PARAMETER EVALUATION OF CARDIOVASCULAR SYSTEM IN SCHOOLCHILDREN UNDER THE CONDITIONS OF LATITUDINAL DISPLACEMENT

Full Text

Экологическая физиология В связи с интенсивной миграцией населения Российской Федерации (РФ) в северные регионы и их последующей адаптацией в этих особых регионах активно изучается влияние смены климатогеографических и гелиофизических факторов окружающей среды на параметры сердечно-сосудистой системы (ССС) человека [1]. В частности, изучается влияние широтных перемещений на формирование заболеваемости жителей Севера России сердечно-сосудистыми заболеваниями и общее физиологическое состояние ССС человека на севере. Cмена экологической среды обитания (трансширотные перемещения) предъявляет к адаптационно-приспособительным возможностям организма человека достаточно высокие требования [3, 9]. Адаптация организма учащихся к действию различных климатоэкологических факторов является важной характеристикой параметров функционального состояния организма человека на севере [8]. Преимущественное внимание в исследовании адаптационных сдвигов уделяется ССС, обладающей высокой лабильностью к изменяющимся условиям внешней среды [2, 4, 7, 16-19]. Степень активности ССС может зависеть от пола и возраста человека, от функционирования организма в целом, его реакций на разного рода воздействия. Наиболее доступным для регистрации параметром, отражающим процессы регуляции ССС, является ритм сердечных сокращений, динамические характеристики которого позволяют оценить выраженность симпатических и парасимпатических сдвигов при изменении физиологического состояния. В рамках новой теории хаоса - самоорганизации (ТХС) [10, 11 - 15] было доказано, что традиционные стохастические подходы малоэффективны в оценке ССС организма человека, так как любая полученная выборка параметра х. не может быть произвольно повторена у одного испытуемого [6, 18-20]. Оказалось, что статистика не всегда может диагностировать различия в состоянии ССС человека [5, 6, 20, 21], и тогда возникает неопределенность 1-го типа, которая устраняется только в рамках ТХС [6, 14, 20, 21]. Целью настоящего исследования является изучение влияния широтных перемещений на процесс изменения динамики функциональных систем организма детей (у нас это состояние ССС). На примере ССС мы изучаем особенности динамики ее параметров у мальчиков и девочек с позиции ТХС и традиционной статистики. При этом особое внимание уделяется различиям в параметрах ССС для мальчиков и девочек Ханты-Мансийского автономного округа - Югры именно с позиции ТХС, так как статистика показывает низкую эффективность [5, 7, 10]. Методы Отметим, что проблема гендерных различий в экологии человека на Севере РФ обусловлена еще и существенными различиями в продолжительности (и качестве) жизни человека на севере. В ходе проведения настоящего исследования использованы результаты мониторингового обследования состояния ССС 55 школьников (25 мальчиков и 30 девочек) г. Сургута. Критерии включения: возраст учащихся 7-14 лет; отсутствие жалоб на состояние здоровья в период проведения обследований. Тестирование выполнялось в четырех разных временных промежутках: 1-й этап - до отъезда детей из Сургута в оздоровительный лагерь Юный нефтяник (ЮН, г. Туапсе); 2-й этап - по прибытии в ЮН; 3-й этап - в конце двухнедельного отдыха перед вылетом из ЮН; 4-й этап - непосредственно по прибытии в Сургут, то есть в исходную точку измерения. Информацию о состоянии параметров ССС учащихся получали методом пульсоинтервалографии на базе приборно-программного обеспечения пульсоксиметра «ЭЛОКС-01». Снятие показателей осуществляли 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 «Eg3-f. exe», которым снабжен прибор. Данный программный продукт в автоматическом режиме отображает изменения в виде ряда показателей в режиме реального времени с одновременным построением гистограмм распределения длительности КИ. Выбор метода был связан с тем, что ритм сердечных сокращений является наиболее доступным для регистрации физиологическим параметром состояния вегетативной нервной системы (ВНС). Всего регистрировалось 