биологических наук и 10 статей в различных научных журналах и материалах отечественных и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 132 страницах машинописного текста и состоит из введения, главы по анализу современного состояния проблемы, главы описания объектов и методов исследования, оригинальной главы, содержащей результаты собственных наблюдений, выводов, списка литературы, приложений. Работа содержит 9 рисунков и 8 таблиц. Список используемой литературы включает в себя 151 источника: 119 российских и 32 зарубежных.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в период с 2008-2011 г.г. на территории г. Сургута и с.п. Русскинская Сургутского района в аспекте исследования поведения вектора состояния кардио-респираторной системы (КРС) взрослого коренного и пришлого населения Югры.

Для достижения поставленной цели нами исследовались системные особенности регистрируемых свойств функциональных систем (в частности, кардио-респераторной системы организма коренных жителей и работников нефтегазодобывающего комплекса, находящихся в особых природно-климатических условиях северного региона и одновременно подвергающихся широкому спектру воздействий производственных факторов (за исключением коренного населения - ханты). Состояние КРС изучалось в настоящей работе в рамках сравнительной оценки физиологических параметров сердечно-сосудистой системы (ССС) у работников завода по стабилизации газового конденсата ООО Газпром-переработка (ЗСК) (в рамках ежегодного планового медицинского осмотра на базе МБУЗ Клиническая городская поликлиника №1) и представителей народа ханты (в рамках ежегодного планового медицинского осмотра коренных малочисленных народов Севера на базе МУЗ Русскинская Амбулатория).

Обследование коренного и некоренного населения Югры производилось неивазивным методом и соответствовало этическим нормам Хельсинской декларации (2000 г.). Работа выполнялась в рамках плана научных исследований лаборатории Функциональных систем организма человека на Севере при научно-исследовательском институте биофизики и медицинской кибернетики и темой НИОКР Исследование поведения функциональных систем организма человека на Севере РФ методами многомерных фазовых пространств состояний (№ 01200965147). Критерии включения: возраст респондента 18-69 лет; отсутствие жалоб на состояние здоровья в период проведения обследований; наличие информационного согласия на участие в исследовании.

Методами системного анализа и синтеза путем определения параметров квазиаттракторов и межаттракторных расстояний для статистических и хаотических центров квазиаттракторов, описывающих поведение вектора состояния организма человека (ВСОЧ) в фазовом пространстве состояний (ФПС), устанавливались возрастные и гендерные различия обследуемых.

Дизайн исследования состоит из трех блоков. Всего было обследовано 168 человек, из них 84 - человека коренной национальности и 84 - некоренной. Проводилось сравнение всех групп обследуемых по шести диагностическим признакам x1 - тонус симпатического (SIM, у.е.) и x2 -парасимпатического (PAR, у.е.) отделов вегетативной нервной системы (ВНС), x3 - индекс напряжённости по Баевскому Р.М. (INB, у.е.), частота пульсовыхи интервалов - x4 (по данным пульсоинтервалографии, HR) (уд./мин), суммарный эффект вегетативной регуляции кровообращения (SDNN) - x5, регистрацию которых проводили с помощью аппаратно-программного комплекса Элокс - 01. Итого, размерность m - мерного фазового пространства состояний (ФПС) была равна m=5.

I блок III блок II блок

Рис. 1. Дизайн исследования.

Первый блок исследования (рис. 1) включал в себя группу наблюдения, состоящую из некоренных жителей Обского севера - работников ЗСК в возрастном диапазоне от 18 до 69 лет: группа 1 - мужчины до 40 лет (n=21), группа 2 - мужчины после 40 лет (n=21), 3 группа - женщины до 40 лет (n=21), 4 группа - женщины после 40 лет (n=21).

Во второй блок исследования входила группа сравнения, состоящая из представителей коренного населения (ханты) в возрасте от 18 до 52 лет (n=84): группа 5 - мужчины до 40 лет (n=21), группа 6 - мужчины после 40 лет, (n=21), 7 группа - женщины до 40 лет (n=21), 8 группа - женщины после 40 лет (n=21).

