PREDICTION OF KHANTY PEOPLE LIFE EXPECTANCY ACCORDING TO CHAOTIC DYNAMICS OF THEIR CARDIOVASCULAR SYSTEM PARAMETERS

Full Text

Динамика численности народов ханты и манси в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре создает определенное социальное беспокойство на отдаленную перспективу. Особенно неблагоприятный прогноз идет по продолжительности жизни и кривой смертности мужского населения не только представителей коренных народов Югры, но даже пришлого мужского населения. Более того, бытует мнение, что цивилизация, сделав доступными негативные «блага» (курение, употребление алкоголя, изменение привычного рациона пищи и т. д.), резко усугубила эту негативную картину именно для коренного населения обского Севера России. Не менее важной проблемой старения коренного населения Югры является биологический потенциал долгожительства народов ханты и манси. Иными словами, не приводит ли длительная адаптация к особым северным условиям к изменению общей продолжительности жизни на Севере России? Эта проблема имеет общебиологическое и экологическое значение для жизни всех северных народов мира, а в аспекте возможностей глобального похолодания (как альтернативы глобальному потеплению) эта проблема приобретает и общемировое значение (она актуальна для всего населения Земли). Таким образом, проблема снижения качества жизни коренного населения Севера России за счет урбанизации и проблема возможных генетических изменений под действием особых условий Севера определяют важную общую биомедицинскую проблему долголетия жителей северных территорий России и многих других северных стран мира. В настоящем сообщении изучаются возрастные аспекты поведения сердечно-сосудистой системы (ССС) коренных народов Севера России с позиций теории хаоса - самоорганизации (ТХС). В частности, рассматриваются возможности использования параметров квазиаттракторов (КА) в поведении компонент вектора состояния ССС в фазовом пространстве состояний (ФПС) для оценки возрастных аспектов поведения ССС. Методы Методами электрокардиографии и вариационной пульсографии было обследовано 192 человека - представителей народа ханты трех возрастных групп: 1-я группа - 20-35 лет; 2-я группа - 35-55 лет; 3-я группа - 55-102 года. Использовались автоматизированные комплексы «Кадиовизор» и Элокс-01 М. Для обработки данных применялись традиционные статистические методы и методы ТХС, которые обеспечили расчет параметров КА поведения вектора состояния системы (ВСС) в ФПС. Для этих целей динамика кардиоинтервалов быстрым преобразованием Фурье представлялась в виде амплитудно-частотной развертки и строились фазовые плоскости, где в качестве функции Методами теории хаоса -самоорганизации и методами классической статистики изучалось поведение вектора состояния сердечно-сосудистой системы человека. Наблюдались коренные жители Севера Российской Федерации. Методами теории хаоса -самоорганизации показаны различия в параметрах квазиаттракторов для коренных жителей Севера РФ. Произведено сравнение с результатами классической статистики. Показано, что параметры квазиаттракторов сердечно-сосудистой системы человека имеют строгую тенденцию на уменьшение с возрастом, и эта тенденция позволяет выдавать индивидуальный прогноз на долгожительство. Резкие колебания экологических факторов среды вызывают расширение квазиаттракторов именно у индивидуумов с неблагоприятным геронтологическим прогнозом. Выраженная симпатотония с возрастом создает благоприятный прогноз на долгожительство. Ключевые слова: квазиаттрактор, вариабельность сердечного ритма, вектор состояния системы 3 Циркумполярная медицина Экология человека 2014.11 x, = x,(t) использовались сами кардиоинтервалы (как функции времени t), а вторая фазовая координата x2 = x2 (t) = dx, / dt являлась скоростью изменения X, (t) [4, 5]. Результаты Научная школа Сургутского государственного университета выделяет класс сложных биологических динамических систем (БДС), к которым относятся и все функциональные системы организма (ФСО) человека как системы третьего типа (СТТ) с особыми пятью свойствами и 13 отличиями от обычных систем, изучаемых в традиционном детерминистско-стохастическом подходе. В рамках разрабатываемой нами ТХС [7, 13, 17] такие СТТ имеют компартментно-кластерное строение и особое свойство - мерцание. Это последнее свойство удовлетворяет второму постулату ТХС: конкретное значение ВСС в ФПС не имеет информационного значения (точка в ФПС не дает информации о состояниях БДС). В этом случае необходимо наблюдать ВСС за некоторый период времени T и определять области в ФПС, в пределах которых ВСС движется в ФПС [14]. Эти области мы определяем как КА, а их параметры имеют информационное значение (их объем VG и координаты их центра, а также положение этих КА для группы обследуемых по отношению к другой группе обследуемых) [15, 16]. Таким образом, в ТХС мы