15 параметров xi, то есть размерность фазового пространства состояний (ФПС) m = 15. В нашем случае использовались параметры ССС обследуемых в шестимерном ФПС ограниченного вектора состояния ССС в виде х = х (t) = (х1, х2 ... х )T, где m = 6. Эти координаты х. состояли из: х1 - SIM - показатель активности симпатического отдела ВНС, у. е.; х2 - PAR - показатель активности парасимпатического отдела ВНС, у. е.; х3 - SSS - число ударов сердца в минуту; х4 - SDNN - стандарт отклонения измеряемых кардиоинтервалов, мс; х5 - INB - индекс напряжения (по Р М. Баевскому); х6 - SpO2 - уровень оксигенации крови (уровень оксигемоглобина). Эта группа параметров хі (m = 6) представляет группу интегральных параметров ВНС, так как имеется еще и 2-я группа (m = 7), где изучались спектральные характеристики кардиоритма [2, 6, 20]. Полученные результаты первоначально обрабатывались методами математической статистики с помощью программного продукта Statistica version 6.1. Статистическая обработка данных производилась до доверительного интервала с вероятностью ß = 0,95. На основе вычисления критерия Шапиро - Уилка оценивалось распределение признака на соответствие нормальному закону распределения (при критическом уровне значимости, принятым равным 31 Экологическая физиология Экология человека 2018.04 р < 0,05). Однако описываемые параметры на 98 % не подчиняются закону нормального распределения, поэтому дальнейшие исследования зависимостей производились методами непараметрической статистики и в рамках расчета параметров КА объемов VG = Ax1xAx2x^xAxm, где Ах - вариационные размахи по х.. Рассчитывались также координаты центров КА. При описании асимметричных 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 - Friedman Test). Критерий Фридмана имеет распределение типа хи-квадрат, поэтому он нами записывался следующим образом «Chi-square» хи-кв. (N = 30, сс = 23) = 556,3261 при p < 0,000. Применение критерия Фридмана показало наличие статистически значимых различий между четырьмя группами. Однако между какими группами существуют различия и по каким параметрам - на этот вопрос нам отвечает критерий Вилкоксона. Количество возможных попарных сравнений с помощью непараметрического критерия Вилкоксона было рассчитано по формуле: n = 0,5N (N - 1), где N - количество изучаемых групп. Всего мы исследовали n = 6 пар групп сравнения (по всем шести xi) для каждой из двух групп сравнения (мальчиков и девочек). Одновременно для учёта элементов хаоса, в динамике параметров ССС, нами использовались методы ТХС [7, 13-19], которые обеспечили расчёт параметров КА (объёмы V и параметр асимметрии - General asymmetry). Результаты статистической обработки данных показателей ССС школьников в условиях широтных перемещениях представлялись в виде таблиц и графиков. Результаты Анализ полученных данных показал, что значения параметра SIM до отъезда из Сургута у мальчиков колеблется в интервале от 1 до 8 у. е. (у девочек от 1 до 15 у. е.). При перемещении мальчиков с гевера на юг интервал составлял от 1 до 8 у. е. (Me = 2), у девочек от 0 до 14 у. е. (Me = 2). При перемещении с севера на юг размах интервала также больше у девочек от 1 до 11 у. е. (у мальчиков от 0 до 6 у. е.). Наибольшее значение медианы у мальчиков и девочек отмечено до отъезда из оздоровительного лагеря (Me = 3,0 у. е. и Me = 3,5 соответственно). Индекс активности парасимпатического отдела ВНС имеет среднюю активность и в выборке изменялся у девочек от 2 до 24 у. е. (у мальчиков от 6 до 22 у. е.). Наибольший показатель медианы у девочек регистрируется в первом состоянии (до отъезда детей в оздоровительный лагерь) Me = 16, наименьшее значение отмечается в третьем (отъезд из ЮН) в виде Me = 10 у. е. У мальчиков наибольшее значение медианы отмечено при возвращении в г. Сургут (4-я точка Me = 15 у. е.). Максимальное значение INB отмечается при нахождении детей на отдыхе (мальчики - 2-я и 3-я точки, девочки - 2-я точка, а при возвращении в г. Сургут этот показатель не превышает 83 у. е. (мальчики) и 191 у. е. (девочки), что говорит о некотором повышении SIM у школьников, причем у