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

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

Supplementary files