Третий блок исследований состоит в сравнении коренного и некоренного населения (n=168) с учетом пола и возраста, методами классической статистики и биоинформационного анализа. Производился расчет параметров квазиаттракторов, идентификация параметров порядка и расчета матриц межаттракторных расстояний (построение матриц межаттракторных расстояний), как для внутри группового сравнения, так и для межгруппового сравнения.

Вариабельность сердечного ритма у исследуемых групп исследовали с помощью пульсоксиметра ЭЛОКС-01, разработанный и изготовленный ЗАО ИМЦ Новые Приборы, г. Самара (Л.И. Калакутский, В.М. Еськов, 2002-2010). Прибор снабжён программным продуктом Eg3, который в автоматическом режиме позволяет отображать изменение ряда показателей в режиме реального времени с одновременным построением гистограммы распределения длительности кардиоинтервалов (КИ). С помощью этого прибора происходила регистрации пульсовой волны с одного из пальцев кисти в положении пациентов сидя в относительно комфортных условиях. Оценка состояния функциональных систем организма коренного и некоренного населения с учетом их физиологических особенностей производилась в рамках традиционных методов оценки симпатического звена вегетативной нервной системы (показатели SIM) и парасимпатического звена вегетативной нервной системы (показатели РAR). Кроме этого, определялся индекс напряжения по Р.М. Баевскому (INB), частота сердечных сокращений (HR), суммарный эффект вегетативной регуляции кровообращения (SDNN), т.е. все параметры пятимерного вектора состояния организма человека, которые отмечены выше.

Систематизация материала и представление результатов расчетов выполнялись с применением программного пакета электронных таблиц Microsoft EXCEL, статистические расчеты (с уровнем значимости р < 0,05) проводились с помощью программного продукта Statistica version 6.1

Проверка данных на соответствие закону нормального распределения оценивалась на основе вычисления критерия Шапиро-Уилка. Выявлено, что не все параметры спектра ВСР описываются законом нормального распределения, поэтому дальнейшие исследования зависимостей производились методами непараметрической статистики за исключением параметров SIM и IBN в 1-й, 3-й, 5-й, 6-й, 8 -й группе, HR во 2-й группе наблюдения и параметра SDNN в 4-й группе сравнения. Сравнения переменных выполнялись при помощи критерия парных сравнений Вилкоксона, а параметров СИМ, ПАР и ЧСС с использованием двухвыборочного критерия Стъюдента.

Достоверность межгрупповых различий определяли на основе критерия Манна-Уитни. Пороговое значение статистической значимости принималось равное 0,05. (рис. 2).

Для оценки значимости различия показателей в несвязанных выборках (коренное и некоренное население) применялся непараметрический критерий Манна-Уитни, за достоверно значимые принимали различия при значениях р<0,05.

Анализ результатов параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния организма исследуемых групп (рис. 2) производился с помощью зарегистрированной программы Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве и программного продукта Identity (В.М. Еськов, 2006).

Рис. 2. Схема методов обработки данных.

Программа Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве создана специально для обеспечения идентификации параметров квазиаттракторов движения вектора состояния биологических динамических систем в m-мерном фазовом пространстве состояний, и предназначена для исследования систем с хаотической организацией. С помощью данной программы было смоделировано движение вектора состояния организма коренного и некоренного населения Югры по параметрам ВСР с учетом возраста и пола. Значения показателя асимметрии (General asymmetry value (rX)) и общего объема многомерного параллелепипеда (General V value (vX)) получены в результате обработки статистических данных в программе Identity. Графики, отражающие положение квазиаттракторов вектора состояния организма человека, получены в 3-хмерном ФП по трем параметрам (SIM, PAR, INB).