девочек это выражено сильнее. Последнее характерно для всех параметров ССС с позиций ТХС, и это доказывает более высокое качество жизни у девочек, отдых на юге у девочек дает более пролонгированный эффект и улучшение параметров ССС. Значение параметров SpO2 при широтных перемещениях практически не изменяются (Me = 98 у. е.). Это говорит о том, что дети находятся на максимуме возможностей организма, так как при любой физической нагрузке (и даже на отдыхе) у них нет резервов для компенсации недостатка оксигемоглобина (в средней полосе эта величина для групп детей колеблется в пределах 93-95 у. е.). Это выраженная декомпенсация по оксигемоглобину реально представляет синдром напряжения у жителей Югры, и она существенно влияет на продолжительность жизни как мужского, так и женского населения региона [2, 6, 19-21]. Выполненный анализ попарных сравнений интегрально-временных параметров xi ССС с использованием критерия Вилкоксона продемонстрировал (табл. 1), что статистически значимые различия в группе мальчиков 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 и ВНС после приезда на юг и двухнедельного отдыха по сравнению с 1-м состоянием (до отъезда) не наблюдается. Статистически значимые различия между 1-й и 3-й группами (девочки) выявлены по показателям PAR, SSS, SDNN (критерий Вилкоксона составляет p = 0,02, p = 0,01 и p = 0,03 соответственно). Анализ сравнения параметров в конце отдыха и непосредственно по возвращении в г. Сургут выявил только у отдельных пар группы мальчиков статистически значимые различия показателей PAR, SSS, SpO2. У девочек статистически редкие различия имеются у показателей параметров SIM, SSS при сравнении параметров в конце отдыха и непосредственно по возвращении в г. Сургут, что демонстрирует отсутствие резких изменений до и после широтных перемещений и отдыха в параметрах ССС и ВНС организма школьников. Отсутствуют статистически значимые различия при сравнении по всем парам параметра SIM при анализе группы мальчиков (во всех состояниях) и параметра SpO2 при сравнении девочек (во всех состояниях). В целом следует отметить низкую эффективность стохастики в оценке различия состояния параметров х.. Так, для 36 пар сравнения у мальчиков только 11 пар показывали различия, а у девочек из 36 только 6 пар статистически различаются. Это крайне низкий уровень различия. Формально можно говорить, что отдых на юге для 32 Экология человека 2018.04 Экологическая физиология ССС у обследованных почти ничего существенного не дал (особенно для девочек, где различия - 1/6 от всех пар сравнений). Таблица 1 Уровни значимости р для попарных сравнений интегрально-временных параметров xt сердечно-сосудистой системы мальчиков (n = 25) и девочек (n = 30) при широтных перемещениях в четырех связанных выборках Группа сравнения Уровни значимости р для признаков х Мальчики SIM PAR SSS SDNN INB SpO2 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 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 Примечание. р - достигнутый уровень значимости при попарном сравнении с помощью критерия Вилкоксона (статистически значимые различия указаны жирным шрифтом). Результаты расчета параметров КА x (t) в шестимерном (m1 = 6) ФПС показали более существенные различия, чем результаты статистической обработки первичных данных. В ТХС постулируется: чем больше объём, тем менее стабильна наша система. Значение показателя коэффициента асимметрии Rx и общего объёма многомерного параллелепипеда VG получены в результате обработки статистических данных в программе Identity 4. Программа по вариационным размахам Ах. определяет объем параллелепипеда V (General V value) и автоматически определяет его геометрический центр, так называемый хаотический центр [7, 16-20]. Координаты последнего (xc) по зволяют рассчитать межаттракторные расстояния. Согласно расчётам ( табл. 2), после приезда в оздоровительный лагерь (2-я точка) по сравнению с 1-й точкой (до приезда в ЮН) у мальчиков объем КА уменьшился в 4,8 раза до VG = 1,56 x108 у. е., а у девочек в 1,8 раза (VG = 1,47 x109 у. е.). После отдыха (3-я точка) объём КА у мальчиков