COMPARATIVE ANALYSIS AND SYNTHESIS OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM INDICATORS OF REPRESENTATIVES OF ARCTIC AND ALPINE ADAPTIVE TYPES

Full Text

Социально-экономические преобразования, охватившие районы Тюменского Севера, сопровождаются интенсивными миграционными потоками населения. Вновь складывающиеся сообщества людей в необычных для них условиях окружающей среды зачастую подвергаются влиянию чрезвычайно неблагоприятных природно-климатических факторов. В этой связи возникает острая насущная необходимость в разработке медико-биологических программ жизнеобеспечения населения в новых условиях существования [8]. Как следствие, появляется особый интерес к коренному населению данного экологического района, которое может служить «модельной» популяцией для исследования механизмов взаимодействия человека с экстремальной средой обитания [1, 11, 12]. Специфика приспособления коренного населения формировалась в течение многих поколений и представляет собой адаптивный оптимум, который является адекватным для данной среды обитания [10]. По сходству морфофункциональных характеристик Т. И. Алексеева [3] выделяла регионы-аналоги, которые демонстрируют в адаптивном комплексе арктических аборигенов определенные черты приспособления к гипоксии и низким температурам, подобным высокогорью. Изучение закономерностей и физиологических механизмов адаптации аборигенов имеет большое значение для сохранения и развития здоровья не только малочисленных народностей, но и переселенцев, так как коренное население представляет собой тот адаптивный эталон, который наиболее адекватен среде его обитания [2, 3]. В этой связи особый интерес представляет сравнение параметров функций организма пришлого населения, прибывшего из высокогорных районов Кавказа, и коренного населения как некоторого эталона организма человека, адаптированного к экологическим условиям Севера Российской Федерации. Более эффективно данная проблема может быть рассмотрена в аспекте теории хаоса и самоорганизации [4—7]. Целью настоящей работы явилось изучение и сравнительная оценка показателей сердечно-сосудистой системы у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов с позиции новой теории хаоса и самоорганизации. Методы В ходе исследования изучены параметры показателей функциональных систем организма (ФСО) представителей арктического и высокогорного адаптивных типов с использованием авторских программ, представляющих методы идентификации объемов квазиаттракторов движения вектора состояния организма человека (ВСОЧ) в фазовом пространстве состояний (ФПС) для разных кластеров [ 13—15]. В ис- следовании приняли участие 84 юношей и девушек (18 — 21 года). Представители арктического адаптивного типа составили 28 человек, относящихся к коренному населению Ханты-Мансийского автономного округа — Югры (ХМАО — Югра) — народности ханты. Группу представителей высокогорного типа составили 56 человек, из числа которых 28 человек — пришлое население из районов высокогорья Кавказа, проживающих в ХМАО — Югре не более 3 месяцев, и 28 человек — представители Кавказа, розданные в ХМАО — Югре. Все испытуемые на момент обследования были относительно здоровы и находились в хорошей физической форме. В исследовании применялась неинвазивная методика, реализуемая с помощью прибора пульсокси-метр «ЭЛОКС-01С2» [9]. В устройстве применялся оптический пальцевой датчик (в виде прищепки), с помощью которого происходила регистрация пульсовой волны с одного из пальцев кисти, которая дает возможность непрерывно регистрировать индикацию значения степени насыщения гемоглобина крови кислородом (Sp02) в %, а также частоту сердечных сокращений (ЧСС) и кардиоинтервалы. По анализу последних определялись интегративные показатели состояния симпатической (СИМ) и парасимпатической (ПАР) вегетативной нервной системы (ВНС), анализировался частотный спектр кардиоинтервалов путем расчета стандартных