Производился также расчет координат граней, их длины и объема 5-ти мерного параллелепипеда, ограничивающего квазиаттрактор поведения ВСОЧ, хаотический и стохастический центры, а также коэффициент асимметрии стохастического и хаотического центров. Этот метод позволил осуществить ранжирование параметров различных кластеров, представляющих ФСО. К этим кластерам могут относиться отличающиеся друг от друга ФСО коренного и не коренного населения, но находящиеся в одинаковых экологических условиях.

Кроме того, производился расчет матриц межаттракторных расстояний, который заключался в проведении анализа параметров функций организма в отношении нескольких групп испытуемых, находящихся в приблизительно одинаковых условиях. Регистрировались параметры функций организма и группы в целом. Эти параметры образовывали наборы (компартменты) диагностических признаков в пределах одной фазовой координаты xi - из набора всех координат m-мерного фазового пространства с одинаковыми диагностическими характеристиками. Тогда каждый человек со своим набором признаков (компоненты вектора состояния организма данного человека) задавался точкой в этом фазовом пространстве так, что группа испытуемых образовывала некоторое УоблакоФ (квазиаттрактор) в фазовом пространстве состояний. Разные группы образовывали разные квазиаттракторы в фазовом пространстве состояний и рассчитывались расстояния - ( и - номера групп обследуемых) между хаотическими или стохастическими центрами для разных квазиаттракторов, которые образовывали матрицу . Эта матрица описывает состояние разных групп обследуемых с учетом, например, пола и возраста (функциональное состояние организма мужчин до и после 40 лет и женщин до и после 40 лет). Полученные расстояния между центрами -го и-го хаотического (или стохастического) квазиаттракторов количественно представляют степень близости (или, наоборот, удаленности) этих 2-х сравниваемых квазиаттракторов в фазовом пространстве состояний, что представляет меру оценки состояния физиологических функций человека, находящегося, например, в одинаковых экологических условиях.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Важнейшую роль в адаптации сердечно-сосудистой системы (ССС) человека к особым условиям проживания на Севере РФ при изменяющихся гипоксических условиях играет вегетативная нервная система (ВНС). Насколько эффективно ВНС будет осуществлять регуляцию ССС, зависит и исход адаптационных реакций всего организма, продолжительность жизни и работоспособности человека. Описать такие процессы возможно, если использовать медико-кибернетический подход с позиций системного синтеза и биоинформационного анализа, в рамках которого важно определить иерархические уровни организации управления как отдельными ФСО, так и их комплексами в общей системе управления гомеостазом организма.

В ходе исследований и статистической обработки данных были получены следующие сводные количественные характеристики результатов (табл. 1,2).

Сравнения параметров вегетативной регуляции сердечной деятельности ВСО работников ЗСК и представителей народа ханты методом классической статистики продемонстрировали в ряде случаев достоверные различия (<0,05) для SIM, PAR, HR и SDNN. Внутри каждой из исследуемых групп (табл. 1,2) выявлены возрастные изменения показателей вариабельности сердечного ритма.

Показатель SIM у мужчин группы 1 (табл.1.) в два раза ниже, чем у мужчин группы 2 (4,001,49<9,763,56, при <0,05), обратная ситуация наблюдается с показателем PAR (12,902,55 > 8,002,68 при <0,05), это закономерно отражается на показателе SDNN (52,910,03 у мужчин до 40 лет > 39,868,48 у мужчин после 40 лет). Данный факт подтверждается наличием различий в возрастных группах по параметру IBN, величина которого в возрастной группе до 40 лет почти в 2 раза меньше, чем в группе после 40 лет (49,3820,31 < 87,1034,33, при <0,05).

