INTEGRALLY-TEMPORAL AND SPECTRAL PARAMETERS OF CARDIOVASCULAR SYSTEM OF PRE-ADOLESCENT POPULATION OF KHANTY-MANSI AUTONOMOUS OKRUG - UGRA UNDER THE CONDITIONS OF LATITUDINAL DISPLACEMENTS



Cite item

Abstract

The aim of the study is to establish statistical and chaotic regularities in the parameters behavior of the cardiovascular system in schoolchildren of the Khanty-Mansi Autonomous Okrug - Ugra at latitudinal displacements (from the North to the South of the Russian Federation and vice versa) and the effects of various climatic and geographic factors. Methods. Using pulse-intervalography method on the basis of the pulseoxymetry device "EL0KS-01" (instrumental software) information on the state of the cardiovascular system of the children and youth population was received. Results. After a two-week rest, the volume of the students' quasiatractor decreased, which indicated the activation of the regulatory mechanisms of the cardiovascular system and the healthful effect after a two-week stay in the South of Russia. Upon arrival in Surgut, the volume of the quasiatractor in girls decreased, and in boys increased sharply by 6 times. Thus, in girls, the response of the cardiovascular system was more pronounced and persistent than in boys, which showed a partial return to the initial state i.e. an insufficient formation of adaptive mechanisms. Serious gender differences were revealed which derated the cardiovascular system for boys. Conclusions. Within the framework of the new approach from the perspective of the chaos-self-organization theory, the features of the cardiovascular system's parameters of preadolescent population under the influence of various climatic and geographical factors were studied. Be means of new methods gender peculiarities of vegetative regulation of the organism of schoolchildren before and after the recreation activity in the South of Russia were analyzed.