значений кардиоинтервалов (т. e. VLF me2, LF тс2, HF тс2, Total тс2, LF norm %, HF norm %, соотношение LF/HF). Определялся также уровень оксигемоглобина в крови — Sp02. По полученным данным был выполнен анализ динамики ВСОЧ для двух этнических групп в m-мерном ФПС. Всего использовали 12 диагностических признаков, то есть размерность фазового пространства была равна m = 12. В результате использования программ строилась матрица межкластерных расстояний в ФПС. Статистическую обработку результатов исследований проводили по программе IBM PC БИОСТАТ с использованием критерия Стьюдента. Для всех показателей была отвергнута нулевая гипотеза на уровне значимости 0,05. Исследование параметров движения вектора состояния организма представителей арктического и высокогорного адаптивных типов в ФПС производилось методами теории хаоса и самоорганизации, в рамках которой идентифицировались параметры квазиаттракторов с использованием программного продукта «Идентификация параметров аттракторов поведения вектора состояния биосистем в m-мерном фазовом пространстве». Метод базируется на сравнении параметров различных кластеров, представляющих биологические динамические системы (БДС), к которым могут относиться одни и те же БДС, но находящиеся в различных физиологических состояниях. С использованием данного метода находили показатели общих объемов m-мерных па-раллепипедов (vX), ограничивающих квазиаттрактор движения вектора состояния системы, расстояние между точками геометрического (хаотического) и статистического (стохастического) центров (гХ) этих параллелепипедов. Результаты В ходе исследований и статистической обработки данных были получены сводные количественные характеристики вариабельности сердечного ритма (ВСР) (табл. 1). Меладу представителями арктического и высокогорного адаптивных типов в группе юношей выявлены статистически значимые отличия по показателю Sp02 % У представителей высокогорного адаптивного типа данные значения были значимо ниже, чем у представителей арктического адаптивного типа, что свидетельствует об улучшении поступления в их организм кислорода. Более высокие показатели у представителей арктического типа свидетельствуют о напряжении компенсаторных возможностей организма. Определены наиболее существенные диагностические признаки для представителей разных адаптивных типов (табл. 2). Использование алгоритма параллельной идентификации параметров квазиаттракторов ВСОЧ обеспечило выделение параметров порядка, используемых для выявления критериев, обладающих существенной значимостью при сравнительном био-информационном анализе показателей ВСР обсле- Таблица 1 Средние значения параметров вегетативной нервной системы и оксигенации крови представителей арктического и высокогорного адаптивных типов, М±а Показатель ВСР Юноши п=42 Девушки п=42 Арктический тип Высокогорный тип (на Севере не > 3 мес.) Высокогорный тип (рощденные на Севере) Арктический тип Высокогорный тип (на Севере не > 3 мес.) Высокогорный тип (роязденные на Севере) СИМ, y. е. 2,36±0,49' 2,36±0,66' 3,93 ± 1,80° 3,79±0,69° 3,36±0,87° 2,43±0,42° ПАР, y. е. 15,71 ±1,1 Г 16,36± 1,50° 15,21 ±1,64° 13,00 ± 1,44° 13,57 ± 1,68° 15,07 ±1,63° ЧСС уд./мин. 75,79±3,30' 76,14 ±2,43° 76,71 ±2,10° 78,57 ±3,51* 83,43±2,28*° 81,36± 1,93*° ИНБ, y. е. 28,79±5,22' 33,93±8,27° 50,29±26,08° 46,00±8,75° 48,07 ± 11,17° 38,93±5,65° SP°2 % 98,29±0,22* 97,64±0,23*° 98,00±0,21 *° 98,43±0,20* 98,14±0,23*° 98,00±0,18*° Примечания: * — значимость различий р < 0,05 мещду группами юношей и девушек арктического и высокогорного адаптивных типов; " — значимость различий р < 0,05 меязду группами юношей и девушек, относящихся к одному адаптивному типу. СИМ —активность симпатического отдела ВНС; ПАР — активность парасимпатического отдела ВНС; ЧСС — средний уровень функционирования системы кровообращения; ИНБ — индекс напряженности регуляторных систем по R М. Баевскому. 