Таблица 1

Результаты статистической обработки данных измерений интегральных и временных показателей вариабельности сердечного ритма работников ЗСК в возрасте до и после 40 лет (n = 84)

№ п/п	Показатель Группа	SIM	PAR	HR	SDNN	IBN
1	Мужчины ЗСК до 40 лет (группа1)	4,001,49	12,902,55	77,194,85	52,9010,03	49,3820,31
2	Мужчины ЗСК после 40 лет (группа 2)	9,763,56	8,002,68	77,103,97	39,868,48	87,1034,33
3	Женщины ЗСК до 40 лет (группа 3)	6,953,41	12,242,46	85,104,35	47,437,63	64,0022,88
4	Женщины ЗСК после 40 лет (группа 4)	5,621,24	8,901,79	80,813,59	37,295,63	73,1417,95

Примечание: n-количество обследуемых, SIM, у.е. - индексы активности симпатического звена ВНС, PAR, у.е. - индексы активности парасимпатического звена ВНС, HR, уд/мин - частота сердечных сокращений, SDNN мс. - стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов, IBN у.е. - индекс напряженности регуляторных систем по Р.М. Баевскому.

Из полученных данных, представленных в таблице 1, видно, что показатель PAR у женщин до 40 лет выше, чем у женщин после 40 лет (12,242,46 > 8,901,79, <0,05), как следствие, SDNN (47,437,63 у женщин до 40 лет > 37,295,63 у женщин после 40 лет, при <0,05). Так же как и у мужчин, основные показатели ВНС женщин ЗСК с возрастом ухудшаются. В частности, нарастает IBN, однако параметры симпатотонии несколько снижаются (вместе с параметрами парасимпатотонии). В целом мы можем говорить о существенных различиях в динамике поведения ВСОЧ для мужчин и женщин двух возрастных групп. Если у мужчин частота сердечных сокращений почти не изменяется (77,194,85 и77,103,97), то у женщин эти изменения более выражены по средним значениям (85,1 и 80,81) хотя с учетом разбросов эти различия сглаживаются. В целом, параметры ССС у мужчин можно описать как нарастающие в сторону тревожности, которая заканчивается (опасно для мужчин) началом патологии и преждевременным летальным исходом.

Анализируя результаты статистической обработки данных ВСР (табл. 2) представителей коренного населения, легко видеть, что показатель SIM у мужчин группы 5 в два раза ниже, чем у мужчин группы 6 (2,860,77 < 6,433,26), хотя как и в предыдущем случае и SIM, и IBN нарастает почти в два раза. Отметим, что показатель парасимпатического отдела ВНС у представителей мужчин ханты младшей возрастной группы превалирует над таковым у старшей (14,332,30 > 10,902,13), отсюда SDNN 54,488,65 у мужчин до 40 лет > 42,626,76 у мужчин после 40 лет).

Таблица 2

Результаты статистической обработки данных измерений интегральных и временных показателей вариабельности сердечного ритма коренного населения ханты в возрасте до и после 40 лет (n = 84)

№ п/п	Показатель Группа	SIM	PAR	HR	SDNN	IBN
1	Мужчины ханты до 40 лет (группа 5)	2,860,77	14,332,30	79,334,39	54,488,65	40,4812,53
2	Мужчины ханты после 40 лет (группа 6)	6,433,26	10,902,13	76,435,76	42,626,76	86,7161,14
3	Женщины ханты до 40 лет (группа 7)	4,381,33	11,241,93	81,714,72	41,576,76	62,9020,93
4	Женщины ханты после 40 лет (группа 8)	6,192,36	9,672,09	77,485,04	40,195,37	67,2424,84

При этом женщины ханты дают сходную динамику с женщинами пришлого населения (не большое увеличение IBN и SIM на фоне снижения PAR. Расхождения между женщинами ханты и пришлого населения имеется по параметру SIM.

При сравнении показателей ВСР коренного и пришлого населения при помощи метода классической статистики достоверно значимых различий не выявлено (>0,05). Выраженными парасимпатотониками являются мужчины до 40 лет представители коренного населения, что закономерно отражается на большом разбросе кардиоинтервалов (SDNN). Данный факт свидетельствует о высокой адаптационной способности организма к экстремальным условиям и стабильном состоянии ССС.