и девочек продолжает снижаться и составляет 0,59 x108 у. е. и 1,18 x109 у. е. соответственно. После приезда в г. Сургут (4-я точка) объём КА у мальчиков составил VG = 3 x108 у. е., что 2,3 раза меньше наблюдаемого исходного объёма КА 1-й точки. У девочек объем КА по прибытии в г. Сургут (4-я точка) составил VG = 0,57 x109 у. е., что 4,7 раза меньше наблюдаемого объема КА в 1-й точке (чем меньше объем, тем более стабильна наша система). Таблица 2 Результаты расчета параметров квазиаттракторов интегрально-временных параметров сердечно-сосудистой системы (m = 6) школьников (n = 55) при широтных перемещениях (из Сургута на Юг РФ) Номер точки Мальчики (n = 25) Девочки (n = 30) исследования VG - объемы КА, у. е. VG - объемы КА, у. е. Первая 7,3 x 108 2,70 x 108 Вторая 1,56 x 108 1,47 x 108 Третья 08 X ОЭ ,5 0, 1,18 x 108 Четвертая 3,0 X 108 0,57 x 108 Уменьшение объёма КА показывает активизацию регуляторных механизмов параметров ССС, а также говорит о хорошем оздоравливающем эффекте двухнедельного отдыха по параметрам организма школьников, в частности, у девочек реакция более выраженная и стойкая, чем у мальчиков, которые показали в 4-й точке частичный возврат в исходное состояние (до отъезда). Однако объем КА после приезда домой у мальчиков в 2,3 раза, а у девочек в 4,7 раза меньше наблюдаемого объёма КА в 1-й точке исследования. Характерно, что девочки исходно имеют меньшее значение VG для КА (см. табл. 2), но они дают устойчивую картину снижения VG в ходе отдыха и по возвращении в Югру, у них наблюдается Динамика изменения объемов квазиаттракторов (у. е.) интегрально-временных параметров сердечно-сосудистой системы школьников (n = 55) в условиях широтных перемещений, А - мальчики, Б - девочки Примечание. 1-я точка исследования - до отъезда из Сургута; 2-я - прибытие в санаторий «Юный нефтяник»; 3-я - отъезд из санатория в Сургут; 4-я точка исследования - прибытие в Сургут. 33 Экологическая физиология Экология человека 2018.04 устойчивый оздоровительный эффект (на снижение VG), чего нельзя сказать про мальчиков (рисунок, А). Девочки в целом дают хороший эффект по параметрам ССС в аспекте оздоровления (рисунок, В). Обсуждение результатов Результат анализа параметров сердечно-сосудистой системы при широтных перемещениях школьников, находящихся в условиях санаторного лечения, с позиции стохастики показал, что поведение кардиоинтервалов носит всё-таки хаотический характер. Отсюда следствие - традиционная стохастика в описании кардиоинтервалов имеет низкую эффективность в сравнение с методами ТХС в виде расчёта параметров квазиаттракторов. Используя метод расчёта параметров квазиаттракторов (VG), мы показали, что кратковременный отдых на Юге РФ уменьшает размеры квазиаттрактора ограниченного вектора состояния ССС и частично нормализует показатели кардиореспираторной системы детей. Однако у девочек реакция более выраженная и стойкая, чем у мальчиков, которые показали в 4-й точке (возвращение в г. Сургут) частичный возврат в исходное состояние (до отъезда). Использование запатентованных методик показало, что мы можем определять параметры квазиаттракторов для групп испытуемых и сравнивать их хаотическую динамику во времени в фазовом пространстве состояний. Расчёт параметров квазиаттракторов ССС показывает существенное различие по всем диагностическим параметрам, что позволяет объективно оценивать динамику резервных возможностей организма и их прогностическую значимость.

About the authors

D Yu Filatova

Surgut State University

Department of Biophysics and Neurocybernetics, Institute of Natural and Technical Sciences Surgut, Russia

Yu V Bashkatova

Surgut State University

Email: yuliya-bashkatova@yandex.ru
Department of Biophysics and Neurocybernetics, Institute of Natural and Technical Sciences Surgut, Russia

M A Filatov

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Industrial University of Tyumen», Surgut Branc

Surgut, Russia

L K Ilyashenko

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Industrial University of Tyumen», Surgut Branc

Surgut, Russia

References

Supplementary files