Full Text

Проживание в северных регионах Российской Федерации (РФ) накладывает определенный отпечаток на работу различных функциональных систем организма (ФСО) человека [1, 3, 16]. Состояние здоровья детского населения Ханты-Мансийского автономного округа - Югры (ХМАО - Югры) находится под постоянным воздействием различных факторов риска, что может способствовать в будущем срыву адаптации и формированию специфической северной патологии. Важную роль в исследовании реакций стресс-лимитирующих систем детского организма на воздействие экстремальных факторов Севера РФ играют показатели активности вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы (ССС) [8, 16]. Особый интерес представляют вопросы идентификации перехода от нормы к нозологическим состояниям организма детского населения округа [15, 23]. В настоящее время эффективность оздоровительных мероприятий в медицине оценивают путём статистического сравнения отдельных диагностических признаков. Традиционные стохастические методы при этом обладают рядом недостатков и могут ошибочно показать отсутствие реальных изменений. Низкая эффективность стохастических методов в медицине доказывается наличием неопределенности 1-го типа [2, 4-6, 9, 10, 17-22]. С помощью новых подходов и программных продуктов в рамках теории хаоса и самоорганизации [10-14] можно идентифицировать параметры квазиаттракторов (КА), которые существенно отличаются у школьников при широтных перемещениях. Использование данных методов в настоящем исследовании позволило объективно оценить адаптационные и функциональные резервы детского организма до и после отдыха на Юге РФ, обозначить динамику изменения параметров кардиореспираторной системы организма школьников при широтных перемещениях как некоторый хаотический процесс, но не в рамках динамического хаоса Лоренца [9, 12-18]. Целью настоящего исследования является установление статистических и хаотических закономерностей поведения параметров ССС школьников ХМАО -Югры при широтных перемещениях (с Севера на Юг РФ и обратно) и действии различных климатогеографических факторов. Методы В ходе проведения настоящего исследования использовались результаты мониторингового обследования состояния CCC 55 учащихся (25 мальчиков и 30 девочек) г. Сургута. Предметом анализа явились изменения параметров ССС обследованных до и после широтных перемещений с Севера на Юг РФ - Туапсе и обратно в условиях проведения оздоровительных мероприятий на Юге. Исследования проводились в марте, температура воздуха составляла в Сургуте -8... -16 °С, в Туапсе +8...+21 °С. Критерии включения в исследование: возраст 7-11 лет; отсутствие жалоб на состояние здоровья в период проведения обследований. Критерии исключения: болезнь в период обследования. Школьники были разбиты на группы по половому признаку (девочки и мальчики). В каждой группе тестирование выполнялось в четырех временных промежутках: до отъезда детей в оздоровительный лагерь «Юный нефтяник»; по прилету на Юг; в конце отдыха перед вылетом домой; непосредственно по прилету в г. Сургут. Информацию о состоянии параметров ССС учащихся получали методом пульсоинтервалографии на базе приборно-программного обеспечения пульсокси-метра «ЭЛОКС-01». Снимали показатели с помощью пульсоксиметрического датчика, который надевался в виде прищепки на указательный палец. В период регистрации показателей школьники находились в сидячем положении. Рука испытуемого в момент обследования находилась на столе, на уровне сердца. Полученные выборки кардиоинтервалов (КИ) были обработаны с помощью программного продукта «ELOGRAPH», которым снабжен прибор. Этот программный продукт в автоматическом режиме отображает изменение в виде ряда показателей в режиме реального времени с одновременным построением гистограмм распределения длительности КИ. Полученные данные были исследованы, артефакты исключены из расчетов (особенно первые 20-30 точек измерений