В выполненной работе представлен биоинформационный анализ динамики поведения параметров вектора состояния организма коренного и некоренного населения Югры с учетом возраста и пола в 5-тимерном (m=5) фазовом пространстве состояний с помощью программы Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве. С помощью этой программы были получены показатели асимметрии (rX) и объемы квазиаттракторов (vX), ограничивающих движение вектора состояния организма. По параметрам вариабельности сердечного ритма коренного и некоренного населения Югры установлены в целом существенные различия.

В таблице 3 представлены значения показателей асимметрии (rX) и объемов (vX) многомерных квазиаттракторов параметров ВСР у представителей некоренного населения в возрасте до и после 40 лет.

Установлено, что наибольшее расстояние между геометрическими и статистическими центрами (rX) наблюдается в группе мужчин ЗСК после 40 лет (93,1 у.е.), а наименьший у женщин после 40 лет (24,8 у.е.). С увеличением расстояния между геометрическим и статистическим центром квазиаттрактора, увеличился и показатель объема параллелепипеда vX, внутри которого движется вектора состояния организма мужчин ЗСК после 40 лет (6,4108 у.е. против 2,2108 у.е.). Данный факт наглядно демонстрирует малую адаптационную возможность к экстремальным климатическим факторам у мужчин пришлого населения Югры и свидетельствует о повышении риска развития сердечно-сосудистой патологии у остальных обследуемых.

Таблица 3

Идентификация параметров квазиаттракторов показателей кардио-респираторной системы у представителей пришлого населения в возрасте до и после 40 лет (m =5)

Обследуемая группа	General asymmetry value rX (у.е.)	General V value vX (у.е.)
Мужчины ЗСК до 40 лет (группа 1)	50,0	2,2108
Мужчины ЗСК после 40 лет (группа 2)	93,1	6,4108
Женщины ЗСК до 40 лет (группа 3)	66,4	4,1108
Женщины ЗСК поле 40 лет (группа 4)	24,8	0,4108

Примечание: m - размерность ФПС, rX - показатель асимметрии, vX - объем 5-мерного квазиаттрактора.

Особое внимание следует обратить на изменения параметров вегетативной регуляции сердечной деятельности у сотрудников ЗСК в группах до и после 40 лет, о чем свидетельствуют ярко выраженные различия в объемах 5-мерного квазиаттрактора (vX). Установлено, что у мужчин, работающих на ЗСК, объем квазиаттрактора ВСО (vX) увеличивается в 3 раза (2,2108 у. е. у мужчин ЗСК до 40 лет < 6,5108 у. е. у мужчин ЗСК после 40 лет), противоположная ситуация наблюдается у женщин ЗСК, объемы квазиаттракторов ВСО (vX), которые с возрастом уменьшаются в 10 раз (4,1108 у. е. у женщин ЗСК до 40 лет > 0,4108 у. е. у женщин ЗСК после 40 лет). Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что состояние нейровегетативной системы женской группы ЗСК в отличие от мужской с возрастом стабилизируются. Однако, эта возрастная динамика существенно отличается от таковой для коренного населения.

В результате построения квазиаттракторов ВСО коренного населения в фазовом пространстве состояний (табл. 4) было установлено, что наибольшее расстояние между геометрическими и статистическими центрами (rX) наблюдается в группе 6 по отношению к группе 5 (265,1 усл. ед. против 24, 1 у.е.), в свою очередь объем квазиаттрактора составил 18,1108 у.е. против 0,4108 усл. ед. в младшей возрастной группе. Таким образом, если у женщин ханты объем VG увеличился только в 3 раза (как у пришлых мужчин по динамике, но меньше в абсолютном размере), то у мужчин ханты это увеличение значительно больше.

Таблица 4

Идентификация параметров квазиаттракторов показателей кардио-респираторной системы у представителей коренного населения в возрасте до и после 40 лет (m =5)

Обследуемая группа	General asymmetry value rX (у.е.)	General V value vX (у.е.)
Мужчины ханты до 40 лет (группа 5)	24,1	0,4108
Мужчины ханты после 40 лет (группа 6)	265,1	18,1108
Женщины ханты до 40 лет (группа 7)	49,2	0,9108
Женщины ханты после 40 лет (группа 8)	89,7	3,1108

Примечание: m - размерность ФПС, rX - показатель асимметрии, vX - объем 5-мерного квазиаттрактора.