можем определять параметры КА как для отдельных испытуемых, так и их групп и сравнивать их хаотическую динамику во времени или в ФПС. Поскольку в рамках ТХС система регуляции кардиоритма на любом отрезке времени T, не может повторять динамику кардиосокращений на любом другом отрезке T2 (T, = T2) (любой отрезок, состоящий из кардиоинтервалов невоспроизводим и неповторим в принципе), мы рассматривали кар диоритмы как особый хаотический процесс (однако к ним нельзя применять экспоненты Ляпунова и автокорреляционные функции) и для него строили фазовые плоскости с ВСС, которые описывали особенности регуляции кардиоинтервалов x = x (t) = (X,, x2)T, где x, = x, (t) параметры кардиоинтервалов как функции времени (получаются в результате анализа электрокардиограмм и пульсографии), а x2 = x2(t) = dx, / dt рассчитывает ЭВМ и строит фазовые плоскости с КА, которые имеют вид рис. 1В. В результате анализа КА различных возрастных групп были выявлены особенности хаотической динамики кардиоритма у возрастных групп: 20-35 лет; 35-55 лет; 55-102 года. 1. Особенности хаотической динамики кардиоритма у первой (20-35 лет) и второй (35-55 лет) возрастных группах Многолетние исследования коренного населения северных территорий РФ показали доминирование парасимпатического (ПАР) отдела вегетативной нервной системы над симпатическим (СИМ). На рис. 1 представлены результаты исследования ССС испытуемых из двух групп на основе данных, полученных методом пульсоинтервалографии. Из рис. 1A видно, что ССС испытуемых 1-й и 2-й групп демонстрирует довольно высокую вариабельность, что характерно практически для любого здорового (без явных патологий) человека. Подобная картина справедлива для большинства населения нашей планеты. Необходимо отметить что, у коренного населения ХМАО - Югры у подавляющего большинства (> 80 %) испытуемых 2-й группы на амплитудно-частотной характеристике видно, что амплитуды колебаний на низких частотах доминируют, а разброс частот сокращается. Это свидетельствует о снижении вариабельности сердечного ритма (ВСР) в среднем возрасте. Качественно хаотическую динамику работы ССС представителей «Amplitude 1000 • А) I I I I I I I I I Amplitude 1000 800 О ЗО 60 SO 120 150 100 210 240 270 300 ЗЭО 360 390 420 490 Coordinate Xi I_L I I I I 30 60 90 120 1 50 180 210 240 270 300 330 Coordinate Xi B) SOO sot 100 Xift)=dxi/dl > а ■10« 300 *00 е <Ш 1200 ij/t) -»а -эоо 300 x2(t)=dxi/dt 300 > 0 200 «g о» І^^^Шгхе їх» -100 XI (t) ■ЭЮ (I) (П) Рис. 1. Зависимость кардиоинтервалов x: = x: (t) по данным пульсоинтервалографии - А, фазовый портрет сигнала х: на плоскости с координатами xp ^ = dx: / dt - В (для испытуемых двух возрастных групп): (I) испытуемая R3, возраст на момент обследования 25 лет; (II) испытуемая E, возраст на момент обследования 48 лет 4 Экология человека 2014.11 Циркумполярная медицина Рис. 2. Распределение значений кардиоинтервалов при расчете энтропии Шеннона: (I) испытуемая R3, возраст на момент обследования 25 лет; (II) испытуемая E, возраст на момент обследования 48 лет 1-й и 2-й групп можно увидеть на фазовой плоскости (рис. 1B) в виде количественных характеристик КА VG (значения площадей КА) в табл. 2. Средние величины параметров всего ВСС (ФПС имеет размерность = 7), характеризующие состояние кардиореспираторной системы, получены для 1-й и 2-й групп испытуемых. Следует обратить внимание на значение индекса напряженности (ИБ) (по Р. М. Баевскому), характеризующего состояние адаптационной реакции организма в целом, для 1-й и 2-й групп испытуемых ИБ обычно не превышает 80 ед. Для статистической оценки параметров хаоса в регистрируемых сигналах в качестве сравнения с ТХС рассчитывалась энтропия Шеннона. На рис. 2 представлены гистограммы распределений значений кардиоинтервалов, сформированные при расчете значений энтропии (значения энтропии и площади КА см. табл. 2). Таблица 1 Значения энтропии Шеннона и площадей квазиаттракторов испытуемых из первой и второй возрастных групп Испытуемая R3 (25 лет) Испытуемая E (48 лет) Площадь КА VG (у- е.) 83 600 72 800 Энтропия Шеннона Ssh 3.4281 3.6892 Из данных табл. 1 видно, что оценки параметров хаоса (и как следствие, ВСР) по Шеннону и в рамках ТХС имеют разные величины. Большему значению площади КА VG соответствует меньшее значение энтропии Ssh. 2. Особенности хаотической динамики кардиоритма у третьей возрастной группы (55102 года) Наиболее интересные результаты были полу Рис. 3. Зависимость кардиоинтервалов x: = x: (t) б по данным пульсоинтервалографии - А, фазовый портрет сигнала на плоскости с координатами xp ^ = dx: / dt - В, для испытуемых 3-й возрастной группы: (I) испытуемая R1, возраст на момент обследования 102 года; (II) испытуемая R2, возраст на момент обследования 72 года 5 Циркумполярная медицина Экология человека 2014.11 Рис. 4. Распределение значений кардиоинтервалов при расчете