КИ) [6, 15, 16, 23]. Выбор метода был связан с тем, что ритм сердечных сокращений является наиболее доступным для регистрации физиологических параметров состояний вегетативной нервной системы (ВНС) [2, 4-6, 9-11]. Регистрация параметров ССС обследуемых производилась в общем тринадцатимерном фазовом пространстве состояний (ФПС) общего вектора состояния ССС в виде x = x(t) = (x1, x2...xm)T, где m = 13. Эти координаты х. состояли из: x1 - SIM (показатель активности симпатического отдела ВНС, у. е.); x2 - PAR (показатель активности парасимпатического отдела ВНС, у. е.); x3 - SSS (число ударов сердца в минуту); x4 - SDNN (стандартное отклонение измеряемых КИ, мс); x5 - INB (индекс напряжения (по Р М. Баевскому); x6 - SPO2 - уровень оксигенации крови; x7 - VLF (спектральная мощность очень низких частот, мс2); x8 - LF (спектральная мощность низких частот, мс2); x9 - HF (спектральная мощность высоких частот, мс2); x10 - Total (общая спектральная мощность, мс2); x11 - LF (p) (низкочастотный компонент спектра в нормализованных единицах); x12 - HF (p) (высокочастотный компонент спектра в нормализованных единицах); x13 - LF/HF (отношение низкочастотной составляющей к высокочастотной) [15, 16, 23]. Исследование производилось в рамках традиционной математической статистики при помощи программных пакетов Excel MS Office-2003 и Statistica 6.1. На основе вычисления критерия Шапиро - Уилка оценивалось распределение признака на соответствие нормальному закону распределения (при критическом уровне значимости, принятым равным р > 0,05). Не все описываемые параметры подчиняются закону нормального распределения, поэтому дальнейшие исследования зависимостей производились методами непараметрической статистики. При описании асим 33 Экологическая физиология Экология человека 2018.11 метричных распределений использовалась медиана, в качестве мер рассеяния - процентили (5-й и 95-й). Для сравнения трёх и более связанных выборок, данные в которых не подчиняются закону нормального распределения, применяется критерий Фридмана (Ранговый ДА (Фридмана) - FriedmanTest). Применение критерия Фридмана показало наличие статистически значимых различий между четырьмя группами. Однако между какими группами существуют различия, мы определили с помощью критерия Вил-коксона. Количество возможных попарных сравнений с помощью непараметрического критерия Вилкоксона было рассчитано по формуле: n = 0,5N(N-1), где N - количество изучаемых групп. Одновременно для учёта элементов хаоса в динамике параметров ССС нами использовались новые методы в рамках теории хаоса - самоорганизации, которые обеспечили расчёт параметров КА (объём (VG) и параметр асимметрии (RX)). Обработка параметров КА производилась с помощью авторских программных продуктов «Программы идентификации параметров квазиаттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве» (Еськов В. М., Брагинский М. Я., Русак С. Н., Устименко А. А., Добрынин Ю. В. Свидетельство № 2006613212 от 13.09.2006 г.). Результаты Результаты обработки данных показателей ССС школьников в условиях широтных перемещений (с Севера на Юг РФ и обратно) показали существенные проблемы именно с позиций стохастики. Выполненный анализ попарных сравнений интегрально-временных параметров х. ССС с использованием критерия Вилкоксона продемонстрировал (табл. 1), что статистически значимые различия между 1-й и 2-й, 1-й и 3-й группами выявлено только по показателю SpO2 (критерий Вилкоксона составляет p = 0,01 и p = 0,00 соответственно). Это значит, что резких изменений по остальным показателям ССС, в частности по показателям ВНС после приезда на Юг и двухнедельного отдыха, по сравнению с состоянием до отъезда не наблюдается. Статистически значимые различия при сравнении 1-й и 3-й групп девочек выявлены только в некоторых случаях по показателям PAR, SSS, SDNN (p = 0,02, p = 0,01 и p = 0,03 соответственно). Анализ сравнения параметров