При сравнении объемов квазиаттракторов представителей коренного населения ярко выраженные возрастные изменения в состоянии нейровегетативной системы наблюдаются именно у мужчин ханты. Так, объем квазиаттрактора ВСО (vX) в группе 5 (0,4108 у. е.) в 45 раз меньше, чем в группе 6 (18,1108 у. е.). Менее значительные возрастные изменения в состоянии нейровегетативной системы следует отметить у женщин ханты, но они противоположны динамике женщин из табл. 3. Группа женщин ханты до 40 лет имеет объем квазиаттрактора ВСО (vX) равный 0,9108 у. е., что в 3 раза меньше такового у группы женщин старше 40 лет равного 3,1108 у. е., но последние дают увеличения объема в сравнении с женщинами пришлого населения (у последних эти показатели улучшаются).

С помощью методов расчета параметров квазиаттракторов ВСО коренного и пришлого населения Югры можно реально оценить адаптивные возможности организма к экстремальным климатическим условиям. Установлено, что в мужской группе 5 и в группе 1 мужчин ЗСК, значения показателей vX почти в 6 раз отличаются, что демонстрирует общую негативную тенденцию ухудшения параметров КРС у мужчин как пришлого населения, так и коренного.

В качестве подтверждения выводов об особенностях возрастных изменений параметров вегетативной регуляции сердечной деятельности представителей коренного и пришлого населения Югры, с помощью специальной авторской компьютерной программы, были построены матрицы межаттракторных расстояний (табл. 5, 6).

Таблица 5

Матрица расстояний между хаотическими (геометрическими) центрами квазиаттракторов коренного и пришлого населения Югры (m=5)

	Мужчины ханты млад. (группа 5)	Мужчины ханты стар. (группа 6)	Женщины ханты млад. (группа 7)	Женщины ханты стар. (группа 8)
Мужчины ЗСК млад. (группа 1)	37,7	255,0	25,4	64,1
Мужчины ЗСК стар. (группа 2)	119,1	172,9	68,4	25,5
Женщины ЗСК млад. (группа 3)	70,4	222,4	22,7	30,5
Женщины ЗСК стар. (группа 4)	37,7	256,9	17,6	62,5
	264,9	907,2	134,1	182,6

Примечание: m - размерность ФПС, Цсуммарный показатель межаттракторных расстояний.

Таблица 5 показывает нарастание расстояний zij между центрами хаотических квазиаттракторов как в мужской (от 37,7 у.е. до 172,9 у.е.), так и в женской (22,7 до 62,5 у.е.). Однако, для мужской группы, эти различия более существенны (более в 4 раза, а у женщин - менее чем в 3 раза). При этом самые большие расстояния демонстрируют мужчины ханты (до 256,9 усл. ед.) старшей группы. Суммы расстояний для женщин ханты минимальны (134,1 у.е. и 182,6 у.е.) при 264,9 у.е. у мужчин младшей возрастной группы.

Таблица 6

Матрица расстояний между стохастическими (статистическими) центрами квазиаттракторов коренного и пришлого населения Югры (m=5)

	Мужчины ханты млад. (группа 5)	Мужчины ханты стар. (группа 6)	Женщины ханты млад. (группа 7)	Женщины ханты стар. (группа 8)
Мужчины ЗСК млад. (группа 1)	9,5	38,9	18,3	22,3
Мужчины ЗСК стар. (группа 2)	49,8	5,3	25,5	20,3
Женщины ЗСК млад. (группа 3)	25,6	24,8	7,4	11,3
Женщины ЗСК стар. (группа 4)	37,4	15,4	11,4	7,4
	122,3	84,4	62,6	61,3

Примечание: m - размерность ФПС, Цсуммарный показатель межаттракторных расстояний.