4 Экология человека 2013.07 Циркумполярная медицина дуемых. Существенным диагностическим признаком у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов оказался показатель Total power (Z9) — общая спектральная мощность, отражающая суммарную активность нейрогуморальных влияний на сердечный ритм. При исключении данного признака расстояние между центрами двух квазиаттракторов у различных адаптивных типов составляет: Z9 = 1 779,12 у. е. (см. табл. 2) у представителей арктического типа (ханты), Z9 = 1 390,75 у представителей высокогорного типа, проживающих в ХМАО— Югре не более 3 месяцев, и Z9 = 2 206,53 у представителей высокогорного типа, рожденных в округе. Таблица 2 Идентификация показателей параметров квазиаттракторов (у. е ), определяющих вектора состояния организма человека у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов при исключении диагностических признаков Представители Представители Представители ар высокогорного высокогорного ктического адаптив адаптивного типа адаптивного типа ного типа (ханты) (на Севере не > 3 мес.) (роязденные на Севере) Z0 = 3 566,76 Z0 = 2 737,82 Z0 = 3 463,60 Z1 = 3 566,76 Z1 = 2 737,82 Z1 = 3 463,60 Z2 = 3 566,76 Z2 = 2 737,82 Z2 = 3 463,60 Z3 = 3 566,76 Z3 = 2 737,82 Z3 = 3 463,60 Z4 = 3 566,72 Z4 = 2 737,80 Z4 = 3 463,58 Z5 = 3 566,76 Z5 = 2 737,82 Z5 = 3 463,60 Z6 = 3 443,09 Z6 = 2 555,58 Z6 = 3 442,73 Z7 = 3 296,41 Z7 = 2 620,23 Z7 = 2 758,06 Z8 = 3 504,16 Z8 = 2 675,16 Z8 = 3 414,94 Z9 = 1 779,12 Z9 = 1 390,75 Z9 = 2 206,53 Z10 = 3 566,76 Z10 = 2 737,82 Z10 = 3 463,60 Z11 = 3 566,76 Z11 = 2 737,82 ZI 1 = 3 463,60 Z12 = 3 566,76 Z12 = 2 737,82 Z12 = 3 463,60 Примечание. Расстояние мещду центрами двух квазиаттракторов: Z0 — без исключения признака; Z1 — при исключении показателя СИМ; Z2 — при исключении показателя ПАР; Z3 — при исключении показателя частоты пульса — HR (ЧСС); Z4 — при исключении показателя ИНБ; Z5 — при исключении показателя Sp02; Z6 — при исключении показателя VLF; Z7 — при исключении показателя LF; Z8 — при исключении показателя HF; Z9 — при исключении показателя Total power; Z10 — при исключении показателя LFnorm; Z11 — при исключении показателя HFnorm; Z12 — при исключении показателя LF/HF. В табл. 3 представлен весь набор межаттракторных расстояний Z между центрами хаотических квазиаттракторов для шести изучаемых групп (компартмен-тов) испытуемых. Минимальное межаттракторное расстояние Z,. отмечается при сравнении представителей 2-й и 4-й групп (2 956,20 у. е.). Наибольшее межаттракторное расстояние отмечено при сравнении представителей 4-й и 5-й групп (15 904,60 у. е.), а также 2-й и 5-й (14 962,10 у. е.). Результаты расчета матриц межаттракторных расстояний Z между стохастическими центрами квазиаттракторов испытуемых представлены в табл. 4. При сравнении суммарных расстояний меладу центрами квазиаттракторов (при сложении всех элементов столбцов) наибольшие отличия были получены для 4-й группы (15 244,40 у. е.). На втором месте по этим же показателям стоит 1-я группа (12 334,40 у. е.). На рисунке изображена динамика движения ВСОЧ в ФПС разных адаптивных типов. Представленные данные в фазовом пространстве демонстрируют, что наибольший разброс движения вектора состояния организма происходит у девушек- представителей высокогорного типа, проживающих в ХМАО — Югре не более 3 месяцев (vX = 5,19 у. е.), и у юношей-представителей высокогорного типа, рожденных в ХМАО — Югре (vX = 10,35 у. е.). Это свидетельствует о высокой рассогласованности компонентов сердечно-сосудистой системы, то есть усилении асинергизма, что само по себе является стрессом, обусловленным адаптивными реакциями организма. Наибольшее расстояние между геометрическими и статистическими центрами (гХ) наблюдается в группе девушек-представительниц арктического адаптивного типа (18 650,40 у. е.), а наименьшее — у юношей-представителей арктического адаптивного типа (2 171,60 у. е.). Отметим, что в группах арктического