в конце отдыха и непосредственно по возвращении в Сургут выявил у группы мальчиков статистически значимые различия для некоторых пар сравнения показателей PAR, SSS, SpO2. У девочек статистические различия показали параметры SIM, SSS при сравнении их в конце отдыха и непосредственно по возвращении в Сургут, что демонстрирует отсутствие резких изменений до и после широтных перемещений и отдыха в параметрах ССС организма школьников. Отсутствуют статистически значимые различия при сравнении параметра SIM при анализе группы мальчиков (во всех состояниях) и параметра INB при сравнении девочек ( во всех состояниях). Уровни значимости р для попарных сравнений интегрально-временных параметров сердечно-сосудистой системы школьников при широтных перемещениях в четырех связан ных выборках с помощью критерия Вилкоксона (p<0,05) Группы сравнения Уровни значимости р для признаков х. SIM PAR SSS SDNN INB SpO2 Мальчики (n=25) 1 и 2 0,50 0,37 0,19 0,09 0,07 0,00 1 и 3 0,40 0,97 0,85 0,68 0,92 0,00 1 и 4 0,08 0,01 0,00 0,01 0,04 0,66 2 и 3 1,00 0,79 0,79 0,77 0,65 0,57 2 и 4 0,16 0,06 0,02 0,15 0,04 0,07 3 и 4 0,24 0,03 0,04 0,14 0,13 0,03 Девочки (n=30) 1 и 2 0,47 0,24 0,28 0,07 0,16 0,84 1 и 3 0,10 0,02 0,01 0,03 0,06 0,47 1 и 4 0,87 0,13 0,36 0,29 0,63 0,66 2 и 3 0,26 0,11 0,09 0,20 0,19 0,03 2 и 4 0,85 0,79 0,46 0,65 0,69 0,68 3 и 4 0,02 0,12 0,02 0,11 0,27 0,78 Анализ попарных сравнений спектральных параметров х. ССС с использованием критерия Вилкоксона продемонстрировал отсутствие статистически значимых различий при сравнении параметров LF, LF , Hf и LF/HF при анализе группы мальчиков norm’ J norm /г r-v и VLF, LF, Total группы девочек (во всех состояниях) (p > 0,05). Это также говорит об отсутствии резких изменений до и после широтных перемещений в спектральных параметрах ССС школьников. Отсутствие существенных статистически значимых различий при сравнении большинства параметров ССС подчеркивает низкую эффективность использования детерминистско-стохастического подхода. В рамках стохастического подхода широтные перемещения, смена климатической зоны и двухнедельный отдых несущественно влияют на параметры ССС. Данные не показывают существенных изменений функциональной деятельности в механизмах адаптации [6, 15, 16, 23]. Следующий этап исследования посвящен расчету параметров КА в шестимерном фазовом пространстве интегрально-временных показателей и в семимерном фазовом пространстве спектральных показателей ССС школьников в 4 точках исследования. На рис. 1 представлена динамика изменения объемов КА интегрально-временных параметров школьников в четырех состояниях. После приезда в оздоровительный лагерь (2-я точка) объем КА у мальчиков уменьшился в 4,8 раза, а у девочек в 1,8 по сравнению с 1-й точкой (до отъезда). После двухнедельного отдыха объём КА школьников продолжает снижаться, что свидетельствует об активизации регуляторных механизмов ССС и хорошем оздоравливающем эффекте пребывания детей на Юге страны. По прилёту в Сургут (4-я точка) объём 34 Экология человека 2018.11 Экологическая физиология КА у девочек продолжает снижаться, а у мальчиков резко возрастает в 6 раз. Таким образом, у девочек реакция ССС более выраженная и стойкая, чем у мальчиков, которые показали в 4-й точке частичный возврат в исходное состояние, то есть недостаточную сформированности адаптационных механизмов. Характерно, что девочки уже исходно имеют низкие значения VG для КА (у мальчиков в 1-й точке объем КА более чем в 2 раза выше, чем у девочек), но они дают устойчивую картину снижения VG в ходе отдыха и по возвращении в Югру, что характеризует эффект выздоровления на Юге как устойчивый (чего нет у мальчиков). 8 7 6 5 4 3 2 1 О 1 точка 2 точка 3 точка 4 точка Рис. 1. Динамика изменения объемов квазиаттракторов (у. е.) интегрально-временных параметров сердечно-сосудистой системы школьников при широтных перемещениях Примечание для рис. 1 и 2. 