Матрицы стохастических параметров такую выраженную тенденцию не демонстрируют (см. табл. 6)

ВЫВОДЫ

Расчет в рамках традиционного стохастического подхода в гипотезе нормального распределения не выявил существенных статистических различий в параметрах кардио-респираторной системы коренного и пришлого населения Югры. Однако, параметры ССС у мужчин можно описывать как нарастающие в направлении приближения к началу патологии, которая чревата летальным исходом. Однако, выраженными парасимпатотониками являются мужчины до 40 лет представители коренного населения. Данный факт свидетельствует о большей адаптационной способности организма женщин к экстремальным условиям Югры. При этом женщины ханты дают сходную динамику с женщинами пришлого населения (небольшое увеличение IBN и SIM на фоне снижения PAR).
Биоинформационный анализ динамики поведения параметров вектора состояния организма некоренного населения Югры позволил установить существенные различия по возрасту и полу. При сравнении объемов квазиаттракторов представителей некоренного населения ярко выраженные возрастные изменения в состоянии нейровегетативной системы между мужчинами и женщинами. У мужчин почти в три раза увеличивается VG с возрастом, а у женщин почти в 10 раз этот объем уменьшается, что свидетельствует о совершенно разнонаправленной динамике поведения параметров ССС. Очевидно, что эти показатели могут объяснять феномен абсолютного пика смертности мужского населения до 50 лет.
Матрицы межаттракторных расстояний в динамике хаотического поведения ВСО коренного и пришлого населения Югры позволяют выявить существенные различия в динамике состояния организма младшей и старшей возрастной группы мужского населения (более чем четырехкратное увеличение межаттракторных расстояний для мужчин ханты) и почти трехкратное изменение расстояний Zij для женских групп. Более того, старшая возрастная группа ханты очень далеко отстоит от всех групп работников ЗСК ( zij по i для группы до и после 40 лет = 1172,1 у.е), в то время как для тех же групп эти суммы не превышают 500 у.е. Анализ параметров матрицы zij в рамках расчета хаотической динамики ВСОЧ демонстрирует более выраженные значения, чем аналогичная матрица в стохастике (Zijchaos > Zijstoch).

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Использованные алгоритмы идентификации объемов квазиаттракторов вектора состояния организма коренного и некоренного населения Югры разных возрастных групп необходимо применять в лечебно-профилактических учреждения Югры, в целях повышения информативности оценки и мониторинга общего функционального состояния организма и выраженности вегетативных расстройств при массовых обследованиях населения.

2. Метод расчета матриц межаттракторных расстояний целесообразно внедрять в работу научно-исследовательских медицинских учреждений и учреждений практического здравоохранения, т.к. данный метод показывает особенности протекания процессов адаптации и выявляют различия в интегральных параметрах коренного и пришлого населения Югры.

Статьи, опубликованные в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК при соискании ученой степени кандидата наук:

Нейросетевые методы диагностики хронобиологических эффектов у работающих в условиях севера РФ / Е.А.. Мишина, В.В. Полухин, А.А. Соколова и др. // Информатика и системы управления. № 4 (22). - 2009. - С. 157-159.
Синергетический анализ параметров функциональных систем организма студентов Сургута и Самары / О.А. Ведясова, В.Н.Голушков, А.А. Соколова // Информатика и системы управления. № 1 (24). - 2010. - С. 125-128.
Сравнительный анализ стохастических и хаотических матриц квазиаттракторов поведения вектора состояния организма коренного и пришлого населения Югры / В.М. Еськов, Г.В. Газя, А.А. Соколова и др. // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. Том 11, №3 Ц2012. - С. 586-591.
Анализ и синтез параметров вектора состояния вегетативной нервной системы работников нефтегазовой отрасли / В.М. Еськов, Г.В. Газя, А.А. Соколова и др. // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. Том 11, №4 Ц2012. - С. 570-575.
Сравнительный анализ стoхастических и хаотических матриц квазиаттракторов поведения вектора состояния организма работников нефтегазового комплекса, подверженных хроническому воздействию электромагнитных полей / В.М. Еськов, Г.В. Газя, А.А. Соколова и др. // Вестник новых медицинских технологий. Т. XIX, №3. - 2012. - с. 35-40.
Матрицы межаттракторных расстояний параметров физиологических функций организма взрослого населения ханты / Г.В. Газя, Ю.В. Добрынин, А.А. Соколова и др. // Современные наукоемкие технологии. №12. - 2012. - С.26-28.