энтропии Шеннона для испытуемых 3-й возрастной группы: (I) испытуемая R1, возраст на момент обследования 102 года.; (II) испытуемая R2, возраст на момент обследования 72 года чены при исследовании 3-й возрастной группы, и особенно представителей коренного населения северных территорий РФ в возрасте от 70 лет и старше. Бытует мнение, что коренное население северных регионов обладает крайне низкой продолжительностью жизни, но при проведении исследования была выявлена достаточно большая группа испытуемых в возрасте от 55 лет и старше, кроме того, обнаружены истинные долгожители > 100 лет [2]. Примеры обработки данных испытуемых из 3-й возрастной группы представлены на рис. 3 (I испытуемая - 102 года; II испытуемая - 72 года). На рис. 1 и 3 видно, что ритмограммы испытуемых 3-й возрастной группы существенно отличаются от ритмограмм испытуемых 1-й и 2-й групп. Но наиболее разительные отличия мы имеем для КА младшей и старшей возрастной групп. На рис. 3 видно, что ССС испытуемых 3-й группы обладает очень низкой ВСР, что является маркером долгожительства (и не только у народов ханты). Фактически ритмограммы (см. рис. 1А) выстраиваются в порядке убывания, поэтому можно говорить о том, что сердце работает в крайне упорядоченном режиме (временные интервалы между ударами сердца практически одинаковые). Амплитудно-частотные характеристики демонстрируют значения амплитуд сигнала (по сравнению с испытуемыми 1-й и 2-й групп) на всем частотном диапазоне. В некоторых случаях наблюдается проявление высокочастотных составляющих сигнала. Фазовый портрет испытуемых 3-й группы сжимается в точку, что в рамках ТХС свидетельствует о крайне низкой ВСР [3, 10, 11]. Средние величины параметров, характеризующих состояние кардиореспираторной системы в 3-й группе отличаются от таковых в 1-й и 2-й группах, у испытуемых 3-й группы доминирует СИМ, что свидетельствует о высокой напряженности состояния организма, в свою очередь, ИБ также имеет крайне высокое значение, превышающее показатели хорошо физически тренированных людей (80-240 ед.). Как и для первых двух групп испытуемых, для 3-й группы была рассчитана статистическая оценка - энтропия Шеннона. На рис. 4 представлены гистограммы распределений значений кардиоинтервалов, сформированные при расчете значений энтропии. При одинаковых параметрах расчета энтропии и построения гистограмм наблюдается существенная дискретность распределения кардиоинтервалов. Рассчитанные значения энтропии Шеннона представлены в табл. 1. Таблица 2 Значения энтропии Шеннона и плошадей квазиаттракторов испытуемых из третьей возрастной группы Испытуемая R1 (102 года) Испытуемая R2 (72 года) Площадь КА VG (у- е.) 5 400 8 100 Энтропия Шеннона Ssh 1.9589 2.0256 Из данных табл. 2 видно, что и статистическая оценка, и оценка в рамках ТХС находятся на очень низком уровне [8, 9]. Это согласуется в полной мере с общей динамикой хаоса (параметров КА) при изменении возрастных изменений состояния кардиоре-спираторной системы коренных жителей Севера РФ. Обсуждение результатов Исследования хаотической динамики параметров ССС коренного население северных территорий РФ позволяет выдать прогноз на долгожительство. Возникает возможность, во-первых, определить биологический потенциал долгожительства, во-вторых, выявить отличительные особенности параметров ССС коренных жителей и пришлого населения и, в-третьих, выявить механизмы регуляции ФСО человека в неблагоприятных климатических условиях, особенно в свете повышения уровня климатической нестабильности [1, 6, 12]. В результате проведенных исследований показано, что испытуемые в возрасте до 55 лет обладают до 6 Экология человека 2014.11 Циркумполярная медицина статочно высоким уровнем ВСР, который характерен для любого человека, находящегося в нормогенезе, и характеризуется большим объемом КА. У всех испытуемых до 55 лет выявлено доминирование ПАР. После 55 лет картина резко меняется, уровень вариабельности на основе оценки методами ТХС сокращается на порядок (в 10 раз и более). Кроме того, показано, что в старшей возрастной группе по параметрам ССС доминируют СИМ и высокие значения ИБ. Необходимо отметить, что дополнительные аппаратурные исследования испытуемых 3-й возрастной группы (при условии отсутствия выраженных патологий) демонстрировали показатели, соответствующие показателям здоровых молодых людей. Исследования параметров КА ССС характеризуют состояние здоровья испытуемых в 3-й возрастной группе и являются эффективными в прогнозе долгожительства. Если в молодые годы увеличенные значения объемов КА - норма, то в старшем - это весьма тревожный диагностический признак.

About the authors

V V Eskov

Surgut State University

O E Filatova

Surgut State University

T V Gavrilenko

Surgut State University

Email: taras.gavrilenko@gmail.com

O I Khimikova

Surgut State University

References

Supplementary files