1 точка исследования - до отъезда из Сургута; 2 точка - приезд в оздоровительный лагерь; 3 точка - отъезд из лагеря в Сургут; 4 точка - приезд в Сургут. Одновременно параметры КА спектральных характеристик дают обратную реакцию в семимерном ФПС. Как видно из рис. 2, объем КА в группе мальчиков после приезда в оздоровительный лагерь увеличился в 2,6 раза, однако после двухнедельного отдыха (по сравнению с девочками) он снижается и снова немного повышается в 4-й точке. После возращения в Сургут (4-я точка) объем КА составил VG = 3,1 х108 у. е., что 1,5 раза больше наблюдаемого исходного объема КА в 1-й точки. Увеличение объема КА показывает недостаточную сформированность адаптационных механизмов по регуляции спектральных плотностей сигнала, а также степень рассогласования параметров ФСО мальчиков. Объем КА в группе девочек после отдыха (3-я точка) резко увеличился в 6 раз, что, возможно, демонстрирует повышенную двигательную активность и недостаточную сформированность адаптационных механизмов. Однако после приезда домой объем КА резко снижается и становится в 0,7 раза меньше наблюдаемого в 1-й точке. Это говорит о стабилизирующем влиянии и хорошем оздоравливающем эффекте пребывания на Юге РФ по параметрам ССС (спектральных характеристик) организма девочек. В целом реакция всех параметров (и интегративных ВНС, и спектральных плотностей сигнала) существенно различна для групп мальчиков и девочек. Девочки демонстрируют устойчивую картину на снижение объема КА в шестимерном ФПС (для интегративных параметров), а мальчики дают эффект возврата (па ю о - 1 точка 2 точка 3 точка 4 точка Рис. 2. Динамика изменения объемов квазиаттракторов (у. е.) спектральных параметров сердечно-сосудистой системы мальчиков (n = 25) и девочек (n = 30) в 1-4 точках исследования раболическая зависимость с минимумом в 3-й точке, перед отъездом из оздоровительного лагеря). Обсуждение результатов Известно, что мужское население в РФ показывает худшие по сравнению с женщинами параметры по продолжительности жизни и качеству жизни в период старости. Однако у жителей Севера страны эти отклонения еще более выражены и трагичны (многие мужчины не доживают до 60 лет). В этой связи медицинская наука и экология человека должны искать ответы на вопросы о возможных механизмах такого «неравенства» между женщинами и мужчинами [1, 7]. Настоящее исследование открывает один из таких механизмов: возникают различия в параметрах ССС (в ответ на оздоровительные мероприятия) уже в детском возрасте. Девочки более адекватно (и устойчиво), чем мальчики, реагируют на широтные перемещения и оздоровительные мероприятия. Они демонстрируют более устойчивый (положительный) эффект по уменьшению объемов КА в результате проведения оздоровительных мероприятий. Мальчики, наоборот, не дают устойчивого эффекта по параметрам КИ и быстро возвращаются (после приезда в Сургут) в исходное состояние. Последнее характеризуется кратным увеличениям объемов КА при проживании в Сургуте (см. рис. 1). Выявленные различия в динамике КА в детстве с возрастом будут только усугубляться, порождая в старости существенное различие как по продолжительности жизни (у мужчин), так и в ее качестве. Это демонстрируют наши исследования по параметрам ССС в возрастном аспекте [4, 15, 16, 23]. Таким образом, в данной работе в рамках нового подхода с позиций теории хаоса - самоорганизации изучены особенности параметров сердечно-сосудистой системы детско-юношеского населения при действии различных климатогеографических факторов. Девочки более адекватно (и устойчиво), чем мальчики, реагируют на широтные перемещения и оздоровительные мероприятия. Увеличение объема квазиаттракторов параметров функциональной системы организма мальчиков после возвращения с Юга показывает недостаточную сформированность адаптационных механизмов по регуляции спектральных плотностей сигнала, а также степень рассогласования.
×