Статьи, опубликованные в других журналах, научных сборниках:

Синергетические особенности регуляции сердечной деятельности организма у представителей коренного населения Югры/ А.Е. Баженова, Г.В. Газя, А.А. Соколова // Синергетика природных, технических и социально-экономических систем. - 2010. - С. 70-76.
Соотношение параметров физиологических функций детей коренной и некоренной национальности в Югре// Г.В. Газя, О.Л. Нифонтова, А.А.Соколова и др.// Наука и инновации 21 века. - 2012. - Т.3. С. 107-111.
Экологическая оценка состояния физиологических параметров сердечно - сосудистой системы у представителей народа ханты / Г.В. Газя, Е.А. Дроздович, А.А. Соколова и др. // Медицинская экология: сб. статей IX Международной научно - практической конференции. - 2010. - С. 74-77.
Системный анализ и синтез ряда физиологических параметров мужского и женского населения народа ханты / Г.В. Газя, О.Е. Филатова, А.А. Соколова и др. // Международная научно-практическая конференция УФизиологические механизмы адаптации человекаФ. - 2010. - С. 169-172.
Физиологические параметры сердечно-сосудистой системы взрослого населения народа ханты в рамках синергетической парадигмы / Г.В. Газя, А.А. Соколова, О.И. Химикова и др. // Экологический вестник Югории, 2010. - Т. VII, № 1. - С. 67-72.
Синергетические особенности регуляции сердечной деятельности организма у представителей коренного населения Югры / Г.В. Газя, А.Е. Баженова, А.А. Соколова и др. // Синергетика природных, технических и социально-экономических систем. - 2010. ЦС.70-76.
Системный анализ и синтез показателей биоэлектрической активности сердца у представителей коренного населения Югры / Г.В. Газя, Г.С. Козупица, А.А. Соколова // Современные проблемы биологических исследований в Западной Сибири и на сопредельных территориях: материалы Всероссийской научной конференции посвященные 15 летию биологического факультета СуГУ. - 2011. - С.142 - 145.
Особенности регуляции сердечной деятельности организма у представителей коренного населения Югры - ханты. / Г.В. Газя, Г.С. Козупица, А.А. Соколова // Вестник угроведения. №3 (6) - 2011. - С.147-151.
Соотношение параметров физиологических функций детей коренной и некоренной национальности в Югре / О.Л. Нифонтова, О.И. Химикова, А.А.Соколова и др.// Наука и инновации XXI века.- 2011. - С.107-111
Сравнительный анализ параметров сердечно-сосудистой системы коренного и пришлого населения Югры / Н.А. Дудин, В.В. Еськов, А. А. Соколова // Наука и инновации XXI века. - 2011. - С.115-119

Список сокращений

ВНС - вегетативная нервная система
ВСС - вектор состояния системы
ВСО - вектор состояния организма
ВСОЧ - вектор состояния организма человека
ВСР - вариабельность сердечного ритма
ИБС - ишемическая болезнь сердца
КИ - кардиоинтервал
КРС - кардио-респираторная система
ССС - сердечно-сосудистая система
ФПС - фазовое пространство состояний
ФСО - функциональное состояние организма
ХМАО - Ханты-Мансийский автономный округ

Формат 60×84/16. Объем 0,97 уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ № 219. Отпечатано на ризографе в полиграфическом отделе СурГУ, 628412, г.аСургут, ул.аЛермонтова,а5.

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по биологии

Blog