адаптивного типа происходит увеличение гХ с существенным уменьшением объема квазиаттрактора ВСО (vX), а у представителей высокогорного адаптивного типа наблюдается обратная пропорциональная зависимость. Таблица 3 Матрица расстояний zchaos между хаотическими (геометрическими) центрами у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов квазиаттракторов, y. e. (m = 12) Представители высокогорного типа (рощденные на Севере) Представители высокогорного типа (на Севере не > 3 мес.) Представители арктического типа Девушки Юноши Девушки Юноши Девушки Юноши Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4 Группа 5 Группа 6 Группа 1 0,00 7 199,80 5 006,30 6 411,50 10 803,30 5 505,10 Группа 2 7 199,80 0,00 4 656,30 2 956,20 14 962,10 3 854,50 Группа 3 5 006,30 4 656,30 0,00 5 573,10 12 063,30 5 580,30 Группа 4 6 411,50 2 956,20 5 573,10 0,00 15 904,60 3 376,50 Группа 5 10 803,30 14 962,10 12 063,30 15 904,60 0,00 13 585,30 Група 6 5 505,10 3 854,50 5 580,30 3 376,50 13 585,30 0,00 Z 34 926,10 33 628,80 32 879,40 34 222,10 67 318,70 31 901,80 Примечание: m — размерность ФПС, Z — суммарный показатель межаттракторных расстояний. 5 Циркумполярная медицина Экология человека 2013.07 Таблица 4 Матрица расстояний Zs между стохастическими (статистическими) центрами квазиаттракторов у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов квазиаттракторов, y. e. (m = 12) Представители высокогорного типа (роязденные на Севере) Представители высокогорного типа (на Севере не > 3 мес.) Представители арктического типа Девушки Юноши Девушки Юноши Девушки Юноши Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4 Группа 5 Іруппа 6 Группа 1 0,00 3 463,60 989,20 4 125,10 413,60 3 342,70 Группа 2 3 463,60 0,00 3 217,80 1 694,70 3 602,40 1 305,20 Группа 3 989,20 3 217,80 0,00 3 897,40 1 092,10 3 320,10 Группа 4 4 125,10 1 694,70 3 897,40 0,00 4 383,10 1 143,90 Группа 5 413,60 3 602,40 1 092,10 4 383,10 0,00 3 566,70 Группа 6 3 342,70 1 305,20 3 320,10 1 143,90 3 566,70 0,00 Z 12 334,40 13 283,80 12 516,70 15 244,40 13 057,90 12 678,80 Примечание: m — размерность ФПС, Z — суммарный показатель межаттракторных расстояний. Особое внимание следует обратить на изменения параметров вегетативной регуляции сердечной деятельности у юношей разных адаптивных типов, о чем свидетельствуют ярко выраженные различия в объемах 12-мерного квазиаттрактора (vX). Установлено, что у юношей группы высокогорного адаптивного типа, ролэденных в ХМАО — Югре, vX больше в 103,5 раза, чем у юношей группы арктического адаптивного типа (коренное население — ханты) (10,35 и 0,10 у. е. соответственно). Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что более широкая норма реакции по признаку Sp02 % в группе юношей высокогорного адаптивного типа обеспечивает им высокие адаптивные реакции организма к условиям Севера. Обсуждение результатов В работах В. М. Еськова с соавторами [13—15] неоднократно отмечалось, что специфические экологические факторы Севера, в частности колебания геомагнитного поля, приводят к недостаточному снабжению тканей и органов кислородом, развитию гипоксии, в результате чего в тканях наблюдается повышенная проницаемость кровеносных сосудов. Однако этот компенсаторно-приспособительный механизм недостаточен для адекватного усвоения кислорода организмом, так как в атмосфере ХМАО — Югры наблюдается повышенное содержание оксида углерода. Это приводит к блокированию молекул гемоглобина крови и уменьшению поступления в организм кислорода [8—10]. Т. И. Алексеева [3] отмечала, что черты приспособления к гипоксии у представителей арктического и высокогорного типов имеют разную природу. Мы предполагаем, что у представителей высокогорного адаптивного типа норма реакции данного признака более широкая, чем у представителей арктического адаптивного типа. При сравнении показателей ВСР у девушек арктического и высокогорного адаптивных типов отмечаются сходные с юношами различия по показателю Sp02 %, но в отличие от юношей у девушек статистически значимо изменяются и показатели ЧСС; так, данный показатель у девушек высокогорного адаптивного типа значимо выше, чем у девушек арктического адаптивного типа. Данные значения являются самыми высокими среди всех исследуемых групп. Появление аритмии в данной группе может свидетельствовать о возникающем напряжении ФСО в ходе адаптации девушек высокогорного адаптивного типа к новым для них климатогеографическим и социальным условиям существования. Сравнительный системный анализ динамики поведения параметров вектора состояния организма у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов с учетом половых различий выявил показатели асимметрии (гХ) и объемы квазиаттракторов (vX), ограничивающие движение ВСОЧ в ФПС. С помощью алгоритма параллельной идентификации параметров квазиаттракторов ВСО представлены данные, которые могут выделить параметры порядка, используемые для идентификации критериев, обладающих существенной значимостью при сравнительном анализе показателей ВСР у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов. С помощью нового метода расчета матриц межаттракторных расстояний движения ВСОЧ в фазовом пространстве состояний у представителей арктического и высокогорного адаптивных типов производился расчет параметров на основе попарного сравнения расстояний мелду центрами для всех пар квазиаттракторов движения ВСОЧ. При расчетах таблиц представлены результаты расстояний мелду стохастическими центрами (Zs) и расстояний мелду хаотическими центрами (Zc) квазиаттракторов движения вектора состояния показателей вариабельности сердечного ритма у 6 групп сравнения, что показывает существенные различия в движениях ВСОЧ (расстояниях мелоду центрами квазиаттракторов) мелщу представителями арктического и высокогорного адаптивных типов. Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что показатели функциональных систем организма представителей высокогорного адаптивного типа несколько выше показателей представителей арктического адаптивного типа, что 6 Экология человека 2013.07 Циркумполярная медицина Девушки Показатель асимметрии гХ = 18 650,40 у. е. Поведение вектора состояния vX = 4,13 y. e. Фазовое пространство Представители арктического адаптивного типа (ханты) Юноши Показатель асимметрии гХ = 2 171,60 y. е. Поведение вектора состояния vX = 0,10 y. e. Фазовое пространство Девушки Показатель асимметрии гХ = 9 298,20 y. е. Поведение вектора состояния vX = 5,19 y. e. Представители высокогорного адаптивного типа (на Севере не > Змесяцев) Юноши Показатель асимметрии гХ = 2 826,20 y. е. Поведение вектора состояния vX = 2,35 y. e. Девушки Показатель асимметрии гХ = 10 497,10 y. е. Поведение вектора состояния vX = 0,48 y. e. Фазовое пространство Представители высокогорного адаптивного типа (на Севере с рождения) Юноши Показатель асимметрии гХ = 4 939,90 y. е. Поведение вектора состояния vX = 10,35 y. Положение квазиаттракторов вектора состояния организма девушек и юношей разных адаптивных типов в трехмерном фазовом пространстве (СИМ, ПАР, ИНБ) 7 Циркумполярная медицина Экология человека 2013.07 свидетельствует о возникающем напряжении функциональных систем в ходе адаптации. Данный метод позволяет получить интегративные количественные результаты и выявить существенные различия в характере адаптации представителей различных адаптивных типов, а также обеспечивает выделение параметров порядка, динамика которых оказывает существенное влияние на характеристики квазиаттракторов вектора состояний организма человека.

About the authors

V A Karpin

Surgut State University

Email: kafter57@mail.ru

O E Filatova

Surgut State University

T V Soltys

Surgut State University

A A Sokolova

Surgut State University

Yu V Bashkatova

Surgut State University

A B Gudkov

Northern State Medical University

Arkhangelsk, Russia

References

Supplementary files