About the authors

L S Shakirova

Surgut State University

D Yu Filatova

Surgut State University

L K Ilyashenko

Surgut State University

Yu V Bashkatova

Surgut State University

Email: yuliya-bashkatova@yandex.ru

References

  1. Агаджанян Н. А., Ермакова Н. В. Экологический портрет человека на Севере. М.: КРУК, 1997. 208 с
  2. Галкин В. А., Попов Ю. М., Берестин Д. К., Монастырецкая О. А. Статика и кинематика гомеостатических систем - complexity // Сложность. Разум. Постнеклассика. 2017. № 2. С. 63-69
  3. Гудков А. Б., Попова О. Н., Никанов А. Н. Адаптивные реакции внешнего дыхания у работающих в условиях Европейского Севера // Медицина труда и промышленная экология. 2010. № 4. С. 24-27
  4. Еськов В. В. Хаос нейросетей гомеостатичного мозга // Вестник новых медицинских технологий. 2017. Т. 24, № 4. С. 18-24
  5. Еськов В. М., Зинченко Ю. П., Филатов М. А., Иляшенко Л. К. Теорема Гленсдорфа - Пригожина в описании хаотической динамики тремора при холодовом стрессе // Экология человека. 2017. № 5. С. 27-32
  6. Еськов В. М., Вохмина Ю. В., Горбунов С. В., Шейдер А. Д. Кинематика гомеостатических систем // Вестник кибернетики. 2017. № 2. С. 87-93
  7. Мироновская А. В., Бузинов Р. В., Гудков А. Б. Прогнозная оценка неотложной сердечно-сосудистой патологии у населения северной урбанизированной территории // Здравоохранение Российской Федерации. 2011. № 5. С. 66-67
  8. Нифонтова О. Л., Литовченко О. Л., Гудков А. Б. Показатели центральной и периферической гемодинамики детей коренной народности Севера // Экология человека. 2010. № 1. С. 28-32
  9. Betelin V. B., Eskov V. M., Galkin V. A. and Gavrilenko T. V. Stochastic Volatility in the Dynamics of Complex Homeostatic Systems. Doklady Mathematics. 2017, 95 (1), pp. 92-94.
  10. Eskov V. M., Eskov V. V., Braginskii M. Ya., Pashnin A. S. Determination of the degree of synergism of the human cardiorespiratory system under conditions of physical effort. Measurement Techniques. 201 1, 54 (7), pp. 832-837.
  11. Eskov V. M., Gavrilenko T. V., Vokhmina Y. V., Zimin M. I., Filatov M. A. Measurement of Chaotic Dynamics for Two Types of Tapping as Voluntary Movements. Measurement Techniques. 2014, 57 (6), pp. 720-724.
  12. Eskov V. M., Eskov V. V., Gavrilenko T. V., Zimin M. I. Uncertainty in the quantum mechanics and biophysics of complex systems. Moscow University Physics Bulletin. 2014, 69(5), pp. 406-41 1.
  13. Eskov V. M., Eskov V. V, Gavrilenko T. V, Vochmina J. V. Biosystem kinematics as evolution: Stationary modes and movement speed of complex systems: Complexity. Moscow University Physics Bulletin. 2015, 70 (2), pp. 140-152.
  14. Eskov V. M., Eskov V. V., Vochmina J. V., Gavrilenko T. V. The evolution of the chaotic dynamics of collective modes as a method for the behavioral description of living systems. Moscow University Physics Bulletin. 2016, 71 (2), pp. 143-154.
  15. Eskov V. M., Eskov V. V., Filatova O. E., Khadartsev A. A., Sinenko D. V. Neurocomputational identification of order parameters in gerontology. Advances in Gerontology. 2016, 6 (1), pp. 24-28.
  16. Eskov V. M., Khadartsev A. A., Eskov V. V., Vokhmina J. V. Chaotic dynamics of cardio intervals in three age groups of indigenous and nonindigenous populations of Ugra. Advances in Gerontology. 2016, 6 (3), pp. 191-197.
  17. Eskov V. M., Eskov V. V, Vochmina Y. V, Gorbunov D. V, Ilyashenko L. K. Shannon entropy in the research on stationary regimes and the evolution of complexity. Moscow University Physics Bulletin. 2017, 72 (3), pp. 309-317.
  18. Eskov V. V., Gavrilenko T. V., Eskov V. M., Vochmina Yu. V. Phenomenon of statistical instability of the third type systems - complexity. Technical Physics. 2017, 62 (11), pp. 1611-1616.
  19. Eskov V. M., Eskov V. V., Gavrilenko T. V. and Vochmina Yu. V. Formalization of the Effect of “Repetition without Repetition” discovered by N.A. Bernshtein. Biophysics. 2017, 62 (1), pp. 143-150.
  20. Eskov V. M., Filatova O. E., Eskov V. V., and Gavrilenko T. V. The Evolution of the Idea of Homeostasis: Determinism, Stochastics, and Chaos-Self-Organization. Biophysics. 2017, 62 (5), pp. 809-820.
  21. Filatova O. F., Eskov V. M., Popov Y. M. Computer identification of the optimum stimulus parameters in neurophysiology. International RNNS/IEEE Symposium on Neuroinformatics and Neurocomputers. 1995, pp. 166-172.
  22. Vokhmina Y. V., Eskov V. M., Gavrilenko T. V., Filatova O. E. Measuring Order Parameters Based on Neural Network Technologies. Measurement Techniques. 2015, 58 (4), pp. 462-466.
  23. Zilov V. G., Eskov V. M., Khadartsev A. A., Eskov V. V. Experimental Verification of the Bernstein Effect “Repetition without Repetition”. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2017, 163 (1), pp. 1-5.

Copyright (c) 2018 Human Ecology



This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies